هندسة الطيران والفضاء

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

هندسة الطيران والفضاء هي المجال الهندسي الرئيسي المعني بتطوير الطائرات والمركبات الفضائية . [ 3 ] ولها فرعان رئيسيان متداخلان: هندسة الطيران وهندسة الفضاء . أما هندسة إلكترونيات الطيران فهي مشابهة، لكنها تُعنى بالجانب الإلكتروني من هندسة الطيران والفضاء.

كان مصطلح "الهندسة الجوية" هو المصطلح الأصلي لهذا المجال. ومع تطور تكنولوجيا الطيران لتشمل المركبات العاملة في الفضاء الخارجي ، شاع استخدام مصطلح " هندسة الفضاء الجوي ". [ 4 ] وغالبًا ما يُشار إلى هندسة الفضاء الجوي، وخاصة فرع علم الملاحة الفضائية، بشكل عامي باسم "علم الصواريخ". [ 5 ] [ أ ]

ملخص

تتعرض المركبات الطائرة لظروف قاسية، مثل تلك الناجمة عن تغيرات الضغط الجوي ودرجة الحرارة ، مع أحمال هيكلية تُسلط على مكونات المركبة. ونتيجة لذلك، فهي عادةً ما تكون نتاجًا لتخصصات تكنولوجية وهندسية متنوعة، تشمل الديناميكا الهوائية ، والدفع الجوي ، وإلكترونيات الطيران ، وعلم المواد ، والتحليل الهيكلي ، والتصنيع . يُعرف التفاعل بين هذه التقنيات بهندسة الفضاء. ونظرًا لتعقيدها وتعدد التخصصات المشاركة فيها، تُنفذ هندسة الفضاء بواسطة فرق من المهندسين، لكل منهم مجال تخصصه. [ 7 ]

تاريخ

قام أورفيل وويلبر رايت بقيادة طائرة رايت فلاير في عام 1903 في كيتي هوك، بولاية كارولينا الشمالية.

يمكن تتبع أصول هندسة الطيران والفضاء إلى رواد الطيران في أواخر القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين، على الرغم من أن أعمال السير جورج كايلي تعود إلى العقد الأخير من القرن الثامن عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر. يُعد كايلي أحد أهم الشخصيات في تاريخ علم الطيران [ 8 ] ورائدًا في هندسة الطيران [ 9 ] ، ويُنسب إليه الفضل في كونه أول من فصل بين قوى الرفع والسحب ، والتي تؤثر على أي مركبة جوية. [ 10 ]

كانت المعرفة المبكرة بهندسة الطيران تجريبية إلى حد كبير، مع استيراد بعض المفاهيم والمهارات من فروع هندسية أخرى. [ 11 ] وقد فهم علماء القرن الثامن عشر بعض العناصر الأساسية، مثل ديناميكا الموائع . [ 12 ]

في ديسمبر 1903، قام الأخوان رايت بأول رحلة طيران مستدامة ومتحكم بها لطائرة تعمل بمحرك وتزن أكثر من الهواء، واستمرت الرحلة 12 ثانية. وشهد العقد الثاني من القرن العشرين تطورًا في هندسة الطيران من خلال تصميم الطائرات العسكرية للحرب العالمية الأولى .

الحرب العالمية الأولى

في عام 1914، مُنح روبرت غودارد براءتي اختراع أمريكيتين لصواريخ تستخدم الوقود الصلب والوقود السائل وشحنات متعددة من الوقود وتصاميم متعددة المراحل. [ 13 ] وقد مهد هذا الطريق لتطبيقات مستقبلية في أنظمة الدفع متعددة المراحل للفضاء الخارجي.

في 3 مارس 1915، أنشأ الكونغرس الأمريكي أول إدارة لأبحاث الطيران، عُرفت باسم اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA). [ 14 ] وكانت أول منظمة حكومية تدعم أبحاث الطيران. [ 13 ] ورغم أنها كانت في الأصل هيئة استشارية، إلا أن مختبر لانغلي للملاحة الجوية أصبح أول منشأة بحثية واختبارية ممولة من قبلها في عام 1920. [ 15 ] لاحقًا، أُعيد تعريف المنظمة لتصبح ناسا، الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.

شهدت الفترة بين الحربين العالميتين الأولى والثانية تطورات هائلة في مجال الطيران، تسارعت وتيرتها مع ظهور الطيران المدني على نطاق واسع. ومن أبرز طائرات تلك الحقبة: كورتيس JN 4 ، وفارمان F.60 جولياس ، وفوكر ترايموتور . أما أبرز الطائرات العسكرية في تلك الفترة، فكانت ميتسوبيشي A6M زيرو ، وسوبرمارين سبيتفاير ، وميسرشميت Bf 109 من اليابان والمملكة المتحدة وألمانيا على التوالي. وشهد هذا المجال تطورًا هامًا مع أول طائرة نفاثة عاملة، وهي ميسرشميت Me 262، التي دخلت الخدمة عام 1944 قرب نهاية الحرب العالمية الثانية. [ 16 ]

ظهر أول تعريف لهندسة الفضاء الجوي في فبراير 1958، [ 4 ] معتبرًا الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي كمجال واحد، وبالتالي يشمل كل من الطائرات ( الجوية ) والمركبات الفضائية ( الفضاء ) تحت المصطلح الجديد الفضاء الجوي .

الحرب الباردة

رداً على إطلاق الاتحاد السوفيتي أول قمر صناعي له، سبوتنيك ، إلى الفضاء في 4 أكتوبر 1957، أطلق مهندسو الفضاء الأمريكيون أول قمر صناعي أمريكي في 31 يناير 1958. تأسست وكالة ناسا عام 1958 بعد أزمة سبوتنيك . وفي عام 1969، انطلقت مهمة أبولو 11 ، أول مهمة فضائية مأهولة تهبط على سطح القمر . وشهدت هذه المهمة دخول ثلاثة رواد فضاء في مدار حول القمر، حيث زار اثنان منهم، نيل أرمسترونغ وباز ألدرين ، سطح القمر. أما رائد الفضاء الثالث، مايكل كولينز ، فبقي في المدار ليلتقي بأرمسترونغ وألدرين بعد زيارتهما. [ 17 ]

طائرة نفاثة في الجو
طائرة إيه-18 إف سوبر هورنت التابعة للقوات الجوية الأمريكية أثناء الطيران، 2008

شهد عام 1970 ابتكاراً هاماً، حيث قامت طائرة بوينغ 747 بأول رحلة تجارية لها من نيويورك إلى لندن. وقد صنعت هذه الطائرة التاريخ، وأصبحت تُعرف باسم "الطائرة العملاقة" أو "ملكة السماء" [ 18 ] لقدرتها على استيعاب ما يصل إلى 480 راكباً.

1976: أول طائرة ركاب أسرع من الصوت

وشهد عام 1976 تطوراً هاماً آخر، تمثل في تطوير أول طائرة ركاب أسرع من الصوت ، وهي طائرة الكونكورد . وقد تم الاتفاق على تطوير هذه الطائرة بين الفرنسيين والبريطانيين في 29 نوفمبر 1962. [ 19 ]

في 21 ديسمبر 1988، بدأت طائرة الشحن أنتونوف أن-225 مريا رحلتها الأولى. وهي تحمل الأرقام القياسية لأثقل طائرة في العالم، وأثقل شحنة منقولة جواً، وأطول مدة نقل شحنة منقولة جواً لأي طائرة في الخدمة التشغيلية. [ 20 ]

في 25 أكتوبر 2007، قامت طائرة إيرباص A380 بأول رحلة تجارية لها من سنغافورة إلى سيدني، أستراليا. وكانت هذه الطائرة أول طائرة ركاب تتجاوز طائرة بوينغ 747 من حيث سعة الركاب، حيث بلغت سعتها القصوى 853 راكباً. وعلى الرغم من أن تطوير هذه الطائرة بدأ في عام 1988 كمنافسة لطائرة 747، إلا أن طائرة A380 أجرت أول رحلة تجريبية لها في أبريل 2005. [ 21 ]

عناصر

فيرنر فون براون ، مع محركات F-1 للمرحلة الأولى من صاروخ ساتورن 5 في مركز الفضاء والصواريخ الأمريكي
مركبة سويوز TMA-14M الفضائية مصممة للهبوط بالمظلة
محرك طائرة مقاتلة يخضع للاختبار. يسمح النفق الموجود خلف المحرك بخروج الضوضاء والعادم.

بعض عناصر هندسة الطيران والفضاء هي: [ 22 ] [ 23 ]

تستند معظم هذه العناصر إلى الفيزياء النظرية ، مثل ديناميكا الموائع في الديناميكا الهوائية أو معادلات الحركة في ديناميكا الطيران . كما يوجد عنصر تجريبي كبير . تاريخيًا، استُخلص هذا العنصر التجريبي من اختبار النماذج المصغرة والنماذج الأولية، إما في أنفاق الرياح أو في الهواء الطلق. ومؤخرًا، مكّنت التطورات في مجال الحوسبة من استخدام ديناميكا الموائع الحسابية لمحاكاة سلوك المائع، مما قلل الوقت والتكلفة المُنفَقة على اختبارات أنفاق الرياح. غالبًا ما يحصل دارسو ديناميكا الموائع أو ديناميكا الصوت المائية على شهادات في هندسة الطيران والفضاء.

بالإضافة إلى ذلك، تتناول هندسة الطيران والفضاء تكامل جميع المكونات التي تشكل مركبة فضائية (الأنظمة الفرعية بما في ذلك الطاقة، ومحامل الطيران والفضاء ، والاتصالات، والتحكم الحراري ، ونظام دعم الحياة ، وما إلى ذلك) ودورة حياتها (التصميم، ودرجة الحرارة، والضغط، والإشعاع ، والسرعة ، والعمر الافتراضي ).

برامج الشهادات الجامعية

يمكن دراسة هندسة الطيران والفضاء على مستوى الدبلوم المتقدم، والبكالوريوس ، والماجستير ، والدكتوراه في أقسام هندسة الطيران والفضاء في العديد من الجامعات، وفي أقسام الهندسة الميكانيكية في جامعات أخرى. وتقدم بعض الأقسام شهادات في هندسة الفضاء المتخصصة. وتفرق بعض المؤسسات بين هندسة الطيران وهندسة الفضاء. كما تُقدم شهادات الدراسات العليا في مجالات متقدمة أو متخصصة لصناعة الطيران والفضاء.

يُعدّ امتلاك خلفية في الكيمياء والفيزياء وعلوم الحاسوب والرياضيات أمراً مهماً للطلاب الذين يسعون للحصول على درجة في هندسة الطيران والفضاء. [ 25 ]

يُستخدم مصطلح " عالم صواريخ " أحيانًا لوصف شخص يتمتع بذكاء خارق ، إذ يُنظر إلى علم الصواريخ على أنه مجال يتطلب قدرات ذهنية عالية، لا سيما من الناحيتين التقنية والرياضية. ويُستخدم المصطلح بشكل ساخر في عبارة "ليس علم صواريخ" للدلالة على بساطة المهمة. [ 26 ] من الناحية الدقيقة، يُعد استخدام كلمة "علم" في "علم الصواريخ" تسمية خاطئة، فالعلم يُعنى بفهم أصول الكون وطبيعته وسلوكه، بينما تُعنى الهندسة بتطبيق المبادئ العلمية والهندسية لحل المشكلات وتطوير تقنيات جديدة. [ 5 ] [ 6 ] والصيغة الأكثر دقة من الناحية الاشتقاقية لهذه العبارة هي "مهندس صواريخ". مع ذلك، غالبًا ما يُساء استخدام كلمتي "علم" و"هندسة" كمترادفين. [ 5 ] [ 6 ] [ 27 ]

انظر أيضاً

الحواشي

  1. ↑ ومع ذلك، فإن مصطلح "علم الصواريخ" هو تسمية خاطئة، حيث أن مهندسي الفضاء ليسوا علماء [ 5 ] [ 6 ] ولا يعملون بالضرورة على دفع الصواريخ.

مراجع

  1. ↑ "التعليم المطلوب" . study.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2015 .
  2. ↑ "التعليم، مهندسو الفضاء" . myfuture.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-06-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2015 .
  3. ↑ موسوعة هندسة الطيران والفضاء . جون وايلي وأولاده ، 2010. ISBN 978-0-470-75440-5.
  4. 1 2 ستانسيوني، كايدون آل (1989). "هندسة". الموسوعة البريطانية . المجلد. 18 (15 طبعة). شيكاغو. ص. 563.   {{cite encyclopedia}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  5. ١ ٢ ٣ ٤ ناسا (٢٠٠٨). ستيفن ج. ديك (محرر). استذكار عصر الفضاء: وقائع مؤتمر الذكرى الخمسين (ملف PDF) . ص ٩٢. يُعدّ مصطلح "عالم صواريخ" تسميةً خاطئةً تستخدمها وسائل الإعلام والثقافة الشعبية، ويُطلق على غالبية المهندسين والفنيين الذين عملوا على تطوير الصواريخ مع فون براون. وهو يعكس تقييمًا ثقافيًا للإنجازات الهائلة للفريق، ولكنه مع ذلك غير صحيح. 
  6. 1 2 3 بيتروسكي، هنري (23 نوفمبر 2010). "الهندسة ليست علمًا" . مجلة IEEE Spectrum . تم الاطلاع عليه في 21 يونيو 2015. العلم يدور حول فهم أصول الكون وطبيعته وسلوكه وكل ما يحتويه ؛ أما الهندسة فتدور حول حل المشكلات عن طريق إعادة ترتيب مكونات العالم لصنع أشياء جديدة.
  7. ↑ " المسار الوظيفي: مهندس طيران" . ملفات تعريفية للمسارات الوظيفية . مراجعة برينستون. مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 مايو 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أكتوبر 2006. نظرًا لتعقيد المنتج النهائي، يجب الحفاظ على هيكل تنظيمي دقيق وصارم للإنتاج، مما يحد بشدة من قدرة أي مهندس على فهم دوره فيما يتعلق بالمشروع النهائي.
  8. ↑ «السير جورج كايلي» . flyingmachines.org . تاريخ الوصول: 26 يوليو 2009. يُعدّ السير جورج كايلي أحد أهم الشخصيات في تاريخ علم الطيران. ويعتبره الكثيرون أول باحث علمي حقيقي في مجال الطيران، وأول من فهم المبادئ والقوى الأساسية للطيران.
  9. ↑ "السير جورج كايلي (مخترع وعالم بريطاني)" . بريتانيكا. بدون تاريخ . تم الاسترجاع في 26 يوليو 2009. رائد إنجليزي في مجال الملاحة الجوية والهندسة الجوية، ومصمم أول طائرة شراعية ناجحة تحمل إنسانًا في الجو.
  10. ↑ «السير جورج كايلي» . لجنة الاحتفال بالذكرى المئوية للطيران في الولايات المتحدة. مؤرشف من الأصل في 24 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه في 31 يناير 2016. يُعتبر كايلي، وهو مالك أراضٍ ثري، أبو الملاحة الجوية ورائدًا في علم الديناميكا الهوائية. وضع المبادئ العلمية للطيران بأجسام أثقل من الهواء، واستخدم نماذج الطائرات الشراعية في أبحاثه. كان أول من حدد قوى الطيران الأربع - الدفع، والرفع، والسحب، والوزن - ووصف العلاقة بين كل منها والأخرى.
  11. ↑ كيرميت فان إيفري (1988). "الهندسة الجوية". الموسوعة الأمريكية . المجلد 1. شركة غرولير. 
  12. ↑ جون د. أندرسون الابن (2010). "نبذة تاريخية عن التطور المبكر لديناميكا الموائع النظرية والتجريبية" . موسوعة هندسة الطيران والفضاء . تم الاسترجاع في 2 أبريل 2023. بدأت التطورات الأساسية في ديناميكا الموائع التي حدثت في القرن الثامن عشر مع عمل دانيال برنولي (1700-1782).
  13. 1 2 المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. "الجدول الزمني للتاريخ". AIAA، 5. تم الاطلاع عليه في 15 يوليو 2024.
  14. ↑ "من اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية إلى ناسا: 95 عامًا من الابتكار في مجال الطيران - ناسا" . 2010-03-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-08-16 .
  15. ↑ "نظرة عامة على اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية" . ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2024 .
  16. ↑ "Messerschmitt Me 262 A-1a Schwalbe (Swallow)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2022 .
  17. ↑ "نبذة تاريخية عن وكالة ناسا" . ناسا. مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 نوفمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مارس 2012 .
  18. ↑ جيرمان، كينت. "بوينغ 747: ملكة السماء لمدة 50 عامًا" . سي نت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 سبتمبر 2019 .
  19. ↑ تشانغ، بنجامين. "أجرت طائرة الكونكورد رحلتها الأخيرة قبل 15 عامًا، ولم يتعافَ السفر الجوي الأسرع من الصوت بعد - إليكم نظرة على تاريخها الرائع" . بزنس إنسايدر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2019 .
  20. ↑ جاي، جاك (28 فبراير 2022). "تدمير أكبر طائرة في العالم في أوكرانيا" . سي إن إن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2022 .
  21. ↑ "تاريخ طائرة إيرباص A380" . interestingengineering.com . 31 مارس 2019. تاريخ الاطلاع: 11 سبتمبر 2019 .
  22. ↑ "تعريف هندسة الطيران والفضاء" (ملف PDF) . جامعة أتلانتيك الدولية . تم الاطلاع عليه في 30 أبريل 2023 .
  23. ↑ غرونتمان، مايك (19 سبتمبر 2007). " حان وقت إنشاء أقسام أكاديمية في هندسة الفضاء" . جدول أعمال مؤتمر ومعرض AIAA SPACE 2007. مؤتمر ومعرض AIAA SPACE 2007. المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية (AIAA). مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 2007.
  24. ↑ "هياكل الطائرات في هندسة الطيران والفضاء" . هندسة الطيران والفضاء، أخبار الطيران، الرواتب، الوظائف والمتاحف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 نوفمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 نوفمبر 2015 .
  25. ↑ "التعليم الابتدائي، مهندسو الفضاء" . myfuture.com. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-06-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-06-2015 .
  26. ↑ بيلي، شارلوت (7 نوفمبر 2008). "أكسفورد تُعدّ قائمة بأكثر عشر عبارات مُزعجة" . صحيفة ديلي تلغراف . مؤرشف من الأصل في 11 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 18 نوفمبر 2008. 10 - الأمر ليس معقدًا .
  27. ↑ نيوفيلد، مايكل. فون براون: حالم الفضاء، مهندس الحرب ( الطبعة الأولى). دار فينتج للنشر. ص. xv. كان هناك قصورٌ متأصلٌ في وسائل الإعلام والثقافة الشعبية الناطقة باللغة الإنجليزية في التعامل مع التمييز بين العلم والهندسة.  

للمزيد من القراءة

  • دارماهيندر سينغ تشاند. الديناميكا الحرارية لهندسة الطيران . نوليدج كيرف، 2017. ISBN 978-93-84389-16-1.