قسمتها یا اجزای اصلی هواپیما: مرکز تولید نیرو و بدنه و بال و دم و ارابه فرود
اجزای اصلی هواپیما چه هستند؟
هواپیماها در گذر زمان بسیاری تغییر کرده و پیچیدهتر شدهاند. کاربردها و قابلیتهای آنها نیز معمولا پیوسته افزایش یافته است. اما اجزای اصلی هواپیما طی تمام این سالها تقریبا ثابت مانده است. در این مطلب، به قسمتها یا اجزای اصلی هواپیما و سپس به زیرساختارهای هر بخش و انواع آنها اشاره خواهدشد.
اجزای اصلی هواپیما
- مرکز تولید نیرو (Powerplant)
- بدنه (Fuselage)
- بال (Wing)
- دم (Empennage)
- ارابه فرود (Landing gear)
تصویر ۱. قسمتها یا اجزای اصلی هواپیما
مطلب مرتبط: موتور الکتریکی چیست و چگونه کار میکند
۱. مرکز تولید نیرو (موتور و پیشران هواپیما)
یکی از اجزای اصلی هواپیما مرکز تولید نیرو است. گاهی مرکز تولید نیروی هواپیما را با موتور یکی میگیرند، اما مرکز تولید نیروی رانش در اصل از موتور (engine) بهعلاوه پیشران (propeller) تشکیل شده است. موتور، نیروی لازم برای به حرکت درآمدن پیشران را تامین میکند. در هواپیماهای قدیمیتر کوچک، موتور در جلوی بدنه بود. اما هواپیماهای بزرگتر تجاری و ترابری که به نیروی رانش و نیروی بالابرنده (برآ) بسیار بیشتری نیاز دارند، معمولا از چند مرکز تولید نیرو بهره میبرند. به همین علت، موتور هواپیما به کنارههای بدنه منتقل شده است تا بتوان چند مرکز تولید نیرو را در هواپیما جای داد.
در هواپیماهای پیشرفته امروزی، مرکز تولید نیرو توان الکتریکی لازم برای به کار انداختن تمام اجزای برقی هواپیما از جمله ابزارهای پروازی، گرمایش کابین (در صورت کاهش دمای آن به حدود ۱۰ درجه و افزایش ارتفاع آن به ۱۰۰۰ متر) را نیز فراهم میآورد.
تصویر ۲. موتور یک هواپیمای مسافربری کوچک و پوشش موتور
مطلب مرتبط: تلسکوپ جیمز وب چیست و کجاست و چگونه کار میکند؟
پوشش موتور (nacelle) بخشی در زیر بال هواپیماست که موتور را میپوشاند و جریان هوا را بهنرمی از اطراف خود عبور میدهد تا با کاستن از میزان مقاومت هوا مصرف سوخت هواپیما را حتیالامکان کاهش دهد.
پیشران هواپیما توان تولید شده توسط موتور را به نیروی رانش جلوبرنده یا اصطلاحا نیروی تراست (thrust) تبدیل میکند. در بسیاری از هواپیماهای قدیمی و تکموتوره، پیشران همان ملخ هواپیما بود که جلوی هواپیما نصب میشد. گفتنی است که مرکز تولید نیرو بههمراه بالهای هواپیما (و اجزای مختلف بال) در فرآیند پرواز هواپیما نقش اساسی دارند.
۲. بدنه هواپیما
تصویر ۳. بدنه هواپیما با رنگ قهوهای مشخص شده است.
بدنه هواپیما از دیگر اجزای اصلی هواپیما است و کابین خلبان و کابین سرنشینان یا مسافران را شامل میشود. اغلب بسته به نوع هواپیما فضایی هم برای بار در نظر گرفته میشود. ساختار و مواد به کار رفته در بدنه نیز بسته به نوع هواپیما بسیار متفاوت است. در هواپیماهای قدیمی از فولاد و حتی از چوب استفاده میشد. اما امروزه در هواپیماهای کوچک پیشرفته، برای کاهش وزن و افزایش قدرت هواپیما از تیوبهای آلومینیومی بسیار شکلپذیر استفاده میشود. سطح بیرونی بدنه هواپیماهای امروزی نیز با لایههای آلومینیومی پوشیده میشود.
انواع بدنه هواپیما
برای بدنه هواپیما چهار نوع ساختار میتوان تعریف کرد:
- داربستی (truss)
- داربست مثلثی (warren truss)
- یکپارچه (monocoque)
- نیمهیکپارچه (semi-monocoque)
بدنه داربستی (truss)
خرپا یا داربست (truss)، چارچوب مشبک دوبعدی است که با پیوستن آنها بههم، اسکلت بدنه هواپیما شکیل میگیرد. در ساختار داربستی، بارها یا وزنها یکشکل در بدنه توزیع نمیشوند. ضمنا این نوع ساختار، فضای چندانی برای کابین فراهم نمیکند.
بدنه داربست مثلثی (warren truss)
داربست مثلثی مقاومتر از داربست ساده است اما باز، کاستیهایی دارد. لذا در هواپیماهای امروزی، برای توزیع یکنواخت نیروها بدنه یکپارچه (monocoque) یا نیمهیکپارچه (semi-monocoque) به کار میرود.
تصویر ۴. ساختار بدنه داربست مثلثی
بدنه یکپارچه (monocoque) و نیمهیکپارچه (semi-monocoque)
بدنه یکپارچه بسیار قدرتمند است و وزنها را بهتر تحمل میکند، اما نمیتواند آسیبهای فیزیکی سطح را تحمل کند. برای مثال، دم و دماغه هواپیماهایی که بدنه یکپارچه دارند، بسیار مقاوم اما کنارههای هواپیما آسیبپذیرند و با وارد آمدن همان مقدار نیرو شاید له شوند. لذا بدنه یکپارچه شاید برای هواپیماهای کوچکتر مناسب باشد، اما برای هواپیماهای بزرگتر مسافربری و باربری مناسب نیست. هواپیماهای بزرگ باید وزنهای خمشی را تحمل کنند و لذا پوسته بسیار ضخیمی میطلبند. در این نوع هواپیماها بدنه نیمهیکپارچه به کار میرود.
تصویر ۵. ساختار بدنه یکپارچه و نیمهیکپارچه در شاسی هواپیما
۳. بالهای هواپیما
بالها نیز از دیگر اجزای اصلی هواپیما هستند. بالها قطعات هوابُر یا اصطلاحا ماهیواره (aerofoil) هستند که به دوسوی بدنه میچسبند تا نیروی برآر یا بالابرنده (lift force) ایجاد کنند. وقتی ذرات هوا از بال عبور میکنند، بالها بسته به شکلشان فشار متفاوتی ایجاد میکنند. بالها ممکن است به بخش فوقانی، میانی یا تحتانی بدنه متصل باشند. بال هواپیما اجزای متحرکی دارد که شهپر (aileron) و برآفزا (flap) از آن جملهاند.
تصویر ۶. اجزای دم و بال هواپیما با رنگ سبز مشخص شدهاند.
زاویه بال (یا برآافزاهای متصل به بال) را میتوان تغییر داد تا یا شدت نیروی برآر را تغییر دهند و یا هنگام نشست و برخاست هواپیما سرعت و ارتفاع آن را کنترل کنند. در هوابُرهای متقارن، نیروی برآر صفر است و بسته به زاویه افزایش مییابد. نیروی برآر بهتدریج افزایش مییابد و تقریبا در زاویه ۱۵ درجه به حداکثر میرسد. پس از گذر از زوایه ۱۵ درجه (وقتی که بالها اصطلاحا حالت حمله به خود میگیرند) ذرات هوا از بال جدا میشوند و هواپیما اصطلاحا حالت واماندگی (stall) مییابد.
بال هواپیما اجزای متحرکی دارد که شهپر (aileron) و برآفزا (flap) از آن جملهاند.
- هواپیما برای چرخش حول محور طولی خود از شهپر استفاده میکند. شهپر معمولا هماهنگ با سکان عمل میکند.
- برآفزاها، نیروی بالابرنده هواپیما (lift) را در سرعتهای کم مثلا هنگام نشست و برخاست آن افزایش میدهند. در معدودی از هواپیماها نیز برآفزا نزدیک دماغه هواپیما تعبیه میشود که در اینصورت بهآن پیش بال (canard) میگویند.
تصویر ۷. نحوه عبور هوا از اطراف بال یا ماهیواره هواپیما در زاویه ۱۵ درجه (زاویه حمله)
۴. دم هواپیما
مجموعه دم هواپیما (Empennage) نیز بخش اصلی دیگری از هواپیما است. دم هواپیما چند قسمت ثابت و متحرک دارد. پایدارکننده عمودی، پایدارکننده افقی و سطوح متحرکی مانند سکان و بالابرندهها از آن جمله هستند.
پایدارکنندههای دم هواپیما و اجزای آنها
پایدارکنندهها (Stabilizer): کار پایدارکننده، ایجاد پایداری چه در جهت افقی و چه در جهت عمودی است.
پایدارکننده عمودی (Vertical stabilizer)
پایدارکننده عمودی، دماغه هواپیما را از تاب خوردن به چپ و راست (yaw) بازمیدارد. در اکثر هواپیماها، پایدارکننده عمودی معمولا دو بال کوچک ثابت در دم است.
- سکان هواپیما (Rudder): سکان هواپیما قسمت متحرکی از پایدارکننده عمودی است که کمک میکند هواپیما وضعیت جاری دماغه خود را حفظ کند (تصویر ۸). سکان نه برای تغییر جهت هواپیما، بلکه برای پایدار نگاه داشتن هواپیما هنگام تغییر جهت به کار میرود. هواپیما برای چرخش و تغییر جهت، شهپرهایش را به کار میگیرد.
تصویر ۸. نقش سکان (Rudder) در تغییر جهت هواپیما به چپ یا راست: سکان، بخشی از پایدارکننده عمودی است.
پایدارکننده افقی (Horizontal stabilizer)
پایدارکننده افقی، دماغه هواپیما را از تاب خوردن در جهت بالا و پایین (pitch) بازمیدارد. در اکثر هواپیماها پایدارکننده افقی معمولا یک یا دو بال کوچک عمودی و ثابت در دم است.
- بالابرنده (Elevator): بالابرنده، هواپیما را در فراز و فرودهایش (حرکت دماغه به بالا یا پایین) پایدار نگاه میدارد و نیز به تغییر زاویه حمله هواپیما کمک میکند (تصویر ۹). وقتی بالابرنده بالا میرود، نیروی پایینبرنده افزایش مییابد و دم را به سمت پایین میکشد و دماغه را بالا میبرد. وقتی بالابرنده پایین بیاید، نیروی پایینبرنده در دم هواپیما کاهش مییابد و سبب میشود دم بالا برود و دماغه هواپیما پایینتر بیاید. در اکثر هواپیماها، بالابرنده معمولا بخشی از پایدارکننده افقی است.
تصویر ۹. نقش برآفزاها یا بالابرندهها (Elevator) در تغییر جهت دماغه هواپیما به بالا یا پایین. برآفزا، معمولا بخشی از پایدارکننده افقی است که حرکت حول محور عرضی هواپیما (محور بال به بال) را کنترل میکند.
حرکات و چرخشهای بسیاری از هواپیماها با سه بخش متحرک اصلی شامل برآفزا (flap)، سکان (rudder) و شهپر (aileron) انجام میشود.
۵. ارابه فرود هواپیما
از دیگر اجزای اصلی هواپیما، ارابه فرود است. ارابه فرود بخشی است که اجازه میدهد هواپیما پس از پایان پرواز مجددا بر زمین بنشیند. ضمنا ارابه فرود مهمترین تکیهگاه هواپیما هنگام توقف، حرکت روی باند، برخاستن از زمین و نیز هنگام فرود است. ارابه فرود اغلب شامل چرخ است اما برخی از هواگردها مثل هواپیماهای آبنشین بهجای چرخ، ارابه فرود شناور (float) و هواپیماهای برفنشین بخشی مانند چوب اسکی دارند.
ارابه فرود بسیاری از هواپیماها سه مجموعه چرخ اصلی دارد: دو مجموعه چرخ در دو سمت هواپیما (معمولا زیر بالها) و یک چرخ در جلو یا عقب هواپیما. تکچرخ عقب یا جلو هواپیما هدایتپذیر است و خلبان میتواند با کمک آن هواپیما را روی زمین در جهتهای مختلف هدایت کند و راه ببرد.
چکیده اجزای اصلی هواپیما
مرکز تولید نیرو (Powerplant)، بدنه، (Fuselage)، بال (Wing)، دم (Empennage) و ارابه فرود (Landing gear) اجزای اصلی ساختمان هواپیما هستند. بدیهی است که هواپیماها در گذر زمان پیچیدهتر و توانمندتر شدهاند، اما اجزا و قسمتهای اصلی آنها تقریبا ثابت مانده است.
عنوان: قسمتها یا اجزای اصلی هواپیما: مرکز تولید نیرو و بدنه و بال و دم و ارابه فرود
