سازه ی هواپیماهای جنگنده

[MOHAMMAD 6,333]

مشخصة اصلی انتخاب یک ماده در سازه هواپیما، نسبت بار قابل حمل به ابعاد آن میباشد. هواپیماهای اولیه نسبت به اندازة خود سرعت پائینی داشتند و بار روی سازه آنها نیز به نسبتا کم بود. متوسط بار روی بال(W/S) این هواپیماها در حدود Kg / m2 25 الی Kg / m220 بود. در این صورت منطق حکم میکرد که در سازة مربوطه، بار فشاری(Compression Load)را روی چند قطعه میلهای شکل وارد کرده و از سوی دیگر بار کششی(Tension)را در سیمها و پارچه روکش پخش نمایند.
این نوع سازه سبکترین و ارزانترین بود و انواع دیگر سنگینتر و گرانتر بودند. مقایسة ابعاد واندازه های جنگنده های اولیه با جنگنده های مدرن امروزی نشان میدهد که تفاوت چندانی بین این دو نسل متفاوت وجود ندارد، ولی وزن جنگنده های اولیه بسیار کمتر بود (وزن سازه هواپیمای تمام فلزی، ده برابر جنگنده چوبی ـ پارچهای قدیمی میباشد). با توجه به قدرت موتورهای آن زمان، سازه روکش پارچهای روی اسکلت چوبی که توسط سیم محکم شده بود، تنها سازه ای بود که می شد انتظار پرواز از آن داشت. جنگنده های دو باله آن زمان از موادی مثل: چوب، سیم فولادی و پارچه جهت روکش کاری ساخته میشدند که این مواد سبک، ارزان و سهل العمل بودند.

روش معمول و تجربی اندازه گیری بار قابل تحمل توسط سازه، به این صورت بوده که بار استاتیک توسط کیسه های شن و یا سرب روی سازه بال هواپیمایی که روی سکو وارونه شده بود، اعمال میشد. با شکست بال مشخص میشد که سازه تحمل چه مقدار بار را دارد. با افزایش سرعت در هواپیماهای جدیدتر، بار روی سازه نیز افزایش یافته و سازه مستحکمتری میبایست مدّنظر قرار میگرفت. طراحان سعی میکردند که اعضای باربر سازه را در نزدیکی سطوح آیرودینامیکی و مناطقی که تنش به نسبت بالا بود، قرار دهند. سطح فوقانی بال یک هواپیما، معمولاً در معرض بار فشاری و سطح تحتانی در معرض بال کششی است و در میان این محدوده یک محور خنثی(Neutral Axis) (تار خنثی) وجود دارد که بهترین محل جهت ایجاد دایره های سبک کننده(Lightening holes)میباشد. تغییر روش ساخت به صورت هواپیمای تمام فلزی برای اولین بار در آلمان و از سال1914 آغاز گشت. آلیاژ «دورآلومین»(Duralumin)به طور اتفاقی در سال 1908 تهیه شده بود و مشخصات سازه ای برتر آن، مثل تنش جاری شدن(Yeild Strenght)در 210 اسحاق نیوتن بر میلیمتر مربع، بر طراحان پوشیده نبود ولی روشهای استفادة عملی از آن در دسترس نبود.
با تغییر مادة اصلی به کاررفته در سازه هواپیما از چوب به فلز، روشهای ساخت و مونتاژ نیز باید تغییر میکرد. روش بسیار موفق تولید که از دهة1930رواج یافت بر مبنای ساخت قطعات مختلف(Split construction) (بال، بدنه، موتور و…) توسط شرکت سازنده و یا پیمانکاران دیگر ومونتاژ آنها در یک خط تولید اصلی بود که بسیار کارآمدانه بود. تغییر عمده دیگری که در این مدت صورت گرفت، جایگزینی پرچ خزانهای(Flush rivet)به جای پرچ سرگرد(Dimple rivet)بود. در50 سال گذشته، اندازه و وزن جنگنده ها افزایش بسیاری یافته است. با بزرگتر شدن جنگنده ها تصور می شد که موقعیتی برای بهبود کیفی طراحی سازه به وجود آید. در همین راستا، انتظار میرفت که با پیشرفت فن آوریهای دخیل در طراحی و ساخت، نسبت وزن سازه به حداکثر وزن در هنگام برخاستن نیز کاهش یابد، امـّا این انتظار برآورده نشد در جنگنده های جنگ جهانی دوم، نسبت وزن سازه به حداکثروزن در هنگام برخاستن (Maximum Take-off weight) ،1به3 بوده و جالب توجه است که امروز این نسبت به دلیل ، افزایش فاکتور بار محاسباتی در مرحلة طراحی هنوز تغییری نکرده است. با وجود کاهش وزن سازه بال، وزن قسمتهای دیگر اویونیک ، سیستم ها و…) افزایش چشمگیری یافته اند، به علاوه، سازه ها به گونه ای طراحی میشوند که عمر خدمتی جنگنده به نسبت جنگنده های قدیمی بسیار بیشتر است.

در طول حیات یک هواپیما، تمام قسمتهای سازه آن تحت بارهای متناوب متغیر میباشند. که در این حالت، پدیدهای به نام خستگی سازه پیش میآید. خستگی سازه، در اصل مرگ تدریجی یک قطعه در طول میلیونها دفعه اعمال بار متناوب روی آن میباشد. امّا این خستگی دو تفاوت عمده با خستگی در انسان دارد. اولاً، با استراحت کردن برطرف نمیشود و ثانیاً عارضة خارجی نداشته تا وقتی که ترکها در سازه هویدا شوند که البته آن وقت دیگر خیلی دیر است. لازم به ذکر است که کارشناسان سالها بود به این مسئله واقف بودند که اگر بار روی یک قطعه به صورت متناوب اعمال شود، بار گسیختگی آن قطعه بسیار پائینتر از حالت اعمال بار در شرایط استاتیک میباشد. قبل از سال1940، به دلیل عمر کم جنگنده ها و در کل هواپیماها، توجه کمی به مسئله خستگی سازه در فاز طراحی میشد.

برداشت عمومی این بود که با طراحی سازه جهت بار استاتیکی بیشتر، مسئلة خستگی سازه منتفی میشود. مهمترین اثر استفاده از یک مادة جدید در یک هواپیما، کاهش وزن میباشد. آسانترین روش جهت کاهش جرم سازه، کاهش چگالی آن میباشد. آلیاژ فولاد ضریب انعطاف کم و استحکام کششی بالایی دارد، امّا چگالی آن نیز بالا است (سه برابر آلیاژهای آلومینیوم). در سازه هواپیما عموماً از فولاد آبدیده استفاده میشود. در جنگنده ضربتیF-111 ، جعبه مشترک محورهای تغییر زاویة بال(Carry-through wing box)از این آلیاژ ساخته شده است. امّا به دلیل وزن زیاد فولاد، روند کنونی در جهت استفاده از فلز تیتانیوم است. به جرأت میتوان ادعا کرد که مهمترین ماده وارد شده در سازه هواپیما، ماده ترکیبی از فیبر کربن (CFC) میباشد.CFC تشکیل شده است از الیاف کربن بسیار مستحکم که در بستری از مواد چسبنده اپاکسی(Matrix ofEpoxy resin)قرار گرفته است. این ماده برای اولین بار در سال1961 در مؤسسه سلطنتی تحقیقات هواپیمایی در شهر معروف فارن برو در انگلستان تولید شد. نه تنها نسبت استحکام به وزن این ماده بالاست، بلکه ضریب انعطاف آن نیز پائین است. به علاوه، استفاده از مواد ترکیبی، امکان طراحی سازه و مواد مصرفی سازه را در یک زمان برای گروه طراحان فراهم میآورد.

از طرفی با استفاده از ویژگی جهتدار بودن(Directional properties)استحکام و سختی سازه ساخته شده از این مواد ساخته شده، میتوان آن را به گونه ای طراحی کرد که تحت فشار دینامیکی، انعطاف و قوس مناسب رژیم سرعتی و مانور را تولید کند. از زمان اولین تولید مواد CFC حدوداً 10 سال طول کشید تا این مواد به طور جدی در سازه هواپیما به کار رفت. اولین کاربرد گستردة CFC در برنامة توسعه جنگنده عمود پرواز هاریر مدل AV8-B و توسط شرکت مک دانل داگلاس و بریتیش ایر واسپیس بود.


منبع:
http://toronto.blogfa.com/87091.aspx

[worior 25,976]

بیشتر اتصالات هواپیما از پرچهای فنر دار و تقریبا در این دوران اخیر حدود 75 سال گذشته آلیاژهای الومینیوم و خصوصا الیاژی به نام دورالومین که توسط آلمانها بطور اتفاقی کشف شد × و عمده ترکیبات این الیاژها از رسوبات فوق العاده ریز مس منیزیم ترکیب شده با الومینیوم که از خود الومینیوم سنگین تر ولی بسیار مقاوم تر است ! ...
که جدیدا در ان از لیتیم هم استفاده میشود ! ...
ترکیبات جدید امروزی مثل فیبر کربن که بسیار سخت هستند مانند همین سی اف سی در جنگنده ها بهره برده میشوند که البته بسیار گران هم هستند ...

[MOHAMMAD 6,333]

سازه ی هواپیماهای جنگنده در طول صد سال گذشته شاهد تغییرات رو به رشدزیادی بوده بهتره که دوستان با مشارکت خودشون بر غنای علمی مطلب بیفزایند.
راستی کسی از دوستان از تولید سی اف سی در ایران اطلاعی داره؟

[ahvazWolf 4]

ممنون اطلاعات خوبي بود


البته فقط بار استاتيكي موجب خستگي در سازه نميشه...............نيروي ديناميكي وارد بر يه جسم اثر بيشتري داره............اگه بر يك جسم نيروي فشاري و كششي به طور جداگانه هي اعمال بشه......يعني در يك لحظه نيروي كششي وارد شه لحظه ي بعد نيروي فشاري پديده ي خستگي رو زودتر به وجود مياره........حالا اگه هم فاز با نيروي ارتعاشي وارد بر جسم باشه اون رو تشديد ميكنه

تنش حرارتي هم باعث خستگي ميشه

[worior 25,976]

CFC به دو واژه اطلاق میشه ! که یکی کلروفروعون کربن (همون گاز گلخانه ای مشهور) .... و دومی کربن ری انفورسد کربن !!! ...

تا به حال زیاد با این واژه بعنوان سازه های هوایی روبرو نشدم و برام آشنا نیست. ممکنه اون چیزی که فکر میکنم نباشه اما فیبر های کربنی (مختص سازه های هوایی) مختلف وجود داره و شما از همین بازار ایران میتونید تهیه کنید که گران هم هستند ...