روش های ساخت و تولید سازه های هوافضایی

چه مراحل مهندسی از ابتدای طراحی یک سازه هوافضایی طی میشه؟ همه این مراحل طی شده در بخش طراحی بروی کاغذ انجام میشه یعنی همه چیز محاسباتیه. مهندسای سازه پس از اینکه محاسبات دقیق خودشون رو  بروی کاغذ یا کامپیوتر انجام دادن نوبت به نقشه کشی و مدل سازی دقیق و رایانه ای دقیق سازه میرسه. در گذشته که کامپیوتر نبود، تمامی نقشه ها با دست و روی کاغذ کشیده می شد. اما با پیشرفت علوم و تکنولوژی این کار با نرم افزارهای پیشرفته و رایانه ها انجام میشه.

مرحله طراحی و ساخت یکی از زمانبر ترین مراحل طراحی یک هواپیماست. چون در این مرحله تعداد بسیار زیادی قطعه جدید باید طراحی و ساخته و سپس تست شوند به همین خاطر این پروسه ذاتا زمان بره و در هواپیماهای بزرگ چندین سال طول می کشه. البته پس از اینکه طراحی و ساخت یک هواپیمایی جدید با موفقیت سپری شد، پس از آن فقط کار ساخت و مونتاژ انجام میشه که نسبت به زمان طراحیه اولیه زمان چندانی نمیره. این قطعات پس از این در کارخانه تولید شدن به خط مونتاژ منتقل خواهند شد.

ساخت قطعات فلزی 

همونطور که می دونید بخش های زیادی از سازه وسایل پرنده با فلزاتی و آلیاژهایی مثل آلومینویم، فولاد، تیتانیوم و … ساخته میشه. اما سوالی که مطرح میشه این هست که این قطعات کوچک و بزرگ چطوری ساخته میشن و چه دستگاه هایی این کار رو انجام میدن. روشهای متفاوتی برای ساخت قطعات فلزی وجود داره که شکل، اندازه و دقت قطعه، باعث این تفاوت ها میشه. البته پیشرفت تکنولوژی های ساخت هم یکی دیگه از دلایل این تفاوت هاست اما هنوز هم در مواردی روشهای کلی ساخت نسبت به گذشته تفاوت خیلی زیادی نکرده و تنها فرایندهایی انجام ممکنه کمی تغییر کرده و مدرن تر شده باشه.

سازه هواپیما متشکل از تعداد زیادی قطعه میله ای و صفحه ای شکل کوچک و بزرگه که روش تولید قطعات کوچک مانند سایر وسایل نقلیه است و با استفاده از فرایندهایی مثل ریخته گری، ماشین کاری و استفاده از دستگاه های سی ان اسی ساخته میشن و قطعاتی که طولشان بزرگ است معمولا با استفاده از فریندهای فورج، نورد، اکستروژن، شکل دهی ورق و … تولید می شوند. شکل دهی ورق کاربرد بسیار زیادی در ساخت هواپیما داره چون بدنه اکثر هواپیماها به صورت پوسته و ورق است.

ساخت قطعات غیر فلزی

سازه های غیر فلزی مثل کامپوزیت ها یا مواد مرکب سازه های جدیدی هستن که بتازگی وارد صنعت هوافضا شدن. البته در گذشته هم از آنها استفاده میشد ولی در دو دهه اخیر کاربردشون به شدت افزایش پیدا کرده. کامپوزیت یا مواد مرکب به موادی گفته میشه که از چند جزء مختلف ساخته شده باشه. کامپوزیت انواع مختلفی دارن و به همین خاطر فرایندهای ساختشون هم متفاوته در یک دسته بندی کلی کامپوزیت ها به سه دسته زمینه پلیمری، فلزی و سرامیکی تقسیم بندی میشن. امروزه حتی تیرک های بال بعضی از هواپیما ها هم با استفاده از کامپوزیت ها ساخته میشه که این نشان دهنده استحکام بالای اینگونه مواده. کامپوزیت ها هم مثل سازه های فلزی فرایند های ساخت مختلفی دارن.

مواد کامپوزیت اصولا از دو بخش رزین (ماتریس) و الیاف (تقویت کننده) تشکیل میشن که این دو بخش خود به انواع متنوعی مثل رزین های اپوکسی، پلی استر و …. و الیاف ها هم به نوع های مختلف الیاف کربن، شیشه، کولار و … تقسیم میشن که الیاف کربن بیشترین کاربرد رو داره. به طور خیلی ساده رزین ها مانند چسب هستن و وقتی بروی لایه های مختلف الیاف قرار می گیرن، سازه بسیار سبک و محکمی ایجاد میشه.

مهمترین برتری های کامپوزیت ها این هست که ویژگی هر جزء آن مکمل جزء دیگره. یعنی الیاف نازک از استحکام کششی نسبتاً بالایی برخوردارن، ولی در عوض مستعد آسیب هستن و برعکس اغلب رزین های پلیمری در استحکام کششی ضعیفند ولی بینهایت شکل پذیر و چقرمه (مقاوم در برابر گسترش ترک) هستن و ترکیب این دو، سازه ای با خواص مناسب ایجاد میکنه.

در یک دسته بندی کامپوزیت ها به سه روش زیر تولید میشن:

1. روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاشش که دارای غالب های باز هستن
2. روش های تولید خاص مثل پالتروژن، پیچش الیاف و پاششی، که جهت تولید قطعات خاص مثل لوله، پروفیل، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرن
3. روش تولید قطعات صنعتی مثل SMC ، BMC ، RTM ، GMT و LFT

هنگامی که قطعات و سازه های مختلف از کلیه روشهای تولید کامپوزیت ها ساخته میشن به عنوان موادی خام بشمار میرن و برای تبدیل شدن به قطعه نهایی، مقداری ماشین کاری بر حسب کاربردشون، نیاز دارن. عملیات ماشین کاری به دلیل نیاز به اتصالات مستحکم، به طور گسترده ای در صنایع هوافضا به کار گرفته میشه. جالبه بدونید در یک هواپیمای جنگی حدود ۴۰۰-۲۵۰ هزار و در یک هواپیمای باری حدود ۲-۱ میلیون سوراخ وجود داره. تنها بال هواپیما به طور متوسط حدود ۵۰۰۰ سوراخ داره که این سوراخ بوسلیه دستگاهای ماشین کاری و برش انجام میشه.

مونتاژ و تولید

مرحله مونتاژ آخرین مرحله تولد یک هواپیماست. مونتاژ هواپیما هم مانند سایر وسایل مهندس. یعنی ابتدا اجزاء مختلف بروی سازه اصلی خودشون متصل میشن و سپس در خط تولید این اجزاء اصلی به همدیگه مونتاژ میشه. مونتاژ هواپیماها و هلیکوپرتر ها براساس اندازه و تعداد قطعات دارای مدت زمان متفاوتیه. مثلا مونتاژ یک هواپیما با ابعاد متوسط حدود چند ماه طول میکشه.

تولید و مونتاژ هم فناوری های خاص خودشو داره. مثلا از ربات ها برای اتصال دقیق برخی اجزاء سازه و سوراخ کاری ها استفاده میشه.

اتصالات سازه ها

معمولا قسمت های مختلف سازه هواپیما مثل پوسته ها و قاب ها با استفاده از پرچ به یکدیگر متصل میشن. پرچها این ویژگی رو دارن که اتصال محکمی و دائمی بین قطعات ایجاد کنن.

با توجه به اینکه هواپیمای بزرگ اجزای زیادی دارند، معمولا همه آنها در یک کارخانه تولید نمیشن،  بلکه از در کارخانه های مختلفی که حتی ممکنه چند صد کیلومتر از کارخانه اصلی فاصله داشته باشه، ساخته شده و به محل کارخانه مونتای اصلی منتقل میشن. شاید تعجب کنید که اجزای بزرگ یک هواپیما چجوری به یک خط مونتاژ منتقل میشن اما شرکت های بزرگ هواپیما سازی دست به خلاقیت های جالبی زدن و آن حمل و انتقال قسمت های مختلف با استفاده از یک هواپیمای باربریه عجیبه!

البته گاهی این حمل و نقل ها دردسرهایی هم داره مثل افتادن بدنه چندین هواپیما به داخل رودخانه!