تاریخچه هواپیما، هواگرد ثابت بال

از تاریخچه هواپیما تا جنس بدنه آن را در این پست مرور خواهیم کرد.

تاریخچه ساخت هواپیما، هواگرد ثابت بال

هواپیما یک نوع هواگرد ثابت بالی است که توسط موتور جت، ملخ یا موتور راکت به جلو رانده می‌شود. هواپیماها در اندازه ها اشکال و آرایش‌های مختلف در قسمت بال ظاهر می‌شوند. کاربردهای هواپیما بسیار زیاد بوده و تاثیر بسیار به سزایی درزندگی انسان ها داشته است . که شامل مواردی از قبیل تفریح، انتقال کالا و افراد، نظامی و تحقیقاتی است. انتقال‌های هوانوردی تجاری در سراسر جهان سالانه بیش از چهار میلیارد مسافر را از طریق هواپیماهای مسافربری و بیش از ۲۰۰ میلیارد تن کیلومتر محموله را سالانه جابجا کرده که کمتر از ۱ درصد از جابجایی محموله‌ها در سراسر جهان است .

تاریخچه ساخت هواپیما

عصر بالون ها

حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح در یونان باستان، ارخطوس نخستین دستگاه پرندهٔ مصنوعی که به صورت خودکار پرواز می‌کرد را ساخته‌است؛ مدلی شبیه به یک پرنده که احتمالاً با نیروی بخار پرواز می‌کرده و گفته می‌شد تا ۲۰۰ متر پرواز می‌کرد.در قرن هفدهم، توجه بشر به پروازهای «سبک‌تر از هوا» معطوف گردید؛ بنابراین نخستین پرواز با بالون‌هایی که از هوای گرم و هیدروژن پر می‌شدند انجام گرفت. اگر چه یکی از معایب بزرگ بالون این بود که ساکنان بالون کاملاً در اختیار و دستخوش تغییرات هوا بودند و پیوسته به وسیله باد این طرف و آن طرف برده ‌می‌شدند.

عصر بالون

هواپیما های بی موتور

گلایدر پس از مدتی آزمایش موفق شد دستگاه کوچکی بسازد که مرکب از دو بال، یک بدنه و یک سکان بود، داوینچی دستگاه خود را از مکان مرتفعی به پائین رها کرد و پس از طی خط سیر طولانی به آرامی روی زمین نشست. چندی بعد لئوناردو در سال ۱۵۰۰ دستگاه خود را کامل‌تر کرد بدین معنی که به وسیلهٔ یک فنر که حرکات ملایمی به بال‌های دستگاه اختراعی می‌داد موفق شد آن را مدت بیشتری در هوا نگاه دارد، ولی البته کسی با آن پرواز نکرد.

در قرن‌های بعدی نیز افرادی توانستند به مدل‌هایی از وسیله‌های پروازی برسند. در سال ۱۶۷۸ میلادی بینه فرانسوی همانند داوینچی دستگاهی ساخت که بال‌هایش توسط انسان حرکت می‌کرد. وی در پرواز موفق نشد. در ۱۷۸۴ میلادی بین ونو فرانسوی نیز دستگاهی ساخت که بال‌هایش شبیه پروانه یا فرفره بود.سوی دیگر همین اختراع تکمیل شده هنسون معایب فراوانی داشت و تقریباً دیگر افرادی که کار وی را تقلید کردند سقوط کرده و جان خود را از دست دادند. پس از هنسون، آلفونس پنو فرانسوی در سال ۱۸۷۱ میلادی هواپیمای دیگری ساخت که بسیار سبک بود و مدت‌ها می‌توانست در هوا باقی بماند. پس از آن پس از پنو افراد دیگری در کشورهای مختلف دست به تکمیل این اختراع زدند تا آنکه سرانجام در سال ۱۸۹۵ میلادی اوتو لیلینتال آلمانی موفق شد بال پرنده بسازد. پس از لیلیان‌تال آلمانی مخترعان دیگری سال‌ها در این راه آزمایش کردند تا سرانجام در سال ۱۸۹۶ میلادی شانو فرانسوی موفق شد یک هواپیمای بی‌موتور کامل اختراع کند. این هواپیمای بی‌موتور دارای دو بال، یک سکان متحرک و یک محور ثقل صحیح بود و سرنشین آن می‌توانست باخیال راحت در آن بنشیند و از مکان بسیار مرتفعی در هوا رها شود و به میل خود سکان را حرکت داده به سیر هواپیما تغییر جهت دهد و به همین نحو وزش باد نامناسب را کنترل کند .

هواپیمای بی موتور

هواپیما های موتور دار

اما بسیاری مخترع هواپیما به معنای امروزی را برادران رایت می‌دان. آن‌ها نخستین کسانی بودند که موفق شدند هواپیمای بی‌موتور یا بادبادک هوایی را با سرعت نیرو بدهند و به میل سرنشین در فضا به پرواز درآورند. برادران رایت پس از سال‌ها آزمایش در ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ در کیتی هاوک در کارولینای شمالی، آمریکا موفق شدند موتور کوچکی بر روی هواپیمای خود نصب کنند . به محور این موتور پروانه‌ای که عیناً شبیه یک فرفره بود متصل سازند و در نتیجه هواپیما را بر اثر گردش فرفره با به‌کارگیری نیروی موتور در هوا به پرواز درآورند.با اینکه پیش از برادران رایت موتورهای نفت سوز اختراع شده بود اما فکر به‌کارگیری پروانه هلیس برای شکافتن هوا و پیش بردن هواپیما به اندیشه کسی خطور نکرده بود. آن‌هایی که می‌خواستند هواپیما را با سرعت در فضا به حرکت درآوردند همگی سعی داشتند با به ‌کارگیری حرکت دادن بال‌ها این کار را انجام دهند .پس با این روند برادران رایت، کورتیس آمریکایی در سال ۱۹۰۸ اختراع رایت را تکمیل کرد و با قراردادن چند چرخ کوچک در زیر هواپیما مسئله فرود آمدن و برخاستن را حل کرد و بدین ترتیب از آن سال به بعد مخترعان در تکمیل این ماشین کوشیدند.

هواپیما های موتور دار

هواپیما های جت

یک دیدگاه این است که عصر جت با اختراع موتور جت در دهه‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ آغاز شد. در تاریخ هوانوردی نظامی در سال ۱۹۴۴ با معرفی بمب افکن شناسایی آرادو آر ۲۳۴ و جنگنده مسرشمیت ام‌ئی ۲۶۲ در طول جنگ جهانی دوم آغاز شد. در هوانوردی تجاری، عصر جت در سال ۱۹۵۲ با اولین پرواز برنامه‌ریزی شده هواپیمای هویلند کامت به بریتانیا و در اواخر دهه با اولین هواپیماهای جت ساخت آمریکا به عموم آمریکا معرفی شد .

هواپیماهای جت می‌توانستند بسیار مرتفع‌تر، سریع‌تر و دورتر از هواپیماهای ملخی قدیمی‌تر با موتور پیستونی پرواز کنند بنابراین سفر بین قاره‌ای و درون‌ قاره‌ای به طور قابل‌توجهی سریع‌تر و آسان‌تر شد. پس از ظهور عصر جت بود که برای اولین بار هواپیماهایی که آمریکای شمالی را ترک می‌کردند و از اقیانوس اطلس و بعداً اقیانوس آرام عبور می‌کردند توانستند بدون توقف به مقصد خود پرواز کنند، و برای اولین بار بسیاری از نقاط جهان را در طی یک روز سفری در دسترس قرار داشت. از آنجایی که هواپیماهای مسافربری بزرگ می‌توانستند مسافران بیشتری را نسبت به هواپیماهای پیستونی حمل کنند . هزینه کرایه‌های هواپیما نیز کاهش یافت نسبت به تورم بنابراین افراد از طیف وسیع‌تری از طبقات اجتماعی و اقتصادی می‌توانستند هزینه سفر به خارج از کشور خود را داشته باشند.

هواپیمای جت

جنس تشکیل دهنده هواپیما

• آلومینیوم

وزن سبک آلومینیوم و نیز قابلیت کشش بالا می تواند باعث سهولت در شکل گیری و پردازش بدنه هواپیما شود.

آلومینیوم فلزی بسیار بادوام است و می توان استحکام آن را با افزودن فلزات دیگری مانند مس یا با عملیات سرد یا گرم افزایش داد.

آلومینیوم به دلیل عنصر اتمی خود در مقایسه با سایر فلزات یک فلز نسبتا ارزان است.

آلومینیوم دارای خواص ضد خوردگی است که به قطعات اجازه می دهد بدون پوشش باقی بمانند. طراحی هواپیماها و در کل سازه های فضایی، مهندسین سعی می کنند تا آن ها را با استفاده از فلزات سبک طراحی نمایند و در عین حال استحکام بسیار زیادی نیز داشته باشد و از ایمنی بالایی نیز برخوردار باشد. به طور مثال باید به این مسئله توجه نمایید که به این خاطر که وزن کم هواپیما باعث می شود که قابلیت های هواپیما بسیار بالاتر می رود. به طور مثال باید توجه نمایید که مثلا اگر هواپیما مسافربری یا باربری باشد هر مقدار که وزن هواپیما پایین تر بیاید، به همان میزان نیز مسافر یا بار بیشتر می شود.

البته این کاهش وزن تا میزان مشخصی امکان پذیر است و علت آن نیز این است که به این خاطر که ایمنی سازه یا هواپیما بسیار مهم است و هواپیما مثل بقیه ی وسایل نقلیه نیست که اگر مشکلی برای آن پیش آمد، با ایمنی بسیار کامل توقف نماید و به مرتفع ساختن مشکل بپردازد. دقیقا به همین خاطر است که جنس سازه ی هواپیما بسیار اهمیت دارد و فلز و آلیاژی که در ساخت آن به کار می رود، اهمیت بسیار زیادی دارد. ممکن است که شما نام بیشتر این آلیاژها را تا به حال نشنیده باشید اما باید بدانید که این ها همگی در دنیای ساخت و ساز وسایل هوایی به کار می روند. یکی از نکاتی که باید درباره ی فلزات به کارز رونده در ساخت یک هواپیما بدانید این است که درصد استفاده از آلومینیوم، تیتانیوم و فولاد بسیار بیشتر از سایر فلزها در ساخت هواپیما است و به هیمن خاطر آلیاژهای خاصی که در جاهای خاصی مثل اجزای داخلی موتور هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند، بسیار استفاده می شود .

• تیتانیوم

تیتانیوم از آن دسته آلیاژهای بسیار مستحکمی هستند که وزنشان از آلیاژهایی همانند آلومینیوم بیشتر است اما در بعضی موارد جایگزین بسیار خوبی بوده است. از تیتانیوم به صورت یک نوار یا حلقه ی باریک بر روی اسکلت آلومینیومی بدنه می کشند تا از بزرگ شدن ترک های آن جلوگیری نمایند. مخازن سوخت موشک ها و سازه ی ماهواره ها هم بخش های هستند که در ساخت آنان از تیتانیوم استفاده می شود.

جنس هواپیما

• الیاف

الیاف ها نیز همانند پارچه هستند و از جنس الیاف های مختلفی همانند شیشه، کربن، کولار و … ساخته می شوند. سایر مواد هم استفاده از ان ها به این صورت است که گاهی در بعضی از قسمت های اسکلت هواپیما، محل های خاص با شرایط خاص وجود دارند که به عنوان مثال می توانیم از اتصالات نام ببریم و بنابراین ممکن است که سایر مواد نیز در ساخت سازه ی اسکلت هواپیما به کار گرفته شود اما با این مقدار بسیار محدود است .

• کامپوزیت

در واقع کامپوزیت از چند نوع ماده ی مختلف ترکیب شده است که استحکام سازه یا قطعه ی ساخته شده از استحکام مواد یا اجزاء تشکیل دهنده اش، بسیار بالاتر است. کامپوزیت ها در واقع،ئ مواد نسبتا جدیدی در صنعت هوافضا هستند و به علت نسبت استحکام به وزن بالا، توجه ویژه ای به آن ها می شود.