هيكل الطائرة هو الهيكل الأساسي للطائرة، وهو مصمم لتحمل القوى الديناميكية الهوائية والضغوط المفروضة، كما تشمل الضغوط وزن الوقود والطاقم والحمولة، وعلى الرغم من تشابهها في المفهوم، إلا أنه يمكن تصنيف الطائرات على أنّها هياكل ثابتة الجناحين ودوارة، كما يمكن التحكم في الطائرة حول محاورها الجانبية والطولية والعمودية من خلال انحراف أسطح التحكم في الطيران.
مكونات هيكل الطائرة
في حالات معينة، تركز التفسيرات على المعلومات الخاصة بواحد أو الآخر فقط، حيث أن هياكل الطائرات الشراعية تشبه إلى حد بعيد الطائرات ذات الأجنحة الثابتة، ما لم يُذكر خلاف ذلك فإن ممارسات الصيانة الموضحة للطائرات ثابتة الجناحين تنطبق أيضًا على الطائرات الشراعية وينطبق الشيء نفسه على الطائرات الأخف من الهواء، على الرغم من عدم تضمين التغطية الشاملة لهياكل هيكل الطائرة الفريدة وممارسات الصيانة لآلات الطيران الأخف من الهواء في هذا القسم.
وحدات هيكل الطائرة الرئيسية
حتى تطير أي طائرة يجب على المرء أن يرفع وزن الطائرة نفسها والوقود والركاب والحمولة، كما تولد الأجنحة معظم قوة الرفع لتثبيت الطائرة في الهواء، ولتوليد قوة الرفع يجب دفع الطائرة عبر الهواء ويقاوم الهواء الحركة في شكل سحب ديناميكي هوائي، كما تستخدم الطائرات الحديثة الجنيحات على أطراف الأجنحة لتقليل السحب وتوفر المحركات التوربينية، الموجودة أسفل الأجنحة قوة دفع للتغلب على السحب ودفع الطائرة للأمام عبر الهواء، كما تستخدم الطائرات الصغيرة منخفضة السرعة المراوح لنظام الدفع بدلاً من المحركات التوربينية.
وللتحكم في الطائرة والمناورة بها توجد أجنحة أصغر في ذيل الطائرة، ويحتوي الذيل عادةً على قطعة أفقية ثابتة تسمى المثبت الأفقي وقطعة رأسية ثابتة تسمى المثبت الرأسي، ووظيفة المثبتات هي توفير الاستقرار للطائرة لإبقائها تحلق بشكل مستقيم، ويمنع المثبت الرأسي مقدمة الطائرة من التأرجح من جانب إلى آخر وهو ما يسمى الانعراج، كما يمنع المثبت الأفقي حركة الأنف لأعلى ولأسفل ، والتي تسمى خطوة.
يوجد في الجزء الخلفي من الأجنحة والمثبتات أقسام صغيرة متحركة متصلة بالأقسام الثابتة بواسطة مفصلات، وهذه المقاطع المتحركة ملونة وسيؤدي تغيير الجزء الخلفي من الجناح إلى تغيير مقدار القوة التي ينتجها الجناح، كما تعطي القدرة على تغيير القوى وسيلة للسيطرة على الطائرة والمناورة بها ويسمى الجزء المفصلي من المثبت الرأسي بالدفة، ويتم استخدامه لصرف الذيل إلى اليسار واليمين كما يُنظر إليه من مقدمة جسم الطائرة.
محركات الطائرة
تم تطوير محركات أكثر قوة وتغيير هياكل هيكل الطائرة للاستفادة من الفوائد في وقت مبكر من عام 1910، كان الألماني هوغو يونكرز قادرًا على بناء طائرة بهيكل معدني وجلد معدني نظرًا لتوافر محطات طاقة أقوى لدفع الطائرة إلى الأمام وإلى السماء، كما أدى استخدام المعدن بدلاً من الخشب في الهيكل الأساسي إلى التخلص من الحاجة إلى دعامات وأسلاك الجناح الخارجية ويحتوي (J-1) أيضًا على مجموعة واحدة من الأجنحة (طائرة أحادية السطح) بدلاً من مجموعة مكدسة.
في الفترة التي سبقت الحرب العالمية الأولى (WWI)، سمحت المحركات الأقوى أيضًا للمصممين بتطوير أجنحة أكثر سمكًا مع حواجز أقوى ولم تعد هناك حاجة إلى دعامة الجناح السلكي، حيث خلقت أسطح الجناح المسطحة والسفلية على الأجنحة ذات الحدبة العالية مزيدًا من الرفع، كما وسعت الحرب العالمية الأولى الحاجة إلى كميات كبيرة من الطائرات الموثوقة وتُستخدم في الغالب لأغراض الاستطلاع، حيث هيمنت سماء الحرب على عربات الجر ذيل الأجنحة المكدسة مع إطارات الجمالون الخشبية والمعدنية مع جلد نسيج في الغالب.
بناء جسم الطائرة
كان هيكل القارب الطائر عبارة عن تصميم شبه مائي مبكر مثل (Curtiss HS-2L) وفي الثلاثينيات من القرن الماضي، حيث رافقت الطائرات المصنوعة من المعدن بالكامل محركات جديدة أخف وزنا وأكثر قوة، وتم تكريم أجسام الطائرات شبه المقلمة الأكبر حجمًا بتصميمات أجنحة الجلد المجهدة، كما تم بناء عدد أقل من طائرات الجمالون والنسيج وتسببت الحرب العالمية الثانية في عدد لا يحصى من تصميمات الطائرات باستخدام جميع التقنيات المعدنية.
وكانت الأجنحة الحاملة للوقود العميقة هي القاعدة، لكن الرغبة في سرعات طيران أعلى دفعت إلى تطوير طائرة رقيقة الأجنحة يتم فيها نقل الوقود في جسم الطائرة، حيث استخدمت أول طائرة ذات هيكل مركب ,(De Havilland Mosquito)، مادة شطيرة من خشب البلسا في بناء جسم الطائرة وتم تطوير رادوم الألياف الزجاجية أيضًا خلال هذه الفترة.
بعد الحرب العالمية الثانية، أدى تطوير المحركات التوربينية إلى الطيران على ارتفاعات أعلى، حيث عمت الحاجة إلى الطائرات المضغوطة الطيران كنتيجة لذلك، كان من الضروري جعل بناء (Semimonocoque) أقوىو تم إجراء تحسينات على هيكل جسم الطائرة شبه المعدني بالكامل لزيادة القوة ومكافحة الإجهاد المعدني الناجم عن دورة الضغط وإزالة الضغط، كما تم تطوير النوافذ المستديرة وفتحات الأبواب لتجنب المناطق الضعيفة التي يمكن أن تتشكل فيها الشقوق.
وقاوم جلد الألمنيوم المصنوع من سبائك النحاس المشكل بشكل متكامل التشقق وسمح بجلد أكثر سمكًا واستدقاق متحكم فيه، كما يوفر الطحن الكيميائي لهياكل جلد الجناح قوة كبيرة وأسطحًا ناعمة وعالية الأداء وأصبحت أجنحة الكنتور المتغيرة أسهل في البناء.
الزيادات في سرعة الطيران المصاحبة للسفر النفاث النفاث الخفيف جدًا (VLJ)، حيث جلبت الحاجة إلى أجنحة أرق وزاد تحميل الجناح أيضًا بشكل كبير، كما تم تطوير تصميمات أجنحة (Multispar) و (Box beam) استجابةً لذلك وفي الستينيات تم تطوير طائرات أكبر حجمًا لنقل الركاب ومع تحسن تكنولوجيا المحرك، تم تصميم وبناء طائرة الجامبو ولا يزال الألمنيوم الذي لا يزال أساسًا مع جسم الطائرة شبه المعدني.
كما بدأ الحجم الهائل للطائرات في ذلك اليوم في البحث عن مواد أخف وزنًا وأقوى يمكن تصنيعها منها، مما أدى إلى استخدام الألواح المصنوعة على شكل خلية نحل، وفي سلسلة طائرات بوينج إلى توفير الوزن مع عدم المساس بالقوة في البداية، تم استخدام قلب الألمنيوم مع الألواح العازلة المصنوعة من الألمنيوم أو الألياف الزجاجية على الألواح الجانبية وأسطح التحكم في الطيران وألواح أرضية الكابينة وغيرها من التطبيقات.
هيكل تروس
- في طريقة البناء هذه يتم الحصول على القوة والصلابة من خلال ربط الأنابيب (الفولاذ أو الألومنيوم) لإنتاج سلسلة من الأشكال المثلثة تسمى الجمالونات.
- أطوال الأنابيب التي تسمى أطول ملحومة في مكانها لتشكيل إطار جيد.
- الدعامات الرأسية والأفقية ملحومة بالأعمدة الطويلة وتعطي الهيكل شكل مربع أو مستطيل عند النظر إليه من النهاية.
- هناك حاجة إلى دعامات إضافية لمقاومة الإجهاد الذي يمكن أن يأتي من أي اتجاه.
- تتم إضافة أدوات تخليق وحواجز أو أدوات تشكيل لتشكيل جسم الطائرة ودعم الغطاء.
- مع تقدم التصميمات، تم إحاطة هذه الهياكل أولاً بقطعة قماش وأخيراً بالمعادن.
- هذه الترقيات تبسيط الشكل وزيادة الأداء.
- في بعض الحالات، يمكن للجلد الخارجي أن يدعم كل أو جزء كبير من أحمال الطيران.
- تستخدم معظم الطائرات الحديثة شكلاً من أشكال بنية الجلد المجهدة هذه المعروفة بالبناء الأحادي أو شبه الأحادي.
