Inżynieria lotnicza

Inżynier lotniczy

NASA , widziani tutaj podczas kontroli misji podczas Apollo 13 , pracowali nad zapewnieniem bezpieczeństwa operacji i astronautów na pokładzie
Okupacja
Nazwy	Inżynier lotniczy Inżynier
Rodzaj zawodu	Zawód
Sektory działalności	Aeronautyka , astronautyka , nauka
Opis
Kompetencje	Wiedza techniczna, umiejętności zarządzania (patrz także słowniczek inżynierii lotniczej )
Wymagane wykształcenie	Licencjat
Dziedziny zatrudnienia	Technologia , nauka , eksploracja kosmosu , wojsko

Inżynieria lotnicza jest podstawową dziedziną inżynierii zajmującą się rozwojem samolotów i statków kosmicznych . Ma dwie główne i nakładające się gałęzie: lotniczą i inżynierię astronautyczną . Inżynieria awioniki jest podobna, ale zajmuje się elektroniką inżynierii lotniczej.

Pierwotnym określeniem tej dziedziny było „inżynieria lotnicza”. Wraz z postępem technologii lotniczej, która obejmowała pojazdy operujące w przestrzeni kosmicznej , zaczęto używać szerszego terminu „ inżynieria lotnicza ”. Inżynieria lotnicza, zwłaszcza gałąź astronautyki, jest często potocznie nazywana „nauką o rakietach”.

Przegląd

Pojazdy latające są poddawane wymagającym warunkom, takim jak te spowodowane zmianami ciśnienia atmosferycznego i temperatury , z obciążeniami konstrukcyjnymi przykładanymi do elementów pojazdu. W związku z tym są to zwykle produkty różnych dyscyplin technologicznych i inżynieryjnych, w tym aerodynamiki , napędu powietrznego , awioniki , materiałoznawstwa , analizy strukturalnej i produkcji . Interakcja między tymi technologiami jest znana jako inżynieria lotnicza. Ze względu na złożoność i liczbę zaangażowanych dyscyplin inżynieria lotnicza jest prowadzona przez zespoły inżynierów, z których każdy ma swój własny wyspecjalizowany obszar wiedzy.

Historia

Zobacz też: Historia lotnictwa

Orville i Wilbur Wright latali samolotem Wright Flyer w 1903 roku w Kitty Hawk w Północnej Karolinie.

Początki inżynierii lotniczej sięgają pionierów lotnictwa od końca XIX do początku XX wieku, chociaż prace Sir George'a Cayleya sięgają ostatniej dekady XVIII do połowy XIX wieku. Jedna z najważniejszych osób w historii aeronautyki i pionier inżynierii lotniczej, Cayley jest uznawany za pierwszą osobę, która oddzieliła siły nośne i siły oporu , które wpływają na każdy pojazd latający w atmosferze.

Wczesna wiedza z zakresu inżynierii lotniczej była w dużej mierze empiryczna, a niektóre koncepcje i umiejętności zostały zaimportowane z innych gałęzi inżynierii. Niektóre kluczowe elementy, takie jak dynamika płynów , zostały zrozumiane przez XVIII-wiecznych naukowców.

W grudniu 1903 roku bracia Wright wykonali pierwszy trwały, kontrolowany lot napędzanego, cięższego od powietrza samolotu, trwający 12 sekund. W latach 1910-tych nastąpił rozwój inżynierii lotniczej poprzez projektowanie samolotów wojskowych z I wojny światowej .

W okresie między I a II wojną światową dokonano wielkich postępów w tej dziedzinie, przyspieszonych przez pojawienie się głównego nurtu lotnictwa cywilnego. Godne uwagi samoloty z tej epoki to Curtiss JN 4 , Farman F.60 Goliath i Fokker Trimotor . Godne uwagi samoloty wojskowe z tego okresu to Mitsubishi A6M Zero , Supermarine Spitfire i Messerschmitt Bf 109 odpowiednio z Japonii, Wielkiej Brytanii i Niemiec. Znaczący postęp w inżynierii lotniczej nastąpił wraz z pierwszym działającym samolotem napędzanym silnikiem odrzutowym , Messerschmitt Me 262 , który wszedł do służby w 1944 roku pod koniec drugiej wojny światowej.

Pierwsza definicja inżynierii lotniczej pojawiła się w lutym 1958 roku, uznając atmosferę ziemską i przestrzeń kosmiczną za jedną dziedzinę, obejmując w ten sposób zarówno samoloty ( aero ), jak i statki kosmiczne ( space ) pod nowo ukutym terminem aerospace .

W odpowiedzi na wystrzelenie przez ZSRR pierwszego satelity, Sputnika , w kosmos 4 października 1957 r., amerykańscy inżynierowie lotniczy wystrzelili pierwszego amerykańskiego satelitę 31 stycznia 1958 r. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej została założona w 1958 r. jako odpowiedź na zimno Wojna. W 1969 roku Apollo 11 , pierwsza załogowa misja kosmiczna na Księżyc. Zobaczył trzech astronautów wchodzących na orbitę wokół Księżyca, z dwoma, Neilem Armstrongiem i Buzzem Aldrinem , odwiedzającymi powierzchnię Księżyca. Trzeci astronauta, Michael Collins , pozostał na orbicie, aby spotkać się z Armstrongiem i Aldrinem po ich wizycie.

AF/A-18F Super Hornet w locie, 2008

Ważna innowacja nastąpiła 30 stycznia 1970 r., kiedy Boeing 747 wykonał swój pierwszy komercyjny lot z Nowego Jorku do Londynu. Ten samolot przeszedł do historii i stał się znany jako „Jumbo Jet” lub „Wieloryb” ze względu na zdolność do przewożenia do 480 pasażerów.

Kolejny znaczący postęp w inżynierii lotniczej nastąpił w 1976 roku wraz z opracowaniem pierwszego naddźwiękowego samolotu pasażerskiego, Concorde . Opracowanie tego samolotu zostało uzgodnione przez Francuzów i Brytyjczyków 29 listopada 1962 roku.

21 grudnia 1988 roku samolot transportowy Antonow An-225 Mrija rozpoczął swój pierwszy lot. Posiada rekordy najcięższego samolotu na świecie, najcięższego ładunku przewożonego drogą powietrzną i najdłuższego ładunku przewożonego drogą powietrzną, a także ma największą rozpiętość skrzydeł ze wszystkich samolotów w służbie operacyjnej.

25 października 2007 Airbus A380 odbył swój dziewiczy lot komercyjny z Singapuru do Sydney w Australii. Ten samolot był pierwszym samolotem pasażerskim, który przewyższył Boeinga 747 pod względem liczby pasażerów, z maksymalną liczbą 853 pasażerów. Chociaż rozwój tego samolotu rozpoczął się w 1988 roku jako konkurent dla 747, A380 odbył swój pierwszy lot testowy w kwietniu 2005 roku.

Elementy

Wernher von Braun z silnikami F-1 pierwszego stopnia Saturna V w US Space and Rocket Center

Sojuz TMA-14M zaprojektowany do opadania na spadochronie

Silnik myśliwca w trakcie testów. Tunel za silnikiem umożliwia odprowadzanie hałasu i spalin.

Zobacz też: Lista tematów inżynierii lotniczej

Niektóre elementy inżynierii lotniczej to:

• Przekrój radarowy - badanie sygnatury pojazdu widocznej dla teledetekcji przez radar .
• Mechanika płynów - badanie przepływu płynów wokół obiektów. W szczególności aerodynamika dotycząca przepływu powietrza nad ciałami, takimi jak skrzydła lub przez obiekty, takie jak tunele aerodynamiczne (patrz także winda i aeronautyka ).
• Astrodynamika - badanie mechaniki orbitalnej , w tym przewidywanie elementów orbitalnych na podstawie kilku wybranych zmiennych. Podczas gdy niewiele szkół w Stanach Zjednoczonych uczy tego na poziomie licencjackim, kilka ma programy dla absolwentów obejmujące ten temat (zwykle we współpracy z wydziałem fizyki wspomnianej uczelni lub uniwersytetu).
• Statyka i dynamika (mechanika inżynierska) – nauka o ruchu, siłach, momentach w układach mechanicznych.
• Matematyka – w szczególności rachunek różniczkowy , równania różniczkowe i algebra liniowa .
• Elektrotechnika - nauka o elektronice w inżynierii.
• Napęd – energia potrzebna do poruszania się pojazdu w powietrzu (lub w przestrzeni kosmicznej) jest dostarczana przez silniki spalinowe , silniki odrzutowe i maszyny wirnikowe lub rakiety (zob. także śmigło i napęd statku kosmicznego ). Nowszym dodatkiem do tego modułu jest napęd elektryczny i napęd jonowy .
• Inżynieria sterowania – nauka o matematycznym modelowaniu dynamicznego zachowania się systemów i projektowaniu ich, zwykle z wykorzystaniem sygnałów sprzężenia zwrotnego, tak aby ich dynamiczne zachowanie było pożądane (stabilne, bez dużych odchyleń, z minimalnym błędem) . Dotyczy to dynamicznego zachowania samolotów, statków kosmicznych, układów napędowych i podsystemów istniejących w pojazdach kosmicznych.
• Konstrukcje statku powietrznego – projektowanie fizycznej konfiguracji statku powietrznego w celu wytrzymania sił napotykanych podczas lotu. Inżynieria lotnicza ma na celu utrzymanie lekkości i niskich kosztów konstrukcji przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej.
• Inżynieria materiałowa - związana z konstrukcjami, inżynieria lotnicza bada również materiały, z których mają być zbudowane konstrukcje lotnicze. Wynajdywane są nowe materiały o bardzo specyficznych właściwościach lub modyfikuje się istniejące, aby poprawić ich właściwości użytkowe.
• Mechanika brył - Ściśle związana z materiałoznawstwem jest mechanika brył, która zajmuje się analizą naprężeń i odkształceń elementów pojazdu. Obecnie istnieje kilka programów elementów skończonych, takich jak MSC Patran/Nastran, które pomagają inżynierom w procesie analitycznym.
• Aeroelastyczność – interakcja sił aerodynamicznych i elastyczności konstrukcyjnej, potencjalnie powodująca trzepotanie , rozbieżność itp.
• Awionika – projektowanie i programowanie systemów komputerowych na pokładzie samolotu lub statku kosmicznego oraz symulacja systemów.
• Oprogramowanie – specyfikacja, projektowanie, opracowywanie, testowanie i wdrażanie oprogramowania komputerowego do zastosowań lotniczych, w tym oprogramowania do lotów , oprogramowania do kontroli naziemnej , oprogramowania do testowania i oceny itp.
• Ryzyko i niezawodność – nauka o technikach oceny ryzyka i niezawodności oraz matematyce stosowanej w metodach ilościowych.
• Kontrola hałasu – nauka o mechanice przenoszenia dźwięku.
• Aeroakustyka - badanie generowania hałasu poprzez turbulentny ruch płynu lub siły aerodynamiczne oddziałujące z powierzchniami.
• Testy w locie - projektowanie i wykonywanie programów testów w locie w celu zebrania i przeanalizowania danych dotyczących osiągów i właściwości pilotażowych w celu ustalenia, czy statek powietrzny spełnia swoje cele projektowe i osiągi oraz wymagania certyfikacyjne.

Podstawą większości tych elementów jest fizyka teoretyczna , taka jak dynamika płynów dla aerodynamiki lub równania ruchu dla dynamiki lotu . Istnieje również duży empiryczny . Historycznie rzecz biorąc, ten komponent empiryczny pochodził z testowania modeli i prototypów w zmniejszonej skali, zarówno w tunelach aerodynamicznych , jak iw swobodnej atmosferze. Niedawno postęp w informatyce umożliwił wykorzystanie obliczeniowej dynamiki płynów do symulacji zachowania płynu, skracając czas i zmniejszając wydatki na testy w tunelu aerodynamicznym. Osoby studiujące hydrodynamikę lub hydroakustykę często uzyskują stopnie naukowe z inżynierii lotniczej.

Ponadto inżynieria lotnicza zajmuje się integracją wszystkich komponentów składających się na pojazd lotniczy (podsystemy, w tym zasilanie, łożyska lotnicze , komunikacja, kontrola termiczna , podtrzymywanie życia itp.) oraz jego cyklem życia (konstrukcja, temperatura, ciśnienie, promieniowanie , prędkość , żywotność ).

Studia

Główny artykuł: Lista szkół inżynierii lotniczej

Inżynieria lotnicza może być studiowana na poziomie zaawansowanym , licencjackim , magisterskim i doktoranckim. na wydziałach inżynierii lotniczej na wielu uniwersytetach oraz na wydziałach inżynierii mechanicznej na innych. Kilka wydziałów oferuje stopnie naukowe z inżynierii kosmicznej skoncentrowanej na kosmosie. Niektóre instytucje rozróżniają inżynierię lotniczą i astronautyczną. Stopnie naukowe oferowane są w zaawansowanych lub specjalistycznych obszarach dla przemysłu lotniczego.

Wykształcenie w dziedzinie chemii, fizyki, informatyki i matematyki jest ważne dla studentów realizujących studia inżynierskie w dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki.

W kulturze popularnej

Termin „ naukowiec od rakiet ” jest czasami używany do opisania osoby o wielkiej inteligencji , ponieważ nauka o rakietach jest postrzegana jako praktyka wymagająca wielkich zdolności umysłowych, zwłaszcza technicznych i matematycznych. Termin ten jest ironicznie używany w wyrażeniu „To nie jest fizyka jądrowa”, aby wskazać, że zadanie jest proste. Ściśle mówiąc, użycie „nauki” w „nauce rakietowej” jest mylące, ponieważ nauka polega na zrozumieniu pochodzenia, natury i zachowania wszechświata; inżynieria polega na wykorzystywaniu zasad naukowych i inżynierskich do rozwiązywania problemów i opracowywania nowych technologii. Bardziej etymologicznie wersją tego wyrażenia byłoby „inżynier rakietowy”. Jednak „nauka” i „inżynieria” są często nadużywane jako synonimy.

Zobacz też

• Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki
• Międzynarodowe Towarzystwo Amerykańskich Śmigłowców
• Próba w locie
• Słowniczek inżynierii lotniczej
• Indeks artykułów inżynierii lotniczej
• Lista szkół inżynierii lotniczej
• Lista inżynierów lotniczych
• Lista rosyjskich inżynierów lotniczych
• Sigma Gamma Tau - honorowe stowarzyszenie inżynierii lotniczej
• Kosmiczna elektrownia

Dalsza lektura

•   Dharmahinder Singh Chand. Termodynamika inżynierii lotniczej . Krzywa wiedzy, 2017. ISBN 978-93-84389-16-1 .

Linki zewnętrzne

• NDTAeroTech.com, internetowa społeczność profesjonalistów zajmujących się badaniami NDT w lotnictwie
• Kroo, Ilan. „Projekt samolotu: synteza i analiza” . Uniwersytet Stanford. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 23 lutego 2001 r . . Źródło 17 stycznia 2015 r .
• Air Service Training Aviation Maintenance UK
• Pytanie i odpowiedź