قامت شركة لوكهيد ببناء الذيل الثلاثي الشهير للكوكبة لسبب رئيسي واحد، وهو أن يتناسب داخل حظائر الطائرات الحالية

ال كوكبة لوكهيد هي واحدة من أكثر الطائرات شهرة على الإطلاق، وأكثر ما يميزها، وهو الذيل الثلاثي، لم يكن خيارًا جماليًا. لقد كان حلاً لباب الحظيرة. عندما طلبت TWA من شركة Lockheed تصميم طائرة ركاب مضغوطة بعيدة المدى في عام 1939، كان أحد المتطلبات هو أن الطائرة يجب أن تتناسب مع مرافق الصيانة الحالية لشركة TWA. إن وجود مثبت رأسي واحد كبير بما يكفي لتوفير استقرار الاتجاه على طائرة ذات أربعة محركات بحجم وسرعة الكوكبة من شأنه أن يجعل الذيل طويلًا جدًا بحيث لا يسمح بفتح أبواب الحظيرة.

قام مهندسو شركة لوكهيد بتقسيم منطقة الزعنفة المطلوبة عبر ثلاثة مثبتات رأسية أقصر، مع الحفاظ على الارتفاع الإجمالي للطائرة عند 23 قدمًا و 8 بوصات (7.2 مترًا). نجح الحل؛ حصلت TWA على طائرة تناسب بنيتها التحتية، وأنتجت شركة Lockheed 856 مجموعة من جميع الطرازات قبل أن ينهي عصر الطائرات النفاثة عصر الطائرات المروحية. هذا هو سبب ضرورة الذيل الثلاثي، وكيفية عمله من الناحية الديناميكية الهوائية، وما ساهمت به الطائرة في الطيران التجاري بما يتجاوز صورتها الظلية.

مشكلة حظيرة TWA وكيف شكلت الطائرة

في عام 1939، خطوط ترانس وورلد الجوية اقترب المالك هوارد هيوز من شركة لوكهيد بمجموعة من المتطلبات لطائرة جديدة طويلة المدى. أراد هيوز طائرة يمكنها حمل حمولة تبلغ 6000 رطل (2720 كجم)، وتطير لمسافة 3500 ميل (5630 كم) بدون حمولة، وتبحر بسرعة تزيد عن 250 ميلاً في الساعة (402 كم/ساعة) على ارتفاع 20000 قدم (6096 مترًا). كانت تلك مواصفات عدوانية لتلك الحقبة وكان من الممكن أن تنتج طائرة كبيرة وثقيلة بأربعة محركات أكبر بكثير من أي طائرة كانت تعمل بها شركة TWA. أضاف هيوز مطلبًا إضافيًا واحدًا: يجب أن تتناسب الطائرة مع حظائر الصيانة الحالية التابعة لشركة TWA.

خلق هذا القيد مشكلة هندسية محددة. قادت محركات Wright R-3350 الأربعة في Constellation مراوح ذات قطر كبير تتطلب معدات هبوط طويلة للحفاظ على الخلوص الأرضي. رفع الترس الطويل جسم الطائرة، مما أدى بدوره إلى رفع الذيل. إن المثبت العمودي التقليدي الذي يوفر مساحة كافية لتحقيق الاستقرار الاتجاهي على طائرة بهذا الحجم والسرعة كان من شأنه أن يدفع الارتفاع الإجمالي إلى ما هو أبعد بكثير مما يمكن أن تستوعبه أبواب حظيرة TWA. كان مهندسو شركة لوكهيد، بقيادة كبير المهندسين هول هيبارد وكبير خبراء الديناميكا الهوائية كيلي جونسون، بحاجة إلى توفير منطقة التثبيت الرأسي المطلوبة دون تجاوز حد ارتفاع الحظيرة.

كان الحل هو تقسيم المثبت الرأسي إلى ثلاث زعانف أقصر مثبتة عبر اللوحة الخلفية الأفقية. توفر ثلاث زعانف نفس المساحة السطحية الإجمالية مثل زعنفة واحدة كبيرة مع الحفاظ على كل سطح فردي قصيرًا بما يكفي للحفاظ على الارتفاع الإجمالي للطائرة إلى 23 قدمًا و 8 بوصات (7.2 مترًا). يتناسب التصميم مع حظائر TWA.

كيف تقوم ثلاث زعانف بعمل زعانف واحدة

الائتمان: كانتاس

تتمثل الوظيفة الديناميكية الهوائية للمثبت الرأسي في توفير استقرار الاتجاه من خلال مقاومة الانعراج غير المرغوب فيه، والحفاظ على ذيل الطائرة خلف مقدمة الطائرة أثناء الطيران المستقيم وأثناء المنعطفات. يحدد حجم الزعنفة مقدار مقاومة الانحراف التي تولدها. الزعنفة الأكبر تنتج المزيد من الاستقرار. تعتمد المساحة الإجمالية المطلوبة على حجم الطائرة ووزنها ونطاق سرعتها والمسافة بين مركز الجاذبية وأسطح الذيل. في الكوكبة، تقسيم تلك المنطقة عبر ثلاث زعانف بدلاً من تركيزها في واحدة لم يقلل من إجمالي مساحة التثبيت. أعادت توزيعها عبر ثلاثة أسطح أقصر.

أنتج الترتيب ثلاثي الزعانف أيضًا فائدة ديناميكية هوائية ثانوية لم تكن ستوفرها زعنفة مركزية واحدة. تقع الزعانفتان الخارجيتان في مجرى الهواء للمراوح الداخلية، مما يعني أنهما يستقبلان تدفق الهواء المتسارع من المحركات في جميع سرعات الطيران. عند السرعات المنخفضة، حيث يكون المثبت الرأسي التقليدي أقل فعالية لأن تدفق الهواء فوقه يكون أبطأ، فإن غسل المروحة فوق الزعانف الخارجية يحافظ على سرعة هوائية محلية أعلى عبر تلك الأسطح. والنتيجة هي تحسين استقرار الاتجاه أثناء الإقلاع والهبوط والطيران منخفض السرعة، وتحكم أفضل في الانحراف أثناء العمليات ذات المحرك الواحد عندما تحتاج الطائرة إلى مواجهة الدفع غير المتماثل لثلاثة محركات عاملة ضد محرك واحد فاشل.

جاء التكوين ثلاثي الذيل مع مقايضات. كان لا بد من تعزيز المثبت الأفقي هيكليًا لدعم ثلاث زعانف والأحمال المرتبطة بها، مما زاد الوزن. يتطلب نظام التحكم في الطيران ثلاث دفات بدلاً من واحدة، مع كابلات التحكم والمفصلات والمحركات المقابلة مما أضاف تعقيدًا ميكانيكيًا ومتطلبات صيانة. استخدمت طائرة دوغلاس دي سي-6، التي تنافست مباشرة مع كوكبة على نفس الطرق، ذيلًا تقليديًا أحادي الزعنفة ولم تدفع غرامات الوزن والتعقيد.

كيلي جونسون وفريق التصميم وراء الكوكبة

الائتمان: شترستوك

تم تصميم الكوكبة في شركة لوكهيد بوربانك، كاليفورنيا المنشأة تحت قيادة اثنين من المهندسين الذين امتدت حياتهم المهنية إلى ما هو أبعد من البرنامج. شغل هول هيبارد منصب كبير المهندسين وكيلي جونسون كرئيس للديناميكيات الهوائية خلال مرحلة التصميم الأولية، مع مهندس المشروع دون بالمر الذي أدار الهندسة التفصيلية مع تقدم البرنامج. جونسون، الذي كان يبلغ من العمر 29 عامًا عندما بدأ مشروع Constellation، أسس لاحقًا قسم برامج التطوير المتقدم في شركة Lockheed، والمعروف باسم Skunk Works، حيث قاد تصميم P-80 وU-2 وSR-71.

تم اشتقاق جناح Constellation من المقاتلة Lockheed P-38 Lightning، وتم زيادة طوله من 52 قدمًا (15.8 مترًا) إلى 123 قدمًا (37.5 مترًا). تم نقل النهج الهيكلي وتصميم الجنيح من برنامج المقاتلة، مما أعطى فريق لوكهيد أساسًا ديناميكيًا هوائيًا تم اختباره للبناء عليه بدلاً من البدء من الصفر. كان جسم الطائرة عبارة عن هيكل شبه أحادي من الألومنيوم المضغوط مع شكل الدلفين المنحني المميز الذي يرتفع عند الأنف، وينخفض ​​عند القسم الأوسط، ويرتفع مرة أخرى نحو الذيل. حافظ نظام الضغط على ارتفاع المقصورة بحوالي 8000 قدم (2438 مترًا) أثناء التحليق على ارتفاع 20000 قدم (6096 مترًا)، مما يجعلها واحدة من أولى الطائرات التجارية الكبيرة التي تقدم طيرانًا مضغوطًا كميزة قياسية.

جاءت القوة من أربعة محركات رايت R-3350 دوبلكس سيكلون ذات 18 أسطوانة شعاعية، وهي نفس عائلة المحركات التي كانت تشغل طائرة Boeing B-29 Superfortress. أنتج كل محرك ما يقرب من 2200 حصان في الإصدارات المبكرة، وزاد لاحقًا إلى 2700 وما بعدها في سلسلة Super Constellation. كان R-3350 قويًا ولكنه مزاجي وعرضة لمشاكل السخونة الزائدة التي ساهمت في العديد من الحوادث خلال سنوات الخدمة الأولى للكوكبة. قدمت الطائرة أيضًا أدوات تحكم في الطيران معززة هيدروليكيًا ونظام إزالة الجليد الحراري على الحواف الأمامية للجناح والذيل، وهي ميزات لم تكن قياسية في الطائرات المعاصرة.

من طائرة C-69 العسكرية إلى طائرة ما بعد الحرب

الائتمان: ويكيميديا ​​​​كومنز

طارت الكوكبة لأول مرة في 9 يناير 1943 من حقل بوربانك التابع لشركة لوكهيد. لم تطير كطائرة ركاب تابعة لشركة TWA ولكن كطائرة نقل عسكرية من طراز C-69، التي طلبتها القوات الجوية للجيش الأمريكي بعد الهجوم على بيرل هاربور، مما أدى إلى إعادة توجيه أولويات إنتاج شركة لوكهيد نحو المجهود الحربي. تم شراء هياكل الطائرات التسعة من طراز L-049 التي طلبتها TWA في الأصل من قبل وزارة الحرب، وتم تصنيع 22 طائرة من طراز C-69 بين عامي 1943 و1945. أمضت الطائرة سنوات الحرب في الولايات المتحدة، واستخدمت في المقام الأول لنقل الأفراد لمسافات طويلة بينما تعاملت طائرة Douglas C-54 Skymaster مع مهام النقل الجوي ذات الأولوية العليا في الخارج.

في 17 أبريل 1944، طار هوارد هيوز ورئيس TWA جاك فراي بطائرة الإنتاج الثانية من طراز C-69 من بوربانك إلى مطار واشنطن الوطني في 6 ساعات و57 دقيقة، بمتوسط ​​سرعة 331 ميلاً في الساعة (533 كم/ساعة) بقوة محرك 65٪. تم طلاء الطائرة بالكامل بزي TWA على الرغم من أنها تحمل رقمًا تسلسليًا عسكريًا، وكانت الرحلة بمثابة تمرين دعائي بقدر ما كانت بمثابة تسليم. طُلب من هيوز تسليم الطائرة إلى القوات الجوية للجيش عند هبوطها في واشنطن. في رحلة العودة، توقفت الطائرة في رايت فيلد في أوهايو، حيث صعد أورفيل رايت فيما ستكون رحلته الأخيرة، بعد أكثر من 40 عامًا من رحلته الأولى في كيتي هوك. علق رايت بأن جناحي الكوكبة كان أكبر من مسافة تلك الرحلة الأولى.

عندما انتهت الحرب، قامت TWA بإعادة شراء كل ما تستطيع من طائرات C-69 من الحكومة وتحويلها إلى التكوين المدني. بدأت خدمة الكوكبة التجارية في فبراير 1946، وتفوقت الطائرة على الفور على طائرة دوغلاس دي سي-4، وهي الطائرة التي كانت تستخدمها معظم شركات الطيران في الرحلات الداخلية الطويلة والطرق المبكرة عبر المحيط الأطلسي. كانت الطائرة DC-4 غير مضغوطة وتبحر بسرعة حوالي 227 ميلاً في الساعة (365 كم / ساعة). تبحر الكوكبة المضغوطة بسرعة 340 ميلاً في الساعة (547 كم / ساعة) على ارتفاع 20000 قدم (6096 مترًا) فوق معظم الأحوال الجوية. استجاب دوغلاس بطائرة DC-6 المضغوطة في عام 1947، وبعد ذلك بطائرة DC-7، وأدت المنافسة الناتجة بين لوكهيد ودوغلاس خلال الخمسينيات من القرن الماضي إلى الفترة الأكثر كثافة في تطوير الطائرات المروحية في تاريخ الطيران. قامت شركة لوكهيد ببناء 856 كوكبة عبر جميع الإصدارات قبل انتهاء الإنتاج في عام 1958، وهو نفس العام الذي دخلت فيه طائرة بوينج 707 الخدمة وجعلت الفئة بأكملها قديمة الطراز.

تراث الكوكبة في تصميم الطائرات

الائتمان: شترستوك

قدمت الكوكبة العديد من التقنيات التي أصبحت قياسية في مجال الطيران التجاري. سمح ضغط المقصورة على النطاق الذي نفذته شركة لوكهيد لركاب الخطوط الجوية بالتحليق فوق الطقس لأول مرة على متن طائرة إنتاجية، مما أدى إلى إرساء مبدأ مفاده أن الطائرات التجارية يجب أن تطير على ارتفاعات حيث تكون الاضطرابات والعواصف أسفل الطائرة وليس حولها. عالجت أدوات التحكم في الطيران المعززة هيدروليكيًا القوة المتزايدة المطلوبة لتحريك أسطح التحكم على طائرات أكبر وأسرع، وهي مشكلة لم تنمو إلا عندما أصبحت الطائرات أثقل خلال الخمسينيات وعصر الطائرات النفاثة. استبدل نظام التذويب الحراري الموجود على الحواف الأمامية للجناح والذيل نظام إزالة الجليد المطاطي المستخدم في الطائرات السابقة بنهج الهواء الساخن الأكثر موثوقية.

اختفى الذيل الثلاثي من الطيران التجاري عندما وصلت الطائرات النفاثة. استخدمت طائرات بوينغ 707 ودوغلاس دي سي-8 وكل طائرة تجارية لاحقة مثبتًا رأسيًا واحدًا. تم استبدال أو توسيع حظائر الطائرات التي أعاقت مصممي شركة Constellation لاستيعاب الجيل الجديد من الطائرات، مما أدى إلى إزالة قيود الارتفاع التي أدت إلى إنشاء التصميم ثلاثي الزعانف في المقام الأول. وبحلول الوقت الذي كانت المطارات تقوم فيه ببناء حظائر طائرات 747 في أواخر الستينيات، لم يكن هناك أي ارتفاع للمثبت الرأسي مرتفع للغاية بحيث لا يمكن استيعابه. المشكلة الهندسية التي حلها الذيل الثلاثي لم تعد موجودة.

من بين 856 كوكبة تم بناؤها بين عامي 1943 و1958، بقي حوالي 55 منها على قيد الحياة. اعتبارًا من عام 2026، هناك طائرتان فقط صالحتان للطيران. VH-EAG، وهي طائرة من طراز C-121C Super Constellation تديرها جمعية ترميم الطائرات التاريخية الأسترالية، تطير من مطار إيلاوارا الإقليمي في كسوة كانتاس المرممة وتحمل الركاب في رحلات تجريبية. N422NA، وهي طائرة من طراز VC-121A تُدعى Bataan والتي كانت بمثابة وسيلة النقل الشخصية للجنرال دوجلاس ماك آرثر، ثم طارت لاحقًا إلى وكالة ناسا خلال برنامج أبولو، وتتم صيانتها بواسطة مؤسسة Air Legends Foundation وتظهر في المعارض الجوية الأمريكية.