ساختمان بدنه هواپیما

نویسنده: نوید رمضانی سعدی 

بدنه هواپیما محل اصلی اتصال دیگر اجزا می باشد . در قسمت بدنه هواپیما کابین خلبان ، قسمت مسافرها ، قسمت بار وجود دارد .در این یادداشت به انواع ساختمان بدنه هواپیما و روند تکامل آن خواهیم پرداخت .

در ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ که برادران  رایت موفق گردیدند برای اولین بار  یک هواپیمای موتور دار  ، که تا ارتفاع ۱۰۰ متری از سطح زمین پرواز میکرد  بسازند جنس بدنه هواپیما ها از چوب و روکش آن ها از پارچه بود ساختار ساختمان آن هواپیما ها را  welded tube truss ) ) سازه های خرپایی مینامیدند.

سازه های خرپایی به دلیل مقاومت بالا، در حین وزن کم مورد استفاده قرار میگرفتند .

Welded tube truss

این ساختار از دو عضو اصلی تشکیل شده که به واسطه لوله ها و اتصالات به یکدیگر متصل شده اند.

جنس این لوله ها می‌تواند فولاد ، آلومینیوم  و 

مولبیدینیوم باشد.

این سازه خود به دو دسته تقسیم می‌شود که عبارتند از:

1. Pratt trus

این ساختار شکل محکم تر سازه های خرپایی است که دو عضو اصلی آن در ابتدا و انتها به صورت عمودی ،مورب و طولی به یکدیگر متصل شده اند.

2. Warren truss   

این ساختار کاملا شبیه دسته اول است با این تفاوت که در ابتدا و انتها دو قسمت اصلی به صورت عمود به یکدیگر متصل نیستند.

رفته رفته با پیشرفت علم و افزایش سرمایه گذاری بر روی هواپیماها ، سازه های خرپایی دیگر کاربرد قبل خود را نداشتند و با پیدایش موتور های جت در سال ۱۹۲۸ میلادی طراحان هواپیما به سمت جایگزینی بدنه های فلزی (metal fuselage) به جای بدنه های چوبی رفتند . موتور های جت توانایی پرواز در ارتفاعات بالا  و سرعت بیشتر را داشت از این رو فشار هوای زیادی به بدنه هواپیما وارد می‌شد که هواپیما های چوبی توانایی تحمل آن را نداشتند، از این رو بدنه هواپیما ها فلزی و شکل ظاهری آن استوانه ای شد زیرا استوانه  بیشترین تحمل مقاومت را بعد از دایره در اجسام هندسی دارد به این ساختار هواپیما ساختار تخم مرغی   monocoque) ) میگویند.

1. Full monocoque 

این ساختار از اجزای داخلی کمتری برخوردار است و تنش در پوسته آن بسیار زیاد است و بیشتر در هواپیماهای کوچک و هلیکوپتر Boom 206 استفاده میشود.

2. Semi monocoque 

این ساختار از اجزای داخلی بیشتری  نسبت به دسته اول برخوردار است و تنش در پوسته آن کم است و در هواپیما های بزرگ تر و امروزی استفاده میشود.

ساختار درونی این نوع بدنه ها دارای عضو های زیادی به صورت طولی و عمودی است که در زیر از آنها نام میبریم :

1. Keel beam و Langeron

این دو قطعه دارای عملکرد مشابهی هستند که وظیفه تحمل نیرو های طولی بدنه را بر عهده دارند و محکم ترین و سنگین ترین بخش سازه هواپیما به شمار می آید.

2. Bulk head

یک پارتیشن سازه ای محسوب میشود که در حالت نرمال به langeron عمود است.

این پارتیشن در چند موقعیت مکانی قرار می‌گیرد که عبارت است از :

۱.جایی که spar به بدنه وصل میشود 

۲.جایی که درهای ورودی بخش بار و کابین مسافر وصل میشود.

۳.محل اتصال Landing gear به بدنه.

۴.جایی که گنبد کابین به سازه وصل میشود.

۵.جایی که موتور به بدنه وصل میشود.

۶.محل اتصال دم به بدنه.

3. Former ring

جزو اجزای اصلی هواپیما محسوب نمی‌شود و از former ring برای شکل دهی به بدنه استفاده میشود.

4. Stringer

در طول بدنه هستند و از آن ها برای بستن bulk head و former ring استفاده میشود و به صورت طولی در چپ و راست بدنه وجود دارد که باعث جلوگیری از تغییر شکل دادن تنه در تنش های کششی ، خمشی و پیچشی میشود.

همه این اجزا با پوسته ای پوشانده می‌شوند از جنس فلز های مختلف و به دلیل اینکه دم (empenage) و بال ها (wings) به بدنه متصل می‌شوند بدنه باید بسیار مستحکم باشد و تنش ها و نیرو های زیادی را متحمل میشود 

پوسته هواپیما به چه روش هایی به تنه وصل میشود؟

1. Skin to stringer to ring method 

2. Skin to ring / Skin to stringer

نوع اولی دارای مقاومت بیشتری بوده و در زمینه هواپیما های بزرگ و مقاوم در مقابل تنش های بالا استفاده میشود. ولی نوع دوم در هواپیما های متوسط و کوچک استفاده میشود و مقاومت کمتری نسبت به نوع اول دارد.

جنس بدنه هواپیما ها 

تیتانیوم: از تیتانیوم به صورت یک‌نوار یا حلقه باریک بر روی اسکلت آلومینیومی بدنه استفاده میشود تا از بزرگ شدن ترک های آن جلوگیری نماید.

وزن تیتانیوم از آلیاژ هایی همانند آلومینیوم بیشتر است اما استحکام بسیار مناسب تری دارد.

آلومینیوم: آلیاژ های آلومینیوم در پوسته هواپیما کارایی بسیاری دارند مانند آلیاژ آلومینیوم سری ۲۰۰۰ ، ۴۰۰۰ ،۵۰۰۰،۶۰۰۰ و ۷۰۰۰ است. 

کامپوزیت: در واقع کامپوزیت از چند نوع ماده مختلف ترکیب شده است که استحکام سازه یا قطعه ساخته شده از استحکام مواد یا اجزای تشکیل دهنده اش بسیار بالاتر است ؛ کامپوزیت ها به علت نسبت استحکام به وزن بالا همواره از اهمیت بالایی برخوردار بوده و در هواپیما های امروزی از کامپوزیت ها استفاده میشود.