اطلاعات کلی درباره قطعات هواپیما

باسلام
ما اطلاعاتی در مورد قطعات هواپیما داریم که تو گروه عاشقای پرواز گذاشتیم ولی کاربرای میهمان و کسانی که ستاره ندارن نمیتونن مطالب رو ببینن.
به پیشنهاد کاربری به نام alone_boy ما هم اون مطالب رو به اینجا منتقل میکنیم و هم مطالب جدید میذاریم
باتشکر:11:

موتورهای هواپیما خود به چند دسته اساسی تقسیم می شوند:

توربوفن Turbo Fan

توربوجت Turbo Jet

توربوپراپ Turbo Prop

پالس جت Pulse Jet

پرشر جت Pressure Jet

رم جت Ram Jet

سکرام جت Scram Jet

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در حقیقت، تمام موتورهای هواپیما که توربین دارند، نوع پیشرفته تری از همان موتورهای توریبن گازی هستند که در زمانهای دورتر استفاده می شده است. از موتورهای توربین گازی بیشتر برای تولید برق نه تولید نیروی رانش استفاده می شود. موتورهای هواپیما (درحالت کلی موتورهای جت)کلاً بر پایه ی موارد زیر کار می کنند:

هوا از مدخل وارد موتور جت شده و سپس با چرخاندن توربین نیروی لازم را برای مکش هوا برای سیکل بعدی آماده کرده و خود از مخرج خارج می شود. در این حالت فشار و سرعت هوای خروجی، بدون در نظر گرفتن استهلاک و اصطکاک، با سرعت و فشار هوای ورودی برابر است. سیکل کاری موتورهای جت پیوسته است، این بدین معناست که هنگامی که هوا وارد کمپرسور می گردد، به سوی توربین عقب موتور رفته و آن را نیز همراه با خروج خود به حرکت در می آورد، یعنی نیروی لازم برای مکش در حقیقت به وسیله توربین انتهایی موتور تولید شده است و بدین گونه است که همزمان با ورود هوا به کمپرسور، توربین نیز به وسیله نیروی تولید شده توسط سیکل قبلی در حال چرخش است و نیروی آن صرف چرخاندن کمپرسور می شود. در این فرآیند، دوباره نیروی تولید شده توسط این سیکل به توربین داده شده و توربین نیروی لازم جهت ادامه کارکرد موتور را فراهم می آورد.

1- موتورهای توربوفن یا Turbo Fan

موتورهای توربوفن در حقیقت چیزی میان موتورهای توربوجت و توربو پراپ هستند. بازده موتورهای توربوفن بسیار زیاد است، و به همین علت هم در بسیاری از هواپیماهای مسافربری و ترابری در سرعت های ساب سونیک Sub Sonic از آن ها استفاده می شود. در موتورهای توربوفن، ابتدا هوا کمپرس شده سپس وارد اتاقک احتراق می شود و بعد از انفجار از طریق شیپوره یا نازل خروجی خارج شده و در طی این فرآیند، نیروی تراست لازم را جهت رانش هواپیما به جلو تامین می نماید. البته در موتورهای توربوفن، مقادیر دیگری از هوا از طریق کنارگذر نیز عبور داده می شود که در نهایت به گازهای خروجی داغ پیوسته و نیروی تراست را افزایش می دهد. تفاوت موتورهای توربوفن با توربوپراپ در این است که موتورهای توربوپراپ، فن یا ملخ ایجاد کننده تراستشان در خارج از پوسته موتور قرار گرفته اما در موتورهای توربوفن، ملخ یا فن تولید کننده تراست کاملاً در درون پوسته موتور قرار گرفته است.

2- موتورهای توربوجت یا Turbo Jet

موتورهای توربو جت، بیشتر بر نیروی تولیدی از گازهای خروجی اتکا دارند و در هواپیماهایی بیشتر کاربرد دارند که با سرعت های مافوق صوت حرکت می کنند. در موتورهای توربوجت، ابتدا، هوا وارد کمپرسور شده و متراکم می گردد. اما چون این هوا با سرعت نسبتاً زیادی وارد موتور گردیده برای احتراق مناسب نمی باشد و بیشتر سوخت مصرف شده، بدون اشتعال هدر می رود. به همین دلیل هوا به قسمت دیفیوژر یا همان کاهنده سرعت فرستاده می شود تا از سرعت آن کاسته شود. در دیفیوژر، ابتدا از سرعت هوا کاسته و بر دما و فشار آن افزوده می شود. سپس این هوای آماده برای احتراق، به اتاقک احتراق فرستاده می شود. در اتاقک احتراق یا Combaustion Chamber، هوا ابتدا وارد لوله احتراق گشته، با سوخت مخلوط شده سپس منفجر می گردد. قسمتی از نیروی حاصله از این انفجار صرف گرداندن توربین شده و مابقی برای تولید نیروی رانش به کار می رود. گاهی در هواپیماهای توربوجت، بعد از شیپوره خروجی یا نازل، قسمتی به نام پس سوز یا After Burner قرار می دهند که بر نیروی تراست می افزاید.

After Burner یا قسمت پس سوز چگونه کار می کند؟

هنگامی که گازهای خروجی از موتور خارج می شوند، هنوز مقداری اکسیژن و سوخت مصرف نشده دارند که در قسمت پس سوز، با مشتعل ساختن دوباره گازهای خروجی و افزایش 4 برابر سوخت معمولی به این مخلوط، به طور قابل توجهی بر نیروی تراست می افزایند. البته استفاده از پس سوز فقط در شرایط اضطراری و شرایط جنگی مجاز است در غیر این صورت مجاز نیست. تنها هواپیمای مسافربری با سیستم پس سوز، هواپیمای کنکورد Concord ساخت مشترک آلمان، انگلیس و فرانسه است که به علت ایجاد آلودگی صوتی زیاد و مصرف سوخت بالا، از کار برکنار شد.

3- موتورهای توربوپراپ یا Turbo Prop:

موتورهای توربو پراپ، در حقیقت از نیروی ملخ برای تولید تراست استفاده می کنند و تنها وجه جت بودن آنها، تولید نیروی لازم برای این چرخش توسط موتور جت است. طرز کار موتورهای توربوپراپ عیناً مانند موتورهای جت توربینی دیگر است و تنها وجه تمایز آنها این است که نیروی تولید توسط توربین بیشتر صرف چرخاندن ملخ می شود تا کمپرسور، به همین دلیل برای تولید نیروی بیشتر، تغییراتی هم در توربین موتورهای توربوپراپ داده می شود.

4- موتورهای پالس جت یا Pulse Jet:

موتورهای پالس جت دارای توربین، کمپرسور، یا شفت نمی باشند و تنها قطعه متحرک البته در نوع دریچه دار، دریچه آن می باشد. در این گونه موتورها، ابتدا توده بزرگی از انفجار در داخل موتور صورت می پذیرد که سبب بسته ماندن دریچه می شود. چون تنها راه فرار هوا از موتور قسمت انتهای آن می باشد هوا به طرف آنجا هجوم می آورد.در نتیجه تر ک هوا، خلا یا حالت مکشی به وجود آمده که باعث باز شدن دریچه و ورود هوای تازه می شود. در این حالت، مقداری هوای محترق شده از خروج بازمانده و صرف تراکم و انفجار گاز تازه وارد می گردد و سیکل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند.

در نوع بدون دریچه، از یک خم برای ایفای نقش دریچه استفاده می شود که با انفجار گازها و بدلیل وجود این خم، کاهش فشار صورت گرفته و مقداری از گازهای خروجی باز می گردند به همین ترتیب سیکل ادامه داده می شود.

5- موتورهای پرشر جت یا Pressure Jet:

از این گونه موتورها در حال حاضر استفاده ای نمی شود و شرح کارکرد آنها در اینجا اضافی است.

6- موتورهای رم جت یا Ram Jet:

موتورهای رم جت، هیچ قطعه ی متحرکی ندارند و در نگاه اول، مانند یک لوله توخالی به نظر می رسند که بیشتر در سرعت های مافوق صوت به کار می روند. موتورهای رم جت نیز مانند پالس جت، دارای توربین، کمپرسور یا ... نمی باشند استفاده از آنها به عنوان موتور دوم معمول است که بیشتر در موشکها به کار می روند. در این گونه موتورها، برای روشن شدن موتور ابتدا باید سرعت هوا به مقدار لازم برسد در صورت رخداد چنین حالتی، موتور جت به طور خودکار خود را روشن می کند. در موتور رم جت، هوا با سرعت زیاد وارد موتور شده و به علت سرعت بیش از حد، در قسمت دیفیوژر به خوبی کمپرس و متراکم شده و دما و فشار آن بسیار بالا می رود. در این حالت مخلوط هوا و سوخت منفجر گشته و با خروج از موتور، نیروی تراست بسیار زیادی را آزاد می کنند. این موتورها قدرت بسیار زیادی را دارا می باشند اما برای شروع پرواز و برخاست مناسب نمی باشند.

7- موتورهای سکرم جت یا Scram Jet:

نام این موتورها از دو واژه Super Sonic و Combustion گرفته شده که به معنای انفجار در سرعت مافوق صوت است. این گونه موتور ها در سرعت های هایپر سونیک Hyper Sonic به کار می روند و طرز کار آنها بسیار مشابه موتورهای رم جت با تغییراتی می باشد. این نکته قابل توجه است که مشتعل ساختن مولکول های هوا در حالی که هوا با سرعت بالای 4 ماخ وارد موتور می گردد، مانند روشن کردن کبریت در گردباد تورنادو است! و از همین جا می توان درک کرد که چه تکنولوژی عظیمی در این لوله توخالی به کار گماشته شده است. شایان ذکر است که اولین هواپیمای دارای موتور سکرم جت، هواپیمای X-43 است که سرعت آن بالای 7 ماخ می باشد.

1- کمپرسور:
کمپرسورها وظیفه متراکم کردن هوای ورودی را بر عهده دارند. کمپرسورها بر دو نوع هستند: 1- کمپرسورهای محوری 2- کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز. کمپرسورهای محوری که در اکثر موتورهای جت امروزی استفاده می شود، از چند طبقه فن یا پنکه به تعداد مشخص (دو یا بیشتر) تشکیل شده است که هرچه به سمت درون بیشتر پیش برویم، از زاویه پره های فن ها کاسته می شود و همچنین توسط همین تیغه ها یا پره ها، به سیال جهت حرکت داده شده و با کاهش زاویه پره ها، به فشار سیال یا هوا افزوده و از سرعتش کم شده و در نتیجه متراکم می گردد. اما در کمپرسورهای شعاعی یا گریز از مرکز، که بیشتر در موتورهای گازی ساده یا قدیمی کاربرد داشته است، در اصل هوا به یک مانع برخورد کرده و سپس توسط پره های آن به قسمت دیفیوژر یا کاهنده سرعت منحرف می شود که این فرآیند با ازدیاد فشار همراه است، در نتیجه هوا متراکم می گردد.

2- سیستم احتراق:

سیستم احتراق، شامل سوخت پاش، جرقه زن و اتاقک و لوله احتراق می گردد. فرآیند انفجار در درون لوله های احتراق صورت می پذیرد که این عمل با وارد شدن هوا به اتاقک و مخلوط شدن آن با سوخت سپس انفجار آن به وسیله شمع جرقه زن انجام می شود. انژکتور Injector وسیله است که با استفاده از نیروی موتور، سوخت را به پودر تبدیل می کند و حکمت این کار در بهتر مشتعل شدن در صورت تبدیل به پودر نهفته است. البته سوخت قبل از ورود به انژکتور، مقداری گرم شده تا برای احتراق آماده تر باشد. ابتدا انژکتور سوخت را روی هوای متراکم می پاشد و سپس این مخلوط آماده انفجار است که به وسیله شمع جرقه زن، این عمل صورت می گیرد.


3- سیستم توربین:

در اینجا، ابتدا هوای منفجر شده به پره های توربین برخورد کرده و نیروی لازم جهت گرداندن کمپرسور و مکش هوا برای سیکل بعدی تولید می شود که این نیرو به وسیله میله (شفت)ی به کمپرسور انتقال داده شده و باعث حرکت آن می شود. قبل از توربین، استاتور توربین وجود دارد که برای تنظیم جهت حرکت سیال (هوا) برای ورود به قسمت توربین به کار می رود. توربین ها نیز به دو دسته محوری و شعاعی تقسیم می شوند که نوع محوری چند طبقه است. چون دمای کارکرد توربین بسیار بالا می باشد، در ساخت آن از آلیاژهای مخصوصی استفاده می شود.


4- سیستم خروج گازهای داغ:

این سیستم، در حقیقت تولید تراست واقعی را برای رانش هواپیما به جلو می کند و سهم اصلی را در تولید و توضیع فشار دارد. در مدل های متحرک، زاویه پره های شیپوره انتهایی موتور برای میزان کردن فشار قابل تنظیم است. گفتنی است سیستم پس سوز یا After Burner بعد از این بخش نصب می شود. به این قسمت، نازل Nozzle هم گفته می شود.

سیستم های دیگر:
سیستم کشش برگردان یا Thrust Reversation System:

در سیستم کشش برگردان، به وسیله دریچه هایی، نیروی تراست موتور برعکس می شود، بدین صورت که خلبان در هنگام فرود نیروی برگردان را فعال ساخته و از آن به عنوان ترمز استفاده می کند، یعنی نیروی موتور در جهت عکس اعمال می شود.

جعبه سیاه هواپیما :

در مواردی که هواپیمایی سقوط می‌کند و حادثه‌ای غم‌انگیز به بار می‌آورد، کارشناسان تلاش‌هایی را بکار می‌گیرند تا علت حادثه را روشن کنند، و احتمالا از تکرار چنین حوادث دردناک جلوگیری بعمل آورند. در بیشتر موارد شدت حادثه به حدی است که متاسفانه کسی زنده نمی‌ماند تا بتواند واقعه را بازگو کند و جزئیات کافی و مفیدی بدست دهد. از این رو پژوهشگران غالبا سرنخ‌ها را در میان لاشه هواپیما و قطعات به جا مانده از آن جستجو می‌کنند. برای آنکه پژوهشگران و کارشناسان بتوانند پس از سقوط هواپیما موضوع را برسی کنند، هواپیماها را به دستگاهی به نام جعبه سیاه مجهز می‌کنند.

تاریخچه
نخستین بار چارلز لیندبرگ در سفر هوایی خود بر فراز اقیانوس اطلس ابتدایی‌ترین نوع جعبه سیاه را بکار گرفت. از آن زمان تا کنون در ساختمان جعبه سیاه تغییرات زیادی داده‌اند. جعبه‌ای که لیندبرگ از آن استفاده کرد، ارتفاع پرواز و اطلاعات مربوط به زمان پرواز را ثبت می‌کرد. تا چند سال استفاده از وسیله‌ای که اطلاعات مربوط به پرواز را ثبت کند، اختیاری بود. در سال 1947 استفاده از جعبه سیاه در هواپیماها اجباری شد.<br><br>اما معایب و نواقص جعبه‌های سیاه به حدی بود که پژوهشگران به اطلاعات ثبت شده اعتماد چندانی نداشتند. به همین دلیل حکم اجباری بودن استفاده از جعبه‌های سیاه لغو شد. ده سال بعد پیشرفت‌های علمی موجب شد تا بار دیگر کارشناسان به کار جعبه‌های سیاه اطمینان پیدا کنند. امروزه در تمامی هواپیماها از جعبه‌های سیاه ، که در واقع ثبت کننده اطلاعات مربوط به پرواز هواپیما است، استفاده می‌شود.
.................................................. .................................
خصوصیات ظاهری جعبه سیاه
رنگ جعبه سیاه بر خلاف نامش سیاه نیست، رنگ آن نارنجی روشن و گاهی زرد است. زیرا این رنگ در میان قطعات متلاشی هواپیما بهتر جلب توجه می‌کند. برای آنکه اطلاعات ذخیره شده در داخل جعبه‌های سیاه به آسانی لطمه نبیند، این جعبه‌ها باید در برابر آتش و ضربه مقاوم باشند. به همین دلیل این دستگاهها را طوری می‌سازند که به مدت نیم ساعت در برابر گرمای شدید تا 1000 درجه سانتیگراد مقاومت کنند.<br><br>حفاظ آنها نیز باید ضربه یک میله فولادی به وزن 250 کیلوگرم را که از ارتفاع 3 متری سقوط کرده است، تحمل کند. جعبه‌های سیاه به شکل مکعب مستطیل هستند و عرض و طول آنها در حدود 12.5 سانتیمتر و طولشان 30 تا 50 سانتیمتر است. جعبه‌های سیاه به دستگاه کوچکی مجهز هستند که در اثر تماس با آب صدای بلندی معادل 37.4 کیلو هرتز تولید می‌کنند. این صدا از یک مسافت 4 کیلومتری و عمق 7000 متری آب ، برای مدت 30 روز قابل شنیدن است.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

.................................................. .................................................. .........................


شیوه کار جعبه‌های سیاه :

دستگاه ضبط آنالوگ
این دستگاه دارای یک ورقه فلزی نازک است که اطلاعات مربوط به هواپیما مانند ارتفاع ، سرعت ، جهت حرکت و ساعت را با استفاده از عقربه سوزنی شکل ثبت می‌کند. عقربه‌های دستگاه مانند قلم ثبات تهیه نوار قلب حرکت می‌کنند و با سوزن روی ورقه فلزی نموداری را رسم می‌کنند.

دستگاه ضبط دیجیتال
این دستگاه از دستگاه آنالوگ دقیق‌تر است. دستگاه ضبط دیجیتال مانند دستگاه ضبط صوت معمولی عمل می‌کند. اطلاعات پس از دریافت به زبان کامپیوتر (ارقامی متشکل از صفر و یک) تبدیل می‌شوند. هنگامی که یک نوار مغناطیسی برای مطالعه سانحه به مرکز بررسی سانحه می‌رسد، اطلاعات با استفاده از کامپیوتر کدیابی می‌شوند و سپس به زبان معمولی روی کاغذ چاپ می‌شوند.

چشم انداز
پیشرفت‌های فنی و علمی موجب شده است که پروازهای هواپیما با اطمینان بیشتری انجام گیرد، ولی حتی اگر از نظر تکنولوژی پیشرفت‌ها چشمگیر باشد، عامل انسانی را نمی‌توان نادیده گرفت.
.................................................. ........................................

ترمزهواپیما: سیستمهای ترمز هواپیمایی و ...

پیشرفتهای بوجود آمده در تکنولوژی مواد، روشهای طراحی و آزمون‌های بعد از ساخت موجب گردیده که در کیفیت و کارائی ترمزهای هواپیماهای جت امروزی بطور چشمگیری بهبود حاصل شود و بدون اینکه فضای بیشتری را اشغال کند دارای اوزون کمتری نسبت به ترمزهای قدیمی باشد. بکارگیری مواد مرکب و فلزاتی که نسبت استحکام به وزن آنها بالاست و نیز استفاده از تحلیل‌های پیچیدة کامپیوتری از جمله عوامل کلیدی این پیشرفتها بحساب می‌آید. بهبود کیفی در کارائی ترمزها در آینده با استفاده از مواد پیشرفته عایق‌دار یا دافع گرما، سازه‌های کامپوزیتی، سیستم‌های کامل کنندة متناوب و سیستم کنترل گرمائی پیشرفته صورت خواهد گرفت.
سیستم‌های ترمز هواپیمای امروزی از انواع اولیه که در آن برای بحرکت آوردن هواپیما بر روی باند از چرخهای اتومبیل و برای کند کردن سرعت آن از پایه‌های کمک‌دار دم هواپیما استفاده می‌شد، بمراتب پیشی گرفته است. چرخها و ترمزهای جدید به هم وابسته‌اند و در ساخت آنها از روش‌های پیشرفتة مهندسی استفاده شده و نمونه‌های چندگانه‌‌ای از پیشرفت تکنولوژی مواد را به نمایش درآورده است.


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


اجزای اصلی بکار رفته در سیستم ترمز یک هواپیمای پیشرفتة امروزی بعنوان نمونه بقرار زیر است:

1-ترمزی که در آن سیستم هیدرولیکی با فشار زیاد استفاده شده، قطعات آن از مواد مرکب کربنی، تیتانیوم، فولاد با استحکام زیاد و آلومینیوم ساخته شده تا بتواند گرمای بسیار زیاد را جذب و سپس دفع کند.

2-استفاده از یک سیستم کنترل ترمز یکپارچه و کامپیوتری با بهره‌گیری از سنسورهای پیشرفته و تکنولوژی کنترل ارتباط سیستماتیک و عملکردهای خودآزما.

3- استفاده از چرخهائی که دارای شکل پیچیده‌ای بوده و از آلومینیوم با استحکام زیاد ساخته شده و دارای سپر حرارتی ایمنی بعد از خرابی باشد.

همچون سایر اجزای اصلی هواپیما، طراحی سیستم ترمز نیز با محدودیت‌ها و نیازهای ضد و نقیضی همراه است.
وزن کم، کارائی بالا، تعمیرات اندک، قابلیت اطمینان زیاد، دوام زیاد و هزینة کم ویژگیهایی است که سیستم ترمز باید تواماً بهمراه داشته باشد.
در ادامة این بحث بر طرحهای اصولی بکار رفته در ترمز هواپیمای امروزی مروری کوتاه نموده و بطور خلاصه به پیش‌بینی پیشرفتهای آینده نیز خواهیم پرداخت.
چرخ هواپیما و سیستم ترمز آن بصورت یکپارچه طراحی می‌شود، آنچنانکه منطبق با ویژگیهای یک هواپیمای مشخص و مورد نظر باشد. کارآئی چرخ و ترمز آن با استفاده از طراحی کامپیوتری، مدلسازی پیچیده و روش‌های شبیه‌سازی تحلیلی، در مرحله طراحی به حد مطلوب می‌رسد.
چرخ هواپیما از نوع دو تکه ساخته می‌شود تا سوار کردن «تایر» آسان باشد. و نیز دارای اندکی انحراف است تا فضای ترمز بیشتری را فراهم آورد. برای حفاظت چرخها در برابر گرمای حاصل از ترمز از پوشش‌های عایق استفاده می‌گردد. از طرف دیگر مکانیزمهای ایمنی از قبیل فیوزهای حرارتی و سوپاپهای اطمینان در آن بکار می‌رود.


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


سیستم ترمزها از دیسک ‌های ثابت و متحرک (چرخشی) چند لایه‌ای و اصطکاکی تشکیل یافته است . این دیسکهای اصطکاکی که قسمت اعظم گرما را بخود جذب می‌کند، بوسیله اجراء سازه‌ای چندی از قبیل پیستونهای عمل کنندة فشاری، پوستة تنظیم، قسمت انتقال گشتاور (که گشتاور را به ارابه فرود یا چرخ هواپیما منتقل می‌سازد) و یک صفحه ترمز ثابت (که بعنوان یک نگهدارندة سازه‌ای در جذب گرما عمل می‌کند) محصول گردیده است.
ترمز با فشار هیدرولیکی عمل می‌کند و انرژی جنبشی هواپیما را به گشتاور کندشونده‌ای بدل می‌سازد. سیستم کنترل ترمز ، خود سطوح فشار ترمز را تعدیل می‌کند تا کارآئی آنرا در متوقف ساختن هواپیما به حد دلخواه برساند. ضمناً یک سیستم «ضدسرخوردگی» در آن بکار رفته تا فاصله (یا زمان) متوقف ساختن هواپیما را به حداقل برساند، هدایت سمتی را برای آن تأمین نمایند و از ترکیدن لاستیک‌ها جلوگیری بعمل آورد.
علاوه بر آن یک مکانیزم ترمز خودکار که فرامین مربوط به علمکرد کار پیش ترمز و میزان کاهش سرعت را آماده می‌سازد، می‌تواند بخشی از سیستم کنترل ترمز هواپیما باشد. سنسورهای مربوط به سرعت چرخها، دستگاه پردازش علائم یا دستگاه مقایسه‌گر (کامپیوتری) و سوپاپهای تنظیم، جملگی از اجزای عمدة سیستم کنترل ترمز هواپیما بشمار می‌رود. تکامل چرخ هواپیما از انواع چرخهای پره‌دار اتومبیل آغاز شده، چرخهای ریخته‌گری آلومینیومی و منیزیمی را پشت سر گذاشته، و عموماً‌ از انواع چرخهای آلومینیومی دو تکه ساخته شده به روش آهنگری (فورج) استفاده می‌شود.
چشمگیرترین پیشرفت در طراحی چرخهای هواپیما، کاهش وزن و حجم و افزایش کارایی آن است.

!عمده‌ترین اهداف در طراحی چرخ‌های هواپیما بشرح زیر خلاصه می‌شود:

1-افزایش عمر چرخشی
یکی ازآزمایشهائی که برای ارزیابی کیفی چرخهای هواپیما انجام می‌شود، بررسی میزان عمر چرخشی آن می‌باشد.(این مقدار اکنون از 25000 مایل در مورد هواپیماهای حمل و نقل ارتشی مانند هواپیمای
C-17 تا 50000 مایل برای هواپیماهای جت مسافربری امروزی متغیر می‌باشد).

2-تداوم ایمنی بعد از خرابی
چرخهای هواپیماهای امروزی طوری طراحی شده تا در مقابل خرابی‌های حاصل از خستگی مقاومت داشته و عیوب مرگبار و انفجارآمیز را در پی نداشته باشد (که البته شامل طراحی چرخهائی می‌شود که بعد از بوجود آمدن حداکثر خرابی در آن، در لبة حمل چرخها یا در محل قرار گرفتن طوقة داخلی لاستیک در روی رینگ خللی وارد نگردد).

3-افزایش ایمنی در برابر پوسیدگی و فساد
با بکارگیری سیستمهای محافظت در برابر خوردگی و پائین آمدن میزان تنش در سطوح حساس چرخ و انجام عملیات تشخیص خوردگی و زنگ‌زدائی بطور مکرر، از میزان نقیصه‌هائی که در چرخ هواپیما بوجود می آید و منشاء آن خوردگی و زنگ‌زدگی می‌باشد کاسته و به حداقل رسانده می‌شود.

4-بکارگیری سیستمهای محافظ گرما
بهبود در تونائی‌های ترمز هواپیما بویژه ترمزهای کربنی، با افزایش گرماپذیری آن (در هنگام گرفتن ترمز) حاصل گردیده است. ایجاد حفاظت گرمائی در چرخ، ایجاد محدودیت در مسیر جریان حرارت، خنک کردن چرخ، نصب مهره‌های ذوب شونده برای خنک کردن محیط یاد شده لاستیک، از جمله ترفندهای کلیدی در طراحی چرخهای پیشرفتة امروزی است که برای جلوگیری از وقوع فاجعه در نظر گرفته شده است.
علاوه بر اهداف فوق، نوع لاستیک بکار رفته در چرخ نیز در طراحی آن مؤثر است. لاستیک‌های رادیال و شعاعی ممکن است «بار»ها را به شکل متفاوتی بر چرخ اعمال نماید. بنابراین هنگام طراحی، میزان این «بار» ها بخصوص اگر تعویض‌پذیری آن مد نظر باشد باید بوسیلة طراح مراعات شود.
با توجه به این واقعیت، طراحی چرخهایی که بتواند چنین توقعات مشکل و فزاینده‌ای را برآورده سازد و از طرفی در میزان وزن و حجم آن نیز افزایش چندانی حاصل نگردد، در واقع مقدار زیادی مدیون بکارگیری و توسعة روش‌های نوین و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری می‌باشد. تکنیکهای تحلیلی که در طراحی چرخها بخدمت گرفته می‌شود شامل تجزیه محدود سطوح تنش و مدل‌سازی حرارتی سیستمهای چرخ و ترمز می‌باشد.
با استفاده از روش کامپیوتری، چرخ هواپیما از موادی ساخته می‌شود که بتواند «بار»های وارد را تحمل کند، عمر آن زیاد و ویژگیهای حرارتی و وزن آن اندک باشد. با استفاده از این روش‌های کامپیوتری، طراحی، ساخت و ارزیابی مدل‌های جدید چرخ در زمان کوتاهی صورت می‌پذیرد.
خلاصه اینکه بکارگیری و توسعه روشهای مدل‌سازی کامپیوتری و تحلیلی درتعیین قسمتهای حساس و عیوب احتمالی و سطوح حرارتی چرخهای هواپیما، صنایع تولید کننده را قادر ساخته تاآنرا با حداقل وزن، عمر زیاد، نیاز تعمیراتی اندک و ایمنی بیشتر تولید نمایند. می‌توانیم انتظار داشته باشیم روند بهبود در کیفیت چرخها با تکامل مواد اصلی سازندة آن همچنان با تداوم همراه باشد.
یکی از عوامل عمده که در توسعه و ساخت چرخهای هواپیماهای فعلی و آتی نقش کلیدی دارد، توجه به مواد تشکیل دهندة سازة چرخ می‌باشد.

ویژگیهای عمدة مواد فوق بقرار زیر است:
-مقاومت در برابر خستگی و استحکام استاتیکی.
-مقاومت در برابر حرارت زیاد.
-مقاومت در برابر خوردگی.
-قیمت ارزان

گرچه سالهای بسیاری است که صنایع ازآلیاژهای آلومینیوم فورج شده «2014-T6» یا «T-61» بعنوان فلز استاندارد برای ساختن چرخها استفاده می‌کنند، لیکن همچنان به بررسیهای خود برای جایگزین نمودن مواد جدید ادامه می‌دهند تا در کیفیت چرخها بهبود بیشتری حاصل شود. با بکارگیری آلیاژهای آلومینیومی پیشرفته، معیارهای جدیدی از لحاظ استحکام و دوام بیشتر درمقابل حرارت زیاد، مقاومت در برابر خستگی و حرارت زیاد ومقاومت در برابر خوردگی و ترک‌خوردگی، بوجود در می‌آید.
انجام این بهینه‌سازی‌ها بطور چشمگیری کیفیت تعمیرپذیری و قابلیت اطمینان چرخها را افزایش خواهد داد. علاوه بر آن، چرخهای ساخته شده از الیاف کامپوزیتی و مواد مرکب از قبیل مواد مرکب کربنی یا گرافیتی و فایبرگلاس، سبکی وزن و میزان خرابی مجاز بیشتری را موجب می‌شود.
در شاخه ترمز چرخهای هواپیماهای امروزی بود که متخصصان تکنولوژی مواد به یکی از ضروری‌ترین تحقیقات مورد نیاز در رشتة خود پی بردند. ترمز، خود یک موتور گرمائی است که وظیفة آن جذب و مستهلک نمودن انرژی جنبشی است. چرخ هواپیما وسیله‌ای مطمئن برای حرکت هواپیما در روی زمین می‌باشد اما وسیله‌ای اضافی است که از بار مفید هواپیما در پرواز می‌کاهد، به همین دلیل است که از طراحان خواسته می‌شود تا آنجا که امکان دارد آنرا کوچک و سبک بسازند.
از روشهای تحلیلی و شبیه‌سازهای کامپیوتری برای ساخت چرخهای پردوام و سبک استفاده می‌شود. علاوه بر آن، تداوم این نوآوری‌ها در طراحی موجب شده در میزان تعمیرپذیری و کارآئی قسمتهای متحرک چرخها بهبود حاصل شود. با این همه، بیشترین پیشرفتها حول مسئله اصطکاک و مواد متشکله قطعات بوده است. این بهبودها نه تنها موجب افزایش حجم چرخها و ترمز نشده بلکه تونائی و کارآئی آنرا همگام با نیازهای فزاینده صنایع هوائی افزایش داده است.

بهبودهای عمده‌ای که در ساخت ترمز هواپیماهای امروزی حاصل شده بقرار زیر است:
عمر طولانی:
تعداد دفعات نشستن هواپیما بعد از هر مرحله تعمیر اساسی از 100 تا 300 بار فرود برای هواپیماهای نظامی و جتهای مسافربری اولیه به 900 تا 2000 بار فرود در هواپیماهای امروزی افزایش یافته است.

وزن سبک:بکارگیری مواد با استحکام زیاد و چگالی کم، موجب کاهش وزن ترمزها تا 50% در مقایسه با ترمزهای فولادی مشابه شده است.

_ایمنی و قابلیت اطمینان_:
روش‌های نوین آزمایشگاهی از قبیل شبیه‌سازی طیف‌های ترمز از مراحل فرود کامل هواپیما، بمقدار زیادی موجب ارتقاء کیفی در کارآئی و قابلیت اطمینان سیستمهای ترمز گردیده است. امروزه عواملی همچون شرایط گرمائی و دینامیکی، درخلال عمر کاری ترمز بطور روزمره مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
هر یک از برنامه‌های جدید ساخت و ارزشیابی کیفی آزمایشگاهی آن، نیاز به یک یا دو سال وقت دارد، حال آنکه برای ترمزهای نسل پیشین انجام آن فقط یک یا دو ماه طول می‌کشید. این بهبودها با بکارگیری تکنولوژی پیشرفته مواد صورت گرفته است.
محورهای پیچشی که از جنس تیتانیوم ریختگی و هم فشار می‌باشد نسبت به فولاد فورج شده سبک‌تر بوده و از نظر مسائل حرارتی بهتر می‌باشد. کیفیت خوب آلیاژ، موجب سبکی وزن قسمت پوستة پیستون یکپارچه یا مکانیزم تنظیم کننده یا طبق‌های (ترمز چرخ) تنظیم سرخود، از جمله تصمیمات طراحی است که کارائی ترمز را افزایش می‌دهد.
با این همه، مهمترین عامل در بهبود کیفی ترمز هواپیما، پیشرفت در زمینه مواد اصطکاکی بکار رفته در آن و اتلاف حرارتی ترمز می‌باشد. ترمز فولادی استاندارد که در آن صفحات اصطکاکی سرامیکی بکار رفته (این ماده اولین بار بعنوان سطوح اصطکاکی در دهه 1940 در ترمزها مورد استفاده قرار گرفته است.) موجب بهبود عمر سایشی و کارائی عمومی ترمزها شده است. اما توسعة بکارگیری مواد مرکب کربنی از چشمگیرترین پیشرفتها در تکنولوژی ساخت ترمز هواپیما از لحاظ حرارتی آن بحساب می‌آید.
مواد مرکب کربنی دارای ویژگیهای بی‌نظیری است که به طراح اجازه می‌دهد با استفاده ازآن، همة وظایف سطوح اصطکاکی دیسک ترمز و جذب کننده‌ها و وظیفة اعضای سازه‌ای آنرا در یک قطعه واحد متمرکز سازد.
وقتی دو قطعه از جنس مواد مرکب کربنی بر روی یکدیگر سایش داشته باشند می‌توانند نقش یک ماده پراصطکاک را ایفا نمایند. ذخیرة حرارتی مواد مرکب زیاد است، علاوه بر آن قابلیت هدایت گرمائی آن موجب انتشار سریع حرارت می‌شود.
مواد مرکب کربنی از استحکام زیادی برخوردارند و می‌توان از آن برای ساخت قطعات مقاوم در برابر «بار» زیاد استفاده نمود. این مواد دارای ویژگی خاصی هستند و آن اینکه استحکام آن‌ها بر اثر افزایش حرارت نقصان می‌باشد. این ویژگی وقتی با انبساط حرارتی اندک در هم می‌آمیزد خاصیت جذب حرارت آنرا بالا می‌برد بطوریکه تنها سازه‌های مجاور موجب محدودیت آن در این خصوص خواهد بود. برای اینکه ترمز بتواند در درجه حرارت بالاتر کارائی داشته باشد باید در واحد وزن سازة آن ازمواد بیشتری که واحد وزن سازة آن از مواد بشتری که در برابر حرارت مقاوم است استفاده نمائیم.
اصطلاح «مواد مرکب کربنی» برای انواع گسترده‌ای از مواد استفاده می‌شود؛ همانند لنت (ترمز) ساخته شده از سرمت (مخلوطی از فلز و سرامیک) و مواد آلی. ساخت لنت ترمز از مواد مرکب کربنی خود مستلزم دانش و علم کافی دراین خصوص است. اجزاء تشکیل دهنده مواد و روش‌های ساخت را می‌توان تغیر داد تا قطعاتی با کارائی متفاوت ساخته شود. در واقع طراحان نشان داده‌اند که قطعات ترمز از جنس مواد مرکب کربنی را می‌توانند چنان دستخوش تغییر نمایند که به کلیه اهداف مورد نظر خود در ساخت ترمز هواپیما دست یابند. استفاده از الیاف گوناگون روشهای متراکم‌سازی ، الیاف منقطع در دو یا سه اندازة مختلف، و روش قالب‌گیری پارچه‌ای تنها معدودی از بی‌شمار آمیزه‌هائی است که می‌توانند برای تولید دیسک ترمز کربنی مورد استفاده قرار دهند. اگر سائیدگی دیسک ترمز (از نوع کربنی) از اندازة مجاز خارج شود می‌توان آنرا برای استفادة مجدد نوسازی نمود.
ترمزهای کربنی برای اولین بار سال 1972 ، بعنوان یک وسیله استاندارد در هواپیمای F-15 مورد استفاده قرار گرفت و بسرعت بعنوان یکی از انواع اصلی ترمز بر روی دیگر هواپیماهای نظامی مورد استفاده قرار گرفت. اولین هواپیمای مسافربری که در آن از این نوع ترمز استفاده شده هواپیمای کنکورد بود ولی گرانی قیمت آن موجب گردید استفادة تجاری آن به کندی صورت پذیرد. امروزه در تمام برنامه‌های هواپیماهای نظامی و مسافربری استفاده از ترمزهای کربنی گنجانده شده است.

همچون سایر سیستمهای هواپیما، تکنولوژی سیستم ترمز آن نیز با نوآوری و پویائی همراه بوده و هدف آن بهبود در کارائی و قیمت تمام شده می‌باشد تلاشهای جاری در زمینه‌های گوناگون توسعه، ساخت و کاربرد آن بقرار زیر است:

-استفاده از مواد مرکب پیشرفته و مقاوم در برابر حرارت به منظور افزایش تراکم‌پذیری و عمر ترمز و ارتقاء مقاومت آن در برابر سایش (چنین بهبودهائی می‌تواند منتج به کاهش تعداد دیسک‌های اصطکاکی در یک ترمز گردد).

-استفاده از مواد مرکب قالب‌گیری شده و سازه‌های کامپوزیتی از نوع رشته پیچی در بسیاری از قطعات عمدة هواپیما از قبیل چرخها، پوسته‌های پیستون و قسمت انتقال گشتاور با هدف کاهش وزن و آسیب‌پذیری آن.

-بکارگیری سیستمهای هیدرولیکی با فشار زیاد و استفاده از روغن هیدرولیک مرغوبتر که موجب عملکرد بهتر ترمزها شده ، اشتعال‌پذیری و وزن آنرا کاهش می‌دهد.

-استفاده از سیستمهای جداگانه عمل کننده‌های الکترومکانیکی و الکتروهیدرواستاتیکی که با نیروی الکتریکی کنترل می‌گردد، کارائی ترمزها را بهبود بخشیده و موجب کاهش وزن سیستمهای ترمز هواپیما می‌گردد.

-بکارگیری روشهای پیشرفتة کنترل گرما، از قبیل سیستمهای خنک‌کننده فعال و غیرفعال.

-استفاده از تکنولوژی پیشرفتة کنترل ترمز از قبیل دستگاه‌های کنترل الکترونیکی چند منظوره و سیستم انتقال سیگنال از طریق سیم (کابل) نوری (سیستم‌های کنترل ارابة فرود یکپارچه برای هواپیماها در حال ساخت می‌باشد که در آن مکانیزم ترمز خودکار، عمل هدایت فرمان و مکانیزم ضدسرخوردن، تماماً در کنترل کنندة واحدی ادغام شده است.

منبع :مجله صنایع هوایی