معرفة المزيد عن الألومنيوم المستخدم في الطائرات

قوة الألومنيوم ومقاومته للتآكل تجعله مادةً مفضلةً لدى مصنعي الطائرات والفضاء. ورغم وجود معادن أقوى وأقل تآكلًا، يتميز الألومنيوم بخفة وزنه. وعند جمع هذه الصفات، نحصل على مادةٍ تُمكّن من صنع مكونات طائرات متينة ومتعددة الاستخدامات. علاوةً على ذلك، يُكرّر الألومنيوم الخام عبر عملياتٍ مختلفة لتحسينه للاستخدام في الفضاء.

تُصنع هياكل الطائرات 80% من الألومنيوم. يُعدّ هذا المعدن أرخص نسبيًا في الحصول عليه، مما يُخفّض تكاليف الإنتاج بشكل كبير. علاوة على ذلك، تُسهّل مرونة الألومنيوم على فرق التصميم والإنتاج ابتكار أشكال معقدة.

منتجات الألمنيوم المستخدمة في الطائرات والفضاء

• ألواح الألمنيوم

تُقلل صفيحة الألمنيوم من كثافة الطائرة وتزيد من قدرتها على مقاومة التآكل. تتميز صفيحة الألمنيوم بمتانتها العالية، مما يجعلها الخيار الأمثل لصنع الأجنحة السفلية للطائرة، والهياكل، والعوارض، وغيرها. كما تُصنع منها الدعامات والأضلاع.

يمكن تصميم الصفائح لتوفير قدرة عالية على تحمل الضرر. هذا يمنح المركبة الفضائية القدرة على تحمل الصدمات. علاوة على ذلك، تُمكّن الصفائح الطائرة من تخفيف وزنها، ما يُمكّنها من الإقلاع والارتفاع بسهولة ضد الجاذبية أثناء رحلتها إلى الفضاء.

تتطلب التطبيقات الحساسة للوزن في الطائرات مكونات قابلة للحام. ويرجع ذلك إلى أن الطائرات تُصنع بدمج أجزاء مختلفة. هذا الدمج يُنتج هيكلًا سيواجه احتكاكًا كبيرًا أثناء الحركات السريعة. كما تتميز الصفائح بمتانة الكسر، مما يسمح للأجزاء الملتصقة بالالتصاق ببعضها حتى في ظروف السرعة أو الضغط أو الرطوبة العالية.

• مقاطع الألمنيوم المبثوقة وأنابيب الألمنيوم

يُسخّن الألومنيوم مع مكونات أخرى، ثم يُضغط هيدروليكيًا لتشكيل أشكال خاصة، مثل الأشكال الدائرية والمربعة المجوفة والقنواتية، وأشكال Z وT وI وL وH. هذه أشكال خاصة أجزاء الألمنيوم المبثوقة تُستخدم هذه المواد لإنتاج قطع طائرات متينة. ويُؤخذ عامل الوزن في الاعتبار عند تصنيع مركبات فضائية ضخمة وخفيفة الوزن.

تُستخدم سبائك ألومنيوم مختلفة في مرحلة التطوير. ويرجع ذلك إلى أن مكونات الطائرات المختلفة تتطلب تفاصيل تشغيلية متفاوتة. لذلك، يجب تصنيعها وفقًا لمتطلبات خصائص محددة.

اقرأ المزيد:صناعة الألمنيوم للطائرات والفضاء

• قضيب/قضيب من سبائك صلبة بتشطيب بارد

تُستخدم قضبان أو قضبان الألومنيوم هذه في صناعة التروس والأعمدة. كما أن لعملية السبائك أهمية جمالية، وتُحسّن حجم المنتج.

• أسلاك الألومنيوم

يميل أداء الألومنيوم إلى الانخفاض في ظل الظروف غير المثالية. لذلك، يجب تحسينه لتقليل تعرضه لهذه الظروف. كما تتميز أسلاك الألومنيوم بنسبة توصيل إلى وزن أعلى. لذلك، يُفضل استخدام معدن الألومنيوم في صناعة بعض أجزاء الطائرات.

• صفائح ولفائف الألمنيوم

تُستخدم صفائح ولفائف الألمنيوم في صناعة هياكل الطائرات وأجزاء أخرى. تتميز هذه الصفائح واللفائف بقوة شد عالية، وهي متوفرة بسهولة، بالإضافة إلى خفة وزنها. هذه الخصائص تجعلها الأنسب للأجزاء المستخدمة في تصنيعها.

الألومنيوم في أقسام الطائرات

يمكن تصنيف هيكل الطائرة إلى خمسة أقسام رئيسية. يتصل هذان القسمان معًا ليشكلا جسمًا ضخمًا واحدًا يسافر في الفضاء حاملًا الركاب والأمتعة وأي مهمة أخرى. إليكم الأقسام ومكوناتها، وكيف يلعب الألومنيوم دورًا مهمًا في تطويرها وأدائها.

• الألومنيوم في جسم الطائرة

هذا هو الغلاف الخارجي للطائرة، ويُعتبر أيضًا جسمها. وهو أكبر أجزاء الطائرة، وقد صُمم خصيصًا لتحقيق غرضها. فهو يوفر الديناميكية الهوائية اللازمة للطائرة للتحرك في الفضاء. علاوة على ذلك، يتحدد شكل الطائرة بناءً على شكل جسمها.

يُحدَّد شكل ووزن ومادة هيكل الطائرة بناءً على عدة عوامل. على سبيل المثال، تختلف ظروف الطائرة التي تُستخدَم لنقل مئات الأشخاص عن تلك التي تُقلّ شخصين أو أربعة أشخاص. كما تختلف اعتبارات طائرة نقل الأمتعة مقارنةً بالطائرة المقاتلة أو المركبة الفضائية.

يتألف هيكل الطائرة من عدة أجزاء متصلة به، بما في ذلك عوارض الأرضية، ومسارات المقاعد، والحواجز، ومكونات الأبواب. وتشمل الأجزاء الأخرى المصنوعة من الألومنيوم والمتصلة بجسم الطائرة عوارض أرضية الحمولة، ومشابك التثبيت بالمسامير، وغيرها.

يمتد هيكل الطائرة من مقدمة الطائرة إلى مؤخرتها. وهو الجزء الأساسي من الطائرة الذي يتصل بجميع أجزائها الأخرى. استخدام الألومنيوم وخصائصه القابلة للحام تُمكّن من ربط هذه الأجزاء الأخرى بهيكل الطائرة.

• الألومنيوم في المحرك والغطاء

يرتبط جسم الطائرة والأجنحة والمحركات. أسفل الجناح، توجد شفة مدخل المحرك المصنوعة من سبيكة الألومنيوم والسيليكونيُستخدم الصب بالجاذبية في عملية السبائك لمنح المعدن جميع الصفات اللازمة لأداء وظيفته. أثناء اختراق الطائرة للهواء، يتعرض المكون لكسر سطحي بسبب الضغط. لذا، يلزم إجراء صيانة مستمرة للحفاظ على شكل الطائرة.

صُنع هيكل دعم المحرك باستخدام سبائك الألومنيوم من سلسلتي 2124-T851 وT8151. يُفضل بعض المصنّعين استخدام سبائك 2219-T351 و2219-T851 في تطوير هيكل الدعم نظرًا لمتانتها في درجات الحرارة العالية، وسطحيتها، وقلة تشوهها.

• الألومنيوم في الذيل والأنظمة

تُستخدم سبائك الألومنيوم 7075 والفولاذ وسبائك التيتانيوم في صناعة معدات هبوط الطائرات. يجب أن تكون هذه المكونات متينة لتتحمل وزن الطائرة بأكملها. كما يجب ألا تكون ثقيلة جدًا لأنها تحتاج إلى دعم هوائي. ولكن يجب أن تكون قوية بما يكفي لتجنب الانهيار أثناء حملها للطائرة بأكملها.

يتألف نظام الطائرة من مكونات الفرامل، وأنابيب الوقود، وأنابيب عزم الدوران، والمحركات، والمكونات الهيدروليكية، وغيرها. وبفضل المحرك، تضمن هذه الأنظمة حركة الطائرة وتوقفها عند طلب المشغل.

صُممت المشعبات والموصلات الهيدروليكية باستخدام سبيكة 2024-T351 و7075-T7351 بفضل أدائها في التشغيل والتحكم الهندسي في الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، تتميز هذه المشعبات بتناسقها واستقامتها، مما يضمن للمكونات الهيدروليكية أداءً مثاليًا.

عند تصميم هذه المكونات، تُعدّ السلامة عاملاً أساسياً. يُستخدم سبيكة 7075 بشكل شائع لخصائصها الميكانيكية الممتازة. كما تتميز هذه السبيكة القوية والمتينة بمرونة عالية. كل هذه الصفات مجتمعة تجعل المكونات مصممة بمتانة ومقاومة للتآكل.

كما تتميز هذه السبيكة بسعة حرارية نوعية عالية تبلغ 714.8 جول/كجم*كلفن. هذا يمنح أنظمة الطائرة، بما في ذلك المحرك، القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية لفترة طويلة. لا تستطيع أنظمة التبريد توفير كل البرودة التي تحتاجها الطائرة لخفض درجات الحرارة إلى المستويات المطلوبة. لذلك، يجب أن تُصنع هذه الأنظمة من مادة قادرة على تحمل درجات حرارة عالية لفترات طويلة.

• الألومنيوم في المكونات الداخلية

يشغل الركاب الجزء الداخلي من الطائرة في الغالب. تحمل بعض الطائرات الأخرى الأمتعة وغيرها من الأشياء. هذا يعني أنه يجب تصميم الجزء الداخلي بما يتناسب مع احتياجات هؤلاء الأشخاص أو الأمتعة المنقولة. عند تصميم المقاعد، يجب أن تتناسب جيدًا مع هيكل الطائرة، مربوطة بمادة خاصة وفقًا للمتطلبات.

عند اختيار المادة، تُعدّ المتانة وقابلية التشكيل من أكثر العوامل التي يُنظر إليها عادةً. على سبيل المثال، تُصنع حوامل هيكل الطائرة من سبائك الألومنيوم 2024-O وT3 وT4. تتميز هذه السبائك بالمتانة وقابلية التشكيل والصلابة العالية.

الأجزاء الداخلية الأخرى، مثل أحواض المقاعد، والعوارض، والظهر، وقضبان الأمتعة، مصنوعة أيضًا من سبائك الألومنيوم 2024-T3 و7075-T73/76. وقد استُخدمت سبائك الألومنيوم هذه لانخفاض قابليتها للتشوه، بالإضافة إلى مقاومتها للتآكل وقابليتها للتشكيل.

• هيكل الجناح المصنوع من الألومنيوم

تُولّد الأجنحة أكبر قدر من عمر الطائرة لإبقائها في الجو. وعند حدوث ذلك، تنشأ مقاومة الهواء أيضًا على شكل مقاومة هوائية. قد تُلحق هذه القوى الطبيعية الضرر بالجناح إذا استُخدمت مادة غير مناسبة. حتى مع استخدام المادة المناسبة، يجب مراعاة التركيبة الصحيحة لتحسين بنية الجناح.

صُنعت أضلاع الأجنحة من سبائك 7475-T7351، وسلسلة 7099، وسلسلة 7050. تتميز هذه السبيكة بالمتانة، وانخفاض التشوه، ومسطحة بما يكفي لأداء الغرض منها. هذه الميزات تمنح الأجنحة القدرة على التحمل لفترة أطول والتعامل مع مقاومة الهواء الديناميكية.

صُممت عوارض وأغطية الأجنحة باستخدام سبائك 2024 و7075 و7475. تتميز هذه السبائك القوية بتحملها العالي للتلف، وتشوهها المنخفض، وصلابتها. هذا يمنح الأجنحة القدرة على التحمل طويلًا حتى مع مواجهة جميع أنواع السحب، مع توليد قوة الرفع اللازمة للبقاء في الهواء.