حلول برامج الطوّافات المستقبلية: جنوح نحو المنصّات المركَّبة
تُمثِّل الطوّافات وغيرها من طائرات الأجنحة الدوّارة إحدى الفئات القليلة جداً من المنصّات الطائرة التي لا تزال المتطلّبات العسكرية والهندسية تسعى إلى تحقيق زياداتٍ كبيرة في سرعتها ومداها. وتحقيق سُرعات تجوالية فيما يتعدّى الـ 200 ميل في الساعة هو هدفٌ يتضمّن الابتعاد عن التصميم التقليدي، لدوّارٍ رئيسي ذي قطرٍ كبير ودوّار ذيل للتحكُّم بالعزم والانحراف والتوجّه، نحو حلولٍ أكثر تعقيداً على غرار طائرات الدوّار القلّاب والطوّافات المركَّبة. ونجد مثل هذه البرامج لتطوير الطوّافات في الولايات المتحدة وأوروبا، بما في ذلك روسيا. وستُركِّز هذه المقالة على البرامج الأميركية.
والمنافسة التي تجمع ما بين هاتَين المقاربتَين المختلفتَين هي برنامج «طراز اختباري للتكنولوجيا المشتركة المتعدّدة الأدوار» JMR TD لدى الجيش الأميركي الذي يهدف إلى قيادة عملية استبدال حتميّة لطوّافات «آباتشي» Apache الهجومية وطوّافات الخدمة «بلاك هوك» Black Hawk بعد العام 2030، وهو مطلب كان يُعرَف حتى الآونة الأخيرة بـِ «النقل الجوّي العمودي المستقبلي» FVL - المتوسط المدى.
وهو عنصرٌ فحسب من عناصر برنامج FVL، الذي يلحظ خطةً متطوّرة على المدى البعيد لاستبدال طوّافات الجيش الأميركي برعايةٍ من «مكتب وزير الدفاع» OSD
وحتى الآونة الأخيرة، كان يُشار إلى هذه المنصّات العتيدة بطوّافات FVL الخفيفة، والخفيفة - المتوسطة، والمتوسطة، والثقيلة والثقيلة جداً. لكنّها اليوم أُعيد تصنيفها ضمن «مجموعات قدرة بالأرقام». والأولوية الأولى هي مجموعة CapSet 3 التي تُضاهي FVL - المتوسطة، لكنّها قد لا تتضمّن الدور الهجومي التي تؤدّيه اليوم طوّافات Apache وهو في أهداف برنامج JMR TD الحالي. أمّا الأولوية الثانية فهي لمجموعة CapSet 1، التي تتولّى مطلب طوافة «الاستكشاف الجوّي المسلّح» Armed Aerial Scout، ومن ثم تأتي في الأولوية مجموعة CapSet 2 لتؤدّي أدواراً كتلك التي تُنفِّذها اليوم Seahawk لدى البحرية. أمّا المجموعتان المتبقيتان فهُما لطوّافات النقل العمودي الثقيلة جداً التي تُوازي طائرَتي النقل Hercules أو A400M، وثمة تصوُّرٌ لدخولها الخدمة بحلول العام 2025، لتكون بديلاً حتميّاً لطوّافات Chinook بحلول العام 2035 أو العام 2060.
يذكر أن المنصّات التي ستُشارك بقوة في برنامج JMR TD هي قيد التصنيع حالياً، على غرار طائرة الدوّار القلّاب V-280 Valor من «بيل هليكوبتر تكسترون» Bell Helicopter Textron و SB>1 Defiant من «سيكورسكي-بوينغ» Sikorsky-Boeing. وبكونهما حلولاً للمجموعة ذاتها من المشكلات، خصوصاً بالنسبة إلى مضاعفة سرعة ومدى الطوّافات، فإنّهما تهدفان إلى استبدال المنصات القائمة حالياً ضمن حدود الوزن الإجمالي 13.6 طناً والتمكُّن من التحويم على علو 6,000 قدم وعلى حرارة 95 درجة فاهرنهايت.
تُمثِّل V-280 Valor الجيل الرابع من تكنولوجيا الدوّار القلّاب من شركة Bell، التي بدأت مع XV-3 في أواخر خمسينات القرن الماضي، والطوّافة القديمة XV-15 من السبعينات، وطوّافة V-22 Osprey، التي حلّقت للمرّة الأولى في العام 1989. ويشمل الأداء المتوقّع سرعة تجوالية بنحو 280 عقدة مقرونةً بقدرة جيدة على المناورة على سرعات منخفضة، ومدىً قتالياً من 500 إلى 800 ميلٍ بحري، ومدى 2100+ ميل بحري للانتشار الذاتي الاستراتيجي، المتاح بفضل الكفاية في استهلاك الوقود مقارنةً بالطائرات التيربوداسرية. أمّا في دور الإخلاء الطبي، على سبيل المثال، فإنّ ذلك من شأنه أن يُمكِّن الطوّافة من أن تُغطِّي أكثر من خمسة أضعاف المنطقة التي تُغطّيها المنصّات الحالية.
وضمن وزنها الإجمالي الأقصى بحدود 13.6 طناً، ينبغي أن تزيد حمولتها المُجدية عن 5,5 أطنان والقدرة على حمل نحو 4,8 أطنان تدلّياً بسلكٍ من أسفلها. والطوّافة التي تستوعب طاقماً من أربعة ونحو 14 جندياً، يمكنها أن تنقل حضيرة/مجموعة مشاة كاملة إضافةً إلى مساعدين في مقصورة يتم الولوج إليها عبر بابَين بعرض 180 سنتيمتراً عند الجانبين.
ومن بين مزايا الأمان والقدرة على البقاء، تدريعٌ مدمج للمقصورة وقدرة ثلاثية للتحليق بالسلك fly-by-wire.
أمّا عزم شركة Bell الهادف إلى بناء التكنولوجيا ذات الصلة، قادرة على تحسين التصنيع، والتجميع، والاستدامة عبر تخفيض التعقيد وتقليص الكلفة الإجمالية لحيازة الطوّافة، بما يُضاعِف إنتاجية طوّافة AH-64E Apache أو طوّافات العمليات الخاصة UH-60 Black Hawk.
ويستقي تصميم V-280 من تطوير طوّافة V-22 Osprey وخبرتها العملانية، وقد سجّل أسطولها حتى حينه أكثر من 325,000 ساعة طيران. ومن بين الفوارق الأكثر أهمية، هو أنّ المحرّكَين يبقيان بمستوى أُفقي في حين يميل الدوّاران الداسريان، بما يُسهِّل أنظمة المحرِّك على حساب تعقيدٍ أكبر بقليل للجهاز الناقل للحركة. ويُعظِّم هذا التصميم أيضاً من المقدرة على دخول المقصورة والخروج منها. وينبغي أن يعمل الدوّاران الداسريان لطوّافة V-280 تماماً كدوّارَين وكداسرَين، وقد جرى تطويرهما على نحو أمثل لخفض الانحراف نحو الأسفل لجعل عملية النقل أكثر سهولة وأماناً.
وقامت شركة Bell، بصفتها المقاول الرئيسي، بتشكيل فريق صناعي كبير يضم Lockheed Martin مسؤول عن قمرة القيادة، وإلكترونيات الطيران، و«النظام البصري الإلكتروني ذي الفتحة الموزّعة» DAS للتطبيقات الدفاعية والإلمام بالوضع المحيط، وحزمة معدّات المهمة، في حين توفّر شركة «موغ» MOOG كمبيوتر الطيران ومُشغِّلات «الطيران بالسلك». أمّا شركة «جنرال إلكتريك» General Electric فتُقدِّم محرّكات T64-GE-419 وعُلب التروس، تلك التي يُتوقّع تركيبها في حُجيراتها بوقتٍ قريب جداً. وستقوم بتزويد أجنحة الذيل على شكل حرف V وأسطح التحكُّم شركة «ج ك ن ايروسبايس» GKN Aerospace، أمّا البدن فسيكون من شركة «سبيريت ايروسيستمز» Spirit Aerosystems، والهيدروليات من شركة «إيتون» Eaton، ونظام الوقود من شركة «ميغيت» Meggitt، والنظام الكهربائي من شركة «أسترونكس» Astronics، وبُنى حُجيرات المحرّك والمقاعد من شركة «الصناعات الجوفضائية الإسرائيلية» IAI، والأنظمة المرنة على غرار العوازل المطاطية وكراسي التحميل والحواضن من شركة «لورد» Lord، وتكنولوجيات المحاكاة والتدريب من شركة «ت ر يو» TRU.
ومن المقرّر أن يجري التحليق الأول في النصف الثاني من العام 2017 وهناك نشاط متزايد في العمل التحضيري الجاري حالياً. فعلى سبيل المثال، يشمل العمل على التحكُّم بالطيران في مختبر الشركة في «فورت وورث» Fort Worth إدماج مُدخِلات الطيّار مع كمبيوترات تحكُّم بالطيران ومفاتيح التحكُّم بالطيران. ويوفّر ذلك بيانات للبرمجيات التي تعمل مع المكوِّنات المادية على التحكم بأعباء الطيران والأداء الهيدرولي، على حدّ قول الشركة. وكانت شركة Bell قد أعلنت في 4 أيار/مايو الماضي أنّه قد ضمّت الجناح وحُجيرات المحرّك إلى البدن في منشأة «أماريلو» بولاية تكساس. أمّا الخطوة الكبيرة التالية فهي التشغيل الاختباري (بمحرك ثابت) المقرّر للنصف الأول من العام 2017.
على غرار طوّافة V-280، فإنّ طوّافة Sikorsky-Boeing SB>1 Defiant هي » منصّة اختبارية لتكنولوجيا متعدّدة الأدوار« JMR تهدف إلى إثبات أنّ تكنولوجيا X2 من Sikorsky سترتقي من طوّافة زنة 2,725 كيلوغراماً إلى 13,632 كيلوغراماً، على الرغم من أنّ منصّة اختبارية أخرى بُنيت بأموال الشركة لملاقاة المطلب العسكري، الخامل حالياً، تُشكِّل حجر أساس مُجدية، وهي S-97 Raider زنة 5,175 كيلوغراماً.
وإذا ما عدنا إلى الوراء قليلاً، فإنّ مفهوم Sikorsky لطائرة سريعة عالية قوائم العجلات يختلف جداً عن مفهوم طوّافة الدوّار القلّاب؛ فهي طوّافة مركّبة بدوّارَين متعاكسين بمحورٍ مشترك وداسر دفع في محل دوّار الذيل الذي سيصبح من دون جدوى بفعل خصائص إلغاء العزم والتحكُّم بالانعطاف التي تتّسِم بها الدوّارات الرئيسية المشتركة في المحور.
وطوّافة SB>1 هي الاشتقاق الثالث من منصّة «مفهوم الشفرة المتقدّمة» ABC في طوافة S-69، التي حلّقت للمرّة الأولى في العام 1973، لتُحقِّق 263 عقدة (322 ميلاً في الساعة، 581 كيلومتراً في الساعة) بمساعدة زوجٍ من النفّاثات التيربوية المساعِدة المُضافة. وكانت طوّافة ABC قادرة على تحقيق تلك السُرعات والبقاء تحت السيطرة لأنّ استخدام دوّارات رئيسية مشتركة المحور متعاكِسة الدوران أتاحَ لها تأخير أو تجنُّب الظاهرة المزدوجة لانضغاطية الشفرة المتقدّمة وتوقُّف الشفرة المُرتدّة التي تبدأ بالتأثير على الطوّافات التقليدية حينما تندفع بسرعة تتعدّى 200 عقدة أو نحو ذلك.
والشفرة المتقّدمة هي تلك التي تكون خلال دورانها في الاتّجاه ذاته للطوّافة. وفي هذه الحالة، تضاف سرعتها الجوّية إلى سرعة الطوّافة، وربّما تبلغ تلك السرعة عند رأس الشفرة سرعة الصوت حيث تُسبِّب التأثيرات الانضغاطية عدم الاستقرار وارتفاعاً حاداً في قوة السحب. وفي الجانب الآخر من الطوّافة عند القسم المرتدّ من قرص الدوّار، فإنّ سرعة الطوّافة نحو الأمام تُحدَث من السرعة الجوّية للشفرة، وهذا ما قد يُسبِّب توقُّفاً عند رأس الشفرة المرتدّة، ما يُحدِث اهتزازاً حاداً ويُخفِّض الارتفاع عند جانبٍ واحد ما يُحدِث أيضاً قوة شديدة بما يكفي للمساومة على التحكُّم بالطوّافة.
وفي مفهوم الشفرة المتقدّمة، تتوازَى حركة الشفرات مع خط الطيران فيما هي تمر بالقسم المرتدّ من كلّ قرص وبذلك لا تُنتِج رفعاً، ولا يمكنها بالتالي التوقُّف. كما أنّ تلك الشفرات تكون ذات رؤوس متراجعة لتأخير بدء التأثيرات الانضغاطية. وإذا كان للطوّافة نظام دفع داسري مساعِد وأجنحة، فإنّ ذلك قد يتولّى مهام الرفع والضغط على سُرعاتٍ أعلى، فيما يُخفَّض معدّل «الدورة في الدقيقة» للدوّار الرئيسي ويُبطئ جميع الشفرات المعدّلة للحدّ من قوة الجر.
على الرغم من أنّ منصّة SB>1 Defiant هي إثباٌت ناجح لمفهوم طوّافة متطوّرة، فإنّها كانت سبّاقة من حيث الاضطرار إلى انتظار خبرات مع نضج تكنولوجيات جديدة أساسية قبل بناء طوّافة عملانية. والإثبات على ذلك جاء مع المنصّة الاختبارية لتكنولوجيا طوافة X2، التي حلّقت للمرّة الأولى في العام 2008 وحطّمت بشكلٍ غير رسمي الرقم القياسي العالمي لسرعة طوّافة في العام 2010، حيث وصلت إلى 250 عقدة. وقد كافأت شركة Sikorsky الخبير روبرت جاي كولير Robert J. Collier بدرعٍ تكريمي للإنجاز الجوفضائي الكبير في علم الطيران في الولايات المتحدة خلال العام ذاته.
وأثبتت X2 جدوى التكنولوجيات التي أُدمجت في منصّة S-97 Raider وستجد طريقها إلى SB>1 Defiant. ومنصّة X2 التي تُحلِّق بمحرّك عمود الإدارة التيربوي LHTEC T800، تشتمل على دوّارَين رئيسيين متعاكسَيْن بمحور مشترك مع ثلاث شفرات شديدة المتانة في محور جر منخفض ونظام نقل للحركة ينقل أوتوماتيكياً القوة بين الدوّارات الرئيسية والداسر المساعِد، الذي يمكن تشغيله وإيقافه بواسطة قابض. والتحكُّم النشط بالاهتزاز هو مسألة حاسمة لهذا النوع من الطوّافات، لأنّه من دونه تميل شفرات الدوّار القاسية جداً إلى تحليقٍ صعب للغاية مقارنةً بالطوّافة التقليدية.
وفيما كان الهدف الأوّلي أن تكون هذه المنصّة مرشَّحةً لخوض تنافس على البرنامج الأميركي، الذي أُلغِيَ لاحقاً، «طوّافة الاستكشاف المسلّح» للجيش الأميركي، تمّت هندسة S-97 Raider مع الأخذ في الاعتبار الإنتاج على نطاق كامل وهي تُستخدَم لتقديم عمليات ربّما تُعتَمد لتصنيع منصّة SB>1 Defiant.
وأُطلِق البرنامج في تشرين الأول/أكتوبر العام 2010، فيما أُعلِنَ عن فريق المورِّدين الأوّلي في كانون الثاني/يناير العام 2012. واستُكمِلَت «مراجعة التصميم الدقيقة» CDR في آذار/مارس العام 2013، مع وصول البدن الأول من Aurora Flight Sciences ما أتاح بدء التجميع النهائي في أيلول/سبتمبر من ذلك العام. وأصبح مختبر إدماج الأنظمة عملانياً بالكامل في كانون الثاني/يناير العام 2014، وتمّ تشغيل الطاقة الكهربائية على النموذج التدليلي الأول في أيار/مايو مع إقامة احتفال الإطلاق خلال تشرين الأول/أكتوبر من ذلك العام.
وبدأت الاختبارات الأرضية على الطوّافة الكاملة في شباط/فبراير العام 2015، وأعقبَ ذلك بدء تجميع الطوّافة الثانية في آذار/مارس. وحلّقت الطوّافة الأولى للمرّة الأولى في أيار/مايو العام 2015، ما أَذِنَ بانطلاق برنامج اختبار الطيران ومهَّد الطريق لسلسلةٍ من تجارب القدرة في العام 2016.
والمنصّة التي يبلغ طولها 11 متراً، و5 أمتار عبر مثبِّتات الاستقرار العمودية، هي ذات قطر يبلغ 15,5 متراً للدوّار الرئيسي، وداسر دفع بقطر 2,1 متر ذي 6 شفرات. صُمِّمت المنصّة التي تُحلِّق بمحرّك عمود الإدارة التيربوي General Electric YT706 وحيد بقوة 2,600 حصان (عمود إدارة shp) من أجل سرعة تجوال تزيد على 200 عقدة ومن المتوقّع أن يُحقِّق سرعة قصوى تبلغ 240 عقدة. كما من المتوقّع أن يحقق أيضاً فترة مكوث من 2.7 ساعتين ومدى يزيد على 600 كيلومتر بحمولتها المعيارية من الوقود.
ومن أجل تمديد مدى الانتشار الذاتي، يمكن تجهيز Raider بخزّان وقود داخلي احتياطي ومعدّات لإعادة التزوُّد بالوقود جوّاً، فيما يمكن لطائرة النقل C-17 أن تستوعب أربع منصّاتٍ منها، على حدّ قول الشركة.
وتتوقّع Sikorsky تخفيضاً كبيراً في شُعاع الدوران والبصمة الصوتية على حدٍّ سواء، مع زيادة كبيرة في حمولة الطوّافة، وفترة مكوثها في الجو، وقدرتها على تحمُّل الحرارة والتحويم العالي مقارنةً بالطوّافات التقليدية.
استثمرت شركتا «سيكورسكي» Sikorsky و«بوينغ» Boeing معاً في تطوير منصّتهما التنافسية JMR-TD بموجب اتفاقية على مدى ست سنوات جرى توقيعها في العام 2013 مع «مركز أبحاث وتطوير وهندسة الطيران والصواريخ» AMRDEC التابع للجيش الأميركي. وقدّمتا مراجعتهما الأوّلية للتصميم والمخاطر إلى الحكومة الأميركية في حزيران/يونيو من العام 2014، حيث تمّ اختيارهما من بين منافِسَين في تموز/يوليو من ذلك العام واستهلّتا مرحلة التصميم المفصَّل في تشرين الثاني/نوفمبر. وتشتمل الطوّافة على دوّارَين رئيسيَين رباعيَي الشفرات وداسر دفع ثُماني الشفرات، تُشغَّل جميعاً بقوة محرِّكَين من محرِّكات عمود الإدارة التيربوية لتوليد سرعة تجوالية بنحو 250 عقدة.
ويدعم سطحا ذيل كبيران أُفقيان مثبِّتات توازن عمودية كبيرة مع دفّات توجيه عند أطرافها.
وتتحدّث Sikorsky عن استيعاب المنصّة لطاقمٍ من أربعة أفراد ونحو 12 جندياً مجهَّزين بالكامل، أي أقل باثنين فحسب من استيعاب V-280 بحسب شركة Bell. ومع ذلك، يمكن لمستويات أمتعة الجنود أن تكون مهمة هنا، وليس بالمستطاع وضع مقارناتٍ مباشرة حتى يكشف الفريقان عن تفاصيلٍ حول الأبعاد الداخلية وتصاميم المقاعد.
واستُكمل اختبار منفذ الهواء للمحرِّك في آذار/مارس العام 2015 حيث أظهر فقداناً للطاقة أقل ممّا هو متوقّع، وهذا قد ينتج عنه أداءً أفضل ممّا هو متوقّع. ومُرِّرَت «مراجعة التصميم الدقيقة» CDR للبدن في تموز/يوليو من ذلك العام، ما أتاح للفريق الانتقال إلى اختبار نفق الريح بحجمٍ دون الحجم الفعلي في ربيع العام 2016 وبدء التجميع النهائي في حزيران/يونيو. أما اختبار الطيران فهو مقرَّرٌ في العامَين 2017 و 2018.
ومشروع «النقل الجوّي العمودي المستقبلي» FVL هو جهدٌ، ما لم يتم إلغاؤه، لا ريبَ سيكون له تأثيرٌ شديد في جميع عمليات تطوير الطوّافات في المستقبل المنظور.
