در ادامه قسمت قبل داريم:

عمده‌ترين اهداف در طراحي چرخ‌هاي هواپيما بشرح زير خلاصه مي‌شود:

(1)افزايش عمر چرخشي يکي ازآزمايشهائي که براي ارزيابي کيفي چرخهاي هواپيما انجام مي‌شود، بررسي ميزان عمر چرخشي آن مي‌باشد.(اين مقدار اکنون از 25000 مايل در مورد هواپيماهاي حمل و نقل ارتشي مانند هواپيماي C-17 تا 50000 مايل براي هواپيماهاي جت مسافربري امروزي متغير مي‌باشد). (2) تداوم ايمني بعد از خرابي چرخهاي هواپيماهاي امروزي طوري طراحي شده تا در مقابل خرابي‌هاي حاصل از خستگي مقاومت داشته و عيوب مرگبار و انفجارآميز را در پي نداشته باشد (که البته شامل طراحي چرخهائي مي‌شود که بعد از بوجود آمدن حداکثر خرابي در آن، در لبه حمل چرخها يا در محل قرار گرفتن طوقه داخلي لاستيک در روي رينگ خللي وارد نگردد). (3) افزايش ايمني در برابر پوسيدگي و فساد با بکارگيري سيستمهاي محافظت در برابر خوردگي و پائين آمدن ميزان تنش در سطوح حساس چرخ و انجام عمليات تشخيص خوردگي و زنگ‌زدائي بطور مکرر، از ميزان نقيصه‌هائي که در چرخ هواپيما بوجود مي آيد و منشاء آن خوردگي و زنگ‌زدگي مي‌باشد کاسته و به حداقل رسانده مي‌شود. (4) بکارگيري سيستمهاي محافظ گرما بهبود در تونائي‌هاي ترمز هواپيما بويژه ترمزهاي کربني، با افزايش گرماپذيري آن (در هنگام گرفتن ترمز) حاصل گرديده است. ايجاد حفاظت گرمائي در چرخ، ايجاد محدوديت در مسير جريان حرارت، خنک کردن چرخ، نصب مهره‌هاي ذوب شونده براي خنک کردن محيط ياد شده لاستيک، از جمله ترفندهاي کليدي در طراحي چرخهاي پيشرفته امروزي است که براي جلوگيري از وقوع فاجعه در نظر گرفته شده است.



علاوه بر اهداف فوق، نوع لاستيک بکار رفته در چرخ نيز در طراحي آن مؤثر است. لاستيک‌هاي راديال و شعاعي ممکن است «بار»ها را به شکل متفاوتي بر چرخ اعمال نمايد. بنابراين هنگام طراحي، ميزان اين «بار» ها بخصوص اگر تعويض‌پذيري آن مد نظر باشد بايد بوسيله طراح مراعات شود. با توجه به اين واقعيت، طراحي چرخهايي که بتواند چنين توقعات مشکل و فزاينده‌اي را برآورده سازد و از طرفي در ميزان وزن و حجم آن نيز افزايش چنداني حاصل نگردد، در واقع مقدار زيادي مديون بکارگيري و توسعه روش‌هاي نوين و شبيه‌سازي‌هاي کامپيوتري مي‌باشد. تکنيکهاي تحليلي که در طراحي چرخها بخدمت گرفته مي‌شود شامل تجزيه محدود سطوح تنش و مدل‌سازي حرارتي سيستمهاي چرخ و ترمز مي‌باشد. با استفاده از روش کامپيوتري، چرخ هواپيما از موادي ساخته مي‌شود که بتواند «بار»هاي وارد را تحمل کند، عمر آن زياد و ويژگيهاي حرارتي و وزن آن اندک باشد. با استفاده از اين روش‌هاي کامپيوتري، طراحي، ساخت و ارزيابي مدل‌هاي جديد چرخ در زمان کوتاهي صورت مي‌پذيرد. خلاصه اينکه بکارگيري و توسعه روشهاي مدل‌سازي کامپيوتري و تحليلي درتعيين قسمتهاي حساس و عيوب احتمالي و سطوح حرارتي چرخهاي هواپيما، صنايع توليد کننده را قادر ساخته تاآنرا با حداقل وزن، عمر زياد، نياز تعميراتي اندک و ايمني بيشتر توليد نمايند. مي‌توانيم انتظار داشته باشيم روند بهبود در کيفيت چرخها با تکامل مواد اصلي سازنده آن همچنان با تداوم همراه باشد. يکي از عوامل عمده که در توسعه و ساخت چرخهاي هواپيماهاي فعلي و آتي نقش کليدي دارد، توجه به مواد تشکيل دهنده سازه چرخ مي‌باشد.

ويژگيهاي عمده مواد فوق بقرار زير است: -مقاومت در برابر خستگي و استحکام استاتيکي. -مقاومت در برابر حرارت زياد. -مقاومت در برابر خوردگي. -قيمت ارزان گرچه سالهاي بسياري است که صنايع ازآلياژهاي آلومينيوم فورج شده «2014-T6» يا «T-61» بعنوان فلز استاندارد براي ساختن چرخها استفاده مي‌کنند، ليکن همچنان به بررسيهاي خود براي جايگزين نمودن مواد جديد ادامه مي‌دهند تا در کيفيت چرخها بهبود بيشتري حاصل شود. با بکارگيري آلياژهاي آلومينيومي پيشرفته، معيارهاي جديدي از لحاظ استحکام و دوام بيشتر درمقابل حرارت زياد، مقاومت در برابر خستگي و حرارت زياد ومقاومت در برابر خوردگي و ترک‌خوردگي، بوجود در مي‌آيد. انجام اين بهينه‌سازي‌ها بطور چشمگيري کيفيت تعميرپذيري و قابليت اطمينان چرخها را افزايش خواهد داد. علاوه بر آن، چرخهاي ساخته شده از الياف کامپوزيتي و مواد مرکب از قبيل مواد مرکب کربني يا گرافيتي و فايبرگلاس، سبکي وزن و ميزان خرابي مجاز بيشتري را موجب مي‌شود.



در شاخه ترمز چرخهاي هواپيماهاي امروزي بود که متخصصان تکنولوژي مواد به يکي از ضروري‌ترين تحقيقات مورد نياز در رشته خود پي بردند. ترمز، خود يک موتور گرمائي است که وظيفه آن جذب و مستهلک نمودن انرژي جنبشي است. چرخ هواپيما وسيله‌اي مطمئن براي حرکت هواپيما در روي زمين مي‌باشد اما وسيله‌اي اضافي است که از بار مفيد هواپيما در پرواز مي‌کاهد، به همين دليل است که از طراحان خواسته مي‌شود تا آنجا که امکان دارد آنرا کوچک و سبک بسازند. از روشهاي تحليلي و شبيه‌سازهاي کامپيوتري براي ساخت چرخهاي پردوام و سبک استفاده مي‌شود. علاوه بر آن، تداوم اين نوآوري‌ها در طراحي موجب شده در ميزان تعميرپذيري و کارآئي قسمتهاي متحرک چرخها بهبود حاصل شود. با اين همه، بيشترين پيشرفتها حول مسئله اصطکاک و مواد متشکله قطعات بوده است. اين بهبودها نه تنها موجب افزايش حجم چرخها و ترمز نشده بلکه تونائي و کارآئي آنرا همگام با نيازهاي فزاينده صنايع هوائي افزايش داده است. بهبودهاي عمده‌اي که در ساخت ترمز هواپيماهاي امروزي حاصل شده بقرار زير است: عمر طولاني: تعداد دفعات نشستن هواپيما بعد از هر مرحله تعمير اساسي از 100 تا 300 بار فرود براي هواپيماهاي نظامي و جتهاي مسافربري اوليه به 900 تا 2000 بار فرود در هواپيماهاي امروزي افزايش يافته است. وزن سبک:بکارگيري مواد با استحکام زياد و چگالي کم، موجب کاهش وزن ترمزها تا 50% در مقايسه با ترمزهاي فولادي مشابه شده است. _ايمني و قابليت اطمينان_: روش‌هاي نوين آزمايشگاهي از قبيل شبيه‌سازي طيف‌هاي ترمز از مراحل فرود کامل هواپيما، بمقدار زيادي موجب ارتقاء کيفي در کارآئي و قابليت اطمينان سيستمهاي ترمز گرديده است. امروزه عواملي همچون شرايط گرمائي و ديناميکي، درخلال عمر کاري ترمز بطور روزمره مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. هر يک از برنامه‌هاي جديد ساخت و ارزشيابي کيفي آزمايشگاهي آن، نياز به يک يا دو سال وقت دارد، حال آنکه براي ترمزهاي نسل پيشين انجام آن فقط يک يا دو ماه طول مي‌کشيد. اين بهبودها با بکارگيري تکنولوژي پيشرفته مواد صورت گرفته است.

محورهاي پيچشي که از جنس تيتانيوم ريختگي و هم فشار مي‌باشد نسبت به فولاد فورج شده سبک‌تر بوده و از نظر مسائل حرارتي بهتر مي‌باشد. کيفيت خوب آلياژ، موجب سبکي وزن قسمت پوسته پيستون يکپارچه يا مکانيزم تنظيم کننده يا طبق‌هاي (ترمز چرخ) تنظيم سرخود، از جمله تصميمات طراحي است که کارائي ترمز را افزايش مي‌دهد.

 ترمز فولادي استاندارد که در آن صفحات اصطکاکي سراميکي بکار رفته (اين ماده اولين بار بعنوان سطوح اصطکاکي در دهه 1940 در ترمزها مورد استفاده قرار گرفته است.) موجب بهبود عمر سايشي و کارائي عمومي ترمزها شده است. اما توسعه بکارگيري مواد مرکب کربني از چشمگيرترين پيشرفتها در تکنولوژي ساخت ترمز هواپيما از لحاظ حرارتي آن بحساب مي‌آيد. مواد مرکب کربني داراي ويژگيهاي بي‌نظيري است که به طراح اجازه مي‌دهد با استفاده ازآن، همه وظايف سطوح اصطکاکي ديسک ترمز و جذب کننده‌ها و وظيفه اعضاي سازه‌اي آنرا در يک قطعه واحد متمرکز سازد. وقتي دو قطعه از جنس مواد مرکب کربني بر روي يکديگر سايش داشته باشند مي‌توانند نقش يک ماده پراصطکاک را ايفا نمايند. ذخيره حرارتي مواد مرکب زياد است، علاوه بر آن قابليت هدايت گرمائي آن موجب انتشار سريع حرارت مي‌شود. مواد مرکب کربني از استحکام زيادي برخوردارند و مي‌توان از آن براي ساخت قطعات مقاوم در برابر «بار» زياد استفاده نمود. اين مواد داراي ويژگي خاصي هستند و آن اينکه استحکام آن‌ها بر اثر افزايش حرارت نقصان مي‌باشد. اين ويژگي وقتي با انبساط حرارتي اندک در هم مي‌آميزد خاصيت جذب حرارت آنرا بالا مي‌برد بطوريکه تنها سازه‌هاي مجاور موجب محدوديت آن در اين خصوص خواهد بود. براي اينکه ترمز بتواند در درجه حرارت بالاتر کارائي داشته باشد بايد در واحد وزن سازه آن ازمواد بيشتري که واحد وزن سازه آن از مواد بشتري که در برابر حرارت مقاوم است استفاده نمائيم. اصطلاح «مواد مرکب کربني» براي انواع گسترده‌اي از مواد استفاده مي‌شود؛ همانند لنت (ترمز) ساخته شده از سرمت (مخلوطي از فلز و سراميک) و مواد آلي.



ساخت لنت ترمز از مواد مرکب کربني خود مستلزم دانش و علم کافي دراين خصوص است. اجزاء تشکيل دهنده مواد و روش‌هاي ساخت را مي‌توان تغير داد تا قطعاتي با کارائي متفاوت ساخته شود. در واقع طراحان نشان داده‌اند که قطعات ترمز از جنس مواد مرکب کربني را مي‌توانند چنان دستخوش تغيير نمايند که به کليه اهداف مورد نظر خود در ساخت ترمز هواپيما دست يابند. استفاده از الياف گوناگون روشهاي متراکم‌سازي ، الياف منقطع در دو يا سه اندازه مختلف، و روش قالب‌گيري پارچه‌اي تنها معدودي از بي‌شمار آميزه‌هائي است که مي‌توانند براي توليد ديسک ترمز کربني مورد استفاده قرار دهند. اگر سائيدگي ديسک ترمز (از نوع کربني) از اندازه مجاز خارج شود مي‌توان آنرا براي استفاده مجدد نوسازي نمود. ترمزهاي کربني براي اولين بار سال 1972 ، بعنوان يک وسيله استاندارد در هواپيماي F-15 مورد استفاده قرار گرفت و بسرعت بعنوان يکي از انواع اصلي ترمز بر روي ديگر هواپيماهاي نظامي مورد استفاده قرار گرفت. اولين هواپيماي مسافربري که در آن از اين نوع ترمز استفاده شده هواپيماي کنکورد بود ولي گراني قيمت آن موجب گرديد استفاده تجاري آن به کندي صورت پذيرد. امروزه در تمام برنامه‌هاي هواپيماهاي نظامي و مسافربري استفاده از ترمزهاي کربني گنجانده شده است. همچون ساير سيستمهاي هواپيما، تکنولوژي سيستم ترمز آن نيز با نوآوري و پويائي همراه بوده و هدف آن بهبود در کارائي و قيمت تمام شده مي‌باشد تلاشهاي جاري در زمينه‌هاي گوناگون توسعه، ساخت و کاربرد آن بقرار زير است:

-استفاده از مواد مرکب پيشرفته و مقاوم در برابر حرارت به منظور افزايش تراکم‌پذيري و عمر ترمز و ارتقاء مقاومت آن در برابر سايش (چنين بهبودهائي مي‌تواند منتج به کاهش تعداد ديسک‌هاي اصطکاکي در يک ترمز گردد). -استفاده از مواد مرکب قالب‌گيري شده و سازه‌هاي کامپوزيتي از نوع رشته پيچي در بسياري از قطعات عمده هواپيما از قبيل چرخها، پوسته‌هاي پيستون و قسمت انتقال گشتاور با هدف کاهش وزن و آسيب‌پذيري آن. -بکارگيري سيستمهاي هيدروليکي با فشار زياد و استفاده از روغن هيدروليک مرغوبتر که موجب عملکرد بهتر ترمزها شده ، اشتعال‌پذيري و وزن آنرا کاهش مي‌دهد. -استفاده از سيستمهاي جداگانه عمل کننده‌هاي الکترومکانيکي و الکتروهيدرواستاتيکي که با نيروي الکتريکي کنترل مي‌گردد، کارائي ترمزها را بهبود بخشيده و موجب کاهش وزن سيستمهاي ترمز هواپيما مي‌گردد. -بکارگيري روشهاي پيشرفته کنترل گرما، از قبيل سيستمهاي خنک‌کننده فعال و غيرفعال. -استفاده از تکنولوژي پيشرفته کنترل ترمز از قبيل دستگاه‌هاي کنترل الکترونيکي چند منظوره و سيستم انتقال سيگنال از طريق سيم (کابل) نوري (سيستم‌هاي کنترل ارابه فرود يکپارچه براي هواپيماها در حال ساخت مي‌باشد که در آن مکانيزم ترمز خودکار، عمل هدايت فرمان و مکانيزم ضدسرخوردن، تماماً در کنترل کننده واحدي ادغام شده است.
 
منبع : تبیان