:: Flying Way :: - تفوق أجنحة الطيور يكشفه العلماء

تفوق أجنحة الطيور يكشفه العلماء
قال الباري عز وجل في محكم كتابه الكريم «ألم يروا الى الطير مسخرات في جو السماء ما يمسكهن الا الله. إن في ذلك لآيات لقوم يؤمنون».

صدق الله العظيم - الآية 79 من سورة النحل.

لقد ابدع الخالق عز وجل بحق في خلقه، وعندما ننظر الى ملكوته ومخلوقاته نجد ذلك واضحا وضوح الشمس، ولو حددنا حديثنا حول مجال الطيران فإن الطيور والحشرات الطائرة هي محور ذلك الحديث. فمنذ ان بدأت مسيرة البشرية لم تفتأ اي حضارة بشرية الا وذكرت مدى انبهارها بالطيور المحلقة في السماء، حتى ان بعضها (تلك الحضارات) اتخذت من بعض الطيور رمزا لها ولا يزال ذلك حتى يومنا هذا.

لكن ايا من البشر اليوم لم يتبادر لمخيلته ان الحقيقة تثبت انه لا يزال الطيور، وحتى الحشرات الطائرة تتفوق في كفاءة تحليقها على احدث الطائرات الموجودة في الخدمة الفعلية، ولكن اين موضع التفوق هنا؟ انه يتمحور حول الجناح فأجنحة الطيور والحشرات الطائرة تتحرك وتغير من زاويتها بينما في الطائرات لا يتم ذلك.. وهذا ما سيقودنا نحو الخوض في الاختبارات الاخيرة حول صنع جناح يخفق ويرفرف تماما كأجنحة الطيور.

بالعودة الى بداية عهد البشرية بالطيران، سنجد ان الاخوين رايت وحتى الذين قبلهما، امضوا وقتا طويلا وهم يتأملون الطيور وهي تحلق في السماء، وهذا ما ساعدهم على ان يطبقوا بعض ما شاهدوه في صنع آلة تمكنهم من مشاركة الطيور التحليق في الجو. لكن الحقيقة ابرزت ان البشر منذ البداية اغفلوا دراسة كفاءة الجناح لدى طائراتهم، واستخدامه بالصورة الامثل لتحسين اداء طيران طائراتهم. فحتى يومنا هذا لا توجد مركبة جوية تضاهي في كفاءة تحليقها كفاءة اصغر وابسط انواع الطيور ناهيك عن الحشرات الطائرة.

ان الاجنحة المستخدمة في الطائرات الحالية، مهما بلغت من التطور فهي من الناحية العملية ثقيلة، معقدة، وغير فعالة. ولكي نثبت ما سبق سندخل في تفاصيل ادق حول ميكانيكية عمل اجنحة الطيور وسواها من الكائنات الحية المحلقة.

ميكانيكية عمل أجنحة الطيور

يقول الخالق عز وجل «أولم يروا إلى الطير فوقهم صافات ويقبضن ما يمسكهن إلا الرحمن إنه بكل شيء بصير» الآية 19 من سورة الملك. في هذه الآية وقفة ذات عبرة عظيمة، حيث يصف الخالق سبحانه وتعالى لبني الإنسان على لسان نبيه الكريم محمد، صلى الله عليه وسلم، تكنيكا مهما من تكنيكات تحليق الطيور، وتعريفا لقانون الرفع Lift منذ اكثر من الف سنة، ففي كلمة «صافات» يصف حركة اجنحتها عند التحليق عندما تنشر اجنحتها في التحويم Soaring او التحليق وهي خاصية يتم الاستفادة بها من التيارات الهوائية الصاعدة بسبب الاختلاف الحراري او وجود مرتفعات وغيرها، و«يقبضن» عند تغييرها لزاوية اجنحتها في الانقضاض والمناورة وفي «ما يمسكهن» اي في الجو المسك هنا قانون الرفع Lift حيث يتولد عند تحرك الهواء بسرعة على مقطع هوائي انسيابي Aerofoil اي سطح انسيابي رافع، انخفاض في الضغط فوق سطحه العلوي، مما يؤدي الى حدوث امتصاص Suction وهو ما يمسك الجناح او السطح الرافع الى اعلى.

وقد يتبادر الى اذهاننا سؤال في كيفية قيام الطيور بتغيير اتجاه طيرانها من دون وجود ذيل فيها؟ والسر هو في اعادة تشكيل وتغيير اجنحتها اثناء التحليق. ان الطيور لديها القدرة على الرفرفة بأجنحتها وادارتها على شاكلة تمكنها من التكيف مع كل اوضاع الطيران المطلوبة.

كما يجب الا نغفل مسألة مهمة وهي ان جناح الطير يعمل كمحرك وكسطح رافع في الوقت نفسه وهو امر معقد جدا. اما السؤال التالي: فهو كيف تحلق انواع من الطيور لمدة طيران طويلة وهي تهاجر من قارة الى اخرى؟ اما الجواب فهو ان الطيور قبل ان يحل موسم هجرتها تقوم باختزان نصف وزنها من الطعام على هيئة دسم (شحوم) اي بمعنى شعبي تقوم بتسمين نفسها قبل الرحلة الطويلة، وهذا ما يعطيها الطاقة اللازمة لقطع مسافات شاسعة من دون توقف احيانا.

الحشرات الطائرة حيرت العلماء

ومرة اخرى نستند الى احد النصوص القرآنية في قوله تعالى: «إن الله لا يستحي أن يضرب مثلا ما بعوضة فما فوقها...» إلى آخر الآية 26 من سورة البقرة، في هذه الآية اعجاز رباني في ضرب مثل غاية في الكمال حول هذه البعوضة وهي حشرة طائرة.. من منا لا يعرفها؟ فهي غاية في الصغر والضآلة لكنها تمتلك قدرة على التحليق حيرت العلماء لمدة عشر سنوات من الزمن، هي حصيلة دراسة ميكانيكية تحليق الحشرات بواسطة اجنحتها الشفافة الهشة، وقيامها بمناورات لطالما اعجزت الانسان عن اصطيادها، فكيف في الطائرات.

عندما صدر كتاب لعالم الحشرات «مانيان» في عام 1934 اشار فيه الى حسابات قام بها مساعده المهندس سينت لاغ ان الحشرات الطائرة بناء على قوانين فيزياء الطيران لا تستطيع الطيران! كيف اذا وهي تطير؟ لم يتمكن العلماء من فهم ذلك، وظلت صعوبات كبيرة تواجههم في تفسير الديناميكيات الهوائية للكيفية التي تولد بها الحشرات القوى اللازمة لبقائها محلقة في الجو، الى ان جاء العلماء في هذا الزمن بنتائج مدهشة جعلتهم يصعقون في مدى براعة وتعقيد اداء الحشرات الطائرة بعملية الطيران، فقد اكتشفوا انها تقوم بتأثيرات ديناميكية عدة كي تبقى محلقة، اضافة الى امتلاكها اكثر بنيات الاجنحة تنوعا وحركية بين جميع الكائنات الحية الطائرة، فالحشرات الطائرة تخفق flapوتدوِّر rotate اجنحتها ما بين 20 الى 600 مرة في الثانية الواحدة، ويخلق نموذج التدفق الهوائي هذا قوى ديناميكية هوائية متغيرة باستمرار، كما ان للزوجة الهواء اهمية كبيرة في مثل هذه الاحجام الصغيرة، كونها تساعد على عدم انفصال طبقة الهواء من على سطح اجنحتها وبالتالي ثباتها اكثر.

الأجنحة الآلية الخفاقة والمتغيرة

احد الامور التي كشفت سر ميكانيكية تحليق اجنحة الحشرات الطائرة والطيور، ان جميعها لا تنطبق عليها مبدأ الحالة المستقرة او Steady state principles، كالتي تنطبق على وظائف اجنحة الطائرات المستعملة منذ تحليق الاخوان رايت وحتى آخر تصميم وصلنا اليه اليوم، بمعنى ان تدفق الهواء حول اجنحة الطائرات والمركبات الجوية من صنع البشر، والقوى المتولدة الناتجة من هذا التدفق، تبقى ثابتة مع الزمن، وحتى مع الاجنحة ذات الهندسة المتغيرة، كالتي في الميغ - 23 وF-14 والتوريندو لايتحقق ذلك.

وعلى الرغم من كل ما تم ذكره من تقدم علمي في مجال تصاميم الجناح الرافع بالطائرات على الصعيدين العسكري والمدني في العقود الاخيرة، لا يزال صانعو الطائرات يشعرون بعجزهم عن التصدي للمشكلات التي تجابههم في تلك الاجنحة «الصماء»، عند حدوث اضطرابات في تيارات الهواء وحركتها اللولبية او موجات الصدم في السرعات العالية، بينما نجد مهارة رائعة لدى الطيور في التصدي لمثل تلك الحالات. اما الطائرات فانها تهدر كمية كبيرة من الوقود والطاقة نتيجة عجز سطوحها الحاملة عن التكيف مع تلك الظروف الايروديناميكية المحيطة بها.

الكمبيوتر يعالج النقص

ان عدم وجود الكمبيوترات الخارقة المتوفرة حاليا، هو السبب وراء تأخر فهم ميكانيكية عمل اجنحة الطيور والحشرات الطائرة، وكذلك الى استغلال عمل الجناح الرافع المعدني من صنع البشر. فالكمبيوترات مكنت من دراسة واجراء العمليات الحسابية المعقدة لآلية عمل اجنحة الطيور والحشرات المحلقة.

قتباس من الكاتب علي محمد الهاشم