هواپیما عبارت است از یک وسیله پرنده سنگین تر از هوا که به انواع و اشکال و اندازه های مختلف طراحی و ساخته می شود و در موارد گوناگونی از قبیل حمل ونقل،باربری،تجسس،نیروهای نظامی،آموزشی،سمپاشی مورد استفاده قرار می گیرد. این وسیله پرنده دارای قسمتهای اصلی،فرعی و کمکی مختلفی است که تقریباً از کلیه نیروهای طبیعی و مصنوعی استفاده کرده و به کار می افتد. انواع نیروهای مکانیکی،نیوماتیکی،هیدرولی کی،الکتریکی، الکترونیکی وآئرودینامیکی،همراه با همه نیروهای انسانی با کلیه مواد موجود،الومینیوم،فولاد،تیت انیم و مواد کامپوزیتی،لاستیکی و پلاستیکی و چندین میلیون قطعه اعم از پیچ و مهره و واشر تشکیل می شود که این مجموعه به نام Structure assemblies نامیده می شود.
طراحی هواپیما،مبحث ویژه ایی است در رشته هوافضا. طراحی هواپیما ترکیبی از علم،تکنیک،تکنولوژی وهنر است.طراح هواپیما باید علاوه بر داشتن دانش کافی در زمینه علوم وتکنولوژی مورد نیاز و علاوه بر داشتن مهارت در استفاده از تکنیکهای مختلف و قدرت خلاقیت،باید یک هنرمند شد.
بطور خلاصه مراحل یت فرآیند طراحی هواپیما عبارتند از:
1. تشخیص نیاز
2. تعریف مسئله
3. جمع آوری اطلاعات
4. تجزیه و تحلیل اطلاعات
5. ارزیابی و طراحی
6. اعلام نتایج و احتمالاً بهینه سازی
در طراحی هواپیما اهداف زیر در نظر گرفته می شود:
1. ایمنی ( (Safety یا صلاحیت پروازی (Airworthiness)
2. عمر هرچه بیشتر هواپیما (Long life)
3. حداقل وزن (Minimum wieght)
4. قابلیت ساخت (Productability)
5. قابلیت تعمیر و نگهداری (Maintenability)
معیارهای مهم در طراحی هواپیما عبارتند از:
1. هزینه کمتر
2. وزن کمتر،استحکام بالاتر
3. کارآیی بالاتر
4. خوشدستی بهتر
5. مدت زمان طراحی کمتر
6. زیباتر
7. قابلیت ساخت
8. قابلیت تعمیر بیشتر
طراح هواپیما بایستی اطلاعات و دانش کافی در زمینه های ذیل داشته باشند:
1. آئرودینامیک(Aerodynamics)
2. سازه ویا ساختمان (Structure)
3. کنترل - پایداری ( control& Stability)
4. کارآیی (Performance)
5. موتور ومتعلقات (Power plant)
6. مواد و تکنولوژی ساخت (Materials & Manufacturing)
طراحی هواپیما بر حسب ماموریت آن صورت می پذیرد و سر طراح با توجه به امکانات سخت افزاری (ماشین آلات و تجهیزات و ابزار) اقدام به تعریف طرح براساس نیاز مشتری می نماید.بطور خلاصه مراحل زیر تقسیم بندی و تعریف می گردد.
1. تعریف طرح (Technical task)
2. طراحی مفهومی یا ایده ای (مقدماتی) (Conceptual design )
3. طراحی اولیه (Preliminary design)
4. طراحی مشروح یا اجزاء (Detail design)
و در نهایت :
5. ساخت یک نمونه آزمایشی و آماده سازی برای پرواز(Prototype)
6. تستهای پروازی و اخذ گواهینامه صلاحیت پروازی برای هواپیماهای غیر نظامی
(Flight Test & Airworthiness Certificate)
طراحی مقدماتی خود شامل موارد زیر است :
1. هندسه (سطح مقطع ها،مساحت،سطوح کنترل)
2. اوزان (وزن برخاستن،حداکثر وزن،وزن فرود،وزن خالی)
3. عملکرد (سرعت واماندگی،سرعت برخاستن،سرعت اوج گیری،سرعت نزول،سرعت فرود و سقف پرواز)
طراحی اولیه خود شامل موارد زیر است:
1. طراحی و محاسبات آئرودینامیکی
2. طراحی و محاسبات تعادل و پایداری
3. طراحی و محاسبات وزن و محدوده مرکز ثقل
4. طراحی و محاسبات سازه کل هواپیما
5. طراحی و محاسبات سیستم ها
6. طراحی و محاسبات اربه فرود
7. ساخت نمونه آزمایشی (Mock up)
طراحی اجزا خود شامل موارد زیر است :
1. طراحی نمونه کامی
2. طراحی و آنالیز زیر سیستم ها
3. طراحی آزمایشات سازه ایی
4. طراحی فرآیند ساخت
5. طراحی فرآیند مونتاژ
6. ترسیم نقشه های ساخت
هر وسیله پرنده پس از طی مراحل طراحی می بایست تست های زیر را مطابق آئین نامه های مربوطه مثلاً jar یا far و ap ارضا نماید. برای مثال :
1. تست مواد
2. تست اتصالات
3. تست سازه ای (استاتیک و دینامیک)
4. تست ارابه فرود
5. تست لرزشهای شدید فلاتر
6. تست خستگی
7. تست سیستم ها
گروه طراحی سازه یکی از اساسی ترین گروههای دفتر طراحی هواپیما است زیرا وظایف زیر را عهده دار است:
1. تعیین و بهینه سازی وزن سازه
2. طراحی سازه
3. تامین استحکام و مقاومت
4. هزینه ها
در محاسبات استحکام سازه هواپیما مراحل زیر انجام می شود:
1. بار گذاری های خارجی
2. استحکام استاتیکی
3. عکس العمل های دینامیکی
4. خستگی و تعیین عمر