من همیشه این سوال را هنگام دیدن یک هواپیما می پرسم که این ماشین پرنده دقیقا از چه چیزی ساخته شده است که با این همه وزن بسیار زیاد، میتواند از زمین بلند شود و پرواز کند و هم سقوط نمی کند و تازه وزنش می تواند بالاتر هم برود! البته اصل اول در طراحی هواپیماها و در کل سازه های فضایی، 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 هستند.
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 است.
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 میباشد 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 اهمیت دهد. به همین دلیل است که هر نقص کوچکی در ساخت هواپیما توانایی این که به یک فاجعه ی وحشتناک هوایی تبدیل شود را دارا است.
دقیقا به همین خاطر است که جنس سازه ی هواپیما بسیار مورد اهمیت است و فلز و آلیاژی که در ساخت آن به کار می رود، اهمیت بسیار زیادی دارد. در این جا ما انواع مختلفی از فلزات، آلیاژها و مواد غیر فلزی همانند مواد مرکب در صنایع هوایی و فضایی و در ساخت سازه هایی از جنس هواپیماها، بالگردها، موشک ها، ماهواره ها، فضاپیماها و به صورت کلی وسایلی که لازمه ی آن ها ارتفاع گرفتن میباشد، مورد استفاده قرار می گیرند. با پیشرفت علوم متالوژی و مواد و آلیاژهای فلزی، جنس سازه های هوایی هم تغییرات زیادی پیدا نموده.
ما این جا می خواهیم به شما بگوییم که مهم ترین فلزات و آلیاژ های وسایل نقلیه ی هوایی چه چیزهایی می تواند باشد: فولاد ها، آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای نیکل، منیزیم، کبالت، برلیم، نیوبیم، تانتالیم، مولیبدم، تنگستن، وانادیم، زیرکنیوم و در انتها سوپر آلیاژها.
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 قرار میگیرد.
در دنیای امروزی کامپوزیت ها به طور زیادی در سازه وسایل هوافضایی استفاده می شوند. مهم ترین خاصیت این مواد وزن بسیار پایین و استحکام بسیار زیاده و این یک اصل مهم در مهندسی سازه میباشد. قسمت های اصلی یک وسیله ی یک هواپیما شامل بال، بدنه، دم، ارابه ی فرود، اجزای متحرک و سطوح قابل کنترل می باشد.
این قسمت ها از اجزای مختلفی تشکیل شده است. به صورت کلی کاربرد آلومینیوم در هواپیما اینگونه است که به عنوان متداول ترین ماده ی مورد استفاده در ساخت هواپیماها، به عنوان فلزی بسیار سبک میباشد. استحکام آلیاژهای آئومینیومی بین ۶ تا ۸ برابر استحکام آلومینیوم خالص است. اصلی ترین کاربرد آلومینیوم در ساخت هواپیما، در ساخت اجزای خم شوند که به آن ها اصطلاحا اجزای خمشی می گویند استفاده می شود.
مهم ترین مزایای آلیاژ هایی همچون آلومینویم وزن پایین تولید آن به شکل های مورد نظر و دارای کارپذیری بالا است. می ریم به کاربرد ، وزن بالای فولاد باعث محدود شدن کاربردش در اسکلت هواپیما می شود اما با این وجود کاربرد زیادی در بعضی از ساخت قسمت های مختلف اسکلت هواپیما دارد و در گذشته دیده شده است که تیرک اصلی و قسمت های دیگری در هواپیما همانند پوسته از انواع مختلف فولاد ساخته میشود.
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. به طور مثال فلزی همانند تیتانیوم تقریبا ۹ درصد وزن هوایماهای بوئینگ را به خود اختصاص داده 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. فلز بعدی، کامپوزیت است.
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، مواد نسبتا جدیدی در صنعت هوافضا هستند و به علت نسبت استحکام به وزن بالا، توجه ویژه ای به آن ها می گردد.
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 میشود اما با این مقدار بسیار محدود است.
