ایروپدیا | هوافضای جوان

مخازن تحت فشار

مخازن تحت فشار از سازه‌های مهم در دنیای مهندسی مکانیک هستند. مهمترین کاربرد این مخزن‌ها در هوافضا، مربوط به مخازن ذخیره سوخت در موشک‌های سوخت جامد و سوخت مایع است. همونطور که از اسم این سازه‌های مهم پیداست، وظیفه تحمل فشارهای بسیار زیاد رو برعهده دارند و تحت تنش‌های اصطلاحا حلقه‌ای و طولی بزرگی قرار دارند. یعنی در همه جهت به آنها نیرو وارد می‌شه، هم در طول مخزن و هم در حلقه یا محیط مخزن. اگرچه مخازن موشک‌های سوخت مایع نسبت به سوخت جامدها تحت فشارهای بالا قرار ندارند اما قسمت محفظه احتراقشون که سوخت و اکسید کننده در اونجا باهم محترق می‌شوند تحت فشارهای خیلی بالا قرار دارند. بنابراین مهندس‌های سازه باید با دقت خیلی زیادی این مخزن‌ها رو طراحی کنند چون هرگونه اشکال هر چند کوچک می‌تونه باعث انفجار مخزن بشه و حادثه‌های زیادی هم به همین دلیل برای موشک‌های نظامی و غیر نظامی در هنگام تست‌ها و حتی در حین پرتاب‌های عملیاتی پیش اومده،

تست راکت شرکت آرمادیلو

تست راکت شرکت آرمادیلو

مخزن تحت فشار یک موتور موشک که در قسمت ابتدایی نازل قرار دارد

مخزن تحت فشار یک موتور موشک که در قسمت ابتدایی نازل قرار دارد

موضوع دیگری که در مخازن پرفشار خیلی اهمیت داره نوع مواد به کار رفته در ساختشونه. این موضوع از جنبه‌های مختلفی مثل استحکام بالا و همچنین عدم واکنش با مواد شیمیایی و سوخت موشک مورد توجه مهندس‌های سازه ست. البته نوع فلز یا ماده بکار رفته ارتباط مستقیمی با کاربردشون داره. معمولا مخزن‌های فلزی جنسشون از فولادهای مستحکمه و مخزن‌های غیر فلزی یا کامپوزیتی هم از نخ‌های کربن و به روش رشته پیچی ساخته می‌شوند.

مخزن کامپوزیتی در حال رشته پیچی با نخ های کربن

مخزن کامپوزیتی در حال رشته پیچی با نخ های کربن

دستگاه‌های سی ان سی

انسان از ابتدای شناخت محیط اطرافش و نیازهایی که در پی اون به وجود اومده همیشه سعی کرده با استفاده از روش‌های مختلف ابزارهای مورد نیاز زندگی خودش و اجتماعش رو بسازه و تولید کنه. راحتی ساخت، دقت ساخت، سرعت ساخت و خیلی از پارامترهای دیگه در کنار پیشرفت تکنولوژی‌های مختلف علوم پایه و مهندسی، در طی سالیان خیلی زیاد باعث معرفی تدریجی روش‌ها، ابزارها و دستگاه‌های جدید ساخت شده. دستگاه‌هایی که خیلی‌هاشون مدیون حضور کامپیوترها هستند. یکی از این دستگاه‌های بسیار کاربردی که قصد داریم در مورش صحبت کنیم، دستگاه‌های سی ان سی است. شاید اسم این دستگاه به گوشتون خورده باشه اما عملکرد و نحوه کار این دستگاه مطمئنا براتون جالبه. دستگاه‌هایی که بخش زیادی از قطعات وسایل مهندسی از جمله هواپیماها، بالگردها و هر وسیله‌ای که به فکرتون می‌رسه رو به‌راحتی، با دقت و سرعت زیادی می‌سازه.

یک نمونه دستگاه سی ان سی

یک نمونه دستگاه سی ان سی

اول اینکه CNC مخفف حروف اول جمله Computer Numerical Control است. حتما معنی این کلمه رو متوجه شدید، اینکه با استفاده از کنترل عددی کامپیوتر کار می‌کنه. البته در گذشته که کامپیوترها وارد طراحی و ساخت قطعات نشده بودند حرف C وجود نداشت، یعنی اینکه کنترل دستگاه توسط منطق و دستورات از قبل مشخص شده‌ای و بدون نیاز به پردازش کامپیوتری انجام می‌شد و این دستگاه‌ها با عنوان NC شناخته می‌شدند.

 اما فرایند سی ان سی چطوری انجام می‌شه؟ در حقیقت فرایندی که در گذشته لازم بود که توسط دست و با دستگاه‌های معمولی انجام بشه، در دستگاه‌های سی ان سی توسط یک برنامه‌ریزی از قبل انجام شده در حافظه کامپیتور انجام می‌شه به طور دقیق دست‌هایی که با مغز یک انسان کار می‌کردند تبدیل به بازوها یا محورهای مکانیکی شدند که با مغز کامپیوتری کنترل می‌شوند. اگر بخوام دقیق‌تر توضیح بدم باید بگم که داده‌ها و اطلاعات مختلف یک قطعه مثل یک مهره که توسط مهندس‌های طراح و با استفاده از نرم افزاهای طراحی مثل کتیا یا اتوکد طراحی شده ابتدا به کامپیوتر دستگاه داده می‌شه و کامپیوتر اون‌ها رو پردازش می‌کنه و با استفاده از ریزپردازنده‌هایی که داره و در طی یک فرایند دستورات حرکتی مورد نیاز رو به بازوهای مکانیکی که در انتهاش ابزارهای تراش فلز قرار داره صادر می‌کنه.

banner_mw

ابزار دستگاه سی ان سی در حال تراش قطعه

dsc_0449

دستگاه سی ان سی در حال تراش قطعه‌ای نسبتا پیچیده

 مثلا مهندس‌ها بعد از طراحی یک مهره در نرم افزار، فایل طراحی رو به دستگاه سی ان سی می‌دهند و پس از انجام یک سری تنظیمات توسط اپراتورهای دستگاه، یک مکعب فلزی داخل قسمت ساخت قطعه دستگاه گذاشته می‌شه، بعد بازوهای مختلف حرکت می‌کنند و این مکعب رو اینقدر تراش می‌دهند تا به یک مهره تبدیل بشه. سی ان سی‌ها دستگاه‌های جالبی هستند و می‌تونند خیلی از طرح‌ها، شکل‌ها و قطعات پیچیده رو به‌ راحتی، بر روی هر ماده‌ای و با هر جنسی بسازند. مثلا در شکل زیر می‌بینید که دستگاه با استفاده از یک محور یا بازو داره روی یک چوب کار حکاکی انجام میده.

دستگاه سی ان سی در حال تراش و حکاکی روی قطعه چوبی

دستگاه سی ان سی در حال تراش و حکاکی روی قطعه چوبی

دستگاه‌های سی ان سی برحسب ویژگی‌ها و وظایفی که براشون تعریف میشه، ابعاد و اندازه‌های مختلفی دارند. مثلا ممکنه اینقدر کوچیک باشند که توسط دو نفر حمل بشوند، یا خیلی بزرگ که برای جابه‌جایی نیاز به جریثقیل باشه.

خط تولید قطعه با دستگاه های سی ان سی

خط تولید قطعه با دستگاه های سی ان سی

سی ان سی‌ها معمولا به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:

  • ماشین‌های ابزار
  • ماشین‌های ورقکاری و ماشین‌های تجهیزات ساخت
  • ماشین‌های بازرسی کننده و کنترل کننده برای اندازه‌گیری ابعاد سه بعدی اجسام

بررسی این دسته‌ها خیلی مفصله اما اگر بخوایم بصورت کلی بگیم، دسته اول شامل ماشین‌های فرز، ماشین‌های تراش، سوراخ کار و سنگ زنی یا ماشین‌های لیزری و … هستند که احتمالا نوع لیزریش رو دیده باشید. دسته دو ماشین‌هایی هستند که وظایفی مثل جوشکاری‌های دقیق، انجام پانچ، برش با جوش، خم کاری و ایجاد فرم و … رو بر عهده دارند و دسته سوم هم معمولا برای کارهای مهندسی معکوس روی قطعات بکار می‌روند مثلا ابعاد دقیق یک قطعه رو استخراج می‌کنند.

اگر علاقه‌مند به آشنایی بیشتر با نحوه عملکردشون هستیند منابع مختلفی در قالب سایت‌های اینترنتی، کتاب و فیلم وجود داره که می‌تونید به اونها مراجعه کنید.

لود فکتور یا ضریب بار

ضریب بار پارامتری مهم در مهندسی هوافضاست و هنگام طراحی هواپیما یا هر وسیله پرنده‌ی دیگه‌ای، مهندس‌ها باید حسابی بهش توجه کنند و محاسبه‌اش کنند. این پارامتر برای مهندس‌های سازه اهمیت بیشتری داره. عدم توجه به این پارامتر می‌تونه حادثه‌ای بزرگ رو به وجود بیاره. با ما همراه باشید تا در مورد لود فکتور بیشتر بدونید.

از منظر ریاضی ضریب بار همون نسبت نیروی برآی هواپیما به وزن هست که با n نشون داده می‌شه و با عبارت ریاضی زیر بیان می‌شه:

n = L/W

  وزن/ نیروی برآ = ضریب بار

معمولا ضریب بار نشون دهنده میزان شتاب گرانش یا g وارده به هواپیما هم هست و می‌شه گفت که میزان لود فکتور هواپیما با شتاب جی وارد شده به هواپیما قابل احساسه. بنابراین لود فکتور یک (n = 1) نشون دهنده شتاب یک جی هست یا به تعبیر دیگه‌ای نیروی برآ و وزن باهم برابر هستند یعنی هواپیما در حال پرواز کروز یا مستقیم الخطه. میشه اینطور گفت که اگر لود فکتور یک باشه شما حالت معمولی دارید ولی وقتی به بیشتر از یک میرسه احساس سنگینی می کنید و یا وقتی لود فکتور کمتر از یک میشه احساس سبکی خواهید کرد. تقریبا شبیه حالت هایی که با آسانسور بالا یا پایین میرید.

حالا بیایید ببینیم که لود فکتورهای بالا که برای مهندس‌ها اینقدر اهمیت داره چه زمان‌هایی پیش میاد. اگر دقت کنید لود فکتور وقتی بالا میره که ضریب برآ افزایش پیدا کنه. وزن هواپیما پارامتر ثابتی است( اگرچه سوختش در حال کم شدنه ولی ما اینجا وزن رو ثابت فرض می‌کنیم.) بنابراین طبق این رابطه ریاضی در پروازهایی که ضریب برآ افزایش پیدا می‌کنه، ضریب بار هم بیشتر خواهد شد.

در اینجا بهتره که یک رابطه ریاضی جدیدی رو برای ضریب بار معرفی کنیم:

(n = 1 / cos (theta

 کسینوس زاویه تتا / ۱ = ضریب بار

شماتیک مانور هواپیما و ضریب بار ایجاد شده

همونطور که در شکل می‌بینید، هنگامی که هواپیما تحت زاویه تتا چرخش انجام میده، راستای نیروی برآ که همیشه بر راستای افقی هواپیما عمود هست، تحت همین زاویه دوران قرار می‌گیره. نیروی وزن همیشه دارای راستای عمودی به سمت پایینه و برای همین برای باقی موندن هواپیما در حالت افقی، مولفه عمودی بردار نیروی برآ باید با وزن برابر باشه. با یادآوری کوچیکی از مثلثات می‌شه اینطور گفت که اگر نیروی برآیی که تحت دوران قرار گرفته رو روی محور افقی و عمودی تصویر کنیم، دوتا نیروی جدید خواهیم داشت. نیرویی که روی محور عمودی تصویر شده و نیروی وزن رو خنثی می‌کنه و نیرویی که روی محور افقی تصویرش کردیم. در حقیقت نیروی دوم همون نیرویی که هواپیما رو به سمت جهت گردش می‌کشه یا به عبارتی نیرویی جهت خنثی کردن نیروی گریز از مرکز.

پس فهمیدیم که تنها نیروی مقابله کننده با وزن، مولفه عمودی نیروی برآست و بخشی از نیروی برآ صرف کشوندن هواپیما به جهت دور زدن می‌شه. بنابراین نیروی برآ روی بال در هنگام دور زدن از نیروی برآ در حالت عادی هواپیما بیشتره. این موضوع نشون میده که در هنگام گردش، بال، نیروی بیشتر از یک g رو متحمل می‌شه و هر چقدر نیروی برآی مورد نیاز افزایش پیدا کنه، نیروی وارد شده به سازه هم بیشتر خواهد شد. حالا اگه این نیرو از یک میزان حداکثری عبور کنه، ممکنه سازه بال ظرفیت تحمل نیروهای بیشتر از حد مجاز رو نداشته باشه و با مشکل مواجه بشه و حتی بشکنه!

شماتیک مانور هواپیما و ضریب بار ایجاد شده رو می‌تونید در شکل زیر ببینید:

load03

وقتی خلبان هواپیما تصمیم داره دور بزنه، به واسطه استفاده ترکیبی از سطوح کنترلش زاویه مناسب دور زدن یا Bank Angle رو باید ایجاد کنه. اما هواپیمای غیر نظامی به خاطر محدویت‌های سازه‌ای که دارند، نباید این زاویه رو تا حد مشخصی افزایش بدهند چون نیروی زیادی به سازه وارد می‌شه و بسیار خطرساز هست. برای همین برای هر هواپیمایی محدوده مشخصی از ضریب بار تعریف می‌شه:

  • هواپیماهای حمل و نقل تجاری ۱- تا ۲/۵+ (یا بیشتر از ۳/۸+ متناسب با وزن برخاست)
  • هواپیماهای معمولی ۱/۵۲- تا ۳/۸+
  • هواپیماهای سبک چند کاربری ۱/۷۶- تا ۴/۴+
  • هواپیماهای آکروباتیک و مانوری ۳+ تا ۴/۴+
  • هلیکوپترها ۱- تا ۳/۵+

محدوده لود فکتور بعضی از هواپیماهای نظامی هم ممکنه از ۱۰- تا ۱۲+ متغیر باشه. احتمالا براتون سوال پیش اومده لود فکتور منفی چه مفهومی داره؟ مقدار منفی نشون دهنده اینه که هواپیما در حال انجام مانور اینورت یا برعکسه، یعنی نیروی برآ به سمت پایین قرار می‌گیره. اگر به نمودار رنگی زیر دقت کنید می‌بینید که سرعت با ضریب بار رابطه مستقیم داره، در حقیقت طبق رابطه نیروی برآ که در درس‌های آیرودینامیک براتون گفتیم، افزایش سرعت نشون دهنده افزایش برآ هم هست. این نمودار خیلی مهمه و مهندس‌های طراح هواپیما باید حتما برای هواپیمایی که طراحی می‌کنند ترسیمش کنند. این نمودار با سه رنگ مشخص شده که رنگ سبز نشون دهنده ناحیه مجاز پروازه یعنی خلبان می‌تونه در این سرعت‌ها یا لود فکتورها با خیال راحت مانور بده، چیزی شبیه چراغ سبز چهاراه‌ها. رنگ زرد و قرمز به تریب هشدار و ناحیه خطر برای پرواز هستند.

نموار مهم ضریب بار - سرعت

نموار مهم ضریب بار – سرعت

عدم رعایت این محدودیت‌ها حتی ممکنه باعث کنده شدن کامل بال هواپیما هم بشه که این موضوع در سوانح هوایی علی الخصوص برای هواپیماهای آکروباتیک بارها دیده شده.

آیروالاستیسیته

خوندن این کلمه یکم سخته و شاید تا حالا به گوشتون نخورده باشه اما در علم سازه‌های هوایی بحث بسیار مهمی هست و برای مهندس‌ها چالش‌های زیادی رو ایجاد کرده. پس با ما همراه باشید تا در مورد آیروالاستیسیته بیشتر بدونید.

ادامه نوشته

مواد هوشمند

مواد هوشمند

هوافضا یک صنعت هایتک یا تکنولوژی بالا است. ممکنه کلمه هایتک رو شنیده باشید یا بعدها که مهندس شدید بیشتر به گوشتون بخوره. این کلمه مخفف عبارت لاتین High technology است و معمولا برای صنایعی به‌ کار میره که در تولید محصولاتشون از دانش و علوم بسیار پیشرفته استفاده می‌کنند مثل الکترونیک، مواد، نانو و … . جالبه بدونید دستاوردهای این صنایع به طور مستقیم در ساخت هواپیما و کلیه وسایل پروازی به کار میره و برای همین هر کشوری قادر به ساخت هواپیما نیست و ابتدا باید تمام صنایعش به پیشرفت قابل ملاحظه‌ای رسیده باشه تا بتونه یک هواپیمای قابل رقابت تولید کنه. در این ایروپدیا هم قصد داریم شما رو با مواد هوشمند بیشتر آشنا کنیم، موادی که آینده رو از آن خودشون می‌دونند. ادامه نوشته

مواد مرکب یا کامپوزیت‌های غیرفلزی

مواد مرکب غیرفلزی یا پایه پلیمری از جمله مواد پیشرفته در تمام محصولات مهندسی هستند اما در صنعت هوافضا متولد شدند، صنعتی که همیشه مهندس‌ها سعی می‌کنند از موادی استفاده کنند که وزن پایین ولی استحکام بسیار زیادی داشته باشند. از این رو مواد کامپوزیت تونستند عرض اندام کنند و کم کم بخش عمده‌ای از سازه هواپیما رو به خودشون اختصاص بدهند. شاید  براتون جالب باشه که در هواپیمای جدید بوئینگ ۷۸۷، تا ۵۰% از مواد مرکب پیشرفته استفاده شده که این درصد در نمونه‌های اولیه هواپیمای بوئینگ ۷۴۷ تنها به ۱% درصد می‌رسه.

composites-in-boeing-787-dreamliner

درصد مواد مرکب بکار رفته در هواپیمای بوئینگ ۷۸۷

اما این مواد چی هستند و چطور ساخته می‌شوند؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا لازمه بگیم که در مواد مرکب از هیچ فلزی استفاده نمی‌شه و در واقع ترکیبی از چند ماده با زمینه پلیمری و غیر فلزی است. به طور دقیق‌تر مواد مرکب از دو جزء تشکیل می‌شوند، جزء اول با نام ماتریس و جزء دوم هم با نام تقویت کننده شناخته می‌شه. وظیفه ماتریس، که معمولا یک مایع با غلطت نسبتا زیاده، احاطه کردن یا چسبوندن تقویت کننده، که ممکنه از پارچه‌هایی از جنس الیاف شیشه یا کربن باشه، رو بر عهده داره. اما این یعنی چی؟ بیایید یه مثال واقعی رو بررسی کنیم، فرض کنید یه مقدار چسب قطره‌ای روی یه بخش از لباستون ریخته، بعد  اینکه خشک شد، پارچه لباس شما سفت می‌شه و دیگه قابل انعطاف نیست و به همون شکلی که موقع ریختن چسب قرار گرفته بود، باقی می‌مونه، دقیقا همین اتفاق در ساخت مواد مرکب رخ می‌ده، لایه‌های مختلفی از پارچه با جنس‌هایی مثل شیشه، کربن، کِولار و … پس از اینکه در یک قالب با شکل خاص قرار گرفتند توسط مقدار مشخصی از ماتریس که معمولا رزین نامیده می‌شه، احاطه می‌شوند و بعد از اینکه مدت زمان مشخصی گذشت یا بعد از قرارگیری در کوره‌ها یا اتوکلاوها (کوره‌های تحت دما و فشار مثبت یا منفی) به شدت سفت و محکم خواهند شد.

نحوه آغشته سازی الیاف با رزین در برخی از کامپوزیت هایی که با دست ساخته میشه

نحوه آغشته‌سازی الیاف به رزین در برخی از کامپوزیت‌هایی که با دست ساخته می‌شه

پوسته بال کامپوزیتی که از قالب در حال خارج شدن هست

پوسته بال کامپوزیتی که در حال خارج شدن از قالب است

 رزین‌ها و الیاف‌ها انواع مختلفی دارند ولی برای آشنایی، این دوتا رو کمی بیشتر معرفی می‌کنیم:

رزین: رزین‌ها موادی با پایه پلیمری هستند و انواع مختلفی مثل اپوکسی، پلی استر و … دارند. اپوکسی‌ها کاربردشون در هوافضا بیشتره چون موقع خشک شدن ویژگی‌های سازه‌ای مطلوب‌تری دارند. رزین معمولا از دو بخش تشکیل می‌شه که با نام‌های رزین و هاردنر شناخته می‌شوند. هاردنر، همونطور که از اسمش پیداست، وظیفه سفت کردن رزین رو در تایم مشخصی برعهده داره. دقیقا عین چسب دو قلو و جالب‌تر اینکه برخی از چسب‌های دو قلو یک نوع از رزین‌های اپوکسی هستند که پس از اضافه شدن هاردنر با مقدار مشخص و در یک زمان مشخص کاملا سفت و محکم می‌شوند.

 

رزین و هاردنر اپوکسی

رزین و هاردنر اپوکسی

چسب دو قلو که از رزین و هاردنر (سخت کن) تشکیل میشه

چسب دو قلو که از رزین و هاردنر (سخت کن) تشکیل می‌شه

الیاف: الیاف‌ها هم برای خودشون دنیایی دارند و تعداد و انواعشون براساس نوع کاربردشون خیلی زیاده، اما نوع شیشه و کربن کاربرد خیلی زیادی در هوافضا و ساخت هواپیماهای جدید داره که اکثرشون به شکل پارچه هستند. اما گاهی بصورت نخ هم وجود دارند و برای سازه‌هایی بکار می‌روند که قوس‌های زیادی دارند و دقیقا عین تار عنکبوت به دور یک سازه پیچیده یا ریسندگی می‌شوند تا شکل اون سازه رو به خودشون بگیرند. مثلا مخازن پرفشار ماشین‌ها یا حتی موشک‌ها و بخشی از بدنه هواپیما ممکنه با نخ‌هایی از جنس شیشه یا کربن ساخته شده باشند.

ساخت مخزن کامپوزیتی به روش رشته پیچی

ساخت مخزن کامپوزیتی به روش رشته پیچی

 گاهی هم ممکنه الیاف خرد شده و مخلوط شده با رزین، به سمت قالب پاشیده بشوند. بنابراین روش‌های بسیار متنوعی هم برای ساخت مواد مرکب وجود داره. در تصاویر زیر می‌تونید پرکاربردترین الیاف یعنی الیاف شیشه یا همون فایبرگلاس و الیاف کربن رو ببینید. تصویر آخر هم مربوط به الیاف کِولاره که مقاومت بسیار بالایی دارند و در بعضی از قسمت‌های خاص هواپیما و وسایل پروازی استفاده می‌شه. جالبه بدونید الیاف کولار در ساخت بعضی از جلیقه‌های ضدگلوله هم کاربرد داره.

الیاف شیشه

الیاف شیشه

الیاف کربن

الیاف کربن

الیاف ترکیبی کربن-کولار

الیاف ترکیبی کربن-کولار

بنابراین مواد مرکب با ویژگی‌های زیر تونستند خودشون رو در سازه‌ها نشون بدهند:

  • مقاومت مکانیکی بالا نسبت به وزن
  • مقاومت بالا در برابر خوردگی
  • ویژگی خستگی عالی نسبت به فلزات (مقاومت در برابر نیروهای نوسانی)
  • خواص عایق حرارتی خوب
  • صلبیت بالا (سفت و بدون تغییر شکل)
  • استحکام بالا
  • نسبت حجم به وزن کم
  • سبک و تا چندین برابر مستحکم‌تر از فولاد با وزنی به مراتب کمتر
  • هزینه کمتر و صرفه‌جویی اقتصادی

 

بدنه کامپوزیتی یک هواپیما

بدنه کامپوزیتی یک هواپیما

آلیاژهای هوایی و فضایی

انواع مختلفی از فلزات و آلیاژها در صنایع هوافضایی و در اجزاء یا سازه‌ی هواپیماها، بالگردها، فضاپیماها، ماهواره‌ها، آنتن‌های فضایی، موشک‌ها و … مورد استفاده قرار می‌گیره. به همین دلیل، دسته بندی مواد فلزی مورد استفاده در این نوع کاربردها یکمی مشکل به نظر می‌رسه. اما می‌شه براساس طبقه‌بندی‌ها و استاندارهای هوایی و فضایی که در کتابچه‌های مرجع بیان شده، بعضی از مهمترین آلیاژهای مورد استفاده در کاربردهای بالا رو شناسایی کرد.

اما بهتره ابتدا با تعریف آلیاژ آشنا بشیم؛ آلیاژها ترکیبی از یک فلزی اصلی یا فلز پایه و یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی هستند. آلیاژ معمولاً خواص مکانیکی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خودشون دارند یعنی مستحکم‌تر هستند.

به طور خلاصه و براساس استاندارها، مهمترین آلیاژهای هوایی رو می‌شه به صورت زیر تقسیم بندی کرد:

انواع فولادها:

  • فولادهای کربنی و کم آلیاژ
  • فولادهای فوق مستحکم
  • فولادهای آلیاژی نیکل-کروم
  • فولادهای زنگ نزن، شامل:
  1. فولادهای فریتی
  2. فولادهای آستنیتی
  3. فولادهای مارتنزیتی
  4. فولادهای رسوب سخت
  • آلیاژهای نیکل شامل:
  1. آلیاژهای حاوی کمتر از ۵% کبالت
  2. آلیاژهای حاوی بیش از ۵% کبالت
  • آلیاژهای آلومینیوم، شامل:
  1. آلیاژهای ریختگی
  2. آلیاژهای کارپذیر، شامل:

–   آلیاژهای قابل عملیات حرارتی

–   آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی

  • آلیاژهای منیزیم، شامل:
  1. آلیاژهای ریختگی
  2. آلیاژهای کارپذیر، شامل:

–   آلیاژهای قابل عملیاتی حرارتی

–   آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی

  • آلیاژهای تیتانیوم
  • آلیاژهای کبالت
  • آلیاژهای برلیم
  • آلیاژهای نیوبیم
  • آلیاژهای تانتالیم
  • آلیاژهای مولیبدم
  • آلیاژهای تنگستن
  • آلیاژهای وانادایم
  • آلیاژهای زیرکنیم

البته در هواپیماهای مسافربری جدید کاربرد مواد غیرآلیاژی مثل مواد مرکب به طرز چشمگیری افزایش پیدا کرده و جالبه بدونید فقط حدود ۵۰% سازه این هواپیماها از فلز و آلیاژهاست که درصد زیادیش تیتانیوم، آلومینیوم و فولادها هستند و مابقی مربوط به موادی می‌شه که در بالا نام بردیم. شاید موقع خوندن جدول مندلیف به این موضوع فکر کرده باشید که این فلزها با نام‌های عجیبشون کجا کاربرد دارند؟ آلیاژهای نام برده شده در بالا یکی از پاسخ‌های سوال شما هستند.

در درس‌های سازه در مورد مواد و فلزات هواپیمایی و کاربردشون در قسمت‌های مختلف هواپیما صحبت کردیم، که برای آشنایی بیشتر پیشنهاد می‌کنیم این درس رو هم مطالعه کنید.

منبع:  کتاب مقدمه ای بر فلزات و آلیاژهای هوایی

سرامیک ها در هوافضا

 در ساخت سازه و اجزاء تمام وسایل هوایی و فضایی از مواد فلزی و غیرفلزی متنوعی استفاده میشه. سرامیک‌ها هم یکی از این مواد هستند که کاربرد زیادی در برخی اجزاء هواپیماهای تجاری و نظامی دارند. محافظت حرارتی از سیستم‌ها و اجزای داخلی موتورها و پوشش‌دهی جداره‌های شیشه‌ای بسیاری از هواپیماها به منظور هدایت الکتریسیته و محافظت از یخ زدگی شیشه‌ها از جمله کاربردهای سرامیک‌ها می‌باشند.

ادامه نوشته

نیروهای سازه ای

نیرو یک کلمه آشنا برای همه ماست؛ کلمه‌ای که لازم نیست فیزیکدان یا مهندس باشیم تا از اون استفاده کنیم، اما در اینجا قصد داریم که از دید یک مهندس سازه با مفهوم نیرو آشنا بشیم. به طور کلی سازه‌ها با نیروهای مختلفی سر و کار دارند که می‌تونیم اونها رو به دو دسته کلی تقسیم کنیم، نیروهای تماسی یا سطحی و نیروهای حجمی. نیروی تماسی رو به راحتی می‌شه همه جا دید. این نیرو به خاطر تماس مستقیم بین دو جسم به وجود میاد مثل نیروی اصطکاک، کشش، فشار، نیروی مقاومت هوا و خیلی از نیروهای اطرفمون. نیروهای حجمی هم با قرار گرفتن یک جسم درون یک میدان مثل جاذبه زمین، میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی به وجود میاد.

ادامه نوشته

نسبت استحکام به وزن

مهندس‌های سازه در ساخت هر وسیله پروازی با چالش کاهش وزن بدون کاهش استحکام سازه مواجه هستند. یعنی سازه بسیار سبک اما با استحکام بسیار بالا. این موضوع مهم از دو طریق قابل انجام است:

  • بکارگیری فلزات یا موادی با نسبت استحکام به وزن بالا
  • طراحی ساختارهای سازه‌ای با نسبت استحکام به وزن بالا

برای همین هم انواع مواد و متریال پیشرفته، ابتدا در صنعت هواپیماسازی و وسایل هوافضایی مورد استفاده قرار می‌گیره. مثلا انواع مختلف مواد مرکب که استحکام بسیار بالایی دارند ولی وزنشون بسیار پایینه و انتخاب ایده‌آلی برای هواپیما هستند. همچنین، همونطور که گفته شد، طراحی ساختارهای سازه‌ای جدید و پیچیده هم که در اجزائی مثل بال، بدنه و … همه هواپیماها و وسایل پرنده وجود داره راه حل دوم برای این مسئله است.

ادامه نوشته

صفحه 1 از 612345...قبلی »