چرخه زندگی فنی

از دیدگاه فنى، چرخه زندگى هر هواپیما به سیاست و تجربه کارخانه سازنده، حمایت‌هاى دولت یا بخش خصوصى، تحولات بازار، و عوامل دیگر بستگى دارد؛ با این حال، روند کلى و مرسومى قابل‌‏استخراج است که در جدول زیر دیده مى‏‌شود.

چرخه زندگی عمومی یک هواپیما از دیدگاه فنی

امور فنى مربوط به چرخه زندگى یک هواپیما، مراحلى بسیار تکرارشونده و وابسته به هم هستند، و چه بسا نتایج مراحل بعدى، در طراحى مراحل قبلى هم تغییراتى به وجود آورد و منجر به تکرار فعالیت‌ها شود؛ بنابراین، براى درک بهتر و دقیق‌تر روند فعالیت‌ها، شکل زیر فراهم شده که نماى عمومى موقعیت مراحل مختلف را نسبت به هم، به‌‏ویژه در مرحله پیدایش یک هواپیما، مجسم مى‏کند. بدیهى است که بنا به تجربه و شیوه فعالیت هر گروه طراح، ممکن است که این جریان کار، تغییراتى در اجرا داشته باشد، ولى معمولاً روند درج شده در این شکل تحقق مى‏‌یابد؛ همچنین، براى سادگى بیشتر، سعى و خطاهاى مفصلى که بعدا شرح داده مى‏‌شود، در این شکل نشان داده نشده است.

جریان کار امور فنی در چرخه زندگی یک هواپیما

سرگذشت هر هواپیما با تعیین مأموریت آغاز مى‏‌شود. براى تعریف مأموریت، نیازمندی‌هاى بازار (شرایط زمان حال و دورنماى آینده) طى یک فرایند کارشناسى مبتنى بر نظرخواهى‏‌هاى متعدد، در نظر گرفته مى‏‌شود؛ مثلاً یک سازنده هواپیماهاى مسافربرى، با توجه به آمار و نظرخواهى‌‏هاى انجام‏ شده از خطوط هوایى مختلف، تعداد مسافر و مقدار بار قابل‏‌حمل و برد پروازى مورد نیاز در چند سال آینده (یعنى زمانى که هواپیماى ساخته شده، به بازار عرضه خواهد شد) را پیش‏‌بینى مى‏کند، و آنها را در مأموریت طرح آتى خود مى‏‌گنجاند.

با توجه به نیازهاى ارزیابى شده، مواد مورد نیاز طراحان در قالب مأموریت فراهم مى‏‌شود. با وجود در نظر گرفتن تنها یک مأموریت اصلى براى هر هواپیما، معمولاً از همان ابتدا امکان اجراى مأموریت‌هاى دیگر هم پیش‌‏بینى مى‏‌شود؛ مثلاً در طرح یک هواپیماى مسافربرى، بررسى امکان تبدیل به یک سوخت‏‌رسان، موضوع بسیار مرسوم است. به طور کلى معمولاً جزئیات مأموریت یک هواپیما، نظامى یا غیرنظامى، شامل موارد زیر است: نوع و میزان بارمزد یا بار جنگى، بیشترین وزن برخاستن، نیازمندی‌هاى مربوط به برد پروازى یا پرواز تأخیرى، ارتفاع و سرعت پرواز کروز، مشخصات میدان برخاستن و فرود، مقدار سوخت ذخیره، نیازمندی‌هاى مربوط به مانور (به‏‌ویژه در صعود) چه در حالت عادى و چه در صورت خرابى یک موتور، نحوه تخلیه تسلیحات براى هواپیماهاى رزمى، و…

چون مصنوعات پرنده مستقیماً با جان انسانها سروکار دارند، سازمان‌هاى هواپیمایى کشورى آیین‏‌نامه‌‏هایى را فراهم کرده‌‏اند که ضمن معرفى استانداردهاى عملیاتى، کمترین عوامل لازم در یک طرح را براى حفظ ایمنى قابل‌‏قبول مطرح مى‏‌کنند؛ مثلاً سقف بالاى سرعت واماندگى مشخص مى‏‌شود تا به باند فرود کوتاه‌ترى براى هواپیماهاى ساخته شده نیاز باشد. آیین‏‌نامه‏‌هاى معروف عبارت‏اند از: آیین‏‌نامه امریکایى مصوب FAA، آیین‏‌نامه مشترک اروپایى مصوب EASA و آیین‏‌نامه نظامى میل. آئین‏‌نامه مبناى طراحى باید در تعریف مأموریت مشخص شده باشد. در جدول زیر، مأموریت نمادینى براى یک هواپیماى جنگنده-تهاجمى دوموتوره آمده است، و ترسیمه آن مأموریت هم در شکل بعدی دیده مى‏‌شود.

مأموریت نمادین یک هواپیمای جنگنده-تهاجمی دوموتوره

ترسیمه مأموریت مثالی جدول فوق

پس از تعیین مشخصات مأموریت، باید بازدهى اقتصادى طرح براى اطمینان از سوددهى بررسى شود. البته در مواردى که بخش‌هاى نظامى و یا دیگر ارگان‌هاى معظم دولتى یک کشور، متقاضى طرحى باشند، نگرانى نسبتاً جدى از جنبه‏‌هاى اقتصادى وجود نخواهد داشت؛ حتى در چنین صورتى هم، به دلیل سرعت تحولات در دنیاى معاصر، منطقى است که سازنده با زیر نظر داشتن شرایط بازار آزاد، همواره پیش‏‌بینى‏‌هاى لازم براى هر گونه تحولى را پیشاپیش تدبیر کند.

معمولاً در کشورهاى غربى، نیروى هوایى یا خطوط هوایى معظم، با پیش‌‏بینى شرایط آینده، نیازهایشان را در قالب مأموریتى تقریبى به سازندگان باسابقه اعلام مى‏‌کنند؛ این عمل را در فرهنگ نظامى ایالات متحده اصطلاحاً «تقاضا براى پیشنهاد» (آر.اف.پى.) مى‏‌نامند. بهترین پیشنهاد دریافتى از سازندگان، که حتى شاید دقیقا با مأموریت درخواستى اولیه تطابق نداشته باشد، پذیرفته مى‏‌شود، و نهاد مذکور با پیشنهاددهنده قراردادى براى ساختن هواپیما مى‏‌بندد.

با تدوین نهایى پارامترهاى مأموریت، فعالیت زیرگروه‌هاى مختلف طراحى آغاز مى‏شود، و تخصص‌هاى متفاوتى در زمینه‏هاى آئرودینامیک، سازه، دینامیک پرواز، پیشرانه، مواد و روش‌هاى ساخت و تولید، سیستم‌هاى مختلف هیدرولیکى و بادى و الکتریکى، اوزان و بارگذارى، تسلیحات، بازاریابى، و … به کار گرفته مى‏‌شوند. هدایت و کنترل همه این فعالیت‌ها را یک مدیر باتجربه، آگاه، و مسلط  انجام مى‏‌دهد تا به طور بهینه از امکانات، بودجه، و زمان استفاده شود. از مهمترین وظایف سرگروه طراح، تشخیص دقیق اولویت‌ها و به گردش در آوردن منطقى اطلاعات در بین زیرگروه‌هاى مختلف است.

سایز کردن اولیه جزو نخستین فعالیت‌هاى طراحان است. در این مرحله با توجه به رده طرح مورد نظر و بر اساس آمار هواپیماهاى موجود در همان رده، تقریب اولیه‏‌اى از پارامترهاى بسیار مهم به دست مى‌آید؛ مثلاً براى همه رده‏‌هاى مندرج در جدول زیر، آمار مشخصات کلان بسیارى از هواپیماها به صورت نمودارها و روابط ریاضى به دست آمده که براى تقریب اولیه بسیار مفیدند. به این ترتیب، تخمین‌هایى از وزن، هندسه بال، پیشرانش، و ویژگیهاى دیگر به دست مى‏‌آید که براى مراحل بعدى مورد نیاز است.
همچنین حساسیت بعضى از پارامترهاى مهم، نسبت به یکدیگر محاسبه مى‏شود تا ضمن تشخیص عوامل تعیین‏‌کننده‌‏تر در روند طراحى، مشخص شود که براى دستیابى به بعضى قابلیت‌هاى جدید در مأموریت، تغییرات تکنولوژیکى چگونه باید باشد، و همچنین، تأثیر خوش‌بینانه یا بدبینانه بودن پارامترهاى انتخابى در سایزکردن اولیه آشکار شود.

یک نوع رده‌بندی انواع هواپیماها

به دلیل محدودیتهایى که معمولاً در مراحل بعدى پیش مى‏‌آید، معمولاً گروه طراح در همین مرحله چند طرح مختلف را به طور همزمان بررسى مى‏‌کند، و مراحل بعدى را به طور یکسان براى همه آنها ادامه مى‏‌دهد، تا جایى که مشخصاً یکى از طرح‌ها به نتایج بهترى برسد، و پیشنهادهاى دیگر کنار گذاشته شوند.

نکته مهم آن است که نتایج هیچیک از مراحل طراحى، قطعى و نهایى نیستند، و بر اساس این استنباط رایج که «یک هواپیما همانند یک موجود زنده، دائماً مى‏‌تواند اصلاح شود» اصلاح و تغییر آن، موضوعى عادى و طبیعى است. تغییر هر یک از پارامترهاى طرح، حتى اگر جزو پارامترهاى اساسى هم نباشد، همه طرح را متحول مى‌‏کند، و بازگشت به مراحل قبلى و تکرار آنها (این بار با پارامتر اصلاح شده) الزامى خواهد بود؛ به همین دلیل، طراحى هواپیما همواره فرایندى بازگشت‏‌پذیر و تکرارشونده معرفى مى‏‌شود. با توجه به حجم زیاد فعالیت‌ها در هر مرحله از طرح، مى‌‏توان درک کرد که بازگشت‌هاى مکرر طراحان به مراحل قبلى و تغییر دادن پارامترهاى قبلاً تثبیت‏‌شده، چه فشار سنگینى را بر همه اعضاى گروه طراح وارد مى‏‌کند. براى وضوح بیشتر، در شکل پیشین این ویژگى تکرارشونده نشان داده نشده است، ولى باید همواره آن‏‌را در نظر داشت. در شکل‌هاى زیر، که طرح اولیه و طرح نهایى حاصله از طراحى بمب‏‌افکن انگلیسى ولکان را نشان مى‏‌دهد، اهمیت تغییرات حین طراحى به‏‌خوبى قابل‏‌درک است.

ترسیمه‌ای تاریخی نشان‌دهنده اولین پیش‌بینی ترکیب‌بندی هواپیمای بال‌مثلثی ولکان

هواپیمای ساخته شده ولکان بر اساس طرح اولیه شکل قبلی

سرانجام، طراحى تفصیلى آغاز مى‏‌شود. در این مرحله، همه جزئیات طرح، از ابعاد برونى و سیستم‌هاى درونى گرفته تا تعداد و محل پرچ‌ها و پیچ‌ها، طراحى شده، پیش‏‌بینى‏‌هاى لازم براى تولید و مونتاژ انجام مى‏‌شود. استفاده از تجربه‏‌هاى قبلى در پیش‌‏بینى مشکلات آینده و اجراى سناریوهاى «چه پیش مى‏آید اگر» در این مرحله بسیار مهم است. علاوه بر آزمایش‌هاى مفصل در تونل‌هاى باد مختلف، که از دیرباز جزیى مهم در کار طراحى بوده، روش‌هاى پیشرفته رایانه‏‌اى در شبیه‏‌سازى جریان هواى پیرامون هواپیما هم اخیراً به‌طور گسترده‏‌اى در صنایع هوایى مرسوم شده، و در طراحى تفصیلى استفاده مى‏‌شود. اطلاعات حاصل از این فرایندها، در اصلاح طرح بسیار مفید است، و به همین دلیل هم سازندگان، سرمایه و زمان قابل‏‌توجهى را به آنها اختصاص مى‏‌دهند.

ساخت ماک‏‌آپ و چیدن تجهیزات درونى (صندلی‌ها، آلات دقیق، سیستم‌ها، و…)، جاگیرى مناسب قسمتهاى مختلف نسبت به هم آزمایش مى‏‌شود، و تدارک یک «پرنده آهنین» هم براى آزمودن کارکردسطوح کنترل مفید است. از اواخر دهه ۱۹۸۰ و با ظهور پدیده «نمونه مجازى»، امکان شبیه‌‏سازى در زمان واقعى هم فراهم شده است. با استفاده از این تکنولوژى جدید، محیط درونى هواپیمابه کمک رایانه شبیه‏‌سازى مى‏‌شود و کاربر مى‌‏تواند از هر زاویه و جهت دلخواه، درون هواپیما و نحوه چیدن اجزاى مختلف را مشاهده کند. این پدیده، باعث کاهش چشمگیر در هزینه‏‌هاى ساخت ماک‏‌آپ شده است.

معمولاً پس از پایان طراحى تفصیلى، پارامترهاى حاصله از طراحى اولیه تغییرات قابل‏‌توجه (عموماً نامطلوب) خواهند کرد. این موضوع، به‏‌ویژه در مناقصه‏‌هاى بزرگ، دشواری‌هایى جدى براى پیمانکار به دنبال خواهد آورد. مثلاً افزایش وزن یک طرح (نسبت به پیش‏‌بینى اولیه)، باعث مصرف مصالح بیشتر، و نتیجتاً افزایش هزینه‏‎هاست. طبیعتاً براى اجتناب از این امتیاز منفى، سازنده تلاش خواهد کرد که افزایش وزن را به کمترین مقدار کاهش دهد که این کار باعث کاهش مقاومت سازه‏‌اى و کم شدن ایمنى هواپیما مى‏‌شود.

به عنوان یک نمونه، در رقابتى براى طراحى و ساخت یک هواپیماى ترابرى سنگین براى «نیروى هوایى ایالات متحده»، شرکت لاکهید طرح سى.-۵ را عرضه کرد که گرچه به دلیل قیمت کمتر و منافع دیگر، بر طرح‌هاى رقیب پیروز شد، اما وزن طرح نهایى و قیمت تمام‏‌شده‏‌اش آنچنان بیشتر از مقدار پیش‌‏بینى شده اولیه بود که به صورت یک مصیبت اقتصادى براى سازنده درآمد؛ با وجود تولید سى.-۵ اى.، سازنده طبق قراردادى تکمیلى موظف شد که در تمام هواپیماهاى تولید شده، اصلاحات سازه‌‏اى مهمى را انجام دهد که هزینه گزاف و بحث‌هاى مفصلى را به دنبال داشت.

با وجود پیشرفت امکانات و ابزار طراحى، و تجربه‏‌هاى باارزش به دست آمده از ده‌ها سال فعالیت صنایع هوایى، ساخت هواپیماهاى پیش‌‏نمونه همچنان سنتى پایدار باقى مانده است. البته تعداد این پیش‌‏نمونه‌‏ها به پیچیدگى طرح، تجربه تیم طراح و کارخانه سازنده، و حساسیت‌هاى جنبى دیگر بستگى دارد، و معمولاً تعداد مورد نیاز آن، از دو تا پنج فروند تغییر مى‏‌کند، و حتى ممکن است که در مواردى، از این تعداد هم فراتر رود.

هدف از ساخت پیش‌‏نمونه‏‌ها، اجراى آزمایش‌هاى مختلف زمینى و پروازى براى اطمینان از صحت محاسبات طراحى و اجراى اصلاحات لازم است. در آزمایش‌هاى استاتیکى، بارگذارى متناوب یا پیوسته‌‏اى بر روى یک سازه تنها (بدون سیستم‌ها و تجهیزات درونى) تا مرحله شکست سازه پیش مى‏‌رود؛ به این ترتیب، مقاومت نهایى سازه معلوم شده، مى‏‌توان آن‏‌را با بیشترین مقدار بار پیش‏‌بینى شده مقایسه کرد. در آزمایش‌هاى زمینى، حرکت پیش‌‏نمونه بر روى باند پرواز بررسى شده، کیفیت و کنترل حرکت هواپیما بر روى زمین، کارآیى چرخ‌ها در برخورد با موانع، و عملکرد موتورها آزمایش مى‏‌شود.

با اصلاح اشکالات آشکار شده در مراحل بالا، سرانجام هواپیما در آزمایش‌هاى پروازى آزموده مى‏‌شود. بعضى از موارد مهم مورد توجه در این آزمایش‌ها عبارت‏‌اند از:

  • تنظیم آلات دقیق کابین مثل سرعت‏‌سنج،
  • به دست آوردن عملکرد پرواز عملى بر اساس شرایط پایا و ناپایا،
  • ارزیابى پاکت پروازى،
  • عملکرد موتور،
  • آزمایش تعادل و کنترل هواپیما،
  • و…

اجراى آزمایش‌هاى پروازى نیازمند صبر و حوصله فراوانى است، و کارشناسان ضمن صرف دقت و توجه فراوان در زمان اجراى آزمایش، نباید از اجراى مکرر یک آزمایش خسته شده، کوچکترین نکته‌‏اى را نادیده بگیرند. اهمیت این نکته به دلیل آن است که هر آزمایش ساده، مستلزم تنظیم و لحاظ کردن عوامل مختلفى است، و اندکى بى‌دقتى یا سهل انگارى حتى یک نفر از مجریان اجراى آزمایش، مى‏‌تواند باعث بروز اشتباهات فاحش در نتایج و از دست رفتن حاصل تلاش همه گروه آزمایشگر شود. آزمایش‌هاى استاتیکى، زمینى، و پروازى همواره فهرست نسبتاً بلندى از تغییرات و اصلاحات را در اختیار طراحان قرار مى‏‌دهد که پس از اجراى آنها، براى حصول اطمینان کامل، آزمایش‌هاى مربوطه مجدداً باید تکرار شوند. این روند تا رسیدن به بهترین نتایج و دریافت «گواهینامه صلاحیت پروازى» بر اساس آیین‏‌نامه‏‌هاى مورد تایید کشور سازنده تکرار مى‏‌شود. گاهى اوقات به دلیل اعتبار و سابقه طولانى بعضى از آیین‏‌نامه‏‌ها، و یا حتى براى جلب بازار کشورهاى دیگر، هواپیماهاى ساخته شده در یک کشور ممکن است براى دریافت گواهینامه صلاحیت پروازى از کشورهاى دیگر هم اقدام کند؛ مثلاً اغلب سازندگان هواپیما در خارج از ایالات متحده و اروپا، گواهی‌نامه‏‌هاى امریکایی و اروپایی را هم براى محصولاتشان دریافت مى‌کنند. اولین گواهینامه یک هواپیماى جدید، «گواهینامه صلاحیت نوعى» است که نوع هواپیما را تأیید مى‏‌کند. پس از کسب این گواهینامه و تولید هواپیما، براى هر فروند هواپیماى تولیدى باید گواهینامه جداگانه‏‌اى تقاضا شود.

به دلیل طولانى بودن فرایند ساخت، معمولاً سازندگان از اولین مراحل آغاز طراحى تا زمان تولید انبوه، براى جلب رضایت قطعى مشتری‌ها (به‏‌ویژه براى هواپیماهاى غیرنظامى) با مشتری‌ها در ارتباط بوده، تبلیغات مفصلى را براى جلب نظرها به راه مى‏‌اندازند. گاهى این مشتری‌ها با مطرح کردن خود در نقش سرمایه‏‌گذار و خریدار قطعى، نظرات خود را به گروه طراح تحمیل مى‏‌کنند. در تاریخ توسعه هواپیماها کمتر موردى را مى‏‌توان یافت که به تغییرات ناشى از نظرات مشتری‌ها، که گاهى صرفاً سلیقه‏‌اى است، دچار نشده باشد.

عمر فعال یک هواپیماى موفق حدود سى سال است، و بهتر است که هر هفت سال با اجراى اصلاحاتى قابل‏‌توجه، مدل‌هاى جدیدى عرضه شود، تا شرایط روز دائماً لحاظ شود. پس از خاتمه تولید، هواپیماى ساخته شده تا سال‌ها همچنان در خدمت باقى مى‏‌ماند، و سازنده موظف است که در این مدت، لوازم یدکى و دیگر خدمات مورد نیاز کاربران را تأمین کند.

همزمان با ورود هواپیما به خط تولید، سازنده فعالیت‌هاى جانبى ولى حیاتى دیگرى را هم آغاز مى‌‏کند. عرضه آموزش‌هاى لازم براى نیروهاى خدمات تعمیر و نگهدارى و عملیات پروازى، و تهیه منابع و مراجع مناسب قابل‏‌استفاده آنها (کتاب، میکروفیلم، و …) بعضى از این فعالیتهاست. شبیه‏‌سازهاى پرواز هم امروزه کاربرد وسیعى در امور آموزشى پیدا کرده‏‌اند. یک شبیه‌‏ساز پرواز معمولاً به صورت کابینى با ادوات مشابه کابین پرواز هواپیماى واقعى است، و با فرمان آموزش‏‌گیرنده و به کمک جک‌هاى هیدرولیکى یا الکتریکى، وضعیت قرارگیرى یک هواپیماى واقعى را شبیه‏‌سازى مى‏کند، و آموزش‏‌گیرنده هم از پنجره کابین خود، منظره‌‏اى بسیار مشابه با منظره پرواز واقعى را مشاهده مى‌‏کند. صرفه‏‌جویى در هزینه‏‌هاى کلان هر پرواز، ایمنى از سانحه، و امکان استفاده درازمدت، بدون مستهلک شدن هواپیماهاى واقعى، از منافع مهم شبیه‏‌سازهاست. امور جانبى برشمرده اگر چه معمولاً در مقایسه با پیچیدگی‌ها و مخارج ساخت هواپیما به چشم نمى‏‌آید، اما با توجه به ظرافت‌ها و حساسیت‌هاى موجود، حجم فعالیت عظیمى را به خود اختصاص مى‏‌دهد.

گاهى چند فروند از هواپیماهایى که با دقت بیشترى ساخته شده‌‏اند، براى تحقیقات و اصلاحات انتخاب مى‏‎شوند. آنها را اصطلاحاً هواپیماهاى «آر. اند دى.» مى‏‌نامند. اصلاحاتى مطلوب براى تدارک مدل‌هاى جدید، قبلاً بر روى هواپیماهاى «آر. اند دى.» آزمایش مى‏‌شوند. براى مدل‌هاى بعدى یک هواپیما هم باید گواهینامه صلاحیت پروازى جداگانه تقاضا کرد.

معمولاً چند فروند از هواپیماهایى که طرح ممتاز، عملکرد پرواز برجسته، و کنترل‏‌پذیرى زیادى دارند، به عنوان مهدآزمون برگزیده مى‏‌شوند. از مهدآزمون‌ها براى آزمایش اجزاى طرح‌هاى جدید استفاده مى‏‌شود. مثلاً بال طراحى شده براى یک هواپیماى جدید، با بال مهدآزمونى از همان رده هواپیما تعویض شده، رفتار پروازى آن بررسى مى‏‌شود. هواپیماهاى ۷۴۷ و سى.-۱۳۰ از مهدآزمون‌هاى معروف هستند. براى یک سازنده حرف‌ه‏اى، تولید یک هواپیما به منزله پایان کار نیست. گروه طراح باید حاصل دسترنج خود را دقیقاً بررسى، و نقاط قوت و ضعف آن‏را همانند تجاربى ارزشمند ثبت کند، تا به منزله روح در کالبد طرح بعدى دمیده شود. اصطلاح «چرخه زندگى» تعبیرى از همین معناست.

This site is protected by wp-copyrightpro.com