من ماذا تصنع هياكل الطائرات

هل تساءلت يومًا خلال رحلة طيرانك ما هي المواد التي صنعت منها تلك الطائرة وبناء هيكلها؟ في هذه المقالة، سنقدم لك شرحًا تفصيليًا لأنواع المواد التي تم استخدامها في بناء الطائرات منذ اختراعها .

انواع المواد المستخدمة لصنع الطائرات

يمكن استخدام العديد من المواد في تصنيع هياكل الطائرات الرئيسية، مثل الأجنحة وجسم الطائرة ومعدات الهبوط،على أنواع مختلفة من الطائرات.

الخشب

استُخدم الخشب في معظم الطائرات الأولية، ولا يزال يستخدم حاليًا بشكل رئيسي في الطائرات المصنعة منزليًا. فالخشب خفيف الوزن وقوي، لكنه ينتج الكثير من الشظايا ويتطلب الكثير من الصيانة .

الألومنيوم

يتم استخدام الألومنيوم (مع بعض الشوائب الأخرى) في معظم أنواع الطائرات بسبب خفة وزنه وقوته، ويتميز سبيكة الألومنيوم بعدم تعرضها بسهولة للتآكل مثل الفولاذ، ولكنها تفقد قوتها عند درجات الحرارة العالية، ولذلك لا يمكن استخدامها في أجزاء الطائرة التي تصبح ساخنة جدا على الطائرات التي تطير بسرعة تفوق ضعف سرعة الصوت .

الفولاذ

يعتبر الفولاذ أقوى بأربع مرات وأكثر صلابة بثلاث مرات من الألمنيوم، ولكنه أثقل بثلاث مرات أيضًا، ويُستخدم عادةً في صناعة أجزاء محددة مثل معدات الهبوط، حيث تعتبر القوة والصلابة أمرًا حاسمًا.

 يمكن استخدامه في صنع الطبقة الخارجية لبعض الطائرات ذات السرعة العالية، نظرًا لأنه يحتفظ بقوته عند درجات حرارة أعلى من الألمنيوم.

الجرافيت-الايبوكسي

يعد هذا النوع من المواد المركبة واحدًا من عدة أنواع تستخدم على نطاق واسع في هياكل الطائرات ومكوناتها، حيث تتألف هذه المواد عادة من ألياف قوية مدمجة في الريزن، وفي هذه الحالة، يتم استخدام ألياف الجرافيت المضمنة في المادة الإيبوكسية .

يمكن تراكم الأوراق الرقيقة للمادة بطرق مختلفة لتلبية احتياجات القوة أو الصلابة المحددة، ويعتبر جرافيت الإيبوكسي قويًا مثل الألمنيوم ويزن حوالي النصف من وزنه .

التيتانيوم

 هذا المادة قوية مثل الفولاذ وتزن أقل، على الرغم من أنها ليست خفيفة مثل الألمنيوم، وهي تتحمل القوة في درجات حرارة عالية وتتمتع بمقاومة التآكل الأفضل من الفولاذ أو الألومنيوم .

على الرغم من أن التيتانيوم ثمين الثمن، إلا أن هذه الخصائص أدت إلى زيادة استخدامه في الطائرات الحديثة .

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.

استخدام المواد المركبة في صناعة هياكل الطائرات

أدى استخدام المواد المركبة في التصميم والتطبيق بمساعدة أجهزة الكمبيوتر إلى تطور استخدامها من التطبيق العرضي لجزء غير هيكلي (مثل باب مقصورة الأمتعة) إلى إنشاء هياكل هوائية كاملة .

يوجد في هذه المواد ميزة إضافية في التكنولوجيا العسكرية وهي وجود نوعية منخفضة ( الشبح) التي يصعب اكتشافها بواسطة الرادار .

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 .

في نهاية الأربعينيات من القرن العشرين، زاد الاهتمام بمواد الألياف الزجاجية والأقمشة المصنوعة منها. وفي ستينيات القرن العشرين، تم تطوير تقنيات ومواد كافية لجعل استخدامها واسع الانتشار .

يشير مصطلح `مركب` إلى طريقة البناء التي تستخدم فيها مواد مختلفة توفر نقاط قوة أو وزنًا خفيفًا أو مزايا وظيفية أخرى عند استخدامها في تركيبة معينة، والتي لا يمكن توفيرها عند استخدام هذه المواد بشكل منفصل .

تتكون المواد المركبة عادة من مصفوفة الراتنج المقوى بالألياف، ويمكن أن يكون الراتنج بأي شكل من أشكال الاستر الفينيلي أو الإيبوكسي أو البوليستر، في حين يمكن أن يكون التسليح أي نوع من الألياف، بدءًا من الزجاج وصولًا إلى الكربون والبورون وعدد من أنواع الملكية .

يتم إضافة المادة الأساسية في هذه العناصر الهيكلية الأساسية أحيانا لزيادة القوة، مما يجعل البناء الهيكلي بناء فعالا. يمكن أن تتكون النواة من عدة مواد، مثل الرغاوي البلاستيكية (مثل البوليستيرين أو البولي يوريثان) أو الخشب أو أقراص العسل (هياكل متعددة الخلايا) من الورق أو البلاستيك أو القماش أو المعدن وغيرها من المواد .

يمكن الحصول على الشكل النهائي المطلوب للمكون المصنوع من مواد مركبة، بما في ذلك المظهر الخارجي والهيكل الداخلي المطلوب للحصول على القوة الكافية، من خلال مجموعة متنوعة من الوسائل. ويمكن أن يكون من بين هذه الوسائل وضع صفائح من الألياف الزجاجية، على سبيل المثال في بناء الزوارق، وتشريب الأوراق بالريزين .

تنطوي التقنيات المتقدمة على تشكيل المواد بشكل محدد باستخدام الآلات المتقنة، وتتضمن بعض التقنيات استخدام قوالب لتشكيل الأشكال المحددة، سواء من الذكور أو الإناث أو كليهما، بينما تستخدم بعض التقنيات الأخرى أكياس فراغية تسمح بضغط الغلاف الجوي لتشكيل الأجزاء بالشكل 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 .

تأثر النقل الجوي التجاري بوصول التكنولوجيا الجديدة لأجهزة الكمبيوتر والمواد المركبة، حيث أدى ذلك إلى عدم إمكانية استخدام طائرات كبيرة مثل بوينج 747 وأسرع من الكونكورد، وبالتالي تم تطوير طائرات تنفيذية أكثر حداثة في مجال الطيران التجاري .

تشمل هذه الطائرات Beech Starship وPiaggio Avanti التي تم تصنيعها بشكل فريد، حيث يتم تصنيع Beech Starship بالكامل تقريبًا من المواد المركبة، في حين تستخدم Piaggio Avanti تكوينًا جذريًا وتعتمد بشكل أساسي على الإنشاءات المعدنية ولكنها تشمل أيضًا كمية كبيرة من المواد المركبة.

تستخدم عمليات النقل الجوي التجارية مواد مركبة بكميات متزايدة، ويتبع ذلك في النهاية نمط الخدمات العسكرية، حيث يتم تصنيع الطائرات الكبيرة مثل Northrop B-2 بالكامل تقريبًا من مواد مركبة متطورة.

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 صناعة الطائرات في المنزل كانت دائمًا جزءًا من مشهد الطيران (كانت Wright Flyer في الواقع مصنوعة في المنزل)، فقد كانت التصاميم تقليدية تمامًا لعدة سنوات، وكانت تستخدم في كثير من الأحيانمكونات من الطائرات الحديثة .

منذ ظهور جمعية الطائرات التجريبية (التي تأسست عام 1953) في الولايات المتحدة، عملت الحركة المبنية منزليا قبل صناعة الطيران. كانت الحركة المبنية منزليا رائدة في استخدام أجهزة الكمبيوتر والمركبات، وخاصة التكوينات الجذرية، على الرغم من وجود العديد من الممارسين في هذا المجال. ولكن رجل واحد، المصمم الأمريكي بيرت روتان، تمكن من تلخيص هذا الانتقال إلى الصناعة الرائدة. كان روتان، من موخاف، كاليفورنيا، لديه سلسلة طويلة من التصميمات الناجحة، وصلت إلى أعلى درجة من التقدير مع طائرة فوياجر. وقد قام شقيقه ديك روتان وجينا ييغر برحلة لا تنسى بدون توقف حول العالم في عام 198 .

استفادت ثلاثة مجالات أخرى بشكل كبير من التطورات التكنولوجية في الطيران المدني، الأولى هي الطائرات العمودية التي تستخدم للإقلاع والهبوط وتشمل الطائرات العمودية، والثانية هي الطائرات الشراعية التي وصلت إلى مستوى جديد .

تتضمن المجموعة الثالثة مجموعة واسعة من الطائرات الشراعية والطائرات الخفيفة، بالإضافة إلى الطائرات الصغيرة ذات التطور العالي، التي تعتمد على الطاقة البشرية أو الشمسية. تم تحسين كل من هذه الطائرات بشكل كبير من خلال التطورات الحديثة في التصميم والبناء، وكل منها يمثل وعدًا كبيرًا للمستقبل .