الملف العام
التاريخ والاتجاهات المستقبلية
عندما قام ويلبر وأورفيل رايت بأول رحلة ناجحة لهما في عام 1903 ، كان تصنيع الطائرات عبارة عن حرفة تُمارس في المتاجر الصغيرة للمُجربين والمغامرين. ساعدت المساهمات الصغيرة ولكن الدراماتيكية التي قدمتها الطائرات العسكرية خلال الحرب العالمية الأولى على إخراج التصنيع من الورشة إلى الإنتاج الضخم. ساعدت طائرات الجيل الثاني مشغلي ما بعد الحرب على شق طريقهم في المجال التجاري ، لا سيما كناقلات البريد والبضائع السريعة. ومع ذلك ، ظلت الطائرات غير مضغوطة وسيئة التسخين وغير قادرة على الطيران فوق الطقس. على الرغم من هذه العوائق ، زاد سفر الركاب بنسبة 600٪ من عام 1936 إلى عام 1941 ، لكنه ظل يمثل رفاهية لم يشهدها سوى عدد قليل نسبيًا. عزز التقدم الهائل في تكنولوجيا الطيران والاستخدام المصاحب للقوة الجوية خلال الحرب العالمية الثانية النمو الهائل في قدرة تصنيع الطائرات التي نجت من الحرب في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة والاتحاد السوفيتي. منذ الحرب العالمية الثانية ، اكتسبت الصواريخ التكتيكية والاستراتيجية وأقمار الاستطلاع والملاحة والطائرات الموجهة أهمية عسكرية أكبر من أي وقت مضى. أصبحت تكنولوجيا الاتصالات الساتلية والمراقبة الجغرافية وتتبع الطقس ذات أهمية تجارية متزايدة. أدى إدخال الطائرات المدنية التي تعمل بالطاقة النفاثة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي إلى جعل السفر الجوي أسرع وأكثر راحة وبدأ نموًا هائلاً في السفر الجوي التجاري. بحلول عام 1950 ، تم نقل أكثر من 1993 تريليون ميل مسافر سنويًا في جميع أنحاء العالم. ومن المتوقع أن يتضاعف هذا الرقم ثلاث مرات تقريبًا بحلول عام 1.25.
أنماط التوظيف
العمالة في الصناعات الفضائية دورية للغاية. بلغت العمالة المباشرة في مجال الطيران في الاتحاد الأوروبي وأمريكا الشمالية واليابان ذروتها عند 1,770,000 في عام 1989 قبل أن تنخفض إلى 1,300,000 في عام 1995 ، مع حدوث الكثير من فقدان العمالة في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة. تعطلت صناعة الطيران الكبيرة في اتحاد الدول المستقلة بشكل كبير بعد تفكك الاتحاد السوفيتي. توجد قدرة تصنيع صغيرة ولكنها سريعة النمو في الهند والصين. اقتصر تصنيع الصواريخ العابرة للقارات والفضاء والقاذفات بعيدة المدى إلى حد كبير على الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي السابق ، حيث طورت فرنسا قدرات إطلاق فضائية تجارية. يتم تصنيع الصواريخ الاستراتيجية قصيرة المدى والصواريخ التكتيكية والقاذفات والصواريخ التجارية والطائرات المقاتلة على نطاق واسع. يتم تصنيع الطائرات التجارية الكبيرة (التي تتسع لـ 100 مقعد أو أكثر) من قبل الشركات المصنعة الموجودة في الولايات المتحدة وأوروبا أو بالتعاون معها. إن تصنيع الطائرات الإقليمية (أقل من 100 مقعد) وطائرات رجال الأعمال أكثر تشتتًا. انخفض تصنيع الطائرات للطيارين الخاصين ، المتمركزين بشكل أساسي في الولايات المتحدة ، من حوالي 18,000 طائرة في عام 1978 إلى أقل من 1,000 طائرة في عام 1992 قبل الارتداد.
يتم تقسيم العمالة إلى تدابير متساوية تقريبًا بين تصنيع الطائرات العسكرية والطائرات التجارية والصواريخ والمركبات الفضائية والمعدات ذات الصلة. داخل المؤسسات الفردية ، تمثل كل من المناصب الهندسية والتصنيعية والإدارية ما يقرب من ثلث السكان العاملين. يمثل الذكور حوالي 80٪ من القوى العاملة في مجال هندسة وإنتاج الطائرات ، والغالبية العظمى من الحرفيين والمهندسين ومديري الإنتاج ذوي المهارات العالية هم من الذكور.
اقسام الصناعة
عادة ما تؤدي الاحتياجات والممارسات المختلفة بشكل ملحوظ للعملاء الحكوميين والمدنيين إلى تقسيم الشركات المصنعة للفضاء إلى شركات دفاعية وتجارية ، أو أقسام شركات أكبر. يتم توفير هياكل الطائرات والمحركات (وتسمى أيضًا محطات توليد الطاقة) وإلكترونيات الطيران (معدات الملاحة الإلكترونية والاتصالات والتحكم في الطيران) من قبل جهات تصنيع منفصلة. قد يمثل كل من المحركات وإلكترونيات الطيران ربع التكلفة النهائية لطائرة. يتطلب تصنيع الفضاء تصميم وتصنيع وتجميع وفحص واختبار مجموعة واسعة من المكونات. شكل المصنعون صفائف مترابطة من المقاولين من الباطن والموردين الخارجيين والداخليين للمكونات لتلبية احتياجاتهم. أدت المطالب الاقتصادية والتكنولوجية والتسويقية والسياسية إلى زيادة عولمة تصنيع مكونات الطائرات والتجمعات الفرعية.
مواد التصنيع والمرافق والعمليات
المواد
صنعت هياكل الطائرات في الأصل من الخشب والنسيج ، ثم تطورت إلى مكونات هيكلية معدنية. تم استخدام سبائك الألومنيوم على نطاق واسع بسبب قوتها وخفة وزنها. كما تستخدم سبائك البريليوم والتيتانيوم والمغنيسيوم ، خاصة في الطائرات عالية الأداء. المواد المركبة المتقدمة (مصفوفات الألياف المدمجة في المصفوفات البلاستيكية) هي مجموعة من البدائل القوية والمتينة للمكونات المعدنية. توفر المواد المركبة قوة مساوية أو أكبر ووزنًا أقل ومقاومة أكبر للحرارة من المعادن المستخدمة حاليًا وتتمتع بميزة إضافية في الطائرات العسكرية تتمثل في تقليل المظهر الجانبي للرادار لهيكل الطائرة بشكل كبير. أنظمة راتنجات الايبوكسي هي المركبات الأكثر استخدامًا في الفضاء ، وتمثل حوالي 65٪ من المواد المستخدمة. يتم استخدام أنظمة راتينج بوليميد حيث تكون مقاومة درجات الحرارة العالية مطلوبة. وتشمل أنظمة الراتنج الأخرى المستخدمة الفينولات والبوليستر والسيليكون. غالبًا ما تستخدم الأمينات الأليفاتية كعوامل معالجة. تشمل الألياف الداعمة الجرافيت والكيفلار والألياف الزجاجية. تعمل المثبتات والمحفزات والمسرعات ومضادات الأكسدة والملدنات كملحقات لإنتاج القوام المطلوب. تشتمل أنظمة الراتينج الإضافية على بوليستر مشبع وغير مشبع ، بولي يوريثان وفينيل ، أكريليك ، يوريا وبوليمرات محتوية على الفلور.
تحمي الدهانات الأولية والورنيش والمينا الأسطح الضعيفة من درجات الحرارة الشديدة والظروف المسببة للتآكل. يتكون الطلاء التمهيدي الأكثر شيوعًا من الراتنجات الاصطناعية المصبوغة بكرومات الزنك والصبغة الممتدة. يجف بسرعة كبيرة ، ويحسن التصاق الطبقات العليا ويمنع تآكل الألمنيوم والفولاذ وسبائكهما. يتم تطبيق المينا والورنيش على الأسطح المطلية كطلاءات وتشطيبات واقية خارجية ولأغراض التلوين. مينا الطائرات مصنوعة من زيوت التجفيف والراتنجات الطبيعية والاصطناعية والأصباغ والمذيبات المناسبة. اعتمادًا على تطبيقها ، قد تحتوي الورنيش على راتنجات ومواد ملدنة وإسترات السليلوز وكرومات الزنك وأصباغ وممددة ومذيبات مناسبة. تستخدم الخلائط المطاطية بشكل شائع في الدهانات ومواد تبطين خلايا الوقود ومواد التشحيم والمواد الحافظة وحوامل المحرك والملابس الواقية والخراطيم والحشيات والأختام. تستخدم الزيوت الطبيعية والاصطناعية لتبريد وتزييت وتقليل الاحتكاك في المحركات والأنظمة الهيدروليكية وأدوات الآلات. يُشتق بنزين الطائرات ووقود الطائرات من الهيدروكربونات القائمة على البترول. للوقود السائل والصلب عالي الطاقة تطبيقات رحلات فضائية وتحتوي على مواد ذات خصائص فيزيائية وكيميائية خطرة بطبيعتها ؛ وتشمل هذه المواد الأكسجين السائل والهيدرازين والبيروكسيدات والفلور.
يتم استخدام العديد من المواد في عملية التصنيع والتي لا تصبح جزءًا من هيكل الطائرة النهائي. قد يكون لدى الشركات المصنعة عشرات الآلاف من المنتجات الفردية المعتمدة للاستخدام ، على الرغم من استخدام عدد أقل بكثير في أي وقت. يتم استخدام كمية كبيرة ومتنوعة من المذيبات ، مع استبدال المتغيرات الضارة بيئيًا مثل ميثيل إيثيل كيتون والفريون بمذيبات أكثر صداقة للبيئة. تُستخدم سبائك الصلب المحتوية على الكروم والنيكل في الأدوات ، وتستخدم القطع المعدنية الصلبة المحتوية على الكوبالت والتنغستن في أدوات القطع. نادرًا ما يتم استخدام الرصاص ، الذي كان يستخدم سابقًا في عمليات تشكيل المعادن ، حيث تم استبداله بالكيركسايت.
في المجموع ، تستخدم صناعة الطيران أكثر من 5,000 مادة كيميائية ومزيج من المركبات الكيميائية ، معظمها مع موردين متعددين ، ومع العديد من المركبات التي تحتوي على ما بين خمسة إلى عشرة مكونات. التركيب الدقيق لبعض المنتجات هو ملكية أو سر تجاري ، مما يزيد من تعقيد هذه المجموعة غير المتجانسة.
المرافق وعمليات التصنيع
يتم تصنيع هياكل الطائرات عادة في مصانع كبيرة ومتكاملة. غالبًا ما تحتوي المصانع الحديثة على أنظمة تهوية عادم كبيرة الحجم مع هواء مكياج يتم التحكم فيه. يمكن إضافة أنظمة العادم المحلية لوظائف محددة. يتم الآن إجراء الطحن الكيميائي وطلاء المكونات الكبيرة بشكل روتيني في صفوف أو أكشاك مغلقة وآلية تحتوي على بخار أو ضباب هارب. قد توفر مرافق التصنيع القديمة سيطرة أقل بكثير على المخاطر البيئية.
يقوم كادر كبير من المهندسين المدربين تدريباً عالياً بتطوير وصقل الخصائص الهيكلية للطائرة أو المركبة الفضائية. يميز المهندسون الإضافيون قوة ومتانة المواد المكونة ويطورون عمليات تصنيع فعالة. أخذت أجهزة الكمبيوتر على عاتقها الكثير من أعمال الحساب والصياغة التي كان يؤديها في السابق المهندسون والقائمون على الصياغة والفنيون. يمكن الآن استخدام أنظمة الكمبيوتر المتكاملة لتصميم الطائرات دون الاستعانة بالرسومات الورقية أو النماذج الهيكلية.
يبدأ التصنيع بالتصنيع: صنع الأجزاء من مواد المخزون. يشمل التصنيع صنع الأدوات والرقص ، وتشغيل الصفائح المعدنية ، والتشغيل الآلي ، وأنشطة العمل والدعم بالبلاستيك والمركبات. الأدوات مبنية كقوالب وأسطح عمل لبناء الأجزاء المعدنية أو المركبة عليها. دليل الرقص ، والحفر والتجميع. تتكون الأقسام الفرعية لجسم الطائرة وألواح الأبواب وجلود الجناح والذيل (الأسطح الخارجية) عادةً من صفائح الألمنيوم التي يتم تشكيلها بدقة وتقطيعها ومعالجتها كيميائيًا. غالبًا ما يتم التحكم في عمليات الماكينة بواسطة الكمبيوتر. طواحين ضخمة مثبتة على سكة حديدية من مطروقات الألمنيوم المفردة. يتم قطع وتشكيل الأجزاء الصغيرة بدقة على المطاحن والمخارط والمطاحن. يتم تشكيل مجاري الهواء من الصفائح المعدنية أو المواد المركبة. تتكون المكونات الداخلية ، بما في ذلك الأرضيات ، عادةً من مركبات أو شرائح من طبقات خارجية رقيقة ولكن صلبة فوق داخل قرص العسل. توضع المواد المركبة (توضع في طبقات متداخلة مرتبة وشكلية بعناية) باليد أو بالآلة ثم يتم معالجتها في فرن أو الأوتوكلاف.
يبدأ التجميع بتراكم الأجزاء المكونة في تجميعات فرعية. تشمل التجميعات الفرعية الرئيسية الأجنحة والمثبتات وأقسام جسم الطائرة ومعدات الهبوط والأبواب والمكونات الداخلية. تعتبر عملية تجميع الأجنحة مكثفة بشكل خاص ، وتتطلب عددًا كبيرًا من الثقوب ليتم حفرها بدقة وتثبيتها في القشرة ، والتي يتم من خلالها دفع المسامير لاحقًا. يتم تنظيف الجناح النهائي وإغلاقه من الداخل لضمان حجرة وقود مانعة للتسرب. يتم التجميع النهائي في قاعات تجميع ضخمة ، بعضها من بين أكبر مباني التصنيع في العالم. يتكون خط التجميع من عدة مواضع متتالية حيث يبقى هيكل الطائرة لعدة أيام إلى أكثر من أسبوع بينما يتم تنفيذ وظائف محددة مسبقًا. تتم العديد من عمليات التجميع في وقت واحد في كل موضع ، مما يخلق إمكانية التعرض المتقاطع للمواد الكيميائية. يتم نقل الأجزاء والتجمعات الفرعية على الدمى والناقلات المصممة خصيصًا والرافعة العلوية إلى الموضع المناسب. يتم تحريك هيكل الطائرة بين المواضع بواسطة رافعة علوية حتى يتم تثبيت معدات الهبوط والأنف. يتم إجراء الحركات اللاحقة عن طريق القطر.
أثناء التجميع النهائي ، يتم تثبيت أقسام جسم الطائرة معًا حول هيكل داعم. يتم تثبيت عوارض أرضية وأوتار وتغطية الداخل بمركب مانع للتآكل. يتم ربط الأجزاء الأمامية والخلفية من جسم الطائرة بالأجنحة وجناح الجناح (هيكل يشبه الصندوق يعمل كخزان وقود رئيسي والمركز الهيكلي للطائرة). يتم تغطية الجزء الداخلي من جسم الطائرة ببطانيات من عازل من الألياف الزجاجية ، ويتم تركيب الأسلاك الكهربائية ومجاري الهواء وتغطية الأسطح الداخلية بألواح زخرفية. يتم بعد ذلك تركيب صناديق التخزين ، عادةً مع مصابيح الركاب المدمجة وإمدادات الأكسجين في حالات الطوارئ. يتم نقل المقاعد المجمعة مسبقًا والمغاسل والمراحيض يدويًا وتثبيتها على مسارات أرضية ، مما يسمح بإعادة التشكيل السريع لمقصورة الركاب لتتوافق مع احتياجات الناقل الجوي. يتم تركيب محطات توليد الطاقة ومعدات الهبوط والأنف ، كما يتم تثبيت مكونات إلكترونيات الطيران. يتم اختبار أداء جميع المكونات بدقة قبل سحب الطائرة المكتملة إلى شماعات طلاء منفصلة جيدة التهوية ، حيث يتم وضع طبقة واقية (أساس كرومات الزنك عادة) ، متبوعة بطبقة علوية مزخرفة من يوريتان أو إيبوكسي رسم. قبل التسليم ، تخضع الطائرة لسلسلة صارمة من الاختبارات الأرضية والطيران.
بالإضافة إلى العمال المنخرطين في عمليات الهندسة والتصنيع الفعلية ، يشارك العديد من الموظفين في تخطيط وتتبع وتفتيش العمل وتسريع حركة الأجزاء والأدوات. يحتفظ الحرفيون بأدوات كهربائية ويصقلون قطع القطع. هناك حاجة إلى عدد كبير من الموظفين لصيانة المباني وخدمات النظافة وتشغيل المركبات الأرضية.