من ماذا تصنع هياكل الطائرات
هل تسائلت من قبل خلال رحلة طيرانك مما صنعت تلك الطائرة ، وما هي المواد المستخدمة في بناء هيكلها ؟ ، نقدم لك في هذه المقالة شرح تفصيلي لأنواع المواد التي استخدمت في بناء الطائرات منذ اختراعها .
انواع المواد المستخدمة لصنع الطائرات
يمكن استخدام العديد من المواد في صناعة هياكل الطائرات الرئيسية – مثل الأجنحة أو جسم الطائرة أو معدات الهبوط ، وذلك على أنواع مختلفة من الطائرات.
الخشب
تم استخدام الخشب في معظم الطائرات المبكرة ويستخدم الآن بشكل رئيسي في الطائرات المصنعة منزليًا ، الخشب خفيف الوزن وقوي ، ولكنه أيضًا يخرج منه الكثير من الشظايا ويتطلب الكثير من الصيانة .
الألومنيوم
الألومنيوم (المخلوط بكميات صغيرة من المعادن الأخرى) في معظم أنواع الطائرات لأنه خفيف الوزن وقوي ، كما أن سبائك
الألومنيوم
لا تتآكل بسهولة مثل الفولاذ ، ولكن نظرًا لأنها تفقد قوتها في درجات الحرارة العالية ، لا يمكن استخدامها لأسطح الطائرات التي تصبح ساخنة جدًا على الطائرات التي تطير أسرع من ضعف سرعة الصوت .
الفولاذ
يمكن أن يكون الفولاذ أقوى أربع مرات وأكثر صلابة من الألمنيوم ثلاث مرات ، ولكنه أثقل أيضًا بثلاث مرات ، و يتم استخدامه لصنع أجزاء معينة مثل معدات الهبوط ، حيث القوة والصلابة مهمة بشكل خاص.
كما تم استخدامه لصنع الطبقة الخارجية لبعض الطائرات عالية السرعة ، لأنها تحتفظ بقوتها في درجات حرارة أعلى أفضل من الألومنيوم.
الجرافيت-الايبوكسي
هو واحد من عدة أنواع من المواد المركبة التي أصبحت تستخدم على نطاق واسع للعديد من هياكل الطائرات ومكوناتها ، تتكون هذه المواد عادة من ألياف قوية مدمجة في الريزن (في هذه الحالة ، ألياف الجرافيت مضمنة في الإبوكسي) .
يمكن تكديس الأوراق الرقيقة للمادة بطرق مختلفة لتلبية احتياجات القوة أو الصلابة المحددة ، ويعتبر جرافيت الإيبوكسي قوي مثل الألمنيوم ويزن حوالي النصف .
التيتانيوم
قوي مثل الفولاذ ويزن أقل ، على الرغم من أنه ليس خفيفًا مثل الألمنيوم ، إنه يتحمل قوتها في درجات حرارة عالية ومقاومة التآكل أفضل من الفولاذ أو الألومنيوم .
على الرغم من أن
التيتانيوم
غالي الثمن ، إلا أن هذه الخصائص أدت إلى زيادة استخدامه في الطائرات الحديثة . [1]
أجنحة الطائرات
أجنحة الطائرة مصنوعة من نوع معين من الألومنيوم ، وهي سبيكة توفر مزيجًا من الصلابة والقوة التي تشبه الفولاذ الذي يجعلها سهلة الطيران ، لكن العلماء من جامعة ولاية كارولينا الشمالية يحققون فيما قد يكون مادة أفضل ، وتتكون من مزيج من ريزن الايبوكسي وما يعرف باسم رغوة المعادن المركبة الفولاذية ، أو CMF.[2]
استخدام المواد المركبة في صناعة هياكل الطائرات
نما استخدام المواد المركبة ، التي ساعدت بشكل مماثل في كل من التصميم والتطبيق من خلال استخدام أجهزة الكمبيوتر ، من التطبيق العرضي لجزء غير هيكلي (مثل باب مقصورة الأمتعة) إلى إنشاء هياكل هوائية كاملة .
هذه المواد لديها ميزة إضافية في التكنولوجيا العسكرية من وجود نوعية منخفضة (
الشبح
) يمكن ملاحظتها للرادار .
بدأت بعض الطائرات المصنوعة من المواد المركبة في الظهور في أواخر الثلاثينيات وأربعينيات القرن الماضي ، عادةً ما كانت هذه المواد عبارة عن مواد خشبية مشربة من البلاستيك ، وأكثرها شهرة (وأكبرها) منها بناء Duramold لزورق هيوز المكون من ثمانية محركات ، كما استخدمت بعض طائرات الإنتاج مواد وطرق بناء Duramold .
خلال أواخر الأربعينيات من القرن العشرين ، تطور الاهتمام بمواد الألياف الزجاجية ، و
الأقمشة
المصنوعة أساسًا من الألياف الزجاجية ، بحلول ستينيات القرن العشرين ، تم تطوير مواد وتقنيات كافية لجعل الاستخدام الواسع ممكن .
يشير المصطلح “مركب” لطريقة البناء هذه إلى استخدام مواد مختلفة توفر نقاط قوة أو وزنًا خفيفًا أو مزايا وظيفية أخرى عند استخدامها في تركيبة لا يمكن توفيرها عند استخدامها بشكل منفصل .
وعادة ما تتكون من مصفوفة الراتنج المقوى بالألياف ، يمكن أن يكون الريزن عبارة عن استر فينيل أو إبوكسي أو بوليستر ، بينما قد يكون التسليح أيًا من مجموعة متنوعة من الألياف ، بدءًا من الزجاج حتى الكربون والبورون وعدد من أنواع الملكية .
في هذه العناصر الأساسية ، تتم إضافة القوة أحيانًا بإضافة مادة أساسية ، مما يجعل البناء الهيكلي ساري المفعول ، يمكن أن يتكون النواة من عدد من الرغاوي البلاستيكية (
البوليسترين
أو البولي يوريثان أو غير ذلك ) أو الخشب أو أقراص العسل ( هياكل متعددة الخلايا ) من الورق أو البلاستيك أو القماش أو المعدن وغيرها من المواد .
يمكن الوصول إلى الشكل النهائي المرغوب فيه ، من حيث المظهر الخارجي والهيكل الداخلي المطلوب للقوة الكافية ، لمكون مصنوع من مواد مركبة من خلال مجموعة متنوعة من الوسائل ، أبسطها هو وضع صفائح من الألياف الزجاجية ، كما هو الحال في بناء الزورق ، وتشريب الأوراق مع الريزن .
تقنيات أكثر تطورا تنطوي على تشكيل المواد في أشكال محددة عن طريق الآلات المتقنة. تتطلب بعض التقنيات استخدام قوالب من الذكور أو الإناث أو كليهما ، في حين أن البعض الآخر يستخدم أكياس فراغ تسمح بضغط الغلاف الجوي للضغط على الأجزاء في الشكل المطلوب .
فتح استخدام المواد المركبة طرقًا جديدة تمامًا للبناء ومكّن المهندسين من إنشاء أجزاء أقل تكلفة وأخف وزناً وأقوى من أشكال أكثر انسيابية مما كان ممكنًا في السابق مع الخشب أو المعدن ، مثل الكمبيوتر ، انتشر استخدام المواد المركبة بسرعة في جميع أنحاء الصناعة وسيتم تطويره أكثر في المستقبل .
أثر وصول التكنولوجيا الجديدة في أجهزة الكمبيوتر والمواد المركبة على
النقل الجوي
التجاري ، حيث لا يمكن للطائرات الأكبر من طراز بوينج 747 وأسرع من طائرة الكونكورد أن تكون ممكنة فحسب بل لا مفر منها ، في مجال الطائرات التجارية ، نتج عن التقنيات الجديدة مجموعة من الطائرات التنفيذية ذات الخصائص الأكثر حداثة .
وتشمل هذه Beech Starship التي تم تكوينها بشكل فريد ، والتي يتم تصنيعها بالكامل تقريبًا من المواد المركبة ، و Piaggio Avanti ، التي لديها أيضًا تكوين جذري وتوظف الإنشاءات المعدنية في المقام الأول ولكنها تشتمل على كمية كبيرة من المواد المركبة.
تستخدم عمليات النقل الجوي التجارية مواد مركبة بكميات متزايدة وقد تتبع في نهاية المطاف نمط الخدمات العسكرية ، حيث يتم تصنيع الطائرات الكبيرة مثل Northrop B-2 بالكامل تقريبًا من مواد مركبة متطورة.
لقد تمت مراجعة الاعتبارات القانونية التي تم ذكرها سابقًا ، جنبًا إلى جنب مع التطورات الحاصلة في أجهزة الكمبيوتر والمركبات .
دور الطائرة المصنعة منزليًا بالكامل
على الرغم من أن الطائرة التي تم تصنيعها في المنزل كانت دائمًا جزءًا من مشهد الطيران ( كانت Wright Flyer في الواقع “مُنشأة في المنزل” ) ، فقد كانت التصميمات تقليدية تمامًا لسنوات ، وغالبًا ما تستخدم مكونات من الطائرات الحالية .
منذ ظهور جمعية الطائرات التجريبية (التي تأسست عام 1953) في الولايات المتحدة ، عملت الحركة المبنية منزليًا قبل صناعة الطيران ، حيث كانت رائدة في استخدام أجهزة الكمبيوتر والمركبات ، وخاصة التكوينات الجذرية ، بينما يوجد العديد من الممارسين في هذا المجال ، قام رجل واحد ، المصمم الأمريكي بيرت روتان ، بتلخيص هذا الانتقال للحركة المنزلية الصنع من الفناء الخلفي إلى المكانة الرائدة. كان لروتان ، من موخاف ، كاليفورنيا ، سلسلة طويلة من التصميمات الناجحة ، التي وصلت إلى أعلى درجة من التقدير مع طائرة فوياجر ، حيث قام شقيقه ديك روتان وجينا ييغر برحلة لا تُنسى بدون توقف حول العالم في عام 1986 .
استفادت ثلاثة مجالات أخرى من
الطيران المدني
بشكل كبير من هذه التطورات في التكنولوجيا ، أولها الطائرات العمودية للإقلاع والهبوط ، بما في ذلك الطائرات العمودية ، والثاني هو الطائرات الشراعية ، التي وصلت إلى مستوى جديد .
أما الثالث فهو مجموعة واسعة من الطائرات الشراعية والطائرات خفيفة ، وكذلك الطائرات الأصغر حجما ولكن أكثر تطورا التي تعتمد على الطاقة البشرية أو الشمسية ، لقد تم تحسين كل منها بشكل كبير من خلال التقدم المعاصر في التصميم والبناء ، وكل منها يحمل وعدًا كبيرًا للمستقبل .