اغلب هواپیماهایی که در آسمان پرواز می کنند بال هایی دارند که آنها را در هوا نگاه می دارد. هنگامی که بال ها هوا را به سرعت می شکافند، یک نیروی رو به بالای قوی ایجاد می گردد که به آن "بالابر" می گویند. این نیرو وزن هواپیما را تحمل می کند، و آن را در هوا نگاه می دارد. وقتی هواپیما سریع تر در هوا حرکت می کند بال ها نیروی بالابر قوی تری ایجاد می کنند. هواپیماها که با سرعت کم حرکت می کنند (مثل گلایدرها) بال های بلندی دارند و این باعث می شود نیروی بالابر مناسب (حتی در سرعت کم) وجود داشته باشد. در مدل سازی زیر اجراء کنترلی پرواز گلایدر را ملاحظه می کنید. با موشواره بر روی اسامی بروید. در زیر با این اصطلاحات آشنا می شوید.

جت های تند رو بال های رو به عقبی دارند که به راحتی هوا را می شکافد. این بال ها در سرعت کم نیروی بالابر کمی تولید می کنند، با این حال بال آنها در حین فرود و بلند شدن باز می شود و در نتیجه نیروی بالابر بیشتری ایجاد می کنند.

اولین پرواز

    اولین پرواز انسان (که ثبت شده) در سال 1783 به وسیله بالن بود، اما احتمالاً قبل از آن مردم با بادبادک پرواز می کرده اند. اولین هواپیمای بال دار توسط مخترع انگلیسی، جرج کیلی (1857-1773)، ساخته شد، و در سال 1853پرواز کرد. پس از وی، طراحی گلایدر ها توسط دیگران پیشرفت کرد که از آن میان می توان به برادران رایت (ویلبر رایت (1912-1867) و اولیور رایت (1948-1871) اشاره نمود. مهمترین موفقیت آنها ساخت موتور سبک بود که می توانست گلایدر را حمل کند. در اولین هواپیما، که "فلایر" نام داشت، اولیور اولین پرواز موفقیت آمیزش را در سال 1903 به انجام رسانید. طول پرواز وی فقط 37 متر بود!

مقطع آیرودینامیکی

    بال یک مقطع آیرودینامیکی است، یعنی یک شکل خاص دارد که آن را قادر می سازد تا پرواز کند. قسمت بالایی منحنی و قسمت زیرین صاف (یا تقریباً صاف) است، بنابراین قسمت رویی بال بلندتر از قسمت زیرین آن می باشد. هنگامی که بال هوا را می شکافد، هوا به دو قسمت تقسیم می شود، مقداری از رو و مقداری از زیر بال عبور می کند.

از آنجا که وقتی هوا سریع و سریع تر حرکت می کند فشارش کاهش می یابد، بنابراین فشار هوا در زیر بال بیشتر از فشار هوای (در حال حرکت سریع) روی بال است، و در نتیجه یک نیرویی رو به بال به بال وارد می شود.

    با مختصری افزایش زاویه بال، نیروی بالابر افزایش می یابد، اما افزایش بیشتر زاویه بال، حرکت یکنواخت هوا از روی بال را دچار اختلال می کند و بادهای چرخشی را بوجود می آورد. در نتیجه هوا با سرعت کمتری حرکت می کند و اختلاف فشار کاهش می یابد. نیروی بالابر از بین می رود و هواپیما دچار واماندگی شده و سقوط می کند. به طور ساده، شکل زیر چنین شرایطی را نشان می هد.

پرواز بال

    یک بال کاغذی بسازید و ببینید چگونه جریان هوا باعث می شود تا اختلاف فشاری بر روی بال ایجاد گردد و آن را بلند نماید. هرچه حرکت هوا سریع تر باشد نیروی بالابر بیشتری بدست می آید.

     توصیه می شود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک کنند.

 

   

آنچه شما نیاز دارد:

  کاغذ سفت به ابعاد 15*30 سانتیمتر، کاتر، چاقو، قیچی، دو نی نوشابه، دو میله بافتنی، سشوار، خمیر مجسمه سازی، چسب نواری، یک تکه مقوا به پهنای 15 سانتیمتر، خط کش

     1- کاغذ را از عرض (به فاصله 1.5 سانتیمتر از وسط) تا کنید. سوراخ های به فاصله 8 سانتیمتر از یکدیگر، و به فاصله 5 سانتیمتر از لبه ی تا شده ایجاد کنید.

 

    2- با نوار چسب دو انتهای کاغذ را به یکدیگر بچسبانید تا یک بال با سطح خمیده در بالا پدید آید. دو تکه نی کوتاه از سوراخ ها عبور دهید.

    3- دو شکاف به فاصله 8 سانتیمتر در طول نی بوجود آورید. میله بافتنی را از آنها عبور دهید تا انتهای میله بافتنی به نی برسد.

 

    4- میله بال عبور دهید (ابتدا از طرفی که انحناء دارد) و آنها را به فاصله 8 سانتیمتر در تکه ای خمیر مجسمه سازی قرار دهید.

5- با دمیدن هوا روی بال، آن را به پرواز در آورید. مراقب باشید با دمیدن باد به زیر بال، آن را هل ندهید.

بال وامانده

    نشان دهید بادی که روی بال می وزد باعث پرواز آن می شود.

برای این منظور به کمک مقوا مانع وزش باد بر روی بال شوید، در این شرایط بال سقوط می کند. اگر این اتفاق روی نداد سعی کنید باد را به زیر بال بدمید.

ناوهای هواپیما بر با ارتفاعی برابر با یک ساختمان بیست طبقه بیرون از آب و طولی برابر با 333 متر در همان نگاه اول تعجب همگان را بر می انگیزند ؛ اما دلیل آن بزرگی و عظمت بی نظیر ناو نیست بلکه توانایی این فرودگاه کوچک شناور در به پرواز در آوردن هواپیما های جنگی بوده که چنین حسی را بوجود می آورد .

 

 

 در آب های آزاد ناو های هواپیما بر بعنوان خاک یا قلمرو خود مختار محسوب می شوند و خدمه می توانند به مانند اینکه در کشور خود هستند رفتار کنند البته تا زمانی که به سواحل کشورهای دیگر نزدیک نشده اند . بنابراین نظامیان ایالات متحده بدون نیاز با توافق با کشوری ، گروه رزمی ناو هواپیما بر خود که شامل یک ناو هواپیما بر و شش تا هشت کشتی اسکورت دیگر است را به منطقه ارسال می دارند .

جنگنده ها ، بمب افکن ها و سایر هواپیما های نظامی می توانند با پرواز به سمت اهداف دشمن دوباره به پایگاه تقریبا امن خود که همان گروه رزمی ناو هواپیمابر بوده باز گردند . ناو های هواپیما بر می توانند با سرعت 35 نات ( 64 کیلومتر بر ساعت ) بر روی آب حرکت کنند .

این توانایی یعنی رسیدن به منطقه درگیری در عرض چند هفته . البته ایالات متحده در حال حاضر شش پایگاه درسراسر جهان برای ناوگان ناوهای هواپیمابر خود ایجاد کرده که با فلسفه واکنش سریع و اعزام ناوها از نزدیک ترین پایگاه به منطقه درگیری مورد استفاده قرار می گیرند . با بیش از یک میلیارد قطعه سوپر ناو های هواپیما بر کلاس « نیمیتز » ایالات متحده در بین پیچیده ترین ماشین های ساخته شده توسط بشر قرار می گیرند اما در سطح مفهومی عملکرد و هدف از ساخت هریک از آن ها بسیار ساده است بطوریکه برای انجام چهار کار پایه طراحی و ساخته شده اند :

 1-حمل و نقل هواپیماهای نظامی دردریا 2- عمل کردن به مانند یک فرودگاه کوچک برای به پرواز درآوردن و نشاندن هواپیماها 3- استفاده به عنوان یک مرکز فرماندهی عملیات 4- جا دادن به افراد و پرسنلی که برای انجام این کارها مورد نیاز می باشند.

برای به انجام رسانیدن این اهداف یک ناو هواپیمابر باید قابلیت های یک کشتی را با یک پایگاه هوایی و همچنین یک شهر کوچک ترکیب کند . ناو هواپیما بر باید دارای یک عرشه پروازی برای نشست و برخاست هواپیماها ، قسمت فرماندهی و کنترل ، سیستم پیش رانشی ، سیستم های گوناگون دیگر ( شامل آب ، غذا ، سیستم دفع فاضلاب و زباله ، سرویس پستی ، رادیو ، تلویزیون و چاپ روزنامه داخلی ) و همچنین بخش اصلی از بدنه کشتی که در داخل آب قرار می گیرد ، باشند . بخش بدنه در زیر خط آب بصورت قوس دار ونسبتا باریک است . بخش بالای خط آب به طرف بیرون گسترده می شود تا عرشه پروازی را تشکیل دهد . بخش زیری نیز از دو قسمت تشکیل یافته است که در واقع دو لایه مجزا بوده که در صورت اصابت اژدر به پوسته بیرونی ، پوسته داخلی بعنوان محافظ از درهم شکستن و غرق شدن کشتی جلوگیری می کند .

از دهه پنجاه تا کنون تقریبا همه سوپر ناو های هواپیما بر ایالات متحده توسط شرکت « نورث روپ گرومن » واقع در نیوپورت نیوز ساخته شده اند . برای سادگی در پروسه ساخت ، این ناو ها بصورت مدولی ساخته شده و سپس مونتاژ می شوند که هر کدام ازاین مدول ها به سوپر لیفت معروفند.هر یک از این سوپر لیفت ها می توانند 70 تا 800 تن متریک وزن داشته باشند . ناوهای هواپیمابرمدرن ازحدود 200 مدول یا سوپر لیفت تشکیل یافته اند . ناگفته نماند آخرین مدول که در پروسه ساخت ومونتاژ نهایی نصب می شود جزیره یا همان ساختمان فرماندهی روی عرشه ناو است که 575تن وزن دارد . مانند تمام کشتی ها ناوهای هواپیمابر هم در اقیانوس ها توسط نیروی پیش رانشی پروانه حرکت می کنند. البته با 6.4 متر پهنا هر کدام از چهار پروانه ناو هواپیما بر در کلاسی متفاوت از دیگر کشتی ها قرار می گیرند . هر یک از پروانه ها به یک شفت متصل بوده که توسط توربین بخار قدرت گرفته از راکتور هسته ای به گردش در می آیند .

 سیستم پیش رانشی ناو از دو راکتور هسته ای تشکیل یافته است که در محفظه ای زره پوش شده واقع در وسط ناو قرار دارند . این راکتورهای هسته ای بخار مورد نیاز برای بحرکت درآوردن توربین و در نتیجه پروانه کشتی را تأمین می کنند . قابل ذکر است که بنا به آمار منابع غیر رسمی قدرت سیستم پیش رانشی ناو بیش از دویست و هشتاد اسب بخار است . چهار توربین ناو همچنین برق مورد نیاز سیستم های الکتریکی و الکترونیکی ناو را تأمین می کنند که شامل سیستم شیرین کننده آب دریا نیز بوده و این سیستم روزانه بیش از یک و نیم میلیون لیتر آب دریا را به آب قابل شرب تبدیل می کند . ناوهای هواپیمابر پانزده تا بیست سال نیاز به سوخت گیری ندارند . البته راکتورهای هسته ای خطرات خاص خود را داشته و سوخت گیری مجدد ناو پروسه ای است که حدود سه سال به طول می انجامد.

ارتفاع کلی برابر 74 متر ؛وزن آب جابجا شده توسط ناو در حالت بارگیری کامل رزمی برابر با 88000 تن متریک ؛وزن فولاد سازه ای برابر با 54000 تن متریک ؛مساحت کل عرشه پروازی برابر با 1.8 هکتار ؛طول عرشه پروازی 333 متر و عرض عرشه پروازی 78 متر ؛تعداد بخش یا اتاق ها برابر با چهارهزار واحد ؛وزن هرکدام از لنگرها برابر با 30 تن ؛وزن هریک از دانه های زنجیر لنگر برابر با یکصدوشصت کیلو گرم ؛وزن هر یک از پروانه ها سی تن ؛وزن هر یک از سکان ها 41 تن متریک ؛ظرفیت ذخیره سوخت هواپیما 12.5 میلیون لیتر ؛تعداد تلفن های داخل کشتی برابر با 2500 دستگاه ؛تعداد تلویزیون های داخل کشتی برابر با 3000 دستگاه ؛طول کل کابل کشی داخل ناو برابر 1600 کیلومتر ؛ظرفیت هوای سیستم تهویه برابر با 2040 تن متریک ؛ظرفیت غذای ذخیره یخ زده و خشک شده در ناو برابر غذای 6000 نفر به مدت 70 روز ؛میزان محموله پستی در یک سال چهارصد و پنجاه هزار کیلوگرم ؛تعداد 6 پزشک و 5 دندانپزشک با یک بیمارستان 51 تخت خوابی.

عرشه پروازی یکی از هیجان انگیز ترین و در عین حال خطرناک ترین محل ها برای کار است . از آنجا که بر خلاف باندهای معمولی ناوها طول باند کمتری دارند بنابراین برخاستن از آن و فرود آمدن بر آن در سرعت های بالایی انجام می پذیرد که برای خدمه روی عرشه می تواند بسیار خطر آفرین باشد و حتی ذره ای خطا از جانب خدمه یا خلبان ممکن است به مرگ و آسیب های جدی بینجامد .

برای اینکه به پرواز در آمدن هواپیماها از روی سطح ناو ساده تر انجام گیرد ، ناو هواپیمابر در خلاف جهت باد و با سرعت زیادی حرکت می کند . با این کار به دلیل عبور جریان های هوا از روی بال نیروی لیفت بیشتری ایجاد شده و به میان کمی موجب کاهش سرعت تیک آف هواپیما می شود . اما این سرعت برای به پرواز در آوردن هواپیماهای سنگین نظامی ناکافی است بنابراین از وسیله ی دیگری بنام کاتاپولت ( منجنیق ) برای شتاب دادن به هواپیما در مسافت کوتاه استفاده می کنند .

هر کدام از این کاتاپولت ها که تعداد آن روی عرشه ناوهای هواپیمابر کلاس نیمیتز به چهار دستگاه می رسد تشکیل یافته از دو پیستون درون دو سیلندر موازی در زیر عرشه که هر کدام طولی برابر با یک زمین فوتبال دارند . پیستون ها هر یک دارای برجستگی هایی هستند که از شکاف روی عرشه بیرون آمده و به حامل کوچکی متصل می گردند .

 جهت آماده سازی هواپیما برای تیک آف خدمه عرشه پروازی آن را به محل مورد نظر پشت کاتاپولت هدایت می کنند ، سپس میله یدک کش روی چرخ دماغه را به شکافی روی حامل کاتاپولت نصب می کنند . خدمه میله ی نگهدارنده ای را نیز بین پشت چرخ جلو و حامل نصب می کنند که این قطعه در هواپیماهای اف-14و اف-18 روی چرخ دماغه بصورت یکپارچه ساخته شده است . همزمان با متصل کردن چرخ دماغه به حامل کاتاپولت خدمه ی عرشه پروازی صفحات منحرف کننده گازهای خروج اگزوز را نیز در پشت هواپیما بالا می برند . وقتی تمام این مراحل انجام گرفت افسر کاتاپولت معروف به شوتر که در یک گنبد شیشه ای کوتاه روی عرشه پروازی بر تمام مراحل نظارت دارد سوپاپ سیلندرهای کاتاپولت را باز کرده در نتیجه سیلندرها توسط بخار پر فشار تولید شده در راکتور ناو پر می شوند . این بخار نیروی پیش رانشی برای کاتاپولت کردن هواپیما و ادامه پرواز با سرعت ایمن را تأمین می کند . اگر میان این بخار که بستگی به نوع هواپیما دارد کم باشد نیروی لیفت کافی ندارد و هواپیما را به داخل اقیانوس پرتاب خواهد کرد و اگر زیاد باشد ، خیز برداشتن سریع کاتاپولت موجب شکستن چراغ دماغه خواهد شد . قبل از پرتاب ، خلبان هواپیما از تمام قدرت موتورهای آن استفاده می کند که در این زمان میله نگهدارنده مانع حرکت هواپیما به جلو می شود . در این زمان افسر کاتاپولت با اشاره به خلبان پیستون را رها کرده و هواپیما پرتاب می شود . در انتهای مسیر کاتاپولت ، میله یدک کش از حامل جدا شده و هواپیما به پرواز با نیروی موتورها خود ادامه می دهد . سیستم کاتاپولت می تواند یک جنگنده بیست تنی را در زمانی حدود دو ثانیه از صفر به سرعت 270 کیلومتر در ساعت برساند . قابل ذکر است که ناو هواپیمابر توانایی به پرواز در آوردن یک هواپیما را در بیست ثانیه دارد.

فرود روی عرشه ای که فقط حدود 150 متر باند برای نشستن هواپیما دارد آن هم با سرعتی که جنگنده های سریع نیروی دریایی دارند یکی از سخت ترین کارهای خلبان است . برای فرود بر روی عرشه ناو هر هواپیما باید دارای قلاب دم باشد . خلبان هواپیما با تقرب و فرود دقیق سعی خواهد کرد یکی از چهار کابل نگهدارنده هواپیما روی عرشه ناو را با قلاب دم بگیرد . این کابل های فولادی که در عرض باند فرود و بموازات یکدیگر قرار گرفته اند ، به سیلندرهای هیدرولیکی زیر عرشه فرود متصلند که وقتی قلاب دم هواپیما با یک از این کابل ها در گیر می شود کابل مذکور بیرون آمده در نتیجه سیلندر هیدرولیکی انرژی هواپیما را جذب می کند . چنین سیستمی می تواند هواپیمایی با 24 تن وزن و 241 کیلومتر در ساعت سرعت را در مسافت حدود 96 متر متوقف کند . این کابل های موازی به فاصله 15 متری از هم قرار گرفته اند بنابراین منطقه بیشتری را برای تماس چرخ ها به خلبان می دهند . معمولا خلبان ها کابل سوم را هدف گیری می کنند که ایمن ترین حالت ممکن است ، هدف گیری کابل اول به دلیل لزوم نزدیک شدن به لبه ناو آن هم در حدی خطرناک کار درستی نیست . پروسه فرود با بازگشت هواپیماها به ناو و با اجرای طرح پرواز بیضی شکل ، با تنظیم زاویه دقیق تقرب از سوی خلبان ، انجام می شود و اولین اجازه فرود را هواپیمایی کسب می کند که کمترین ذخیره سوخت را داشته باشد . برای کمک به خلبان جهت اجرای یک فرود خوب افسر علایم از طریق رادیو و چراغ های روی عرشه ناو با ارسال علایم او را راهنمایی می کند . اگر هواپیما درست در مسیر باشد چراغ سبز به خلبان نشان داده می شود و در غیر این صورت از رنگ های دیگر استفاده می شود تا خلبان اقدام به اصلاح مسیر یا لغو و اجرای دوباره آن کند . سیستم نوری لنزهای اپتیکی فرسنل هم در کنار افسر علایم به خلبان برای فرود کمک می کند . این سیستم متشکل از یک سری چراغ و لنزهای فرسنل است که بر روی یک سکوی پایدار شده توسط ژیروسکوپ نصب شده اند . لنزها باعث تمرکز نور بصورت شعاع های باریکی با زوایای مختلفی در آسمان می شوند . درست زمانی که چرخ های هواپیما با عرشه ناو تماس پیدا کردند خلبان اهرم گاز را تا آخر فشار داده و قدرت موتورها را با پس سوز به حداکثر می رساند . چون در صورتی که هواپیما با قلاب ها درگیر نشود خلبان باید بتواند با حفظ سرعت دوباره از روی ناو برخیزد . ناگفته نماند که باند فرود ناو با چهارده درجه انحراف از محور طولی روی عرشه ناو قرار گرفته است

آشیانه هواپپماها

روی عرشه پروازی تعداد کمی هواپیما پارک می شوند و هواپیماهایی که مورد نیاز نیستند به آشیانه فرستاده می شوند . آشیانه هواپیماها دو طبقه پایین تر از عرشه پروازی قرار گرفته است که با 209 متر طول ، 34 متر عرض و 8 متر ارتفاع امکان جا دادن به بیشتر انواع هواپیماها وهلیکوپترها را دارد . آشیانه می تواند حدود 60 فروند هواپیما ، مخازن سوخت و قطعات یدکی را در چهار بخش خود جای دهد . برای انتقال هواپیماها به عرشه پروازی از چهار بالابر سریع استفاده می شود که نیرو هیدرولیکی کافی برای بالا بردن دو هواپیمای 35 تنی را دارند . قسمت انتهایی آشانه و عقب کشتی هم در اختیار بخش تعمیر و نگهداری است که دارای منطقه بازی نیز برای آزمایش موتورها با پس سوز می باشد .

 تیپ هوایی مستقر در ناو حدودا از 9 اسکادران تشکیل یافته که جمعا هفتاد تا هشتاد فروند هواپیما را شامل می شود . این هواپیماها شامل انواع اف/ای-18هورنت ، اف-14تام کت ، ای-2سی هاوک آی ، اس-3بی وایکینگ ، ای آ-6بی پراولر و هلیکوپتر اس اچ-60سی هاوک می باشند . جالب است بدانید یک ناو هواپیمابر کلاس نیمیتز می تواند پنجاه جنگنده را جهت اجرای یکصدوپنجاه حمله در روز به پرواز درآورد و در زرادخانه خود بیش از 4000 انواع بمب را دارد .

خدمه عرشه

به جهت اینکه روی عرشه مشکلی پیش نیاید تمام افراد مسئول روی عرشه لباس رنگ مخصوص شغل خود را در بر می کنند . ارغوانی مسئولان سوخت هواپیما معروف به انگورها ؛ آبی جابجا کننده های هواپیماها، مسئولان بالابر ، راننده های یدک کش ، پیغام برها و مسئولان ارتباطات ؛ سبز مسئولان کاتاپولت و کابل های نگهدارنده ، مهندسان تعمیر ونگهداری ، مسئولان فرود هلیکوپتر ؛ زرد افسران کاتاپولت و کابل های نگهدارنده ، راهنمایان هواپیماها ، افسران جابجایی هواپیماها ؛ قرمز افسران مهمات ، مسئولان عملیات نجات ؛ قهوه ای افسران مسئول هواپیماهای تیپ هوایی ؛ سفید بازرسان اسکادران هواپیماها ، افسران علایم فرود ، افسران ناظر و پرسنل پزشکی

تسحیلات تدافعی و تجهیزات راداری

موشک های زمین به هوای سی پارو و موشک های ضد موشک رم ؛ چهار توپ چرخان 20 میلیمتری با سرعت تیر اندازی 3000 تیر در دقیقه و برد یک و نیم کیلومتر ؛ سیستم های چف و فلر برای منحرف کردن انواع موشک ها و اژدرها ؛ سیستم های جنگ الکترونیک و سیستم های پیشرفته راداری باندهای سی و جی و همچنین شناسایی دوست از دشمن.

سیستمهای ترمز هواپیمایی و

تلاشهای پی‌گیر طراحان

پیشرفتهای بوجود آمده در تکنولوژی مواد، روشهای طراحی و آزمون‌های بعد از ساخت موجب گردیده که در کیفیت و کارائی ترمزهای هواپیماهای جت امروزی بطور چشمگیری بهبود حاصل شود و بدون اینکه فضای بیشتری را اشغال کند دارای اوزون کمتری نسبت به ترمزهای قدیمی باشد. بکارگیری مواد مرکب و فلزاتی که نسبت استحکام به وزن آنها بالاست و نیز استفاده از تحلیل‌های پیچیدة کامپیوتری از جمله عوامل کلیدی این پیشرفتها بحساب می‌آید. بهبود کیفی در کارائی ترمزها در آینده با استفاده از مواد پیشرفته عایق‌دار یا دافع گرما، سازه‌های کامپوزیتی، سیستم‌های کامل کنندة متناوب و سیستم کنترل گرمائی پیشرفته صورت خواهد گرفت.
سیستم‌های ترمز هواپیمای امروزی از انواع اولیه که در آن برای بحرکت آوردن هواپیما بر روی باند از چرخهای اتومبیل و برای کند کردن سرعت آن از پایه‌های کمک‌دار دم هواپیما استفاده می‌شد، بمراتب پیشی گرفته است. چرخها و ترمزهای جدید به هم وابسته‌اند و در ساخت آنها از روش‌های پیشرفتة مهندسی استفاده شده و نمونه‌های چندگانه‌‌ای از پیشرفت تکنولوژی مواد را به نمایش درآورده است.

اجزای اصلی بکار رفته در سیستم ترمز یک هواپیمای پیشرفتة امروزی بعنوان نمونه بقرار زیر است:

1-ترمزی که در آن سیستم هیدرولیکی با فشار زیاد استفاده شده، قطعات آن از مواد مرکب کربنی، تیتانیوم، فولاد با استحکام زیاد و آلومینیوم ساخته شده تا بتواند گرمای بسیار زیاد را جذب و سپس دفع کند.

2-استفاده از یک سیستم کنترل ترمز یکپارچه و کامپیوتری با بهره‌گیری از سنسورهای پیشرفته و تکنولوژی کنترل ارتباط سیستماتیک و عملکردهای خودآزما.

3- استفاده از چرخهائی که دارای شکل پیچیده‌ای بوده و از آلومینیوم با استحکام زیاد ساخته شده و دارای سپر حرارتی ایمنی بعد از خرابی باشد.

همچون سایر اجزای اصلی هواپیما، طراحی سیستم ترمز نیز با محدودیت‌ها و نیازهای ضد و نقیضی همراه است.
وزن کم، کارائی بالا، تعمیرات اندک، قابلیت اطمینان زیاد، دوام زیاد و هزینة کم ویژگیهایی است که سیستم ترمز باید تواماً بهمراه داشته باشد.
در ادامة این بحث بر طرحهای اصولی بکار رفته در ترمز هواپیمای امروزی مروری کوتاه نموده و بطور خلاصه به پیش‌بینی پیشرفتهای آینده نیز خواهیم پرداخت.
چرخ هواپیما و سیستم ترمز آن بصورت یکپارچه طراحی می‌شود، آنچنانکه منطبق با ویژگیهای یک هواپیمای مشخص و مورد نظر باشد. کارآئی چرخ و ترمز آن با استفاده از طراحی کامپیوتری، مدلسازی پیچیده و روش‌های شبیه‌سازی تحلیلی، در مرحله طراحی به حد مطلوب می‌رسد.
چرخ هواپیما از نوع دو تکه ساخته می‌شود تا سوار کردن «تایر» آسان باشد. و نیز دارای اندکی انحراف است تا فضای ترمز بیشتری را فراهم آورد. برای حفاظت چرخها در برابر گرمای حاصل از ترمز از پوشش‌های عایق استفاده می‌گردد. از طرف دیگر مکانیزمهای ایمنی از قبیل فیوزهای حرارتی و سوپاپهای اطمینان در آن بکار می‌رود.

سیستم ترمزها از دیسک ‌های ثابت و متحرک (چرخشی) چند لایه‌ای و اصطکاکی تشکیل یافته است . این دیسکهای اصطکاکی که قسمت اعظم گرما را بخود جذب می‌کند، بوسیله اجراء سازه‌ای چندی از قبیل پیستونهای عمل کنندة فشاری، پوستة تنظیم، قسمت انتقال گشتاور (که گشتاور را به ارابه فرود یا چرخ هواپیما منتقل می‌سازد) و یک صفحه ترمز ثابت (که بعنوان یک نگهدارندة سازه‌ای در جذب گرما عمل می‌کند) محصول گردیده است.
ترمز با فشار هیدرولیکی عمل می‌کند و انرژی جنبشی هواپیما را به گشتاور کندشونده‌ای بدل می‌سازد. سیستم کنترل ترمز ، خود سطوح فشار ترمز را تعدیل می‌کند تا کارآئی آنرا در متوقف ساختن هواپیما به حد دلخواه برساند. ضمناً یک سیستم «ضدسرخوردگی» در آن بکار رفته تا فاصله (یا زمان) متوقف ساختن هواپیما را به حداقل برساند، هدایت سمتی را برای آن تأمین نمایند و از ترکیدن لاستیک‌ها جلوگیری بعمل آورد.
علاوه بر آن یک مکانیزم ترمز خودکار که فرامین مربوط به علمکرد کار پیش ترمز و میزان کاهش سرعت را آماده می‌سازد، می‌تواند بخشی از سیستم کنترل ترمز هواپیما باشد. سنسورهای مربوط به سرعت چرخها، دستگاه پردازش علائم یا دستگاه مقایسه‌گر (کامپیوتری) و سوپاپهای تنظیم، جملگی از اجزای عمدة سیستم کنترل ترمز هواپیما بشمار می‌رود. تکامل چرخ هواپیما از انواع چرخهای پره‌دار اتومبیل آغاز شده، چرخهای ریخته‌گری آلومینیومی و منیزیمی را پشت سر گذاشته، و عموماً‌ از انواع چرخهای آلومینیومی دو تکه ساخته شده به روش آهنگری (فورج) استفاده می‌شود.
چشمگیرترین پیشرفت در طراحی چرخهای هواپیما، کاهش وزن و حجم و افزایش کارایی آن است.

!عمده‌ترین اهداف در طراحی چرخ‌های هواپیما بشرح زیر خلاصه می‌شود:

1-افزایش عمر چرخشی
یکی ازآزمایشهائی که برای ارزیابی کیفی چرخهای هواپیما انجام می‌شود، بررسی میزان عمر چرخشی آن می‌باشد.(این مقدار اکنون از 25000 مایل در مورد هواپیماهای حمل و نقل ارتشی مانند هواپیمای
C-17 تا 50000 مایل برای هواپیماهای جت مسافربری امروزی متغیر می‌باشد).

2-تداوم ایمنی بعد از خرابی
چرخهای هواپیماهای امروزی طوری طراحی شده تا در مقابل خرابی‌های حاصل از خستگی مقاومت داشته و عیوب مرگبار و انفجارآمیز را در پی نداشته باشد (که البته شامل طراحی چرخهائی می‌شود که بعد از بوجود آمدن حداکثر خرابی در آن، در لبة حمل چرخها یا در محل قرار گرفتن طوقة داخلی لاستیک در روی رینگ خللی وارد نگردد).

3-افزایش ایمنی در برابر پوسیدگی و فساد
با بکارگیری سیستمهای محافظت در برابر خوردگی و پائین آمدن میزان تنش در سطوح حساس چرخ و انجام عملیات تشخیص خوردگی و زنگ‌زدائی بطور مکرر، از میزان نقیصه‌هائی که در چرخ هواپیما بوجود می آید و منشاء آن خوردگی و زنگ‌زدگی می‌باشد کاسته و به حداقل رسانده می‌شود.

4-بکارگیری سیستمهای محافظ گرما
بهبود در تونائی‌های ترمز هواپیما بویژه ترمزهای کربنی، با افزایش گرماپذیری آن (در هنگام گرفتن ترمز) حاصل گردیده است. ایجاد حفاظت گرمائی در چرخ، ایجاد محدودیت در مسیر جریان حرارت، خنک کردن چرخ، نصب مهره‌های ذوب شونده برای خنک کردن محیط یاد شده لاستیک، از جمله ترفندهای کلیدی در طراحی چرخهای پیشرفتة امروزی است که برای جلوگیری از وقوع فاجعه در نظر گرفته شده است.
علاوه بر اهداف فوق، نوع لاستیک بکار رفته در چرخ نیز در طراحی آن مؤثر است. لاستیک‌های رادیال و شعاعی ممکن است «بار»ها را به شکل متفاوتی بر چرخ اعمال نماید. بنابراین هنگام طراحی، میزان این «بار» ها بخصوص اگر تعویض‌پذیری آن مد نظر باشد باید بوسیلة طراح مراعات شود.
با توجه به این واقعیت، طراحی چرخهایی که بتواند چنین توقعات مشکل و فزاینده‌ای را برآورده سازد و از طرفی در میزان وزن و حجم آن نیز افزایش چندانی حاصل نگردد، در واقع مقدار زیادی مدیون بکارگیری و توسعة روش‌های نوین و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری می‌باشد. تکنیکهای تحلیلی که در طراحی چرخها بخدمت گرفته می‌شود شامل تجزیه محدود سطوح تنش و مدل‌سازی حرارتی سیستمهای چرخ و ترمز می‌باشد.
با استفاده از روش کامپیوتری، چرخ هواپیما از موادی ساخته می‌شود که بتواند «بار»های وارد را تحمل کند، عمر آن زیاد و ویژگیهای حرارتی و وزن آن اندک باشد. با استفاده از این روش‌های کامپیوتری، طراحی، ساخت و ارزیابی مدل‌های جدید چرخ در زمان کوتاهی صورت می‌پذیرد.
خلاصه اینکه بکارگیری و توسعه روشهای مدل‌سازی کامپیوتری و تحلیلی درتعیین قسمتهای حساس و عیوب احتمالی و سطوح حرارتی چرخهای هواپیما، صنایع تولید کننده را قادر ساخته تاآنرا با حداقل وزن، عمر زیاد، نیاز تعمیراتی اندک و ایمنی بیشتر تولید نمایند. می‌توانیم انتظار داشته باشیم روند بهبود در کیفیت چرخها با تکامل مواد اصلی سازندة آن همچنان با تداوم همراه باشد.
یکی از عوامل عمده که در توسعه و ساخت چرخهای هواپیماهای فعلی و آتی نقش کلیدی دارد، توجه به مواد تشکیل دهندة سازة چرخ می‌باشد.

ویژگیهای عمدة مواد فوق بقرار زیر است:
-مقاومت در برابر خستگی و استحکام استاتیکی.
-مقاومت در برابر حرارت زیاد.
-مقاومت در برابر خوردگی.
-قیمت ارزان

گرچه سالهای بسیاری است که صنایع ازآلیاژهای آلومینیوم فورج شده «2014-T6» یا «T-61» بعنوان فلز استاندارد برای ساختن چرخها استفاده می‌کنند، لیکن همچنان به بررسیهای خود برای جایگزین نمودن مواد جدید ادامه می‌دهند تا در کیفیت چرخها بهبود بیشتری حاصل شود. با بکارگیری آلیاژهای آلومینیومی پیشرفته، معیارهای جدیدی از لحاظ استحکام و دوام بیشتر درمقابل حرارت زیاد، مقاومت در برابر خستگی و حرارت زیاد ومقاومت در برابر خوردگی و ترک‌خوردگی، بوجود در می‌آید.
انجام این بهینه‌سازی‌ها بطور چشمگیری کیفیت تعمیرپذیری و قابلیت اطمینان چرخها را افزایش خواهد داد. علاوه بر آن، چرخهای ساخته شده از الیاف کامپوزیتی و مواد مرکب از قبیل مواد مرکب کربنی یا گرافیتی و فایبرگلاس، سبکی وزن و میزان خرابی مجاز بیشتری را موجب می‌شود.
در شاخه ترمز چرخهای هواپیماهای امروزی بود که متخصصان تکنولوژی مواد به یکی از ضروری‌ترین تحقیقات مورد نیاز در رشتة خود پی بردند. ترمز، خود یک موتور گرمائی است که وظیفة آن جذب و مستهلک نمودن انرژی جنبشی است. چرخ هواپیما وسیله‌ای مطمئن برای حرکت هواپیما در روی زمین می‌باشد اما وسیله‌ای اضافی است که از بار مفید هواپیما در پرواز می‌کاهد، به همین دلیل است که از طراحان خواسته می‌شود تا آنجا که امکان دارد آنرا کوچک و سبک بسازند.
از روشهای تحلیلی و شبیه‌سازهای کامپیوتری برای ساخت چرخهای پردوام و سبک استفاده می‌شود. علاوه بر آن، تداوم این نوآوری‌ها در طراحی موجب شده در میزان تعمیرپذیری و کارآئی قسمتهای متحرک چرخها بهبود حاصل شود. با این همه، بیشترین پیشرفتها حول مسئله اصطکاک و مواد متشکله قطعات بوده است. این بهبودها نه تنها موجب افزایش حجم چرخها و ترمز نشده بلکه تونائی و کارآئی آنرا همگام با نیازهای فزاینده صنایع هوائی افزایش داده است.

بهبودهای عمده‌ای که در ساخت ترمز هواپیماهای امروزی حاصل شده بقرار زیر است:
عمر طولانی:
تعداد دفعات نشستن هواپیما بعد از هر مرحله تعمیر اساسی از 100 تا 300 بار فرود برای هواپیماهای نظامی و جتهای مسافربری اولیه به 900 تا 2000 بار فرود در هواپیماهای امروزی افزایش یافته است.

وزن سبک:بکارگیری مواد با استحکام زیاد و چگالی کم، موجب کاهش وزن ترمزها تا 50% در مقایسه با ترمزهای فولادی مشابه شده است.

_ایمنی و قابلیت اطمینان_:
روش‌های نوین آزمایشگاهی از قبیل شبیه‌سازی طیف‌های ترمز از مراحل فرود کامل هواپیما، بمقدار زیادی موجب ارتقاء کیفی در کارآئی و قابلیت اطمینان سیستمهای ترمز گردیده است. امروزه عواملی همچون شرایط گرمائی و دینامیکی، درخلال عمر کاری ترمز بطور روزمره مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
هر یک از برنامه‌های جدید ساخت و ارزشیابی کیفی آزمایشگاهی آن، نیاز به یک یا دو سال وقت دارد، حال آنکه برای ترمزهای نسل پیشین انجام آن فقط یک یا دو ماه طول می‌کشید. این بهبودها با بکارگیری تکنولوژی پیشرفته مواد صورت گرفته است.
محورهای پیچشی که از جنس تیتانیوم ریختگی و هم فشار می‌باشد نسبت به فولاد فورج شده سبک‌تر بوده و از نظر مسائل حرارتی بهتر می‌باشد. کیفیت خوب آلیاژ، موجب سبکی وزن قسمت پوستة پیستون یکپارچه یا مکانیزم تنظیم کننده یا طبق‌های (ترمز چرخ) تنظیم سرخود، از جمله تصمیمات طراحی است که کارائی ترمز را افزایش می‌دهد.
با این همه، مهمترین عامل در بهبود کیفی ترمز هواپیما، پیشرفت در زمینه مواد اصطکاکی بکار رفته در آن و اتلاف حرارتی ترمز می‌باشد. ترمز فولادی استاندارد که در آن صفحات اصطکاکی سرامیکی بکار رفته (این ماده اولین بار بعنوان سطوح اصطکاکی در دهه 1940 در ترمزها مورد استفاده قرار گرفته است.) موجب بهبود عمر سایشی و کارائی عمومی ترمزها شده است. اما توسعة بکارگیری مواد مرکب کربنی از چشمگیرترین پیشرفتها در تکنولوژی ساخت ترمز هواپیما از لحاظ حرارتی آن بحساب می‌آید.
مواد مرکب کربنی دارای ویژگیهای بی‌نظیری است که به طراح اجازه می‌دهد با استفاده ازآن، همة وظایف سطوح اصطکاکی دیسک ترمز و جذب کننده‌ها و وظیفة اعضای سازه‌ای آنرا در یک قطعه واحد متمرکز سازد.
وقتی دو قطعه از جنس مواد مرکب کربنی بر روی یکدیگر سایش داشته باشند می‌توانند نقش یک ماده پراصطکاک را ایفا نمایند. ذخیرة حرارتی مواد مرکب زیاد است، علاوه بر آن قابلیت هدایت گرمائی آن موجب انتشار سریع حرارت می‌شود.
مواد مرکب کربنی از استحکام زیادی برخوردارند و می‌توان از آن برای ساخت قطعات مقاوم در برابر «بار» زیاد استفاده نمود. این مواد دارای ویژگی خاصی هستند و آن اینکه استحکام آن‌ها بر اثر افزایش حرارت نقصان می‌باشد. این ویژگی وقتی با انبساط حرارتی اندک در هم می‌آمیزد خاصیت جذب حرارت آنرا بالا می‌برد بطوریکه تنها سازه‌های مجاور موجب محدودیت آن در این خصوص خواهد بود. برای اینکه ترمز بتواند در درجه حرارت بالاتر کارائی داشته باشد باید در واحد وزن سازة آن ازمواد بیشتری که واحد وزن سازة آن از مواد بشتری که در برابر حرارت مقاوم است استفاده نمائیم.
اصطلاح «مواد مرکب کربنی» برای انواع گسترده‌ای از مواد استفاده می‌شود؛ همانند لنت (ترمز) ساخته شده از سرمت (مخلوطی از فلز و سرامیک) و مواد آلی. ساخت لنت ترمز از مواد مرکب کربنی خود مستلزم دانش و علم کافی دراین خصوص است. اجزاء تشکیل دهنده مواد و روش‌های ساخت را می‌توان تغیر داد تا قطعاتی با کارائی متفاوت ساخته شود. در واقع طراحان نشان داده‌اند که قطعات ترمز از جنس مواد مرکب کربنی را می‌توانند چنان دستخوش تغییر نمایند که به کلیه اهداف مورد نظر خود در ساخت ترمز هواپیما دست یابند. استفاده از الیاف گوناگون روشهای متراکم‌سازی ، الیاف منقطع در دو یا سه اندازة مختلف، و روش قالب‌گیری پارچه‌ای تنها معدودی از بی‌شمار آمیزه‌هائی است که می‌توانند برای تولید دیسک ترمز کربنی مورد استفاده قرار دهند. اگر سائیدگی دیسک ترمز (از نوع کربنی) از اندازة مجاز خارج شود می‌توان آنرا برای استفادة مجدد نوسازی نمود.
ترمزهای کربنی برای اولین بار سال 1972 ، بعنوان یک وسیله استاندارد در هواپیمای F-15 مورد استفاده قرار گرفت و بسرعت بعنوان یکی از انواع اصلی ترمز بر روی دیگر هواپیماهای نظامی مورد استفاده قرار گرفت. اولین هواپیمای مسافربری که در آن از این نوع ترمز استفاده شده هواپیمای کنکورد بود ولی گرانی قیمت آن موجب گردید استفادة تجاری آن به کندی صورت پذیرد. امروزه در تمام برنامه‌های هواپیماهای نظامی و مسافربری استفاده از ترمزهای کربنی گنجانده شده است.

همچون سایر سیستمهای هواپیما، تکنولوژی سیستم ترمز آن نیز با نوآوری و پویائی همراه بوده و هدف آن بهبود در کارائی و قیمت تمام شده می‌باشد تلاشهای جاری در زمینه‌های گوناگون توسعه، ساخت و کاربرد آن بقرار زیر است:

-استفاده از مواد مرکب پیشرفته و مقاوم در برابر حرارت به منظور افزایش تراکم‌پذیری و عمر ترمز و ارتقاء مقاومت آن در برابر سایش (چنین بهبودهائی می‌تواند منتج به کاهش تعداد دیسک‌های اصطکاکی در یک ترمز گردد).

-استفاده از مواد مرکب قالب‌گیری شده و سازه‌های کامپوزیتی از نوع رشته پیچی در بسیاری از قطعات عمدة هواپیما از قبیل چرخها، پوسته‌های پیستون و قسمت انتقال گشتاور با هدف کاهش وزن و آسیب‌پذیری آن.

-بکارگیری سیستمهای هیدرولیکی با فشار زیاد و استفاده از روغن هیدرولیک مرغوبتر که موجب عملکرد بهتر ترمزها شده ، اشتعال‌پذیری و وزن آنرا کاهش می‌دهد.

-استفاده از سیستمهای جداگانه عمل کننده‌های الکترومکانیکی و الکتروهیدرواستاتیکی که با نیروی الکتریکی کنترل می‌گردد، کارائی ترمزها را بهبود بخشیده و موجب کاهش وزن سیستمهای ترمز هواپیما می‌گردد.

-بکارگیری روشهای پیشرفتة کنترل گرما، از قبیل سیستمهای خنک‌کننده فعال و غیرفعال.

-استفاده از تکنولوژی پیشرفتة کنترل ترمز از قبیل دستگاه‌های کنترل الکترونیکی چند منظوره و سیستم انتقال سیگنال از طریق سیم (کابل) نوری (سیستم‌های کنترل ارابة فرود یکپارچه برای هواپیماها در حال ساخت می‌باشد که در آن مکانیزم ترمز خودکار، عمل هدایت فرمان و مکانیزم ضدسرخوردن، تماماً در کنترل کنندة واحدی ادغام شده است.