مقدمه ای بر طراحی هواپیما

طراحی تركیبی از علم, تكنیك و هنر است طراح باید علاوه بر داشتن دانش كافی در زمینه علوم مورد نیاز و علاوه بر داشتن مهارت در استفاده ار تكنیكهای مختلف و قدرت خلاقیت, باید یك هنر مند باشد

طراحی هواپیما مبحث ویژه ای در رشته هوافضا است. این مبحث با مباحث تحلیلی دیگر از قبیل آئرودینامیك‏‏، سازه، كنترل و پایداری و موتور اختلاف كلی دارد. به عبارتی طراحی هواپیما درسی است كه تمامی آن مباحث تحلیلی را به هم پیوند داده وبا استفاده از تكنیكهای ویژه این درس، محصولی را ارائه می كند كه این محصول هواپیما نام دارد.

طراحی تركیبی از علم، تكنیك و هنر است. طراح باید علاوه بر داشتن دانش كافی در زمینه علوم مورد نیاز و علاوه بر داشتن مهارت در استفاده ار تكنیكهای مختلف و قدرت خلاقیت، باید یك هنر مند باشد.

رشته های مهندسی، رشته های كاربردی دیگر رشته های علوم محض شناخته شده اند و حال آنكه طراحی، خود كاربرد اصلی رشته های مهندسی است. به عبارت دیگر طراحی فعالیت مركزی حرفه مهندسی است. طراحی، هنر تصمیم گیری است و تصمیم گیری آموزش دادنی نیست. در درس طراحی هواپیما هدف ارائه روشهای تصمیم گیری بر مبنای معیارهای از پیش تعیین شده است. از آنجا كه طراحی بوجود آوردن چیزی است كه تا كنون وجود خارجی نداشته است لذا طراحی یك پروسه معینی نیست، مخصوصاً در مراحل اولیه كه تعاریف با واقعیت ها تطبیق داده می شود. طراحی (Design ) با كشف (Discovery ) و اختراع (Invention ) فرق می كند. در طراحی تقریباً همه چیز وجود دارد. دو بخش اصلی طراحی عبارتند از:

۱.تحلیل (Analysis ): كه عبارت است از تقسیم مسئله و طرح به قسمتهای كوچكتر كه قابل تحلیل وتجزیه باشند و هر كدام نقشی جداگانه داشته باشند.

۲.تلفیق و تركیب (Synthesis ): كه عكس بخش اول بوده وعبارتست از تلفیق و سر هم كردن اجزاء مختلف و در نظر گرفتن آن به صورت یك مجموعه با ماموریت واحد.

طراحی این نیست كه طراحان در یك اتاق در بسته بنشینند و با تخیلاتشان طراحی كنند بلكه عوامل فراوانی وجود دارند كه بطور دائم یك طرح را تغییر می دهند و معمولاً بین طرح اولیه و محصول نهائی اختلافات بسیاری به چشم می خورد. تنها راه یادگیری طراحی، طراحی است. خلاقیت و ابتكار از عوامل مهم طراحی است. طراح باید از هر چیزی ایده بگیرد و همه چیز را از دید طراحی بنگرد. دید طراح با دید محقق فرق می كند.

لازمه طراحی تحقیق نیست. هر چند تحقیق (Research ) می تواند به عنوان پیش برنده طراحی بكار گرفته شود. یك طرح می تواند مجموعهای از اشیاء موجود یا قدیمی باشد. آنچه مهم است این است كه طرح جدید بتواند كاری انجام دهد كه طرحهای قدیمی تا كنون نتوانسته اند.

▪ طراحی می تواند عوامل مختلف داشته باشد. این عوامل به عنوان مثال عبارتند از:

۱.سفارش یك دستگاه یا یك سیستم جدید توسط یك مشتری

۲.كمبود یك كالای جدید در بازار

۳.برخورد با یك مانع در هنگام طراحی یك فرآیند و نیاز به طراحی كه این مانع را بر طرف نماید.

۴.الهام خود طراح از طبیعت یا محیط اطراف

بهر حال به هر صورت كه طراحی یك كالا به عنوان پروژهای تعریف شود،روشهای مختلفی برای طراحی یا حل یك مسئله وجود دارد. این روشها عبارتند از:

۱.روش تحلیلی(Analytical method ): در این روش، فرآیند طراحی بر اساس اطلاعات و علوم موجود پیشرفته وبه صورت سیستماتیك و تحلیلی انجام می شود.

۲.اختراع (Invention ): روش دیگر در حل یك مسئله، پاسخی است كه برای اولین بار به ذهن یك فرد (طراح) خطور كرده و به اصطلاح نو آوری می شود. این نو آوری می تواند یك كالای ساده ای باشد كه باعث تعجب همگان به دلیل سادگی بشود. و یا گاهی یك دستگاه یا سیستم پیشرفته ای است كه در آن از روشهای تحلیل نیز استفاده شده است.

۳.آشفتگی مغزی (Brain storming ): دراین روش، تراوشات مغزی عامل اصلی طراحی است. روش آشفتگی مغزی معمولاً گروهی است و قوانین زیر می بایست در گروه طراحان رعایت گردد:

▪هر ایده ای كه مطرح می شود باید همه افراد حاضر آنرا گوش دهند و درك كنند.

▪بدون هیچ محدودیتی هر كس باید هر طرحی به ذهنش رسید مطرح كند.

▪انتقاد از هیچ طرحی مجاز نیست، هر چند طرح خنده دار باشد.

▪هدف این است كه هر چه می شود ایده های بیشتری مطرح شود.

همین ایده های جدید بودند و هستند كه مانند اختراع موتور جت، اختراع تلفن، اختراع كامپیوتر واختراع یك ماده جدید، هر كدام انقلابی ذر صنعت و تكنولوژی ایجاد كرده اند.

در این دوره آموزشی تكیه اصلی بر روش تحلیلی می باشد، هر چند در مواردی روشهای دیگر نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

▪ بطور خلاصه مراحل یك فرآیند طراحی عبارتند از:

۱.تشخیص نیاز

۲.تعریف مسئله

۳.جمع آوری اطلاعات

۴.تفكر و بررسی

۵.ارزیابی و طراحی

۶.ارتباطات طرح

در طی این مراحل، یك پروژه طراحی تعریف شده، محاسبات و بررسی ها و ارزیابی ها انجام گرفته و نتیجه طرح اعلام می شود.

یكی از نكات مهم در طراحی انتخاب معیارهاست. روش طراحی با توجه به معیارهای طراحی و اولویت بندی تعیین می شود. قبل از شروع عملی طراحی، طراح باید برای خود اولویت ها را تعیین كند. به عنوان نمونه تعدادی از معیارها در طراحی عبارتند از:

۱.هزینه و بودجه

۲.كیفیت طرح

۳.زمان و مدت در نظر گرفته شده

۴.زیبائی و مد

علاوه بر تعیین معیارها و اولویت بندی معیار ها، باید درصد اولویت ها نیز تعیین گردد.

▪ همانطور كه ذكر شد، طراحی تصمیم گیری است. اجزاء هر تصمیم گیری عبارتند از:

۱.حقایق بر اساس اطلاعات واقعی

۲.علم براساس توصیه ها و نوشته ها

۳.تجربه بر اساس آزمایش

۴.تحلیل براساس بینش و درك مستقیم

۵.قضاوت بر اساس معیارها و اولویت ها

در صورتی كه اجزاء یك تصمیم كامل بوده و اساس این اجزاء نیز رعایت گردد، طراحی موفقیت آمیز خواهد بود و در غیر این صورت، طراحی به شكست خواهد انجامید ویا دیگر طراحی نامیده نمی شود.

طراحی هواپیما یك نوع طراحی محسوب می گردد و از قوانین كلی طراحی تبعیت می كند. تاریخ طراحی هواپیما تاریخ پر شتابی است و از سرعت و پیشروی بسیار بالائی برخوردار است. در دوران اولیه طراحی هواپیما (دهه های ۲۰ و ۳۰ میلادی) كه فقط از موتور پیستونی در هواپیماها استفاده می شد، هواپیماها بسیار ساده بوده و سقف پرواز ها كمتر از ft ۱۰۰۰۰ بود. در آن زمان هواپیماها اصولاً دو باله (Biplane ) بوده و در كارخانه هواپیما سازی فقط یك یا چند طرح وجود داشت. همچنین چشم انداز توسعه و تنوع بسیار محدود بوده و مدت مورد نیاز برای طراحی یك هواپیما بسیار كم ( كمتر از شش ماه ) بود.

ولی در طی جنگ جهانی دوم، با معرفی موتور جت و قدرت بالا، طبیعت طراحی هواپیما تحت تاثیر تغییرات بسیار شدیدی قرار گرفت. از طرف دیگر امروزه نیازهای بازار بسیار متنوع شده وهنوز هواپیماهای موجود جوابگوی نیاز بازار نیستند.

لذا هر روزه طرحهای جدیدی ارائه و هواپیماهای جدیدی ساخته و به بازار عرضه می گردند. امروزه اكثر كشور های دنیا به طراحی هواپیما روی آورده و در ساخت انواع آن سرمایه گذاری می كنند. با به بازار آمدن ابزارها و مواد جدید از قبیل موتورهای جدید، سیستم های كنترل جدید، مواد مركب و ... هر روز شاهد طرحها و هواپیماهای جدیدی هستیم.

پیشرفت طراحی هواپیما مدیون طرحهای قبلی است و طبیعت تكراری طراحی فرصتی به دست می دهد تا هر طرح بر اساس تجربه طرحهای قبلی بهبود یابد.

هواپیما در حقیقت یك وسیله نقلیه است كه در هوا حركت می كند. این هواپیما می تواند علاوه بر حمل و نقل بار و افراد در هوا، ماموریتهای دیگری را نیز بسته به تجهیزات همراه، انجام دهد. كاربردهای نظامی (جنگیدن، حمله كردن، فرو ریختن بمب، جاسوسی، عكسبرداری، شناسائی و ...) و كاربردهای غیر نظامی ( كشاورزی، مسافربری، باربری، نقشه برداری، آموزشی، ورزشی، تفریحی و ...)، همه از كاربردهای حركت هواپیما در هواست. علاوه بر هدف طراحی فوق ( حركت در هوا ) طراحی هواپیما باید اهداف زیر را نیز داشته باشد:

۱.ایمنی ( Airworthiness, Safety )

۲.عمر هرچه بیشتر هواپیما ( Long Life )

۳.حداقل وزن ( Minimum Weight )

۴.قابلیت ساخت ( Productability )

۵.قابلیت تعمیر و نگهداری ( Maintainability )

یكی دیگر از مسائل مهم در طراحی، بهینه سازی است. طراحی اولیه یك هواپیما در مقایسه با بهینه سازی كار بسیار آسانتری است. ممكن است طراحی اولیه یك هواپیما در۳ ماه انجام شود ولی بهینه سازی آن می تواند به همین اندازه یا بیشتر طول بكشد.

● بهینه سازی با هدف:

۱.كاهش وزن هواپیما

۲.افزایش كارائی هواپیما

انجام می شود. بهینه سازی معمولاً با یك سری تكرار ها انجام میشود ولذا نیاز است كه از كامپیوتر و نرم افزارهای كامپیوتری استفاده شود. بهینه سازی قسمت مهمی از طراحی محسوب می شود و طراح می بایست وقت زیادی را به آن اختصاص دهد.

در طراحی هواپیما، بسیاری از روشها و روابط تجربی و آماری هستند و با توجه به جوان بودن علم هوافضا و پیچیدگی تئوریهای آئرودینامیكی و طراحی، هنوز در بسیاری زمینه ها، فرمولهای ریاضی یا صد در صد اثبات شده وجود ندارند. به همین دلیل، در اكثر ماخذ طراحی، روشها به نام افراد است و هر كدام دارای دقت خاصی و كاربرد خاصی هستند.

نكته بسیار مهمی كه باید در نظز گرفته شود عدم وجود پاسخ یا طرح واحد برای انجام یك پروژه طراحیاست. در حل یك مسئله ریاضی شبیه ۲?۲ تنها یك پاسخ صحیح وجود دارد ولی در یك مسئله طراحی هواپیما، تنها یك پاسخ صحیح وجود ندارد. علت این امر پیچیدگی طراحی هواپیما و عدم وجود روشهای تحلیلی و ریاضی در تمامی مراحل طراحی هواپیماست. هر طراح ممكن است با روش خاص خود هواپیما را طراحی نماید و از آنجا كه طراح باید صدها پارامتر را تعیین كرده و این پارامترها هیچكدام از دیگر پارامترها مستقل نیستند، لذا بسته به طرح اولیه و روش طراحی، پاسخ یا طرح نهائی می تواند فرق داشته باشد. بنا براین روشهای مختلفی وجود دارند كه به یك طرح رضایت بخش ختم می شوند و این كاملاً امكان پذیر است كه دو یا چند پیكر بندی مختلف برای یك ماموریت واحد مناسب و قابل قبول باشند. یكی از علل این اختلافات علاوه بر متفاوت بودن روشهای طراحی، وجود اختلاف در معیارهای طراحی و اولویت بندی هاست. چند معیار مهم در طراحی هواپیما عبارت است از:

۱.هزینه كمتر

۲.كارائی بالا تر

۳.خوشدستی بهتر

۴.مدت زمان طراحی كمتر

۵.زیبا تر

۶.قابلیت ساخت و قابلیت تعمیر بیشتر

این شش معیار می تواند مسیر طراحی را تغییر دهد و طرح نهائی در واقع با سازشی بین این معیارها بدست می آید. نمی توان طرحی ارئه كرد كه همه این معیار ها رابطور كامل ازضاء كند، لذا با یك مطاله سود وزیانی طرحی انتخاب می گردد كه تا حد امكان در شرایط بهتری قرار داشته باشد.

وحید صدرارهام