هندسة الطيران والفضاء

مهندس طيران

يعمل مهندسو وكالة ناسا في مركز التحكم على ضمان سلامة رواد الفضاء على متن أبولو 13 .
إشغال
الأسماء	مهندس طيران
نوع المهنة	مهنة
قطاعات النشاط	علوم الطيران والفضاء والعلوم​
وصف
الكفاءات	المعرفة التقنية، والمهارات التحليلية، ومهارات الإدارة (انظر أيضًا مسرد هندسة الطيران )
التعليم المطلوب	درجة البكالوريوس [1] [2]
مجالات العمل	التكنولوجيا والعلوم واستكشاف الفضاء والعسكرية​​

جزء من سلسلة عن
ديناميكا الفضاء
ميكانيكا المدارات
العناصر المدارية أبسيس حجة الحضيض غرابة الميل متوسط ​​الشذوذ العقد المدارية المحور شبه الرئيسي شذوذ حقيقي
أنواع مدارات الجسمين حسب الانحراف مدار دائري مدار إهليلجي مدار النقل ( مدار نقل هوهمان مدار نقل ثنائي الإهليلجي مدار مكافئ مدار زائدي مدار شعاعي مدار متدهور
المعادلات الاحتكاك الديناميكي سرعة الهروب معادلة كيبلر قوانين كيبلر لحركة الكواكب الفترة المدارية السرعة المدارية الجاذبية السطحية الطاقة المدارية النوعية معادلة فيس-فيفا
ميكانيكا سماوية
التأثيرات الجاذبية مركز الثقل كرة التل الاضطرابات مجال النفوذ
مدارات الجسم N نقاط لاغرانج ( مدارات الهالة ) مدارات ليساجوس مدارات ليابونوف
الهندسة والكفاءة
هندسة ما قبل الطيران نسبة الكتلة جزء الحمولة نسبة كتلة الدافع معادلة صاروخ تسيولكوفسكي
تدابير الكفاءة مساعدة الجاذبية تأثير أوبيرث
المناورات الدفعية المناورة المدارية إدخال المدار
ف ت هـ

هندسة الطيران هي المجال الأساسي للهندسة المعنية بتطوير الطائرات والمركبات الفضائية . ^[3] ولها فرعين رئيسيين ومتداخلين: هندسة الطيران وهندسة الملاحة الفضائية . هندسة الطيران متشابهة، لكنها تتعامل مع الجانب الإلكتروني لهندسة الطيران.

كان مصطلح "هندسة الطيران" هو المصطلح الأصلي لهذا المجال. ومع تقدم تكنولوجيا الطيران لتشمل المركبات العاملة في الفضاء الخارجي ، بدأ استخدام المصطلح الأوسع " هندسة الفضاء الجوي ". ^[4] غالبًا ما يُشار إلى هندسة الفضاء الجوي، وخاصة فرع الملاحة الفضائية، باسم "علم الصواريخ". ^{[5] [أ]}

تخضع المركبات الجوية لظروف صعبة مثل تلك الناجمة عن التغيرات في الضغط الجوي ودرجة الحرارة ، مع الأحمال الهيكلية المطبقة على مكونات المركبة. وبالتالي، فهي عادة ما تكون نتاجًا لمختلف التخصصات التكنولوجية والهندسية بما في ذلك الديناميكا الهوائية ، والدفع الجوي ، والإلكترونيات الطيران ، وعلوم المواد ، والتحليل الهيكلي والتصنيع . يُعرف التفاعل بين هذه التقنيات باسم هندسة الطيران. ونظرًا لتعقيد وعدد التخصصات المعنية، يتم تنفيذ هندسة الطيران من قبل فرق من المهندسين، ولكل منهم مجال تخصصه الخاص. ^[7]

يمكن إرجاع أصل هندسة الطيران إلى رواد الطيران في أواخر القرن التاسع عشر إلى أوائل القرن العشرين، على الرغم من أن عمل السير جورج كايلي يعود إلى العقد الأخير من القرن الثامن عشر إلى منتصف القرن التاسع عشر. يُعد كايلي أحد أهم الأشخاص في تاريخ علم الطيران ^[8] ورائد في هندسة الطيران، ^[9] ويُنسب إليه الفضل باعتباره أول شخص يفصل بين قوى الرفع والسحب ، والتي تؤثر على أي مركبة طيران جوية. [ ^10]

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

في ديسمبر 1903، قام الأخوان رايت بأول رحلة طيران متواصلة ومحكومة لطائرة أثقل من الهواء تعمل بمحرك، واستمرت الرحلة 12 ثانية. وشهد العقد الأول من القرن العشرين تطور الهندسة الجوية من خلال تصميم الطائرات العسكرية في الحرب العالمية الأولى .

في عام 1914، حصل روبرت جودارد على براءتي اختراع أمريكيتين لصواريخ تستخدم الوقود الصلب والوقود السائل وشحنات الدفع المتعددة والتصميمات متعددة المراحل. ^[13] وهذا من شأنه أن يمهد الطريق لتطبيقات مستقبلية في أنظمة الدفع متعددة المراحل للفضاء الخارجي.

في 3 مارس 1915، أنشأ الكونجرس الأمريكي أول إدارة للأبحاث الجوية، والمعروفة آنذاك باسم اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية، أو NACA. ^[14] كانت أول منظمة ترعاها الحكومة لدعم أبحاث الطيران. ^[15] على الرغم من أن المقصود منها أن تكون مجلسًا استشاريًا عند إنشائها، إلا أن مختبر لانجلي للطيران أصبح أول منشأة بحث واختبار برعاية الحكومة في عام 1920. ^[16]

بين الحربين العالميتين الأولى والثانية، حدثت قفزات كبيرة في هذا المجال، تسارعت مع ظهور الطيران المدني السائد. تشمل الطائرات البارزة في هذا العصر Curtiss JN 4 و Farman F.60 Goliath و Fokker Trimotor . تشمل الطائرات العسكرية البارزة في هذه الفترة Mitsubishi A6M Zero و Supermarine Spitfire و Messerschmitt Bf 109 من اليابان والمملكة المتحدة وألمانيا على التوالي. جاء تطور كبير مع أول طائرة تعمل بمحرك نفاث ، Messerschmitt Me 262 التي دخلت الخدمة في عام 1944 نحو نهاية الحرب العالمية الثانية. ^[17]

ظهر التعريف الأول للهندسة الفضائية في فبراير 1958، ^[4] حيث اعتبر الغلاف الجوي للأرض والفضاء الخارجي عالمًا واحدًا، وبالتالي يشمل كل من الطائرات ( الجو ) والمركبات الفضائية ( الفضاء ) تحت المصطلح الجديد الفضاء الجوي .

ردًا على إطلاق الاتحاد السوفييتي لأول قمر صناعي، سبوتنيك ، إلى الفضاء في 4 أكتوبر 1957، أطلق مهندسو الفضاء الأمريكيون أول قمر صناعي أمريكي في 31 يناير 1958. تأسست الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء في عام 1958 بعد أزمة سبوتنيك . في عام 1969، تمت أبولو 11 ، أول مهمة فضائية بشرية إلى القمر . وشهدت دخول ثلاثة رواد فضاء إلى مدار حول القمر، حيث قام اثنان، نيل أرمسترونج وباز ألدرين ، بزيارة سطح القمر. وبقي رائد الفضاء الثالث، مايكل كولينز ، في المدار للقاء أرمسترونج وألدرين بعد زيارتهما. ^[18]

حدث ابتكار مهم في الثلاثين من يناير 1970، عندما قامت طائرة بوينج 747 بأول رحلة تجارية لها من نيويورك إلى لندن. وقد حققت هذه الطائرة إنجازًا تاريخيًا وأصبحت تُعرف باسم "جامبو جيت" أو "ملكة السماء" ^[19] نظرًا لقدرتها على استيعاب ما يصل إلى 480 راكبًا.

حدث تطور مهم آخر في عام 1976، مع تطوير أول طائرة ركاب أسرع من الصوت ، وهي طائرة كونكورد . تم الاتفاق على تطوير هذه الطائرة من قبل الفرنسيين والبريطانيين في 29 نوفمبر 1962. ^[20]

في 21 ديسمبر 1988، بدأت طائرة الشحن أنتونوف أن-225 مريا رحلتها الأولى. تحمل الطائرة الأرقام القياسية لأثقل طائرة في العالم، وأثقل حمولة تم نقلها جواً، وأطول حمولة تم نقلها جواً من أي طائرة في الخدمة التشغيلية. ^[21]

في 25 أكتوبر 2007، قامت طائرة إيرباص A380 بأول رحلة تجارية لها من سنغافورة إلى سيدني، أستراليا. كانت هذه الطائرة أول طائرة ركاب تتفوق على طائرة بوينج 747 من حيث سعة الركاب، بحد أقصى 853 راكبًا. على الرغم من أن تطوير هذه الطائرة بدأ في عام 1988 كمنافسة لطائرة 747، إلا أن طائرة A380 قامت بأول رحلة تجريبية لها في أبريل 2005. ^[22]

بعض عناصر هندسة الطيران هي: ^{[23] [24]}

• المقطع الراداري -  دراسة توقيع السيارة الواضح للاستشعار عن بعد بالرادار .
• ميكانيكا الموائع –  دراسة تدفق الموائع حول الأجسام. وبشكل خاص الديناميكا الهوائية التي تتعلق بتدفق الهواء فوق الأجسام مثل الأجنحة أو عبر الأجسام مثل أنفاق الرياح (انظر أيضًا الرفع والطيران ).
• علم الديناميكا الفلكية  – دراسة ميكانيكا المدارات بما في ذلك التنبؤ بالعناصر المدارية عند إعطاء عدد قليل من المتغيرات المختارة. وفي حين أن القليل من المدارس في الولايات المتحدة تدرس هذا على مستوى البكالوريوس، فإن العديد منها لديها برامج للدراسات العليا تغطي هذا الموضوع (عادة بالاشتراك مع قسم الفيزياء في الكلية أو الجامعة المذكورة).
• الاستاتيكا والديناميكا (ميكانيكا الهندسة) - دراسة الحركة والقوى والعزم في الأنظمة الميكانيكية .
• الرياضيات  - على وجه الخصوص، حساب التفاضل والتكامل ، والمعادلات التفاضلية ، والجبر الخطي .
• التكنولوجيا الكهربائية  – دراسة الإلكترونيات داخل الهندسة.
• الدفع  - الطاقة اللازمة لتحريك مركبة عبر الهواء (أو في الفضاء الخارجي) يتم توفيرها بواسطة محركات الاحتراق الداخلي ، والمحركات النفاثة ، والآلات التوربينية ، أو الصواريخ (انظر أيضًا الدفع بالمروحة والمركبات الفضائية ). والإضافة الأحدث لهذه الوحدة هي الدفع الكهربائي والدفع الأيوني .
• هندسة التحكم  – دراسة النمذجة الرياضية للسلوك الديناميكي للأنظمة وتصميمها، باستخدام إشارات التغذية الراجعة عادةً، بحيث يكون سلوكها الديناميكي مرغوبًا (مستقرًا، بدون انحرافات كبيرة، مع الحد الأدنى من الخطأ). وهذا ينطبق على السلوك الديناميكي للطائرات والمركبات الفضائية وأنظمة الدفع والأنظمة الفرعية الموجودة على المركبات الفضائية.
• هياكل الطائرات  – تصميم التكوين المادي للطائرة لتحمل القوى التي تواجهها أثناء الطيران. تهدف هندسة الطيران إلى الحفاظ على الهياكل خفيفة الوزن ومنخفضة التكلفة مع الحفاظ على سلامة البنية. ^[25]
• علم المواد  – يتعلق بالهياكل، يدرس علم هندسة الطيران أيضًا المواد التي سيتم بناء الهياكل الفضائية منها. يتم اختراع مواد جديدة ذات خصائص محددة للغاية، أو تعديل المواد الموجودة لتحسين أدائها.
• ميكانيكا المواد الصلبة  – ترتبط ميكانيكا المواد الصلبة ارتباطًا وثيقًا بعلم المواد، وهي تتعامل مع تحليل الإجهاد والانفعال لمكونات المركبة. توجد حاليًا العديد من برامج العناصر المحدودة مثل MSC Patran/Nastran التي تساعد المهندسين في العملية التحليلية.
• المرونة الهوائية  – تفاعل القوى الديناميكية الهوائية والمرونة الهيكلية، مما قد يتسبب في الرفرفة والتباعد وما إلى ذلك.
• إلكترونيات الطيران  – تصميم وبرمجة أنظمة الكمبيوتر على متن طائرة أو مركبة فضائية ومحاكاة الأنظمة .
• البرمجيات  - تحديد وتصميم وتطوير واختبار وتنفيذ برامج الكمبيوتر لتطبيقات الطيران والفضاء، بما في ذلك برامج الطيران ، وبرامج التحكم الأرضي ، وبرامج الاختبار والتقييم، وما إلى ذلك.
• المخاطر والموثوقية  - دراسة تقنيات تقييم المخاطر والموثوقية والرياضيات المستخدمة في الأساليب الكمية.
• التحكم في الضوضاء  - دراسة آليات نقل الصوت.
• الصوتيات الهوائية  – دراسة توليد الضوضاء إما عن طريق حركة السوائل المضطربة أو القوى الديناميكية الهوائية المتفاعلة مع الأسطح.
• اختبار الطيران  – تصميم وتنفيذ برامج اختبار الطيران بهدف جمع وتحليل بيانات الأداء وجودة المناولة لتحديد ما إذا كانت الطائرة تلبي أهداف التصميم والأداء ومتطلبات الشهادة.

يعتمد أساس معظم هذه العناصر على الفيزياء النظرية ، مثل ديناميكيات الموائع للديناميكا الهوائية أو معادلات الحركة لديناميكيات الطيران . وهناك أيضًا عنصر تجريبي كبير . تاريخيًا، تم اشتقاق هذا العنصر التجريبي من اختبار نماذج مصغرة ونماذج أولية، إما في أنفاق الرياح أو في الغلاف الجوي الحر. وفي الآونة الأخيرة، مكنت التطورات في الحوسبة من استخدام ديناميكيات الموائع الحسابية لمحاكاة سلوك السوائل، مما قلل من الوقت والنفقات التي يتم إنفاقها على اختبار نفق الرياح. غالبًا ما يحصل أولئك الذين يدرسون الهيدروديناميكا أو الهيدروأكوستيك على درجات في هندسة الطيران.

بالإضافة إلى ذلك، فإن هندسة الطيران والفضاء تعالج 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 ، وعمر الخدمة ).

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. تقدم بعض الأقسام درجات في هندسة الملاحة الفضائية التي تركز على الفضاء . تفرق بعض المؤسسات بين هندسة الطيران وهندسة الملاحة الفضائية. تُمنح درجات الدراسات العليا في المجالات المتقدمة أو التخصصية لصناعة الطيران والفضاء.

تعتبر الخلفية في الكيمياء والفيزياء وعلوم الكمبيوتر والرياضيات مهمة للطلاب الذين يسعون للحصول على درجة في هندسة الطيران. ^[26]

يُستخدم مصطلح "عالم الصواريخ" أحيانًا لوصف شخص يتمتع بذكاء كبير ، حيث يُنظر إلى علم الصواريخ على أنه ممارسة تتطلب قدرة ذهنية كبيرة، وخاصة من الناحية التقنية والرياضية. ويُستخدم المصطلح بشكل ساخر في عبارة "ليس علم الصواريخ" للإشارة إلى أن المهمة بسيطة. ^[27] بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن استخدام "العلم" في "علم الصواريخ" هو تسمية خاطئة، لأن العلم يتعلق بفهم أصول الكون وطبيعته وسلوكه؛ أما الهندسة فتتعلق باستخدام المبادئ العلمية والهندسية لحل المشكلات وتطوير التكنولوجيا الجديدة. ^{[5] [6]} النسخة الأكثر صحة من الناحية اللغوية لهذه العبارة هي "مهندس الصواريخ". ومع ذلك، غالبًا ما يتم إساءة استخدام "العلم" و"الهندسة" كمرادفات. ^{[5] [6] [28]}

• المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية
• الجمعية الأمريكية للطائرات المروحية الدولية
• اختبار الطيران
• مسرد مصطلحات هندسة الطيران والفضاء
• فهرس مقالات هندسة الطيران والفضاء
• قائمة مدارس هندسة الطيران والفضاء
• قائمة مهندسي الطيران والفضاء
• قائمة مهندسي الفضاء الروس
• سيجما جاما تاو – جمعية الشرف لهندسة الطيران والفضاء
• منشأة الطاقة الفضائية

• دارماهندر سينغ تشاند. الديناميكا الحرارية للهندسة الجوية . منحنى المعرفة، 2017. ISBN 978-93-84389-16-1 . 

• NDTAeroTech.com، المجتمع عبر الإنترنت لمحترفي الفحص غير التدميري لطائرات الفضاء
• كرو، إيلان. "تصميم الطائرات: التركيب والتحليل". جامعة ستانفورد. مؤرشف من الأصل في 23 فبراير 2001. تم الاسترجاع في 17 يناير 2015 .
• تدريب على خدمات الطيران صيانة الطيران في المملكة المتحدة
• الأسئلة والأجوبة محفوظ في 2021-11-14 على موقع Wayback Machine
• DTIC ADA032206: قاموس الطيران والفضاء الصيني الإنجليزي