הנדסת אווירונאוטיקה

הנדסת אווירונאוטיקה (גם הנדסת אווירונאוטיקה וחלל והנדסה אווירונאוטית; באנגלית: Aerospace Engineering או Aeronautics Engineering) היא ענף של ההנדסה העוסק בפיתוח יעיל ושיטתי של כלי טיס, לוויינים, חלליות ומערכות הייחודיות להם.

מקצוע הנדסת אווירונאוטיקה הוא מקצוע רב-תחומי העוסק בפיתוח ותחזוקה של כלי טיס על ידי החלה של עקרונות של מדעים מדויקים, הנדסה, ניהול פרויקטים, ידע רלוונטי לכלי הטיס עצמו וכישורים וטכנולוגיות אחרות. כבכול הנדסה, גם בהנדסת אווירונאוטיקה נעשה שימוש במדדים המשמשים לבחינת איכותו של תוצר הפיתוח כגון יעילות, אמינות, וגמישות לשינויים.

התחום מאופיין בפיתוח כלי הֶרְכֵּב מלא (לדוגמה מטוס) או מערכות מורכבות, המשמשות בעיקר לכלי רכב כאלה, ובהן: מערכות אוויוניות, שהן מערכות אלקטרוניות ייחודיות, מערכות להנחיית טילים, מנועי סילון וכדומה.

תחומי הנדסת אווירונאוטיקה

אווירודינמיקה

אווירודינמיקה (תורת הזרימה) הוא תחום המחקר העוסק בזרימת זורם סביב אובייקטים, כמו כנף, גוף המטוס או בתוך גופים, כמו מנהרת רוח ובמעברי חום. תורת הזרימה מאפשרת לחשב את הכוחות הפועלים על כלי הטיס: כח עילוי וכח צד הפועלים בניצב לזרימת האוויר וכח גרר הפועל במורד הזרימה. (ראו גם אווירונאוטיקה). שקלול כוחות אלה עם כוחות נוספים, כמו כוח הכובד וכוח ההנעה משמשים לחישוב המומנטים ושקול הכוחות הגורמים לתנועה הקווית והזוויתית של כלי הטיס.

תורת ההנעה

תורת ההנעה עוסקת באותן מערכות, המספקות את האנרגיה להזזת הכלי באוויר או בחלל. תחום זה חופף חלקית לתחום הפיתוח של מנועי הרכב, אולם מנועים אווירונאוטיים נדרשים להיות אמינים מעל לסטנדרטים המקובלים בתעשיית הרכב.

מנועים אלה מתחלקים לסוגים הבאים:

מנוע בערה פנימית

מנוע בערה פנימית הוא מנוע בו תהליך שריפת הדלק והמחמצן מתבצע בתהליך פנימי, בתוך חלל סגור. מנועים אלה מתחלקים למנוע ארבע פעימות, הדומה למנוע רכב רגיל, מנוע שתי פעימות, המשמש בעיקר לאופנועים קלים ולמנוע רוטורי, המשתמש בבוכנה מסתובבת ונמצא בשימוש בכלי רכב ייחודיים.

בכלי טיס, מנועי הבערה הפנימית משמשים בדרך כלל להנעת מדחף או מסחב, כלומר ציר שעליו בנויים מספר להבים, שבמהירות סיבובם יוצרים כוח עילוי, הדוחף או סוחב את ציר המנוע, ואיתו את כלי הטיס כולו.

מנוע סילון

מנוע סילון הוא מנוע בו תהליך שריפת הדלק והמחמצן מתבצע בתהליך פנימי בתא-שריפה, אולם האוויר החם הנפלט ממנו חופשי לנוע לסביבה ולהתפשט במהירות שגבוהה ממהירות הכניסה. לכן, על פי חוקי ניוטון האצת האוויר לכיוון אחורי המטוס גורמת להאצת כלי הטיס קדימה ומכאן כוח ההנעה. מנועי סילון פותחו במהלך מלחמת העולם השנייה ומאז משמשים במרבית כלי הטיס.

מנועי הסילון מתחלקים לסוגים שונים על פי סוג הניצול של אנרגיית הסילון הנובעת מהם:

  • מנוע טורבו-סילון - בו חלק מאנרגיית הסילון משמשת להנעת טורבינה, האחראית על דחיסת האוויר למנוע במהירויות נמוכות, כדי לשמש בתהליך הבערה. מנועים טורבו-סילון היו ראשוני המנועים מסוג זה, אולם היום אינם נפוצים כל כך.
  • מנוע טורבו-מניפה- הדומה למנוע טורבו-סילון, ובו הטורבינה מניעה מניפה, שהיא סוג של פרופלור קטן המוקף בצינור. מנועים מסוג זה נפוצים בעיקר בתעופה האזרחית, בשל היותם שקטים ובעלי נצילות גבוהה בטווח מהירויות גדול ובמטוסי הקרב.
  • טורבו-פרופ - בו כל אנרגיית הסילון מנוצלת בתוך המנוע, כשחלקה משמש להנעת הטורבינה וחלקה משמש להנעת מדחף, בדומה למנועי הבערה הפנימית שהוזכרו למעלה. מנועים מסוג זה משמשים בעיקר במטוסי מטען כבדים ובינוניים.
  • מנוע מגח סילון - נמצא בשימוש ממלחמת העולם השנייה (ראה רקטה הגרמנית V1). כלי הטיס מואץ תחילה למהירות גבוהה (מהירות על קולית) באמצעות מנוע רקטי או על ידי נשיאה באמצעות כלי טיס אחר. עם ההגעה למהירות הטיסה הרצויה האוויר בתא השריפה נדחס כתוצאה מסדרת גלי הלם שמקורם בקדמת נחיר המנוע. האוויר הדחוס מוצת ובכך יוצר את ההדף המניע את כלי הטיס. שימוש בצורת הנעה זו מייתרת שימוש בטורבינה/מדחס ובכך מוזילה עלויות יצור ומשפרת המשקל המועיל של כלי הטיס.

מנוע רקטי

מנועים רקטיים הנם מנועי סילון, שייחודיים בכך שהמנוע מכיל הן את הדלק והן את המחמצן (נקראים ביחד הודף), כלומר המנוע אינו נושם אוויר חופשי. מנועים רקטיים משמשים בעיקר במשימות בהם אין אטמוספירה בחלל, או בטילים ורקטות, בהם נדרש כוח לזמן קצר. מנועים רקטיים מתחלקים לשני סוגים עיקריים: בעלי הודף מוצק, בהם המחמצן והדלק מורכבים ביחד בתערובת מוצקה, ותהליך הבערה מתרחש על פני השטח של המוצק, ומנועים בעלי הודף נוזלי, בהם המחמצן והדלק נמצאים במכלים נפרדים וזורמים לתא הבערה במנוע באמצעות משאבות בדומה למנועי בערה פנימית או סילון. מנועי דלק מוצק משמשים בעיקר ביישומים צבאיים, בשל אמינותם הגבוהה, עלות התחזוקה הנמוכה וחיי המדף הארוכים שלהם. מנועי דלק נוזלי משמשים ביישומים בהם נדרשת יכולת לשלוט בעוצמת הדחף שהמנוע מספק, וביישומים בהם נדרשת יעילות גבוהה במיוחד, כמו בשיגור של מעבורת חלל.

תורת הבקרה

תורת הבקרה עוסקת בתכן של מערכות, שתפקידן לשפר את התנהגות הדינמית של כלי הטיס (או החלל), לשלוט במיקומו במרחב, במהירותו, בזוויותיו ובתאוצות הקוויות והזוויתיות. תחום זה מורכב בעצמו מהנושאים הבאים:

חישה ומדידה

תורה העוסקת במחקר, תכנון ופיתוח של חיישנים, המשמשים למדידת תכונות שונות של כלי הטיס ולמידול אי הדיוקים האופייניים להם, כגון סטייה קבועה (bias), ו-רעש.

סוגי חיישנים נפוצים הם:

  • מד תאוצה - המודדים את התאוצה של הכלי ביחס לציר מסוים, ודרכה את הכוחות הפועלים על הגוף. תאוצה זו ניתנת לאינטגרציה לכדי מהירות ומיקום.
  • סביבון (גירוסקופ) - המודדים את זווית הגוף או מהירות זוויתית של הגוף ביחס לציר מסוים. זוויות אלה משמשות בתהליכי החישוב של המהירות והמיקום.
  • מקלט GPS - האחראיות על קליטת נתונים מלווייני ה־GPS ותרגומם למיקום וזמן של כלי הטיס.
  • מד גובה - המשמשים למדידת גובה הטיסה על פי שינויי הלחץ ביחס ללחץ המקומי בגובה פני הים.
  • מד פיטו - המשמש למדידת מהירות הטיסה על פי שינויי הלחץ הנובעים בין לחץ של אוויר עומד לבין לחץ של זרימת אוויר, בהתאם לחוק שימור האנרגיה.

שערוך

שערוך היא תורה מתמטית העוסקת בשיפור המדידה של ערך נמדד כלשהו. ישנן כמה שיטות שונות לשערוך, אולם הנפוצה והמקובלת ביותר לשערוך תנועה של גופים היא מסנן קלמן (Kalman Filter).

בקרה

תורת הבקרה היא תורה מתמטית שמטרתה לגרום למערכת כלשהי להגיע למצב הרצוי, כפי שנדרש על ידי משתמש, ליציבות של מצב רצוי זה ולזריזות המערכת בהגעתה למצב הרצוי.

מערכות בקרה בכלי טיס אחראיות על דינמיקת המטוס (טייס אוטומטי) ועל מערכות נוספות במטוס. בלוויינים נעשה שימוש במערכות בקרה לצורך בקרת כיוון החללית, שחשוב במיוחד לניצול אנרגיה סולארית.

הנחיה

הנחיה היא תורה העוסקת ביצירת חוקים, שמטרתם הגדרת המסלול הרצוי לכלי הטיס (או לטיל). חוקי ההנחיה יכולים לנבוע מחוקים קלאסיים ובהם: "רדיפת כלב", "ניווט יחסי", חוקים הנובעים מבקרה אופטימלית וחוקים הנובעים ממשחקים דיפרנציאליים. חוקי ההנחיה משתמשים במידע על מצב הכלי (והמצב היחסי שלו ביחס לכלי או גוף אחר), כפי ששוערך בכלי השערוך, כדי ליצור פיקוד, שישמש קלט למערכת הבקרה האחראית על הוצאתו לפועל.

ניווט

ניווט היא תורה העוסקת בשערוך מיקומו של כלי טיס, או כלי חלל, ביחס למערכת צירים מוגדרת. תורת הניווט משתמשת בנתונים שנמדדו על ידי מדידים שונים, ומשערכת אותם תוך שימוש בשיטות קלאסיות כמו ניווט אינרציאלי, מדידת GPS או שילוב של מספר מדידים.

ראו גם

תורת החוזק

תורת החוזק או חוזק חומרים עוסקת בתכן של התצורה הפיזית, הנדרשת כדי לעמוד בכוחות הפועלים על כלי הטיס בשעת הטיסה. באופן די מובן, יעד התכן של מבנה אווירונאוטי הוא להיות קל ככל האפשר, ולכן נעשה שימוש במקדמי בטיחות נמוכים יחסית למבנים בבניינים או בגשרים ובחומרים מתקדמים, כגון חומרים מרוכבים, מבני כוורת וכו'. כמו כן, בשל מהירויות התנועה הגבוהות ישנן תופעות שייחודיות למבנים אווירונאוטיים, כגון פרפור, ותופעות אחרות הנובעות מאווירואלסטיות, שהיא הקשר בין כוחות הזרימה לגמישות המבנה.

מכניקת הטיס

ענף במכניקה העוסק בתנועת כלי טיס, בהתחשב בכוחות האווירודינמיים הפועלים עליו, במשקלו ובדחף המנועים שלו. מכניקת הטיס מתארת תופעות הרלוונטיות לכלי הטיס, הנובעות מתנועתו באוויר במרחב תלת-ממדי. בעיקר מדובר בתופעות הנובעות משינויים ביחס למצב שווי משקל, כמו טיסה ישרה ואופקית.

שיטות ותהליכים בפיתוח כלי טיס

הנדסת אווירונאוטיקה הנה מקצוע רב-תחומי ופיתוח כלי טיס, או מערכת הנדרשת להיות מורכבת בכלי טיס, הנו פרויקט מורכב, הדורש אנשי מקצוע, בעלי התמחות מקצועית בתחומים הבאים:

איסוף דרישות, ניתוח ואפיון

כמו רוב הפרויקטים בעולם, גם פרויקט אווירונאווטי מתחיל בלקוח, המבקש לענות על צרכים מסוימים שלו, להלן דרישות הלקוח. דרישות הלקוח, בתמצית, מתייחסות לנושאים הבאים:

  • אפיון המטען המועיל (גם: מטען ייעודי, מטע"ד). למשל בני אדם במטוס נוסעים, מטען במטוס תובלה, חימוש במטוס קרב.
  • אפיון מעטפת הביצועים הנדרשת לכלי הטיס. למשל גובהי טיסה, טווחי טיסה, מהירויות, תאוצות, דרישות יציבות של כלי הטיס.
  • דרישות בטיחות, כפי שנקבעות על ידי מנהל התעופה האמריקאי (FAA), דרישות הלקוח או "עקרונות הנדסה טובה" (Good Engineering Practice).
  • דרישות לעמידה בתנאי סביבה - כמו לחות, אבק, תאוצות, אספקת חשמל למטענים המועילים.
  • דרישות כלליות נוספות.

ניתוח דרישות הלקוח הוא תהליך איטרטיבי, במהלכו דרישות הלקוח מפורטות לדרישות תכן על ידי היצרן, שמטרתן לתת מענה לדרישות המקוריות של הלקוח. התהליך מבוצע כך שלכל דרישת לקוח יש דרישת תכן אחת לפחות הבאה לתת מענה על הדרישה המקורית. בעידן המודרני כלי תוכנה לניתוח דרישות משמשים לניהול בסיסי המידע של דרישות המקור ודרישות התכן, ומאפשרים לוודא כי קיים כיסוי מלא לכל דרישות הלקוח.

תהליך ניתוח הדרישות בשלב זה מחייב צוות של מומחים מתחומים שונים, ובדרך כלל מבוצע בצוותי עבודה אינטגרטיביים. בתום התהליך הדרישות מפורטות במידה מספקת כדי לאפשר לפרק את המשך תהליך התכן לתחומים השונים המרכיבים את הנדסת אווירונאוטיקה. בהמשך הפרק מתוארים תהליכי התכן האלה. יחד עם זאת, הצוות האינטגרטיבי ממשיך את פעולתו לאורך חיי הפרויקט כדי לסנכרן בין צוותי התכן הדיסציפלינריים לאורך כל חיי הפרויקט.

הערכת וניהול סכנות

סכנה הנה כשל אפשרי העלול לפגוע באופן ממשי בכלי הטיס, באנשים הטסים בו או במערכותיו. בדומה לניהול סיכונים גם בניהול סכנות התהליך הוא הערכת הכשלים האפשריים והגורמים להם, בהתבסס על תכנון המערכת, וביצוע טיפול בסכנות אלה. דוגמאות לטיפול יכולות להיות בניית מערכות בעלות יתירות כפולה ומרובה במקומות בהם כשל בודד עלול לגרום לנפילת כלי הטיס או לנזק למערכת.

סימולציה

מהנדסי אווירונאוטיקה נעזרים בתכנות ובכלי סימולציה מסחריים וייחודיים לחברה או לפרויקט. כלי סימולציה משמשים את המהנדס משלב התכנון, דרך שלבי הפיתוח, ההוכחה של כל מערכת, השילוב של כל המערכות בהנגאר ההרכבות וכלה בשלבי התפעול השוטף, כמאמני טיסה, אמצעי הדרכה לצוותי תחזוקה או כלים לבחינת שיפורים עתידיים.

דוגמאות לשימוש בסימולציה:

  • בחינת הזרימה סביב כלי הטיס והכנפיים, שתאפשר להעריך את הכוחות והמומנטים האווירודינמיים הנוצרים בתמרונים שונים. כלים אלה מאפשרים לחסוך בהוצאות ניסויים במעבדות רוח ובבניית דגמים.
  • בחינת מבנה כלי הטיס בסימולציות המחשבות את הכוחות הפועלים על גוף המטוס ויכולת חלקי המבנה השונים לעמוד בכוחות אלה ולפזר אותם ביניהם.
  • כלים לחישוב ביצועי המנועים.
  • כלים לפיתוח ובחינה של מערכות הבקרה, החל משרטוט מערכת הבקרה, חישוב תכונות כמו יציבות ורוחב-פס ועד חיבור מדידים אמיתים והוכחה של מערכת הבקרה המשורטטת מול חומרה אמיתית.
  • סימולציות סביבה ה"מזריקות" נתונים אודות הסביבה ומשמשות בשלבי הוכחת המערכות והאינטגרציה של כלי הטיס.
  • פיתוח והוכחת קונספט תפעולי, כלומר האופן בו המטוס אמור להיות מופעל לאורך השנים. בדיקה זו מאפשרת לבחון את מספר הטייסים הנדרשים להפעיל את כלי הטיס, מערכות בקרה ותמיכה בתפעול, תצוגות ועוד.
  • הערכת האמינות והזמינות של כלי הטיס בהתאם לנתוני אופן התפעול, תפיסת האחזקה, המערכות המשמשות בו, ארכיטקטורת כלי הטיס והיתירות שתוכננה בו למערכות אלה.

תכנון אווירודינמי וביצועי הטיסה

דרישות כלי הטיס, כמו טווח הטיסה הנדרש, מהירות הטיסה הנומינלית, גובה טיסה ומשקל המטען המועיל שכלי הטיס נדרשת לשאת מאפשרים להעריך את הדרישות האווירודינמיות ואת ביצועי הטיסה הנדרשים. דרישות אלה מובאות לידי ביטוי על ידי תכנון:

  • הכנף - אורך, שטח, צורה, מידת משיכה לאחור, פרופיל אווירודינמי, מיקום וזוויות התקנה ביחס לגוף, זוויות פיתול.
  • משטחי ההיגוי - מספר המשטחים, גודלם, צורתם, מיקומם ביחס לגוף המטוס.
  • גוף המטוס - אורך, רוחב, גובה, צורה (למשל ההבדל בין מטוס נוסעים כמו בואינג 747 למטוס הקרב B-2 המכונה "הכנף המעופפת"). גם לגוף המטוס השפעה על התכונות האווירודינמיות של כלי הטיס.

לאחר התכנון ניתן להשתמש בסימולציה ו/או במנהרת רוח כדי להעריך את המקדמים האווירודינמיים של כלי הטיס. מקדמים אלה ונתונים נוספים (כמו נתוני מנוע) יאפשרו לחשב את ביצועי הטיסה, מבחינת מהירות הזדקרות, מהירות מרבית, תקרת טיס, מעטפת טיסה, טווח טיסה ועוד. ביצועים אלה נבחנים מול דרישות הלקוח ונעשים השינויים הנדרשים בהתאם.

תכנון מערכות הבקרה וטייס אוטומטי

המקדמים האווירודינמיים שחושבו בתהליך התכנון האווירודינמי הם הקלט לתכנון מערכות הבקרה ובעיקר הטייס האוטומטי. תכנון טייס אוטומטי מתחיל בבניית מודל מתמטי (ליניארי ולא-ליניארי) של כלי הטיס, במונחים של תורת הבקרה. לאחר מכן מתבצע תכנון של חוגי הבקרה הבסיסיים: שליטה בזווית עלרוד (מידת הגבהת אף המטוס ביחס למישור האופקי), במהירות הטיסה, בגובה הטיסה, בזווית הגלגול (זווית הטיית הכנף ביחס למישור האופקי) ובזווית הסבסוב (הזווית בין כיוון הטיסה לכיוון הצפון).

חוגי בקרה נוספים נבנים תוך שימוש בחוגי הבקרה הבסיסיים. חוגים אלה עוסקים בביצוע נתיב טיסה מתוכנן, טיסה לנקודת ציון מתוכננת, שמירה על נתיב המראה ונחיתה.

במהלך תהליך התכנון נעשה שימוש במודלים מורכבים יותר ויותר של כלי הטיס והמערכות בו, כך שרמת הדיוק והודאות משתפרת ביחס לביצועי מערכת הבקרה בזמן טיסה אמיתית.

תכנון מבנה

תכנון של מבנה אווירודינמי מביא בחשבון את הדרישות, הסותרות לעיתים, של עמידה בכוחות ובמומנטים שפועלים על המטוס, עמידה בדרישות הצורה האווירודינמית של הגוף, עמידה בדרישות משקל קלות ודרישות כלכליות. כדי לעמוד בדרישות אלה המבנה האווירודינמי של כלי הטיס מתוכנן באופן שנועד ליצור פשרה מיטבית בין כל הדרישות. במהלך השנים פותחו מספר קונספטים מקובלים למבנה של כלי טיס:

  • מבנה מסבך, שהוא שלד העשוי כולו מקורות ולעיתים עטוף בחיפוי אווירודינמי.
  • מבנה קונכי למחצה או מלא, המורכב ממעטה שנסמך על שלד אורכנים וחציצים. מבנה קונכי מלא נועד לספוג את מרבית המאמצים במעטה, ואילו מבנה קונכי למחצה מעביר חלק גדול מהעומס אל האורכנים והחציצים.

תפקיד השלד לספק את דרישות החוזק והאלסטיות של המבנה והשכבה הדקה משמרת את תנאי הסביבה בתוך כלי הטיס, כמו לחץ אוויר, ואת הצורה האווירודינמית של כלי הטיס. השלד בנוי מקורות אורכיות (אורכנים), המחברות טבעות, שנקראות גם חציצים. השלד אמור לספוג את מרבית המאמצים המופעלים על המטוס, ואליו גם מועברים מאמצים מאזורים אחרים במטוס (כגון הכנפיים).

מעטה המטוס (אם קיים) מתחלק לשניים:

  1. מעטה נושא מאמץ, המתוכנן לעמוד בעומסים ומאמצים הפועלים עליו. מעטה מעין זה יהיה חזק. מעטה זה מרכיב את מרבית מעטפת מטוסי הקרב, לדוגמה.
  2. חיפוי אווירודינמי, שייעודו הוא להחליק את מתאר המטוס ולאפשר זרימת אוויר יעילה והפחתת גרר. חיפוי זה נפוץ במסוקים ומטוסים בעלי מבנה מסבך.

מבנים בתוך כלי הטיס בנויים מתצורות קלות משקל, שמשלבות בדרך כלל שילוב של מתכת ואוויר. מבנה לדוגמה הוא מבנה כוורת. במקומות בהם תנאי המבנה מאפשרים זאת עושים שימוש במבנים מחומר מרוכב.

בתכנון המבנה נעשה שימוש בכלי תכנון ויצור בעזרת מחשב (תיב"ם). כלים נוספים המשמשים את התכנון הם כלים שמשתמשים בשיטות חישוב של אלמנטים סופיים כדי לחשב את עמידת המבנה בדרישות החוזק.

תכנון מערכת ההנעה

תכנון מערכת ההנעה מביא בחשבון את הדרישות של כלי הטיס, הנובעות מבטיחות טיסה, ממשקל כלי הטיס, מהמבנה האווירודינמי שלו, מהמבנה שלו ומאופן הפעילות שלו. כלומר, מהנדס ההנעה מקבל דרישה לגבי עוצמת המנועים, ההספק החשמלי שהם נדרשים לייצר כדי להפעיל את מערכות האוויוניקה, מספר המנועים ומיקומם בכלי הטיס.

תוצאת התכנון היא בחירה של יצרן ודגם המנוע, ותכנון של אופן השילוב של מנוע זה במטוס מבחינת מבנה, אספקת חשמל והעברת טלמטריה מהמנוע למחשבי בקרת הטיסה.

תכנון מערכות האוויוניקה

מערכות האוויוניקה הן "מערכות העצבים והמוח" של כלי הטיס, אחראיות על העברת מידע מהחיישנים הפזורים בכלי הטיס למחשבי בקרת הטיסה, העברת פקודות ממחשבי בקרת הטיסה אל המפעילים, המוציאים אותן לפועל, ועל ביצוע חישובי הניווט, הבקרה וניטור בריאות כלי הטיס בזמן פעילותו.

עד שנות ה-60 מערכות האוויוניקה היו מערכות אנלוגיות, אולם מאז חלו מספר מהפיכות בתחום:

  • שימוש באמצעי העברת תקשורת סטנדרטיים, התומכים בדרישות זמן-אמת והעונים על תקנים בינלאומיים, לדוגמה: 1553.
  • מעבר למערכות דיגיטליות, ובעיקר למחשבי טיסה מבוססים מעבדים דיגיטליים.
  • שימוש בקווי תקשורת מבוססי אתרנט, שאמנם אינם מבטיחים זמן אמת, אבל משותפים לסטנדרטיים בעולם המחשבים הרחב ולא ייחודיים לעולם האוויוניקה הצר.

תכנון מערכות האוויוניקה נועד לתת מענה לדרישות של יתירות מערכות (בטיחות טיסה), של העברה מובטחת של מידע בקצבים שונים, ביצוע חישובים שונים הקשורים לטיסת המטוס ולביצוע המשימה. מהנדס האוויוניקה מגדיר את ארכיטקטורת מערכת הבקרה (ריכוזיות מול ביזוריות, חלוקה פונקציונלית לרכיבי חומרה שונים), את פריסת החיישנים במטוס, את קווי התקשורת השונים ועוד.

תכנון מערכות מכניקה

מערכות המכניקה של כלי הטיס כוללות בעיקר מערכות הידראוליות המסייעות בטיסה. תכנון המערכות כולל את תכנון כני הנסע, הנועדים לתמוך במשקל המטוס בהמראה ובעיקר בהלמי הנחיתה, ותכנון מערכות הגברת הכוח ההידראוליות האחראיות על הנעת ההגאים של המטוס.

תכנון מערכות עזר

מערכות העזר הן מערכות, שאינן נדרשות להטסת המטוס באופן ישיר, אולם חיוניות לביצוע משימותיו. לדוגמה ניתן לחשוב על מערכות בקרת האקלים ולחץ האוויר במטוס נוסעים. מערכות אלה קריטיות לבריאותם ולבטיחותם של הנוסעים ולכן תכנון מערכות אלה נדרש לעמוד בדרישות מחמירות של בטיחות.

שילוב אב-טיפוס וניסויי טיסה

רב יצרני המטוסים הגדולים אינם מייצרים את תת-המערכות בעצמם אלא משלבים מערכות מיצרנים שונים. שילובי המטוס הוא שלב ממושך שמתבצע בהנגאר הרכבת מטוסים ובמהלכו המטוס המורכב עובר בדיקות ממושכות שמבטיחות את בטיחות המטוס. רק לאחר ביצוע הבדיקות ניתן לעבור לשלב ניסויי הטיסה.

ניסויי הטיסה מתבצעים בהדרגתיות מהקל-אל-הכבד, כאשר הניסויים הראשונים כוללים בדרך כלל את הוכחת יכולת כלי הטיס להמריא ולנחות בבטחה, ובהמשך נבחנים ביצועי המטוס בטיסה במתארים שונים השייכים למעטפת הטיסה שלו. לאחר הוכחת המטוס ובטיחותו משולבים בו המטענים הייעודיים והמערכות, שלהן הוא נועד מלכתחילה, וסדרת הניסויים הבאה כוללת את הוכחת השילוב של כלי הטיס והמערכות והצלחת שילוב זה בביצוע המשימות הנדרשות על ידי הלקוח.

ביצוע ניסויי טיסה הוא מקצוע בפני עצמו, הכולל את הגדרת הנושאים הבאים:

  • תצורות המטוס, כפי שנדרש מכל שלב בניסוי.
  • חליפת החיישנים, התקשורות ואמצעי הפענוח בזמן הניסוי ולאחריו, שיאפשרו ניטור וניתוח של הטיסה והתנהגות כלי הטיס מעבר לחיישנים המשולבים במטוס באופן רגיל.
  • חליפת המערכות והמטענים הייעודיים שיוכחו בכל ניסוי טיסה.
  • שלבי הביצוע בכל גיחת ניסוי.

בניית קו-ייצור וייצור סדרתי

לאחר הניסוי מבוצע ניתוח, באמצעות כלים ממוחשבים רבים שבוחנים את התנהגות כלי הטיס על כל מערכותיו. תוצאות הניתוח משפיעות פעמים רבות על שינויי תכן וביצוע עבודות לתיקון תקלות בלתי צפויות בכלי הטיס. תקלות אלה מתוקנות בכלי הטיס הסדרתי.

ראו גם

עיינו גם בפורטל:
פורטל מדעי החלל

לקריאה נוספת

ספרות בנושאי זרימה:

  • The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow / A.H. Shapiro
  • Modern Compressible Flow / J.D. Anderson Jr.
  • Foundations of Aerodynamics / Kuethe
  • Fluid Mechanics / White
  • Foundations of Aerodynamics / Anderson

ספרות בתחום ההנעה:

  • Mechanics and Thermodynamics of Propulsion / P.G. Hill and C.R. Peterson
  • Rocket Propulsion / M. Barrere et al.
  • Gas Turbine Theory / Cohen, Rogers and Saravnamuttoo

ספרות בתחום הבקרה:

  • Modern Control Engineering / K Ogata
  • Measurement Systems - Application and Design / E.O. Doebelin
  • Probability, Random Variables and Stochastic Processes / A. Papoulis
  • Applied Non-Linear Control / Slotine & Li
  • Introduction to Non-linear Analysis / Cunningham
  • Aircraft Dynamics and Automatic Control / D. McRuer, I. Ashkenas & D. Graham
  • Automatic Control of Aircraft and Missiles/ J.H. Blakelock

ספרות בתחום ההנחיה:

  • Missile Guidance and Pursuit / Shneydor
  • Tactical and Strategic Missile Guidance / Paul Zarchan
  • Advance in Missile Guidance Theory / Yossi Ben Asher

ספרות בתחום החוזק והמבנים:

  • Theory of Elasticity Stability / Timoshenko & Gene
  • The Analysis of Structures / Hoff
  • Theory and Analysis of Flight Structures / Rivello

קישורים חיצוניים

אברהם כוגן

אברהם כוגן (6 ביוני 1921 - 7 בספטמבר 2009) היה פרופ' בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה בטכניון ומחלוצי המחקר היישומי בישראל.

אווירונאוטיקה

אווירונאוטיקה הוא המדע העוסק בהיבטים המתמטיים והמכניים של טיסה, ובפרט בכלי טיס כגון מטוסים, מסוקים ומערכות מוטסות כגון רקטות וטילים.

אלון דומניס

אלון דומניס (נולד ב-19 במאי 1950) הוא תת-אלוף במילואים בצה"ל, כיהן כראש להק ציוד בחיל האוויר הישראלי. מכהן כמנכ"ל דוקור ויו"ר חממה טכנולוגית ון ליר.

דומניס נולד בתל אביב, בגיל שנה לקה במחלת שיתוק ילדים ונותר נכה 100%. בוגר גימנסיית הרצליה. למד הנדסת אווירונאוטיקה בטכניון וכיהן כנשיא מועצת הסטודנטים. במשך השנים הוא נלחם על האפשרות להתגייס לשירות צבאי עד שבקשתו אושרה ב-1972. סיים קורס קצינים בהצטיינות ושירת בענף תיכון אווירונאוטי בחיל האוויר. במלחמת יום הכיפורים שירת ביחידת האחזקה האווירית. הקים את מדור התעייפות מבנים בחיל. לאחר שובו מלימודי דוקטורט בתחום בארצות הברית, מונה למהנדס האווירונאוטי הראשי של מינהלת פרויקט הלביא. ב-1986 מונה לראש ענף מבנה מטוס בלהק ציוד ובספטמבר 1996 מונה לראש להק הציוד, תפקיד בו כיהן עד יולי 2000.

לאחר שחרורו עסק במיזמים בתחום ההיי-טק, מכהן כמנכ"ל דוקור-ון ליר, קרן ההשקעות בישראל של משפחת ון-ליר ההולנדית, במסגרת זו מכהן כיו"ר חממה טכנולוגית ון- ליר ושותפות קסניה-ון ליר, יו"ר אפוסנס (חברה ציבורית העוסקת בפיתוח תרופות), יו"ר די.אן.אר - מערכות הדמיה, יו"ר מפעלי קרור וקרח קריית גת, יו"ר Xsight systems ויו"ר Softlib. דירקטור נובה מכשירי מדידה, יומנייז טכנולוגיות, ארליסנס, קולפלנט, סלריס, אייסקיור מדיקל, מקרוקיור, פורייה מערכות, Omative systems Ltd, צ'ק קאפ אל אל סי. בשנים 2001-2004 כיהן כדירקטור באל על.

דומניס בעל תואר ראשון ושני בהנדסת אווירונאוטיקה מהטכניון, תואר שני במנהל עסקים מאוניברסיטת תל אביב ודוקטורט בהנדסת אווירונאוטיקה מאוניברסיטת פרדו.

בנימין גל-אור

בנימין גל-אור (8 באוגוסט 1933, ישראל) הוא פיזיקאי ומהנדס אווירונאוטיקה ישראלי. פרופסור אמריטוס בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל מחקריו עוסקים במעברי חום, תרמודינמיקה ובפילוסופיה של המדע.

דוד אביר

דוד אביר (1922 - 7 ינואר 2016) היה פרופסור לאווירונאוטיקה, ממייסדי הפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה בטכניון.

דניאל וייס (חוקר)

דניאל וייס (נולד ב-1942 בסין), הוא פרופסור מחקר אמריטוס בטכניון, ראש התוכנית הכלל טכניונית למערכות אוטונומיות. המדען הראשי במשרד המדע והטכנולוגיה החל משנת 2010. חבר באקדמיה הלאומית הישראלית למדעים (The Israel Academy of Sciences and Humanities) החל משנת 2013.

האוניברסיטה הטכנולוגית של גאורגיה

האוניברסיטה הטכנולוגית של גאורגיה (בגאורגית: საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტი) או בשמה הקודם המוסד הפוליטכני של גאורגיה על שם ולדימיר איליץ' לנין היא אוניברסיטה בטביליסי גאורגיה שנוסדה בשנת 1922 כפקולטה פוליטכנית באוניברסיטה הממלכתית של טביליסי. ההרצאה הראשונה בכותלי המוסד החדש ניתנה על ידי המתמטיקאי הגאורגי הידוע, פרופ' אנדריה רזמדזה.

לאחר שנוסדה כפקולטה בשנת 1922 הפך המוסד, בשנת 1928, למוסד עצמאי בשם המוסד הפוליטכני של גאורגיה (საქართველოს პოლიტექნიკური ინსტიტუტი), ובשנת 1990 קיבל מעמד של אוניברסיטה. כיום לומדים באוניברסיטה כ-12,000 תלמידים וסגל המורים מונה כ-1,500 איש. הפקולטות העיקריות באוניברסיטה הם: הנדסה אזרחית, אנרגיה וטלקומוניקציה, גאולוגיה, כימיה ומטלורגיה, תחבורה והנדסת מכונות, ארכיטקטורה, הנדסת אווירונאוטיקה,

הנדסת מכונות

הנדסת מכונות היא ענף בהנדסה העוסק בתהליכי מחקר, תכנון, פיתוח, ייצור ותחזוקה של מערכות מכניות ומערכות אנרגיה, ובהן מנועים, כלי רכב, מכונות, מערכות להפקת אנרגיה ולניצולה, מערכות מיזוג אוויר, מערכות בקרה ואוטומציה, רובוטים ומערכות אלקטרו-מכניות. באופן מסורתי כלולים בהנדסת מכונות גם מכלים (Vessels) וגם צנרת כוח (Power Piping).

יוסף זינגר

יוסף זינגֶר (24 באוגוסט 1923 – 12 בנובמבר 2009) היה פרופסור לאווירונאוטיקה ונשיא הטכניון. חתן פרס ישראל בתחום ההנדסה והטכנולוגיה לשנת 2000.

יוסף רום

יוסף רום (2 בספטמבר 1932 - 19 בנובמבר 1997) היה פרופסור להנדסה אווירונאוטית בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון וחבר כנסת מטעם הליכוד. בשנת 1976 זכה בפרס ישראל לטכנולוגיה ולהנדסה.

יעקב אושמן

יעקב אושמן (נולד ב-4 בנובמבר 1953) הוא פרופסור מן המניין בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל שטחי המחקר שלו הם שיערוך, זיהוי והיתוך מידע (information fusion), עם יישומים להנחיה, ניווט ובקרה במערכות אוויר-חלל.

יצחק בר-יצחק

יצחק בר-יצחק היה פרופסור אמריטוס לאוירונאוטיקה בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון.

מכון אשר לחקר החלל

מכון אשר לחקר החלל הוא מכון מחקר בטכניון, העוסק במחקרים מתקדמים בתחום הלוויינים הקטנים, טיסות מבנה בחלל ונושאים נוספים.

המכון נוסד ב-1984. סגל המכון מורכב מחוקרים (רובם פרופסורים) החברים במספר תחומי פעילות של הטכניון: פיזיקה, הנדסת אווירונאוטיקה וחלל, הנדסת מכונות, הנדסת חשמל ומדעי המחשב. בנוסף למחקרי המכון משתתף הסגל בהנחיית תלמידי מחקר של הטכניון בעבודות הקשורות להנדסת חלל. ראש המכון הנוכחי הוא פרופסור פיני גורפיל.

מכניקת הזורמים

מכניקת הזורמים היא ענף פיזיקלי מתחום מכניקת הרצף העוסק בחקר הזורמים (קרי: נוזלים וגזים, בהקשרים מסוימים אף פלזמה), תכונותיהם ובכוחות הפועלים עליהם. תורה זו מאפשרת להסיק מידע על תנועתם של הזורמים, הנקראת "זרימה", ולהפיק יישומים חשובים רבים בתחומי הנדסת המים, הנדסת אווירונאוטיקה והנדסת המכונות. לענף תחומי משנה נוספים, כאשר העיקריים שבהם הם הידרודינמיקה החוקרת את תנועת הנוזלים, הידרוסטטיקה החוקרת את מאפייני הנוזלים הנמצאים במנוחה והאווירודינמיקה החוקרת את תנועתם של גזים.

מכניקת הזורמים היא ענף פיזיקלי ותיק אשר ראשיתו עוד בימי יוון העתיקה, אז חקר ארכימדס את תכונותיהם של נוזלים ופיתח את בורג ארכימדס. מאז, התפתח ענף זה רבות והוא מהווה שדה מחקר פעיל גם היום. הבסיס המתמטי העומד מאחורי מכניקת הזורמים מורכב מאוד לעיתים וחלק ממשוואותיה אינן ניתנות לפתרון אנליטי. עם ההתקדמות הטכנולוגית והתפתחות המחשוב, מנוצלות כיום יכולות מחשוב לביצוע חישובים נומריים וניתוח מערכות מורכבות המתארות זורמים.

משה ארנס

משה (מישה) ארנס (27 בדצמבר 1925, י' בטבת תרפ"ו – 7 בינואר 2019, א' בשבט תשע"ט) היה מהנדס אווירונאוטיקה ופוליטיקאי ישראלי. כיהן כשר הביטחון ושר החוץ בממשלות ישראל, שגריר ישראל בארצות הברית, יושב ראש ועדת חוץ וביטחון, וחבר הכנסת מטעם מפלגת הליכוד. היה פרופסור חבר בטכניון, סמנכ"ל התעשייה האווירית, חתן פרס ביטחון ישראל וחתן פרס הדיפלומטיה הישראלית.

סייג רום

הביטוי סייג רום מתאר את הגובה המקסימלי אליו מסוגל להגיע כלי טיס. יש להבדיל מונח זה מהמונח תקרת שירות שמתאר את הגובה המקסימלי בו כלי טיס מסוגל לנסוק במהירות 100 רגל לדקה.

במהלך תנועתו של כלי טיס באוויר, ישנה חשיבות ללחץ האוויר בסביבת כלי הטיס. בעזרת המנוע (בוכנה או סילון) נע כלי הטיס ונוצרת זרימת אוויר על משטחי העילוי וגוף המטוס

אשר מחזיקים את כלי הטיס באוויר. ככל שעולים גבוה יותר באטמוספירה, כך קטנה יותר כמות החמצן באוויר ומנוע כלי הטיס אינו מסוגל להגיע לניצולת מספיקה כדי לשמור על מהירות כלי הטיס באוויר (מנוע זקוק לחמצן לצורך הנעתו). כך כלי הטיס מתחיל לרדת מגובה הטיסה לגובה בו יש מספיק חמצן המאפשר ניצולת מלאה למנוע.

עובדיה הררי

עובדיה הררי (3 בספטמבר 1943 - 15 ביולי 2012) היה מהנדס ישראלי, איש התעשייה האווירית, חתן פרס ביטחון ישראל (פעמיים) ופרס ישראל.

מנהל פרויקט הלביא.

שמואל מרחב

שמואל מרחב (26 בפברואר 1924 - 19 בפברואר 2001) היה מהנדס ישראלי בתחום האווירונאוטיקה, שכיהן כפרופסור בטכניון בחיפה.

שמעון שריד

שמעון שריד (נולד ב-1953) הוא קצין צה"ל במיל' בדרגת תת-אלוף, כיהן כראש להק הציוד בחיל האוויר. שריד הוא חתן פרס ביטחון ישראל.

שריד נולד בנתניה. למד הנדסת אווירונאוטיקה בטכניון במסגרת העתודה האקדמית. שירת כמהנדס במחלקת פיתוח של ענף תיכון אווירונאוטי בחיל אוויר. הוא שהה במשך כשנתיים וחצי בארצות הברית כקצין פרויקט בחברת גראמן שפיתחה חומרים מרוכבים למטוס הלביא. לאחר ביטול פרויקט הלביא מונה לראש תחום אווירונאוטיקה במחלקת פיתוח, ובתפקידו הבא שימש ראש תחום מטוסים בטייסת תחזוקה בבסיס חצרים. ב-1991 מונה לראש ענף הנעה בלהק ציוד, שהיה במשבר לאחר חשיפת פרשת רמי דותן. בתום התפקיד השלים תואר שני בניהול בתוכנית משולבת של אוניברסיטת בוסטון ואוניברסיטת בן-גוריון בנגב. ב-1995 מונה לראש מחלקת מטוסים. הוא שימש המרכז הטכני של ועדת החקירה לבדיקת אסון המסוקים. ב-1998 הוענק לשריד פרס ביטחון ישראל על תרומתו האישית לפיתוח מערכת פורצת דרך בתחום המטוסים הבלתי מאוישים.

ביולי 2000 מונה לראש להק הציוד הוא שימש בתפקיד עד 2003. בתקופת כהונתו הוביל ארגון מחדש של הלהק. כמו כן במהלך כהונתו קלט חיל האוויר את מטוסי F-16I ("סופה"), F-15I ("רעם"), מסוקי אפאצ'י לונגבו AH-64D, מסוקי בלק הוק, מטוסי "נחשון עיטם" ו"נחשון שביט" ותוספת מטוסי תדלוק ומטוסי אימון צופית.

לאחר שחרורו מונה למנכ"ל חברת חץ הכסף, חברה בת של אלביט מערכות, העוסקת בפיתוח כלי טיס בלתי מאוישים. במסגרת זו הוביל את פרויקט הכטב"ם הרמס 900. כיום מכהן כסמנכ"ל תפעול ראשי באלביט, חטיבת מל"ט.

לשמעון שריד יש 3 ילדים.

תעופהתעופה צבאיתתעופה אזרחית
עקרונות אווירודינמיקהכוח עילויגררמספר מאךזווית התקפההזדקרותפרופיל אווירודינמיעומס כנףמערבולתאפקט קואנדהיחס גלישה
מטוס פעלולים

ציור של כדור פורח

מסוק
כלי טיס מטוסמסוקכדור פורחספינת אווירדאון
מבנה כנףכנפוןמדףמאזנותספוילרמעצור אווירמוטת כנפייםכונס אווירכני נסעהגה גובההגה כיווןתא הטייס
הנעה מנוע בעירה פנימיתמנוע כוכבי (רדיאלי)מדחףמנוע סילוןהיפוך דחףמנוע מגח סילוןמנוע על-מגח סילונימנוע רקטי
תופעות גלגול הולנדי • צימוד אינרציאליבום על-קוליהתעבות סביב כלי טיס • אוסצילציה • ורטיגוהתקרחות
מערכות מחווני טיסהצינור פיטומכל דלק נתיקמצנח בלימהאוויוניקהמערכת בקרת טיסהחיווט תעופתיקופסה שחורה
שלבי טיסה הסעה ודחיפההמראהטיפוסהנמכהשיוטנחיתהאווירובטיקההקפה
מקצועות צוות אווירטייסמהנדס טיסהצוות קרקע • הנדסת אווירונאוטיקה
מונחים בתעופה

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.