ساختار هواپیما
هواپیماها برای برآورده کردن الزامات خاص ساخته شده‌اند. این الزامات باید به گونه‌ای انتخاب شوند که بتوان آنها را در یک هواپیما ساخت. این امکان وجود ندارد که یک هواپیما همه ویژگی‌ها را داشته باشد. همانطور که امکان ندارد یک هواپیما از راحتی حمل و نقل مسافر و قدرت مانور یک جنگنده برخوردار باشد.
نوع و کلاس هواپیما تعیین می‌کند که چقدر قوی باید ساخته شود. یک جنگنده نیروی دریایی باید سریع، قابل مانور و مجهز برای حمله و دفاع باشد. برای برآورده ساختن این الزامات، هواپیما دارای قدرت بالایی است و ساختار بسیار قوی دارد. بدنه هواپیمای بال ثابت از پنج واحد اصلی زیر تشکیل شده است:
- بال
- بدنه هواپیما
- تثبیت کننده‌ها
- سطوح کنترل پرواز
- ارابه فرود
یک هواپیمای بال دوار از چهار واحد اصلی زیر تشکیل شده است:
- بدنه هواپیما
- ارابه فرود
- مجموعه روتور اصلی
- مجموعه روتور دم
پنج تنش اساسی که بر روی هواپیما وارد می‌شود را شناسایی کنید. فاکتورهای اولیه‌ای که در سازه‌های هواپیما باید در نظر گرفته شود، استحکام، وزن و قابلیت اطمینان است.
این عوامل تعیین کننده الزاماتی هستند که باید توسط هر ماده‌ای که برای ساخت یا تعمیر هواپیما استفاده می‌شود برآورده شود. بدنه هواپیما باید محکم و سبک باشد. هواپیمایی که آنقدر سنگین ساخته شود که نتواند بیش از چند صد پوند وزن اضافی را تحمل کند، بی فایده خواهد بود. تمام مواد مورد استفاده برای ساخت هواپیما باید قابل اعتماد باشند. قابلیت اطمینان احتمال خرابی‌های خطرناک و غیرمنتظره را به حداقل می‌رساند.
نیروها و تنش‌های ساختاری زیادی بر روی هواپیما در هنگام پرواز و زمانی که ساکن است، وارد می‌شود. هنگامی که ایستا است، نیروی گرانش وزن تولید می‌کند که توسط ارابه فرود پشتیبانی می‌شود. ارابه فرود نیروهایی را که در اثر برخاست و فرود به هواپیما وارد می‌شود جذب می‌کند.
در حین پرواز، هر مانوری که باعث شتاب یا کاهش سرعت شود، نیروها و فشارهای وارده بر بالها و بدنه را افزایش می‌دهد. تنش‌های وارد بر بالها، بدنه و ارابه فرود هواپیما عبارتند از کشش، فشار، برش، خمش و پیچش. این تنش‌ها توسط هر یک از اجزای سازه بال جذب شده و به ساختار بدنه منتقل می‌شود.
اپناژ (بخش دم) همان تنش‌ها را جذب کرده و به بدنه منتقل می‌کند. این تنش‌ها به عنوان بار شناخته می‌شوند و به مطالعه بارها آنالیز تنش می گویند. تنش‌ها در هنگام طراحی هواپیما تجزیه و تحلیل و در نظر گرفته می‌شوند. تنش به عنوان کشش تعریف شده است. استرس ناشی از کشش یک جسم یا کشیدن انتهای آن است.
کشش عبارت است از مقاومت در برابر جدا شدن یا کشش ناشی از دو نیرویی که در جهت مخالف در امتداد یک خط مستقیم کشیده می‌شوند. به عنوان مثال، هنگامی که خلبان ستون کنترل را حرکت می‌دهد، یک کابل کنترل آسانسور در کشش اضافی قرار دارد. فشرده سازی اگر نیروهای وارد بر هواپیما به سمت یکدیگر حرکت کنند تا مواد را فشرده کنند، تنش فشرده سازی نامیده می‌شود.
فشرده سازی برعکس کشش است. تنش کشش است و فشرده سازی فشار. تراکم مقاومت در برابر خرد شدن است که توسط دو نیرویی که در یک خط مستقیم به سمت یکدیگر فشار می‌آورند ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، هنگامی که یک هواپیما روی زمین است، پایه‌های ارابه فرود تحت یک تنش فشاری ثابت قرار دارند.
برش یک تکه کاغذ با قیچی نمونه‌ای از عمل برش است. در سازه هواپیما، برش تنشی است که وقتی دو قطعه از مواد بسته شده تمایل به جدا شدن دارند، اعمال می‌شود. تنش برشی نتیجه لغزش یک قسمت بر روی قسمت دیگر در جهت مخالف است. پرچ‌ها و پیچ‌های هواپیما هم تنش برشی و هم تنش کششی را تجربه می‌کنند.
خمش ترکیبی از کشش و فشار است. به عنوان مثال، هنگام خم کردن یک قطعه لوله، قسمت بالایی کشیده می‌شود (کشش) و قسمت پایین با هم له می‌شود (فشرده شدن). اسپارهای بال هواپیما در حال پرواز در معرض تنش‌های خمشی هستند. تنش‌های پیچشی ناشی از یک نیروی پیچشی است. هنگامی که پوست درخت بابونه را می‌چرخانید، آن را تحت پیچش قرار می‌دهید. پیچ خوردگی در میل لنگ موتور در حالی که موتور در حال کار است تولید می‌شود. نیروهایی که تنش پیچشی ایجاد می‌کنند، گشتاور نیز تولید می‌کنند.
تمام اعضای ساختاری یک هواپیما در معرض یک یا چند تنش هستند. گاهی اوقات یک عضو سازه تنش‌های متناوب دارد. به عنوان مثال، یک لحظه تحت فشار و لحظه بعد تحت کشش است. استحکام مواد هواپیما باید به اندازه‌ای باشد که بتواند حداکثر نیروی تنش‌های مختلف را تحمل کند.
شما باید استرس‌های وارده بر قسمت‌های اصلی هواپیما را درک کنید. آگاهی از تنش‌های اساسی در سازه‌های هواپیما به شما کمک می‌کند تا متوجه شوید که چرا هواپیماها به همان شکلی که هستند ساخته شده‌اند. بدنه هواپیما تحت پنج نوع تنش است: پیچش، خمش، کشش، برش و فشار. تنش پیچشی در بدنه به روش‌های مختلفی ایجاد می‌شود. به عنوان مثال، تنش پیچشی در گشتاور موتور در هواپیماهای توربوپراپ مواجه می‌شود. گشتاور موتور تمایل دارد هواپیما را در جهت مخالف جهت چرخش پروانه بچرخاند. این نیرو یک تنش پیچشی در بدنه ایجاد می‌کند
خم شدن زمانی که هواپیما فرود می‌آید افزایش می‌یابد. این عمل خمشی یک تنش کششی در پوست پایین بدنه و یک تنش فشاری در پوسته بالایی ایجاد می‌کند. عمل خمش در داخل نشان داده شده است. این تنش‌ها زمانی که هواپیما در حال پرواز است به بدنه منتقل می‌شود. خمش به دلیل واکنش جریان هوا در برابر بالها و خروجی رخ می‌دهد. پنج تنش بر روی هواپیما اعمال می‌شود.
هواپیما در حال پرواز است، نیروهای بالابر به سمت بالا در برابر بالها عمل می‌کنند و تمایل دارند آنها را به سمت بالا خم کنند. به دلیل مقاومت ساختار بال از تا شدن بالها بر روی بدنه جلوگیری می‌شود. عمل خمشی یک تنش کششی در پایین بالها و یک تنش فشاری در بالای بالها ایجاد می‌کند.
هواپیماها بر اساس سایز بدنه‌شان طراحی‌های بدنه متفاوتی دارند، هواپیماهای سبک هواپیماهایی هستند که وزن برخاستشان کمتر از 12500 پوند است و هواپیماهای سنگین آنهایی هستند که وزن برخاستشان 12501 پوند یا بیشتر است.
هواپیماهای سنگین به هواپیماهای تک راهرو یا هواپیماهای دو راهرو تقسیم می‌شوند و به ترتیب هواپیماهای باریک بدن و هواپیماهای پهن پیکر نامیده می‌شوند.
