أ بوينغ 777 يدعم إطار التروس الرئيسي أكثر من 50000 رطل (22680 كجم)، ويعمل عند 200 رطل لكل بوصة مربعة، وينتقل من الثبات إلى 170 ميلاً في الساعة (274 كم/ساعة) في جزء من الثانية عند الهبوط. وتقوم بذلك حوالي 200 مرة قبل أن تحتاج إلى تجديد، ويمكن تجديد الهيكل نفسه حتى سبع مرات قبل أن يتقاعد من الخدمة. تم دمج الهندسة وراء هذا الأداء في كل طبقة من طبقات الإطار، بدءًا من طبقات حبل النايلون والأراميد التي تحمل الحمل إلى حزم الخرز الفولاذية التي تحبسها على حافة العجلة.
تعمل إطارات الطائرات في ظل ظروف لم يتم تصميم أي إطار سيارة للتعامل معها: ضغوط النفخ الشديدة، والتأرجح السريع في درجة الحرارة من -40 درجة فهرنهايت (-40 درجة مئوية) على ارتفاع الرحلة إلى أكثر من 400 درجة فهرنهايت (204 درجة مئوية) عند منطقة التلامس أثناء الهبوط، وأحمال الصدمات التي تضغط الإطار بنسبة تصل إلى 45% من ارتفاعه عند هبوط ثابت. وإليك كيفية تصنيعها، ولماذا يتم نفخها إلى ستة أضعاف ضغط إطار السيارة، وكيف تحافظ عليها شركات الطيران في الخدمة عبر آلاف دورات الهبوط.
ماذا يحدث للإطار عند الهبوط؟
عندما تهبط طائرة تجارية، تنتقل إطاراتها من السكون إلى حوالي 150-170 ميلاً في الساعة (241-274 كم/ساعة) في جزء من الثانية. الإطارات لا تدور قبل الاتصال. على عكس إطار السيارة الذي يدور بالفعل بسرعة الطريق، يظل إطار الطائرة بلا حراك في العجلة أثناء الطيران ويقوم بالاتصال الأول بسطح المدرج مهما كانت السرعة التي تسير بها الطائرة. لحظة التلامس الأولية هي انزلاق وليس لفة، حيث ينزلق الإطار عبر الرصيف حتى يؤدي الاحتكاك إلى تسريعه إلى السرعة الأرضية للطائرة. إن نفخة الدخان المرئية في معظم عمليات الهبوط التجارية هي عبارة عن مطاط من سطح المداس يتبخر خلال مرحلة الانزلاق القصيرة تلك.
يعتمد الحمل الذي يمتصه كل إطار عند الهبوط على نوع الطائرة ووزن الهبوط ومعدل الهبوط. على أ بوينغ 777-300ER عند الهبوط بأقصى وزن للهبوط، يدعم كل إطار من إطارات التروس الرئيسية الـ 12 حوالي 50000-55000 رطل (22680-24948 كجم). تنحرف الإطارات بنسبة تصل إلى 35% تحت الأحمال المقدرة العادية ويمكن أن تصل إلى 45% من الانحراف تحت أحمال الصدمات الناتجة عن الهبوط الثابت. هذا الانحراف هو حسب التصميم. تم تصميم الإطار لضغط الطاقة وامتصاصها بدلاً من مقاومتها، مع ثني الجدار الجانبي للداخل لتوزيع قوة الهبوط عبر رقعة التلامس. يقوم الإطار الصلب بنقل حمل التأثير الكامل مباشرة إلى هيكل جهاز الهبوط وهيكل الطائرة.
يمكن أن تتجاوز درجة الحرارة عند رقعة التلامس أثناء الدوران 400 درجة فهرنهايت (204 درجة مئوية) لفترة وجيزة قبل أن يصل الإطار إلى سرعة الدوران وتنتهي مرحلة الانزلاق. بمجرد دوران الإطار، يولد الحرارة من خلال آلية مختلفة: الثني الدوري للجدار الجانبي والمداس حيث يضغط الجزء المحمل من الإطار على سطح المدرج مع كل دورة. في سيارة أجرة طويلة بعد الهبوط أو قبل الإقلاع، يمكن أن يؤدي هذا الثني إلى رفع درجات حرارة الإطارات بشكل كبير، ولهذا السبب تتم مراقبة ضغط الإطارات وحالة المداس ودرجات حرارة الفرامل كجزء من العمليات الأرضية العادية.
كيف يتم تصنيع إطارات الطائرات
يتم تصنيع إطار الطائرة من الداخل إلى الخارج في طبقات، تخدم كل منها غرضًا هيكليًا محددًا. الطبقة الداخلية عبارة عن بطانة مطاطية من البوتيل أو الهالوبوتيل تعمل كختم للهواء، مما يمنع غاز النفخ عالي الضغط من الانتقال عبر الذبيحة. خارج البطانة توجد طبقات الهيكل، وهي الهيكل الأساسي الحامل للإطار. هذه الطبقات مصنوعة من حبال من النايلون 66 أو ألياف الأراميد المطلية بالمطاط ويتم وضعها في طبقات بزوايا محددة اعتمادًا على ما إذا كان الإطار يستخدم طبقة متحيزة أو بنية شعاعية.
في الإطارات ذات الطبقات المتحيزة، تعبر الحبال الإطار من حافة إلى حافة بزوايا أقل من 90 درجة إلى الخط المركزي للمداس، مع وضع طبقات متناوبة في اتجاهين متعاكسين. وهذا يخلق هيكلًا قويًا وصلبًا يقاوم الانحرافات العالية وأحمال الصدمات الناتجة عن الهبوط. في الإطار الشعاعي، تعمل الحبال بشكل عمودي على المداس بزاوية 90 درجة، مع وجود طبقات إضافية من الحزام فوق الهيكل مما يوفر صلابة محيطية. ينتج البناء الشعاعي جدارًا جانبيًا أكثر مرونة، ورقعة اتصال أكثر استقرارًا، ومقاومة أقل للدوران من الطبقات المتحيزة، ولهذا السبب أصبحت الإطارات الشعاعية شائعة بشكل متزايد في الطائرات التجارية الأحدث. على سبيل المثال، إطارات التروس الرئيسية لطائرة Boeing 777-300ER هي إطارات نصف قطرية ذات تصنيف 36 طبقة، بحجم 52 × 21 بوصة (132 × 53 سم) ومُصنفة لضغوط تصل إلى 200 رطل لكل بوصة مربعة.
يتم تعزيز المنطقة الحبيبية، حيث يقع الإطار على حافة العجلة، بحزم من الأسلاك الفولاذية عالية القوة ملفوفة في طبقات قماش إضافية تسمى الزعانف والشعيرات. تمنع هذه العناصر الإطار من الانزلاق على الحافة أثناء الكبح الشديد أو الهبوط عالي الطاقة، حيث تكون القوى التي تحاول تدوير الإطار بالنسبة للعجلة كبيرة. تم تصميم مركب المداس لمقاومة الحرارة والتآكل بدلاً من خصائص المقبض التي تدفع تصميم إطارات السيارات. لا تحتاج إطارات الطائرات إلى توليد قوة انعطاف جانبية بسرعة عالية كما تفعل إطارات السيارات. إنهم بحاجة إلى البقاء على قيد الحياة بشكل متكرر عالي الطاقة، ومقاومة تراكم الحرارة أثناء الكبح، وإلقاء الماء من خلال الأخاديد المحيطية البسيطة التي تدور حول سطح الإطار.
لماذا يتم نفخ إطارات الطائرات إلى 200 رطل لكل بوصة مربعة؟
تشانينج ريد | طيران بسيط
تعمل إطارات الطائرات التجارية عند ضغط نفخ يتراوح بين 150 و220 رطل لكل بوصة مربعة اعتمادًا على نوع الطائرة وموضع الإطار. أ 
بوينغ يعمل إطار التروس الرئيسي 737 بحوالي 200 رطل لكل بوصة مربعة. يعمل إطار التروس الرئيسي 777 عند ضغوط مماثلة. تكون إطارات التروس الأمامية في معظم الطائرات التجارية منخفضة قليلاً. للمقارنة، يتم نفخ إطار سيارة الركاب القياسي إلى 30-35 رطل لكل بوصة مربعة. يعمل إطار الطائرة بستة أضعاف هذا الضغط تقريبًا في عبوة أصغر ماديًا مقارنة بالحمل الذي يحمله مقارنة بأي إطار سيارة.
يعد الضغط العالي ضروريًا لأن الإطار يجب أن يتحمل حمولة هائلة بينما يظل مضغوطًا بدرجة كافية ليتناسب مع حجرة جهاز الهبوط أثناء الطيران. يمكن جعل إطار السيارة أوسع أو أطول لزيادة سعة الحمولة عند الضغوط المنخفضة. يكون إطار الطائرة مقيدًا بأبعاد العجلة، والخلوص بين الإطار وهيكل التروس، وعقوبة الوزن لمجموعة الإطارات والعجلات الأكبر حجمًا. يسمح ضغط النفخ المرتفع للإطار بحمل الحمولة المطلوبة ضمن قيود الأبعاد عن طريق زيادة صلابة الهيكل وتقليل الانحراف تحت الحمل. ينحرف الإطار الذي يتم نفخه إلى 200 رطل لكل بوصة مربعة تحت نفس الوزن بشكل أقل من نفس الإطار عند 100 رطل لكل بوصة مربعة، مما يعني أنه يمكن أن يحمل وزنًا أكبر بنفس البصمة المادية.
تمتلئ إطارات الطائرات بالنيتروجين بدلاً من الهواء المضغوط. والسبب هو الاستقرار الحراري. يحتوي الهواء على رطوبة تتمدد وتنكمش بشكل غير متوقع مع تغير درجة الحرارة، ويكون نطاق درجة الحرارة الذي يتعرض له إطار الطائرة في دورة طيران واحدة شديدًا. على ارتفاع الرحلة، يمكن أن تنخفض درجات حرارة الإطارات إلى أقل من -40 درجة فهرنهايت (-40 درجة مئوية). أثناء الهبوط وسيارة الأجرة، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة عند نقطة الاتصال 400 درجة فهرنهايت (204 درجة مئوية). النيتروجين هو غاز جاف لا يحتوي على رطوبة، مما يعني أنه يتمدد وينكمش بشكل أكثر توقعًا عبر نطاق درجة الحرارة هذا. يقلل استخدام النيتروجين من مخاطر تغيرات الضغط التي قد تؤثر على أداء الإطارات ويزيل احتمالية التآكل المرتبط بالرطوبة داخل مجموعة العجلة.
كيف يتم فحص الإطارات وتجديدها واستبدالها
تعد عمليات فحص الإطارات جزءًا من الجولة اليومية قبل الرحلة التي يقوم بها طاقم الصيانة قبل المغادرة الأولى للطائرة. يقوم أفراد الطاقم بفحص كل إطار بصريًا للتأكد من عمق المداس وتلف الجدار الجانبي والجروح والانتفاخات والبقع المسطحة الناتجة عن الكبح الشديد وتلف الأجسام الغريبة بسبب حطام المدرج. يتم قياس عمق المداس وفقًا لمؤشرات التآكل المدمجة في الأخاديد المحيطية، والتي تشبه في المفهوم قضبان التآكل الموجودة في إطارات السيارات ولكنها تخضع لمتطلبات الحد الأدنى الأكثر صرامة للعمق. يتم سحب أي إطار يظهر تعرض السلك أو فصل الجدار الجانبي أو عمق المداس أقل من الحد الأدنى الذي حددته الشركة المصنعة من الخدمة قبل مغادرة الطائرة.
يتم فحص ضغط الإطارات على فترات منتظمة باستخدام أجهزة قياس معايرتها، أثناء تفريغ الطائرة. يقرأ الإطار المحمل أعلى بنسبة 4% تقريبًا من ضغط النفخ الفعلي بسبب انخفاض الحجم الناتج عن الانحراف تحت وزن الطائرة. يعد انخفاض معدل التضخم أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لفشل الإطارات المبكر في الطائرات التجارية. إن الإطار الذي يعمل تحت ضغطه المقدر ينحرف أكثر من المصمم، مما يزيد من تراكم الحرارة في الجدار الجانبي، ويسرع من إجهاد الهيكل، ويمكن أن يؤدي إلى انفجار أثناء الإقلاع أو الهبوط. تقوم برامج الصيانة بتتبع اتجاهات الضغط بمرور الوقت لتحديد التسربات البطيئة قبل أن تصل إلى مستوى حرج.
يدوم إطار الطائرة التجارية ما يقرب من 150 إلى 200 دورة هبوط قبل أن يصل المداس إلى الحد الأدنى من العمق ويتطلب الإطار تجديدًا. تقوم عملية التجديد بتجريد المداس المتبقي من الهيكل، وفحص الهيكل الأساسي باستخدام طرق اختبار غير مدمرة بما في ذلك القص، وتطبيق مركب مداس جديد قبل المعالجة. يمكن تجديد هيكل الإطار الواحد من خمس إلى سبع مرات طوال فترة خدمته الإجمالية، اعتمادًا على حالة طبقات الهيكل وهيكل الخرز في كل عملية فحص. تجديد الإطارات يكلف جزءًا صغيرًا من الإطار الجديد وينتج إطارًا يتمتع بشهادة أداء مكافئة، ولهذا السبب فإن غالبية إطارات الطائرات التجارية الموجودة في الخدمة في أي وقت من الأوقات يتم تجديدها بدلاً من وحدات جديدة. يتطلب تغيير إطار تروس رئيسي على هيكل عريض رافعات هيدروليكية قادرة على رفع جانب واحد من الطائرة، ومعدات أرضية متخصصة لإزالة مجموعة العجلة وإعادة تركيبها، وفريق صيانة مكون من شخصين. تستغرق العملية حوالي 30-45 دقيقة لكل إطار في الظروف العادية.
كم عدد الإطارات التي تحملها كل طائرة ولماذا
تحمل طائرة بوينج 737 ستة إطارات: اثنان على كل دعامة تروس رئيسية واثنان على مقدمة التروس. تحمل طائرة بوينج 787 10: أربعة في كل عربة تروس رئيسية واثنان في مقدمة الطائرة. تحمل طائرة بوينغ 777 14: ستة في كل عربة تروس رئيسية مرتبة في تكوين ثلاثة في اثنين واثنان في المقدمة. تحمل طائرة إيرباص A380 22: أربعة إطارات على كل من دعامات التروس الرئيسية الأربعة بالإضافة إلى ترس مركزي مع إطارين وإطارين على المقدمة. احتفظت طائرة أنتونوف An-225 المتقاعدة بالرقم القياسي بعدد 32 إطارًا رئيسيًا.
يعتمد عدد الإطارات على الحد الأقصى لوزن الإقلاع للطائرة والحاجة إلى توزيع هذا الوزن عبر منطقة اتصال كبيرة بما يكفي للحفاظ على الضغط الأرضي ضمن الحدود التي يمكن لأرصفة المطار التعامل معها. فالطائرة ذات الإطارات الأقل والأكبر ستركز وزنها في منطقة أصغر، مما قد يتجاوز القدرة الحاملة للمدارج والممرات في المطارات التي تحتاج إلى خدمتها. تنشر المزيد من الإطارات نفس الوزن عبر المزيد من مناطق التلامس، مما يقلل الضغط لكل بوصة مربعة على الرصيف بالأسفل. تمارس طائرة A380 التي يبلغ وزنها الأقصى عند الإقلاع 1،268،000 رطل (575،000 كجم) ضغطًا أرضيًا أقل من ضغط أرضي أقل من 767 بنصف الوزن تقريبًا لأن إطاراتها الـ 22 توزع الحمل على نطاق واسع.
يوفر عدد الإطارات أيضًا التكرار. الطائرات التجارية معتمدة للإقلاع والهبوط بأمان مع تفريغ إطار واحد أو أكثر من الهواء، ويعني وجود عدد أكبر من الإطارات أن كل فشل في الإطار على حدة له تأثير أقل نسبيًا على إجمالي قدرة التحمل لمعدات الهبوط. تفقد طائرة 737 أحد إطارات التروس الرئيسية الأربعة بنسبة 25% من منطقة التلامس الرئيسية للتروس. تفقد طائرة 777 أحد إطارات التروس الرئيسية البالغ عددها 12 إطارًا بنسبة 8% تقريبًا. تقوم الإطارات الإضافية أيضًا بتوزيع طاقة الكبح عبر المزيد من الوحدات، مما يقلل الحرارة التي يجب أن يمتصها كل إطار ومجموعة فرامل أثناء الإقلاع المرفوض أو حدث الكبح الشديد عند الهبوط.
اكتشاف المزيد من موقع معرفة للمحركات
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
