هندسة الطيران

هندسة الطيران (Aeronautical Engineering): هي واحدة من فروع الهندسة، والتي تعنى بتصميم وصيانة، وتطوير الطائرات سواء كانت في المجال العسكري أو المدني وتعتبر فرع من فروع هندسة الفضاء الجوي، وهو من التخصصات التي تحتاج إلى دقة ودرجة عالية من معايير السلامة والأمان.

تطور هندسة الطيران

إنّ مهندسو الطيران يطورون ويبحثون ويصنعون ويختبرون تكنولوجيا مجربة وجديدة في الطيران العسكري أو المدني”، بحيث تشمل مجالات العمل المشتركة تصميم الطائرات وتطويرها والتصنيع وتجريب الطيران وتصميم المحركات النفاثة وتجريبها وتحسين الطائرات بدون طيار أي النظام الجوي بدون طيار.

ووفقاً للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) ومع تطور الصناعة تزداد الحاجة إلى الترميز حيث نظراً لأنّ برامج النظام المتقدمة تلعب دوراً رئيسياً في اتصالات الطائرات وجمع البيانات، فإنّ الخلفية في برمجة الكمبيوتر تُعد مهارة ذات قيمة متزايدة لمهندسي الطيران.

• “ASME” هي اختصار لـ “American Society of Mechanical Engineers”.

بداية هندسة الطيران

عباس بن فرناس

من منا لا يعلم عن محاولة الطيران الأولى التي شهدها هذا العالم، والتي كانت من قبل العالم الأندلسي المسلم أبو القاسم عباس بن فرناس التاكرني، صاحب لقب (حكيم الأندلس) في القرن الثالث هجري، والتي كانت من خلال استخدام جناحين محاولاً الطيران بهما ليكون بذلك المؤسس الأول لهذا العلم وصاحب المحاولة الأولى الناجحة في الطيران رغم الإصابات والجروح البالغة التي تعرض لها؛ ليقوم بذلك إعطاء الغرب فكرة لبداية تصميم الطائرات حتى وصلت للشكل الذي عليه الآن.

يمكن إعادة بداية هندسة الطيران إلى الأيام البدائية للهندسة الميكانيكية وإلى مفاهيم المخترعين وإلى الدراسات البدائية للديناميكا الهوائية وهي فرع من فروع الفيزياء النظرية، ورسم ليوناردو دافنشي الرسومات التخطيطية الأولى لمركبات الطيران واقترح فكرتين للبقاء، والأولى كانت (ornithopter) وهي آلة طيران تعتمد على الأجنحة المرفرفة لتقليد تحليق الطيور، والفكرة الثانية كانت لولب هوائي وصاحب المروحية.

الأخوان جوزيف وجاك

تم إنجاز الرحلة المأهولة لأول مرة في عام 1783م في منطاد هواء ساخن أنتجه الأخوان الفرنسيان “جوزيف ميشيل وجاك إتيان مونتغولفييه”، واعتبرت الديناميكا الهوائية عاملاً في رحلة المنطاد عندما تم النظر في نظام الدفع للحركة إلى الأمام، وكان بنجامين فرانكلين من أوائل الذين اقترحوا مثل هذه الفكرة، ممّا أدى إلى تطوير المرشد، واخترع الفرنسي هنري جيفورد المنطاد الذي يعمل بالطاقة في عام 1852م واختراع المركبات الأخف من الهواء حدث بشكل مستقل عن تطوير الطائرات.

السير جورج كايلي والبارون الإنجليزي

جاءت الأعجوبة في تطوير الطائرات في عام 1799م عندما رسم “السير جورج كايلي والبارون الإنجليزي” طائرة تضم جناحاً ثابتاً للرفع، ومجموعة ذيل بحيث تتألف من أسطح ذيل أفقية ورأسية للوصول إلى الاستقرار والتحكم ونظام دفع منفصل، ونظراً لأنّ تطوير المحرك لم يكن موجوداً فعلياً لجأ كايلي إلى الطائرات الشراعية، حيث قام ببناء أول محرك ناجح في عام 1849م.

 الأخوان رايت

• الأخوان رايت حاملي للجنسية الأمريكية هُما الأخ ويلبر رايت المولود في عام 1867م ويعتبر الأخ الأوسط في العائلة والأخ الأصغر أورفيل رايت، والمولود في عام 1871م اللذان ولدا في عائلة كثيرة التنقل.

• على الرغم من عدم التحاق الأخوين رايت للجامعة، إلّا أنّهما تركا بصمة كبيرة وواضحة في عالم الطيران.

• كانت بداية الأخوين بافتتاح جريدة خاصة بهما وأيضاً تشاركا حبهم وشغفهم في للدراجات ليفتتحا متجراً يصلحا فيه الدراجات ويبيعا تصميماً خاصاً بهما، واستمرا بعدها بالعمل على مشاريعهم الميكانيكية.

• أثارت حادثة الطيران الشراعية لرائد الطيران الألماني ليلينثال اهتمامهما لبدء تجارب الطيران ليعزما على تطوير تصميمهما، وتوجها إلى كيتي هوك في ولاية كارولينا الشمالية التي تتميز برياحها القوية ليكتشفا كيفية تصميم أجنحة الطائرة، وبعد تجارب عديدة استطاعا تصميم أول طائرة لها محرك لمدة (59 ثانية) على مسافة (852 قدم).

وأنشأت رحلات الطيران الشراعي قاعدة بيانات للديناميكا الهوائية وتصميم الطائرات وسجل أوتو ليلينثال، وهو عالم ألماني أكثر من (2000 انزلاق) في فترة خمس سنوات وبدءاً من عام 1891م، وبعد أول رحلة متواصلة لمركبة أثقل من الهواء في عام 1903م صقل الأخوان رايت تصميمهم، وباعوا الطائرات في النهاية للجيش الأمريكي وحدث الدافع الرئيسي الأول لتطوير الطائرات خلال الحرب العالمية الأولى، وعندما تم تصميم وبناء الطائرات لمهام عسكرية محددة، بما في ذلك الهجوم على الطائرات والقصف والاستطلاع.

شهدت نهاية الحرب تراجع الطائرات العسكرية عالية التقنية وصعود النقل الجوي المدني والعديد من التطورات في القطاع المدني كانت بسبب التقنيات المكتسبة، وفي تطوير الطائرات العسكرية وطائرات السباق وكان التصميم العسكري الناجح، والذي حصل على الكثير من التطبيقات المدنية هو القارب الطائر (Curtiss NC-4) الراجعة للبحرية الأمريكية، والذي يعمل بأربعة محركات (V-12 Liberty) بقوة (400 حصان).

ومع ذلك كان البريطانيون هم الذين مهدوا الطريق في مجال الطيران المدني في عام 1920م بنقل هاندلي بيج الذي يتسع لـ (12 راكباً)، وازدهر الطيران بعد رحلة تشارلز وليندبيرغ المنفردة خلال المحيط الأطلسي في عام 1927م، وعمل التطور في علم المعادن إلى تحسين نسب القوة إلى الوزن بالإضافة إلى التصميم الأحادي ممّا هيأ الطائرات من الطيران لمسافة أبعد وأسرع.

صفات من يريد الدخول إلى عالم هندسة الطيران

• أن يكون شخصاً صاحب طموح وهمة عالية ومحبًا لهذا العالم بالدرجة الأولى.

• مستوى جيد في اللغة الإنجليزية والرياضيات والفيزياء.

• لديه قدره على فهم الديناميكا الحرارية والهوائية إضافة للعمليات الميكانيكية.

• استخدام الحاسوب والتعامل مع مختلف برامجه بصوره جيده.

• دقيق وملتزم بمعايير السلامة والأمان.

• لديه القدرة على التعامل مع مختلف الضغوطات والمشاكل.

• مبدع ويفكر خارج الصندوق.

• لائق بدنياً ويتمتع  بصحة جسدية.

• الإلمام ومعرفة قوانين الطيران المدني.

وظائف هندسة الطيران

في معظم البلدان يعمل معظم المهندسين على تصميم المركبات العسكرية، ويأتي أكبر طلب على مهندسي الفضاء من النقل، وكذلك الطائرات المقاتلة والصواريخ والمركبات الفضائية وصناعات الطيران العامة، ويُعد تصميم مركبة الطيران إجراءً معقداً ويستغرق وقتاً طويلاً ويتطلب تكامل العديد من التقنيات الهندسية.

بسبب المتطلبات المتزايدة باستمرار للتكنولوجيا المتقدمة والتكلفة العالية والمخاطر العالية المرتبطة بمركبات الطيران المعقدة يتم إلغاء العديد من برامج البحث والتطوير قبل الانتهاء، ويمكن تقسيم عملية التصميم إلى خمس مراحل وهي نفسها لمعظم منتجات الطيران، أمّا مرحلة التصميم الأولي يتم فيها استخدام التصميم الأمثل للمركبة من المرحلة الثانية كنقطة انطلاق، كما يقوم مهندسو الفضاء بإجراء تحليلات الكمبيوتر على التكوين ثم يتم بناء واختبار نماذج أنفاق الرياح(wind tunnels).

يدرس مهندسو التحكم في الطيران مشكلات الاستقرار والتحكم الديناميكي، بحيث توفر مجموعات الدفع البيانات اللازمة لاختيار المحرك، ودراسة التفاعلات بين مدخل المحرك وإطار السيارة ويقوم المهندسون بتحليل أحمال الانحناء والضغوط والانحرافات على الجناح وهيكل الطائرة والمكونات الأخرى، كما يساعد المهندسو في اختيار المواد منخفضة الوزن وعالية القوة وقد يجرون اختبارات المرونة الهوائية والتعب.