ilna
آیا تا به حال در طول پرواز خود به این فکر کرده اید که آلیاژ بدنه هواپیما از چیست و از چه موادی برای ساخت آن استفاده شده است؟ در این پست توضیح مفصلی در مورد انواع موادی که از زمان اختراع در ساخت هواپیما استفاده شده است را ارائه می دهیم.
شروع ساخت بدنه هواپیما از کجا شروع شد؟
ساختار آلیاژ بدنه هواپیما نقش مهمی در بهبود هواپیما و تأثیرگذاری بر سرعت و کارایی آنها و محافظت از مسافران دارد. بنابراین متخصصان این حوزه از آلیاژهایی با کارایی بالا استفاده می کنند تا جان سرنشینان آن در طول پرواز حفظ شود.
بیایید به گذشته برگردیم به آغاز صنعت هواپیماسازی زمانی که از پارچه برای پیچیدن بال هواپیماهای ساخته شده از چوب استفاده می کردند. چوب محکم و سبک وزن است، اما دارای معایبی است که بیشتر از مزایای آن است.
هواپیماهای ساخته شده از چوب نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند، بنابراین بشریت در طول توسعه، چوب را با آلیاژ فلزی متفاوت جایگزین کرده است.
ساختار بدنه هواپیما از نظر شیمیایی از چندین فلز در نسبت‌های مختلف تشکیل شده است که بر اساس خواص این فلز و نقش آن در ساختار هواپیما، نسبت‌های متفاوتی دارند.
انواع فلزات مورد استفاده در ساخت بدنه هواپیما
مواد زیادی را می توان برای ساخت بدنه های اصلی هواپیما استفاده کرد مانند ورق آلیاژی، آلومینیوم، چوب، فولاد، گرافیت اپوکسی، تیتانیوم و ترکیب این مواد با یکدیگر.
فلزات بدنه هواپیما هر کدام مزیت هایی دارند، بنابراین سعی خواهیم کرد متداول ترین آن و پرکاربرد ترین آلیاژ مورد استفاده برای ساخت بدنه هواپیما را به شما معرفی کنیم.
ابتدا از ورق آلومینیوم شروع می کنیم. آلومینیوم در ساخت هواپیماهای مدرن تا ۸۰ درصد استفاده می شود، زیرا در تمام قسمت های هواپیما از ساختار تا بال ها و از فرمان گرفته تا سیم ها استفاده می شود.
آلیاژهای آلومینیوم به دلیل استحکام بالا در مقایسه با وزن سبک آنها، به گزینه ای ایده آل برای ساخت قطعات هواپیما تبدیل شده اند.
حتی میل لنگ موتور هواپیمای برادران رایت نیز از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده بود. این اولین بار بود که از آلومینیوم در یک موتور هواپیما استفاده می شد.
گروهی از مهندسان از ورق این آلیاژی برای ساخت شاسی و سایر قطعات فضاپیما نیز استفاده می کنند، این موضوع اهمیت این نوع آلیاژ را ثابت می کند.
رایج است که از ورق های آلومینیوم در صنعت هواپیما استفاده می شود، این فلز سبک وزنی است که به راحتی خورده نمی شود، اما در دمای بالا استحکام خود را از دست می دهد. البته دانشمندان و صنعتگران در حال ساخت آلیاژ های قوی در این زمینه هستند.
برای مثال، دانشمندان دانشگاه فولاد و آلیاژ مسکو یک آلیاژ آلومینیوم اختراع کردند که می تواند ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کند که ۲۰۰ درجه بالاتر از همتایان خود است.
صحبت از فلزات بدون ذکر آهن منطقی نیست، بنابراین بشریت قبلاً به فکر تقویت آلومینیوم با آهن بوده است، تا بدنه هواپیما را قوی تر کند.
همه آلیاژها نقش بسزایی دارند به خصوص تیتانیوم و آلیاژهایی مانند آلومینیوم در زمانی که دوام آلومینیوم کاهش می یابد تیتانیوم استحکام خود را حفظ می کند بنابراین از این آلیاژها در ساخت فضاپیماها استفاده می شود.
مهمترین انواع آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در صنعت هواپیماسازی
پوست هواپیما سطح بیرونی است که بیشتر بال ها و بدنه آن را می پوشاند .متداول ترین آلیاژ بدنه هواپیما آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم با سایر فلزات از جمله روی، منیزیم و مس هستند.
موارد زیر برخی از متداول ترین آلیاژهای آلومینیوم در صنعت هواپیماسازی و کاربرد مورد نظر هر یک از آنها هستند:
- آلیاژ ۲۰۲۴:یکی از متداول ترین آلیاژهای آلومینیوم برای ساخت بدنه هواپیما است. این آلیاژ عمدتاً حاوی عنصر مس است که به آن استحکام بسیار زیادی می بخشد و آن را در برابر خستگی بسیار مقاوم می کند.
- آلیاژ ۶۰۶۱: این آلیاژ حاوی منیزیم و سیلیکون است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و به دلیل جوش پذیری بالا محبوبیت دارد. از آن برای ساخت بدنه و بال استفاده می شود و اغلب در هواپیماهای شخصی کوچک استفاده می کنند.
- آلیاژ ۶۰۶۳: این نوع آلیاژ آلومینیوم شباهت زیادی به آلیاژ ۶۰۶۱ دارد. در اکثر هواپیماهای مسافرتی کاربرد دارد و می تواند مقاومت بالایی در برابر محیط و تنش های حاصل از آن داشته باشد.
- آلیاژ ۷۰۷۵: به دلیل وزن سبک و استحکام قابل بالا با اکثر فولادها قابل مقایسه است. برای ساخت قاب اصلی بدنه هواپیما استفاده می شود.
- آلیاژ ۷۴۷۵: این آلیاژ اصلی مورد استفاده در صنعت هوافضا است که دارای استحکام و سختی بالا، مقاومت بالا در برابر دماهای بالا و همچنین مقاومت در برابر خوردگی است و برای ساخت بدنه، سازه های بال و غیره استفاده می شود.
زمانی که به درصد بالایی از استحکام نیاز است، می توان از این آلیاژ استفاده کرد. متخصصان می تواند این نوع آلیاژ آلومینیوم را برای بال ها و بدنه هواپیما که بیشترین تنش را متحمل می شوند، استفاده کنند.
هیچ آلیاژ آلومینیومی دیگری از نظر استحکام کششی با آلیاژ ۷۰۷۵ برابری نمی کند و سختی آن به طور مداوم در حال افزایش است. با استفاده از این نوع آلیاژ بدنه هواپیما پرواز ها سریع تر، ایمن تر و ارزان تر است، اما جوشکاری این نوع آلیاژ به دلیل محتوای مس زیاد آن دشوار است.
آلیاژهای آلومینیوم قوی در پرواز در ارتفاع بالا تنش‌ها و کرنش‌های غیرعادی را تحمل می‌کنند، همچنین هوا را حفظ کرده و از سرمای درون کابین جلوگیری می‌کنند.
اکثر این موارد از آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵، ۷۴۷۵، ۶۰۶۱ و غیره ساخته می شوند.
کاربرد ورق آلومینیوم در ساخت سازه های هواپیما چیست؟
به گفته دانشمندان، ورق آلومینیوم به طور قابل توجهی وزن سازه، هواپیما و سایر تجهیزات و نیز ردپای کربن ناشی از آن را کاهش می دهد.
گزارش شده است که این فلز و بیشتر آلیاژهای آن که بر اساس آن ساخته شده اند، مقاومت زیادی در برابر خوردگی در جو، آب دریا، آب شیرین و محلول های بسیاری از مواد شیمیایی دارند.
به لطف این مزیت و همچنین وزن مخصوص کم و هدایت الکتریکی و حرارتی، ورق آلومینیوم ایده آل ترین آلیاژ بدنه هواپیما است. همچنین در ساخت کشتی های دریایی، لوازم الکتریکی، قطار سریع السیر و سایر محصولات مشابه نیز می توان از این آلیاژ استفاده کرد.
این ورق ها ممکن است وزن بدنه هواپیما را کاهش دهد و در نتیجه باعث صرفه جویی در سوخت و کاهش انتشارات مضر به جو شود. با این حال، فناوری های مورد استفاده برای به دست آوردن چنین آلیاژهایی هنوز گران هستند.
متخصصان دانشگاه فولاد آلیاژی مسکو می گویند، این ماده به دلیل هزینه نسبتاً کم، سادگی تولید و تعدادی از خواص فیزیکی منحصر به فرد با همتایان خود متفاوت است.
در واقع دلیل اصلی ساختن هواپیما از آلومینیوم این است که وزن آن سبک است و فلزی است که برای بارگیری به اندازه کافی قوی است.
آلومینیوم ماده اولیه هواپیما است که حدود هشتاد درصد وزن بدون بار هواپیما را شامل می شود. از آنجایی که این فلز در برابر زنگ زدگی مقاومت می کند، برخی از خطوط هوایی هواپیماهای خود را رنگ نمی کنند و در نتیجه صدها کیلوگرم در وزن صرفه جویی می شود.
سازندگان هواپیما از آلیاژهای با استحکام بالا (عمدتا آلیاژ ۷۰۷۵) برای تقویت سازه های آلومینیومی هواپیما استفاده می کنند. مخلوط ۷۰۷۵ با روی و مس برای حداکثر استحکام به آن اضافه می شود، اما استفاده از مس به دلیل فرآیند جوشکاری بسیار دشوار است.
دلایل اصلی استفاده از آلومینیوم در صنعت هواپیماسازی
دلایل اصلی استفاده از آلومینیوم به عنوان آلیاژ بدنه هواپیما به شرح زیر است:
- وزن سبک آلومینیوم و نیز قابلیت کشش بالا می تواند باعث سهولت در شکل گیری و پردازش بدنه هواپیما شود.
- آلومینیوم فلزی بسیار بادوام است و می توان استحکام آن را با افزودن فلزات دیگری مانند مس یا با عملیات سرد یا گرم افزایش داد.
- آلومینیوم به دلیل عنصر اتمی خود در مقایسه با سایر فلزات یک فلز نسبتا ارزان است.
- آلومینیوم دارای خواص ضد خوردگی است که به قطعات اجازه می دهد بدون پوشش باقی بمانند.
کدام قطعات هواپیما از آلومینیوم ساخته شده؟
در ساخت قطعات مختلف هواپیما از آلومینیوم استفاده می شود که مهمترین آنها عبارتند از:
- بدنه اصلی هواپیما
- پنل های بال
- سکان
- درها
- کف
- صندلی ها
- توربین های موتور
- دستگاه های کابین خلبان
