Lotnictwo

Widok atmosfery ziemskiej z widocznym za nią Księżycem

Aerospace to termin używany do zbiorczego odniesienia do atmosfery i przestrzeni kosmicznej . Działalność lotnicza jest bardzo zróżnicowana i obejmuje wiele zastosowań komercyjnych, przemysłowych i wojskowych. Inżynieria kosmiczna składa się z aeronautyki i astronautyki . Organizacje lotnicze badają, projektują, produkują, obsługują lub konserwują zarówno samoloty , jak i statki kosmiczne .

Początek przestrzeni i koniec powietrza jest uważany za 100 km (62 mil) nad ziemią, zgodnie z fizycznym wyjaśnieniem, że ciśnienie powietrza jest zbyt niskie, aby ciało podnoszące mogło wygenerować znaczącą siłę nośną bez przekraczania prędkości orbitalnej.

Przegląd

W większości krajów uprzemysłowionych przemysł lotniczy jest wynikiem współpracy sektora publicznego i prywatnego. Na przykład kilka stanów ma cywilny program kosmiczny finansowany przez rząd , na przykład National Aeronautics and Space Administration w Stanach Zjednoczonych, Europejska Agencja Kosmiczna w Europie, Kanadyjska Agencja Kosmiczna w Kanadzie, Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych w Indiach, Japan Aerospace Exploration Agencja w Japonii, Roscosmos State Corporation for Space Activities w Rosji, China National Space Administration w Chinach, SUPARCO w Pakistanie, Iranian Space Agency w Iranie oraz Korea Aerospace Research Institute w Korei Południowej.

Wraz z tymi publicznymi programami kosmicznymi wiele firm produkuje narzędzia techniczne i komponenty, takie jak statki kosmiczne i satelity . Niektóre znane firmy zaangażowane w programy kosmiczne to Boeing , Cobham , Airbus , SpaceX , Lockheed Martin , United Technologies , MDA i Northrop Grumman . Firmy te są również zaangażowane w inne obszary przemysłu lotniczego, takie jak budowa samolotów.

Historia

Szybowiec zaproponowany przez Cayleya w czasopiśmie z 1852 roku.

Nowoczesne lotnictwo zaczęło się od inżyniera George'a Cayleya w 1799 roku. Cayley zaproponował samolot ze „stałym skrzydłem oraz poziomym i pionowym ogonem”, określający cechy współczesnego samolotu.

W XIX wieku powstało Aeronautical Society of Great Britain (1866), American Rocketry Society i Institute of Aeronautical Sciences , dzięki którym aeronautyka stała się poważniejszą dyscypliną naukową. Lotnicy tacy jak Otto Lilienthal , który w 1891 roku wprowadził wypukłe płaty , używali szybowców do analizy sił aerodynamicznych . Bracia Wright byli zainteresowani twórczością Lilienthala i przeczytali kilka jego publikacji. Inspirację znaleźli także w Octave Chanute , lotniku i autorze Progress in Flying Machines (1894). To wstępna praca Cayleya, Lilienthala, Chanute i innych wczesnych inżynierów lotniczych doprowadziła do pierwszego ciągłego lotu z napędem w Kitty Hawk w Północnej Karolinie 17 grudnia 1903 roku przez braci Wright.

Wojna i fantastyka naukowa zainspirowały naukowców i inżynierów, takich jak Konstantin Ciołkowski i Wernher von Braun, do osiągnięcia lotu poza atmosferę. II wojna światowa zainspirowała Wernhera von Brauna do stworzenia rakiet V1 i V2.

Wystrzelenie Sputnika 1 w październiku 1957 roku zapoczątkowało erę kosmiczną , a 20 lipca 1969 roku Apollo 11 dokonał pierwszego załogowego lądowania na Księżycu. W kwietniu 1981 r. prom kosmiczny Columbia , co zapoczątkowało regularny załogowy dostęp do przestrzeni orbitalnej. Trwała obecność człowieka na orbicie rozpoczęła się w 1986 roku od „ Miru ” i jest kontynuowana przez „ Międzynarodową Stację Kosmiczną ”. Komercjalizacja przestrzeni kosmicznej i turystyka kosmiczna to nowsze cechy przemysłu lotniczego.

Produkcja

Rdzenie rakiet w budowie w obiekcie SpaceX.

Produkcja lotnicza to branża zaawansowanych technologii, która produkuje „samoloty, pociski kierowane, pojazdy kosmiczne, silniki lotnicze, jednostki napędowe i powiązane części”. Większość przemysłu jest nastawiona na pracę rządową. Każdemu producentowi oryginalnego sprzętu (OEM) rząd USA przypisał kod podmiotu komercyjnego i rządowego (CAGE) . Kody te pomagają zidentyfikować każdego producenta, zakłady naprawcze i innych kluczowych dostawców części zamiennych w branży lotniczej.

W Stanach Zjednoczonych Departament Obrony oraz Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) to dwaj najwięksi konsumenci technologii i produktów lotniczych. Inne obejmują bardzo duży przemysł lotniczy. Przemysł lotniczy zatrudniał w 2006 r. 472 000 pracowników najemnych. Większość z tych miejsc pracy znajdowała się w stanie Waszyngton i Kalifornii, przy czym ważne były również stany Missouri , Nowy Jork i Teksas . Wiodącymi producentami lotniczymi w USA są Boeing , United Technologies Corporation , SpaceX , Northrop Grumman i Lockheed Martin . Ponieważ utalentowani amerykańscy pracownicy starzeją się i przechodzą na emeryturę, producenci ci stają w obliczu rosnącego niedoboru siły roboczej. Aby zapewnić sektorowi przemysłowemu nowych pracowników, programy praktyk zawodowych, takie jak Aerospace Joint Apprenticeship Council (AJAC), współpracują z lokalnymi uczelniami i firmami lotniczymi w stanie Waszyngton.

Do ważnych lokalizacji cywilnego przemysłu lotniczego na całym świecie należą stan Waszyngton ( Boeing ), Kalifornia ( Boeing , Lockheed Martin itp.); Montreal, Quebec , Kanada ( Bombardier , Pratt & Whitney Kanada ); Tuluza , Francja ( Airbus / EADS ); Hamburg , Niemcy ( Airbus / EADS ); oraz São José dos Campos w Brazylii ( Embraer ), Querétaro w Meksyku (Bombardier Aerospace, General Electric Aviation) i Mexicali w Meksyku (United Technologies Corporation, Gulfstream Aerospace ).

W Unii Europejskiej firmy lotnicze, takie jak EADS , BAE Systems , Thales , Dassault , Saab AB i Leonardo SpA (dawniej Finmeccnica), mają duży udział w światowym przemyśle lotniczym i wysiłkach badawczych, a Europejska Agencja Kosmiczna jest jednym z największych konsumentów technologii i produktów lotniczych.

W Indiach Bangalore jest głównym ośrodkiem przemysłu lotniczego, gdzie swoje siedziby mają Hindustan Aeronautics Limited , National Aerospace Laboratories i Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych . Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) wystrzeliła pierwszy indyjski orbiter Księżyca, Chandrayaan-1 , w październiku 2008 roku.

W Rosji duże firmy lotnicze, takie jak Oboronprom i United Aircraft Building Corporation (obejmujące Mikojan , Suchoj , Iljuszyn , Tupolew , Jakowlew i Irkut , w skład którego wchodzi Beriew ) należą do głównych światowych graczy w tej branży. Historyczny Związek Radziecki był także kolebką dużego przemysłu lotniczego.

Wielka Brytania próbowała wcześniej utrzymać swój własny duży przemysł lotniczy, produkując własne samoloty pasażerskie i bojowe, ale w dużej mierze skierowała swój los na współpracę z firmami kontynentalnymi i stała się również dużym klientem importowym z krajów takich jak jako Stany Zjednoczone. Jednak Wielka Brytania ma bardzo aktywny sektor lotniczy i kosmiczny, w tym drugiego co do wielkości wykonawcę sektora obronnego na świecie, firmę BAE Systems , dostarczającą w pełni zmontowane samoloty, komponenty, podzespoły i podsystemy samolotów innym producentom, zarówno w Europie, jak i na całym świecie. świat.

Kanada wcześniej produkowała niektóre własne projekty odrzutowych samolotów bojowych itp. (np. myśliwiec CF-100 ), ale przez kilka dziesięcioleci polegała na imporcie ze Stanów Zjednoczonych i Europy, aby zaspokoić te potrzeby. Jednak Kanada nadal produkuje niektóre samoloty wojskowe, chociaż generalnie nie są one zdolne do walki. Innym godnym uwagi przykładem był rozwój Avro Canada CF-105 Arrow pod koniec lat pięćdziesiątych , naddźwiękowego myśliwca przechwytującego, którego anulowanie w 1959 roku uznano za wysoce kontrowersyjne.

Francja nadal produkuje własne samoloty bojowe dla swoich sił powietrznych i marynarki wojennej, a Szwecja nadal produkuje własne samoloty bojowe dla szwedzkich sił powietrznych - zwłaszcza w celu wsparcia swojej pozycji kraju neutralnego . (Patrz Saab AB ). Inne kraje europejskie albo łączą siły w tworzeniu myśliwców (takich jak Panavia Tornado i Eurofighter Typhoon ), albo importują je ze Stanów Zjednoczonych.

Pakistan ma rozwijający się przemysł inżynierii lotniczej. Narodowa Komisja Inżynierii i Nauki , Khan Research Laboratories i Pakistan Aeronautical Complex należą do najważniejszych organizacji zaangażowanych w badania i rozwój w tym sektorze. Pakistan ma możliwości projektowania i produkcji rakiet kierowanych, pocisków rakietowych i pojazdów kosmicznych. W mieście Kamra znajduje się pakistański kompleks lotniczy , który obejmuje kilka fabryk. Zakład ten jest odpowiedzialny za produkcję MFI-17 , MFI-395 , K-8 i JF-17 Thunder . Pakistan ma również możliwość projektowania i produkcji zarówno uzbrojonych, jak i nieuzbrojonych bezzałogowych statków powietrznych .

W Chińskiej Republice Ludowej Pekin , Xi'an , Chengdu , Szanghaj , Shenyang i Nanchang są głównymi ośrodkami badawczymi i produkcyjnymi przemysłu lotniczego. Chiny rozwinęły szerokie możliwości projektowania, testowania i produkcji samolotów wojskowych, rakiet i pojazdów kosmicznych. Pomimo anulowania w 1983 roku eksperymentalnego Shanghai Y-10 , Chiny nadal rozwijają cywilny przemysł lotniczy.

Branża części lotniczych narodziła się ze sprzedaży używanych lub używanych części lotniczych z sektora produkcji lotniczej. W Stanach Zjednoczonych istnieje określony proces, którego muszą przestrzegać pośrednicy lub sprzedawcy części. Obejmuje to wykorzystanie certyfikowanej stacji naprawczej do przeglądu i „oznaczenia” części. Ten certyfikat gwarantuje, że część została naprawiona lub wyremontowana w celu spełnienia specyfikacji OEM. Po remoncie części jej wartość jest określana na podstawie podaży i popytu na rynku lotniczym. Kiedy linia lotnicza ma samolot na ziemi , część, której linia lotnicza potrzebuje, aby przywrócić samolot do użytku, staje się nieoceniona. Może to napędzać rynek określonych części. Istnieje kilka rynków internetowych, które pomagają w sprzedaży towarów części samolotów.

W przemyśle lotniczym i obronnym nastąpiła znaczna konsolidacja pod koniec XX wieku, przechodząc w XXI wiek. W latach 1988-2011 na całym świecie ogłoszono ponad 6068 fuzji i przejęć o łącznej znanej wartości 678 miliardów USD. Największe transakcje to:

Przejęcie Rockwell Collins przez United Technologies Corporation za 30,0 mld. USD w 2018 r
Przejęcie Goodrich Corporation przez United Technologies Corporation za 16,2 mld. USD w 2011 r
Fuzja Allied Signal z Honeywell w ramach wymiany akcji o wartości 15,6 mld. USD w 1999 r
Fuzja Boeinga z McDonnell wyceniona na 13,4 mld. USD w 1996 r
Przejęcie Marconi Electronic Systems , spółki zależnej GEC, przez British Aerospace za 12,9 mld. USD w 1999 r. (obecnie pod nazwą: BAE Systems )
Przejęcie Hughes Aircraft przez Raytheon za 9,5 mld. USD w 1997 r

Technologia

W lotnictwie stosuje się wiele technologii i innowacji , wiele z nich było pionierami w okresie II wojny światowej :

Opatentowane przez Short Brothers , składane skrzydła optymalizują przechowywanie lotniskowca od prostego złożenia do całego obrotowego skrzydła V-22 i 12-stopowej (3,7 m) końcówki skrzydła Boeinga 777X w celu zapewnienia kompatybilności z lotniskiem.
Aby poprawić osiągi przy niskich prędkościach, Handley Page zmodyfikował de Havilland DH4 w jednopłatowiec z urządzeniami do podnoszenia : pełnej rozpiętości listew krawędzi natarcia i klap na krawędzi spływu ; w 1924 r. w Stanach Zjednoczonych wynaleziono klapy Fowlera , które rozciągają się do tyłu i w dół, i były używane w Lockheed Model 10 Electra , podczas gdy w 1943 r . w Niemczech wynaleziono klapy Krueger z zawiasami do przodu, a później zastosowano je w Boeingu 707 .
Duży tunel badawczy śmigieł z 1927 r. W NACA Langley potwierdził, że podwozie było głównym źródłem oporu, w 1930 r. Boeing Monomail był wyposażony w chowane podwozie.
Nit spłukiwany wyparł nit wypukły w latach trzydziestych XX wieku, a pneumatyczne pistolety do nitowania działają w połączeniu z ciężkim prętem reakcyjnym ; nie w zależności od odkształcenia plastycznego, opracowano specjalistyczne nity w celu poprawy trwałości zmęczeniowej jako łączniki ścinane, takie jak Hi-Lok, gwintowane kołki dokręcane, aż kołnierz zerwie się z wystarczającym momentem obrotowym.
Po raz pierwszy oblatany w 1935 roku, Queen Bee był sterowanym radiowo dronem - celem wywodzącym się z Tiger Moth do szkolenia przeciwlotniczego ; Ryan Firebee był dronem docelowym z napędem odrzutowym, rozwiniętym w UAV zwiadu dalekiego zasięgu: Ryan Model 147 Fire Fly i Lightning Bug; izraelskie IAI Scout i Tadiran Mastiff wprowadziły na rynek linię bojowych UAV , w tym IAI Searcher ; opracowany na podstawie General Atomics Gnat o długiej żywotności dla CIA, MQ-1 Predator doprowadził do uzbrojonego MQ-9 Reaper .
Pod koniec I wojny światowej moc silnika tłokowego można było zwiększyć poprzez sprężanie powietrza dolotowego za pomocą sprężarki, kompensując również zmniejszającą się gęstość powietrza wraz z wysokością, ulepszoną za pomocą turbosprężarek z lat 30. XX wieku dla Boeinga B-17 i pierwszych samolotów ciśnieniowych.
Katastrofa Hindenburga z 1937 r. zakończyła erę sterowców pasażerskich , ale Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych używała sterowców do zwalczania okrętów podwodnych i wczesnego ostrzegania w powietrzu do lat 60. 10 lub Lockheed Martin LMH-1 są nadal rozwijane.
Ponieważ amerykańskie linie lotnicze były zainteresowane lataniem na dużych wysokościach w połowie lat trzydziestych XX wieku, Lockheed XC-35 z kabiną ciśnieniową został przetestowany w 1937 roku, a Boeing 307 Stratoliner był pierwszym samolotem ciśnieniowym, który wszedł do służby komercyjnej.
W 1933 roku w Niemczech wprowadzono pleksiglas, przezroczyste tworzywo akrylowe, a na krótko przed II wojną światową po raz pierwszy zastosowano je w przednich szybach samolotów, ponieważ jest lżejsze od szkła, a bąbelkowy baldachim poprawił widoczność pilotów myśliwców .
W styczniu 1930 roku pilot i inżynier Królewskich Sił Powietrznych Frank Whittle złożył patent na silnik lotniczy z turbiną gazową z wlotem, sprężarką, komorą spalania, turbiną i dyszą, podczas gdy niezależny turboodrzutowiec został opracowany przez badacza Hansa von Ohaina w Niemczech; oba silniki pracowały w ciągu kilku tygodni na początku 1937 r., a He 178 z napędem Heinkel HeS 3 wykonał swój pierwszy lot 27 sierpnia 1939 r., podczas gdy prototyp Gloster E.28/39 napędzany silnikiem Whittle W.1 odbył lot 15 maja 1941 r. .
W 1935 roku Wielka Brytania zademonstrowała detekcję radiową i pomiar odległości w samolotach , aw 1940 roku RAF wprowadziła pierwsze radary pokładowe VHF na pokładzie Bristol Blenheims , następnie radar o wyższej rozdzielczości mikrofalowej z magnetronem wnękowym na pokładzie Bristol Beaufighters w 1941 roku, a w 1959 roku radar naprowadzający Hughes AIM-4 Falcon stał się pierwszym amerykańskim pociskiem kierowanym na Convair F-106 .
We wczesnych latach czterdziestych brytyjscy piloci Hurricane i Spitfire nosili kombinezony G , aby zapobiec G-LOC z powodu gromadzenia się krwi w dolnej części ciała w sytuacjach wysokiego przeciążenia ; Naukowcy z Mayo Clinic opracowali wypełnione powietrzem pęcherze zastępujące wypełnione wodą pęcherze, aw 1943 roku armia amerykańska zaczęła używać kombinezonów ciśnieniowych firmy David Clark Company .
Nowoczesne siedzenie wyrzucane zostało opracowane podczas II wojny światowej, siedzenie na szynach wyrzucane przez rakiety przed wystrzeleniem spadochronu, które mogło zostać ulepszone przez USAF pod koniec lat 60. XX wieku jako wiatrakowiec automatyczny z napędem turboodrzutowym o zasięgu 50 nm, Kaman KSA -100 OSZCZĘDNOŚCI .
W 1942 roku mechanik John T. Parsons wymyślił obróbkę sterowaną numerycznie w celu wycinania złożonych konstrukcji z litych bloków stopu zamiast ich składania, poprawiając jakość, zmniejszając wagę oraz oszczędzając czas i koszty produkcji grodzi lub poszycia skrzydeł.
Podczas II wojny światowej niemiecki V-2 łączył żyroskopy , akcelerometr i prymitywny komputer do nawigacji bezwładnościowej w czasie rzeczywistym, umożliwiając dokładne obliczenia bez odniesienia do punktów orientacyjnych lub gwiazd przewodników, co doprowadziło do powstania zapakowanych IMU do statków kosmicznych i samolotów.
UK Miles M.52 miał mieć dopalacz , zwiększający ciąg turboodrzutowy poprzez spalanie dodatkowego paliwa w dyszy , ale został odwołany w 1946 roku.
W 1935 roku niemiecki aerodynamik Adolf Busemann zaproponował użycie skośnych skrzydeł w celu zmniejszenia oporu przy dużych prędkościach, a prototyp myśliwca Messerschmitt P.1101 był ukończony w 80% do końca II wojny światowej; późniejszy amerykański North American F-86 i Boeing B-47 latały w 1947 roku jako radziecki MiG-15 i brytyjski de Havilland Comet w 1949 roku.
W 1951 roku Avro Jetliner był wyposażony w system ochrony przed lodem firmy Goodyear poprzez rezystancje elektrotermiczne na przednich krawędziach skrzydeł i ogona; samoloty odrzutowe używają gorącego powietrza upustowego silnika , a lżejsze samoloty używają pneumatycznych butów do odladzania lub wylewają płyn przeciwoblodzeniowy na śmigła, krawędzie natarcia skrzydeł i ogona.
W 1954 roku Bell Labs opracował pierwszy tranzystorowy komputer cyfrowy Tradic dla amerykańskiego Boeinga B-52 , aw latach 60-tych Raytheon zbudował opracowany przez MIT Apollo Guidance Computer ; Cyfrowa magistrala awioniki MIL -STD-1553 została zdefiniowana w 1973 r., a następnie po raz pierwszy użyta w General Dynamics F-16 , podczas gdy cywilny ARINC 429 został po raz pierwszy użyty w Boeingach 757 / B767 i Airbus A310 na początku lat 80.
Po drugiej wojnie światowej pierwszy promotor energii fotowoltaicznej dla statków kosmicznych, Hans K. Ziegler , został sprowadzony do Stanów Zjednoczonych w ramach operacji Paperclip wraz z Wernherem von Braunem , a Vanguard 1 był jego pierwszym zastosowaniem w 1958 r., później ulepszonym w konstrukcjach do rozmieszczania w kosmosie, takich jak Panele słoneczne Międzynarodowej Stacji Kosmicznej o powierzchni 0,33 hektara (0,82 akra).
Aby wejść na pokład samolotu , mosty odrzutowe są bardziej dostępne, wygodne i wydajne niż wchodzenie po schodach.
W latach pięćdziesiątych XX wieku, aby poprawić ciąg i efektywność paliwową, przepływ powietrza w silniku odrzutowym podzielono na strumień rdzeniowy i strumień obejściowy o mniejszej prędkości w celu uzyskania lepszej wydajności napędowej: pierwszym był Rolls -Royce Conway z 0,3 BPR w Boeing 707 w 1960 r., a następnie Pratt & Whitney JT3D z 1,5 BPR i wywodzący się z J79 , General Electric CJ805 napędzał Convair 990 ze spalaniem paliwa rejsowego niższym o 28%; współczynnik obejścia poprawiony do 9,3 BPR Rolls-Royce Trent XWB , 10: 1 BPR GE9X i Pratt & Whitney GTF z rdzeniami o wysokim współczynniku ciśnienia.

Bezpieczeństwo funkcjonalne

Bezpieczeństwo funkcjonalne odnosi się do części ogólnego bezpieczeństwa systemu lub elementu wyposażenia. Oznacza to, że system lub sprzęt mogą być obsługiwane prawidłowo i bez powodowania jakiegokolwiek niebezpieczeństwa, ryzyka, uszkodzenia lub obrażeń.

Bezpieczeństwo funkcjonalne ma kluczowe znaczenie w przemyśle lotniczym, który nie dopuszcza żadnych kompromisów ani zaniedbań. W tym zakresie organy nadzorcze, takie jak Europejska Agencja Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA), regulują rynek lotniczy za pomocą surowych norm certyfikacyjnych. Ma to na celu osiągnięcie i zapewnienie jak najwyższego poziomu bezpieczeństwa. Normy AS 9100 w Ameryce, EN 9100 na rynku europejskim czy JISQ 9100 w Azji szczególnie odnoszą się do przemysłu lotniczego i kosmicznego. Są to normy dotyczące bezpieczeństwa funkcjonalnego pojazdów lotniczych. Dlatego niektóre firmy specjalizują się w certyfikacji, weryfikacji kontroli i testowaniu pojazdów i części zamiennych w celu zapewnienia i poświadczenia zgodności z odpowiednimi przepisami.

spin-offy

Spinoffy odnoszą się do dowolnej technologii, która jest bezpośrednim wynikiem kodowania lub produktów stworzonych przez NASA i przeprojektowanych do innego celu. Te postępy technologiczne są jednym z głównych rezultatów przemysłu lotniczego, z przychodami o wartości 5,2 miliarda dolarów generowanymi przez technologię spin-off, w tym komputery i urządzenia komórkowe. Te spin-offy mają zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, w tym w medycynie, transporcie, energetyce, dobrach konsumpcyjnych, bezpieczeństwie publicznym i innych. NASA publikuje coroczny raport zatytułowany „Spinoffs”, dotyczący wielu konkretnych produktów i korzyści dla wyżej wymienionych obszarów, aby podkreślić niektóre sposoby wykorzystania funduszy. Na przykład w najnowszym wydaniu tej publikacji, „Spinoffs 2015”, endoskopy są przedstawiane jako jedno z medycznych pochodnych osiągnięć przemysłu lotniczego. To urządzenie umożliwia bardziej precyzyjną, a następnie ekonomiczną neurochirurgię, zmniejszając powikłania dzięki minimalnie inwazyjnej procedurze, która skraca czas hospitalizacji. „Te NASA nie tylko dają firmom i przedsiębiorcom przewagę konkurencyjną w ich własnych branżach, ale także pomagają kształtować początkujące branże, takie jak komercyjne lądowniki księżycowe ” – powiedział Daniel Lockney.

Zobacz też

Linki zewnętrzne