دوست نادیده @toos_tahmasebi رشته توییتی را شروع کرده اند درباره ی جنگنده ها در جنگ سرد. اما چالش واقعی در طراحی و ساخت یک جنگنده(یا سلاح مرکب مشابه) چیست؟ چرا چین نمی تواند F-22بسازد یا ما بعد از 50 سال دراختیار داشتن فانتوم قادر به ساخت آن نیستیم؟/1.
می خواهم در این رشته توئیت با استفاده از یک داستان در طراحی و ساخت اف-14 تامکت افسانه ای به زبان ساده، چالش آفرینش فناوری جدید را از نیازمندی تا استفاده ی عملیاتی نشان دهم. در 1960 قرار بود مثل F-4 و F-35 یک جنگنده برای هر دو نیروی هوایی و دریایی آمریکا بکارگرفته شود:F-111B
پیش از پرداختن به آن؛ گاهی می شنویم: بالاخره فانتوم هم چیزی نیست به جز 13 تن فلز و پلاستیک و الکترونیک و ساخت اش با توجه به فناوری 60 سال پیش اش نباید خیلی دشوار باشد! این نگاه کالامحور به فناوری است، در حالیکه حفظ، ارتقا و آفرینش فناوری جدید یک فرایند است نه کالا/۳.
نکته: واحد محاسبه هزینه فناوری "نفر-ساعت/سال است نه "دلار". مثلا هزینه ی مستقیم طراحی زیردریای کلاس ویرجیناکه اولین زیردریایی آمریکا بود که با مدلسازی و جانمایی تمام کامپیوتری طراحی شد 35 میلیون نفرساعت(معادل مثلا200نفردر 84سال)وساخت هرفروند9میلیون نفرساعت(400نفردر11سال)است/۴.
تیم گرومن برای طراحی و تولید اولیه اف-14 شامل 800 مهندس بود که به مدت 6 سال با هم کار کردند و اگر زنجیره ی پشتیبان آن را در نظر بگیرید شامل هزاران متخصص می شود. فناوری آجر، آجر برروی دستاوردهای قبلی بنا می شود و اف-14 هم به همین منوال بر روی خاکستر اف-111ب ساخته شد /۵.
: در 1960 نیروی هوایی به دنبال جنگنده بمب افکن سریع قادربه پرواز در ارتفاع پایین برای حمله زمینی در عمق با قابلیت نشست و برخاست باند کوتاه(برخلاف F105) و نیروی دریایی به دنبال یک سکوی دورپرواز حمل موشک هوا به هوا برای حفاظت از ناوگان در برابر موشکهای ضد کشتی بود/۶.
نشست و برخاست کوتاه و مداومت پرواز بالا محتاج به بال با نسبت منظری بالا(دراز و نازک) که پسای القایی کمتری دارد است و پرواز مافوق صوت نسبت منظری پایین و زاویه پسگرای بالا (مثلثی) را برای پسای مافوق صوت کمتر می طلبد. از این رو F-111 اولین پرنده تولید انبوه با هندسه متغیر بود/۷.
111B که مدل جنگندهF-111برای کسب برتری هوایی دوربردباموشک های فونیکس طراحی شده بودولی نیروی دریایی نیازمندی اش را(احتمالا بعد ازخلاصی ازمک نامارا) تغییردادوخواستارجنگنده فوق مانورپذیربرای نبرد هوایی نزدیک شد .اضافه وزن وموتورضعیف رسیدن به این هدف رابرای F-111Bغیرممکن میکرد/۸.
و این تولد اف-14حول همان موتور/رادار/موشک بود، هدف: ساخت پرنده ای با وزن کمتر، مساحت بال بیشتر و پسای کمتر برای مانورپذیری بهتر و پرواز طولانی مدت بود. بعد از تهیه 6000 طراحی مفهومی طرح شماره 303C که بعدها با تغییراتی تبدیل به اف-14 شد، به دست آمد/۹.
نمودار مهم: برای درک پیوستگی طراحی این نمودار اف-111 را با اف-14 مقایسه می کند. شباهت شان شگفت انگیز است. راه حل طراحان، دورترکردن مفصل بال متحرک(قرمز) ازمحورتقارن بدنه،برای افزایش مساحت قسمت ثابت بال وکم کردن پسای تریم ناشی از عقب رفتگی زیاد بال اف111ب در پرواز مافوق صوت بود/۱۰
خستگی فلزی: هر کسی که با چندبار خم و راست کردن یک مفتول فلزی آن را شکسته است تصویر خوبی از خستگی فلزی دارد. با تغییرشکل مکرر یک قطعه فلزی زیربار متغیر ترکهای ریز داخل آن گسترش و در پایان می شکند. این ترک ها در نواحی ناهمگون مثل درزجوش می توانند بسیار بیشتر باشند/۱۱.
به خاطربیاورید که حفظ منافع ملی و اقتداردریایی آمریکا از افزایش برد و مداومت پروازی جنگنده محافظ ناوگان می گذشت و در این نقطه بخشی از راه رسیدن از اف-111 به اف-14 افسانه ای و تامین آن اقتدار دریایی به ساخت قطعه ی مکانیکی این عکس گره خورده بود/۱۲.
تیم سازه ی گرومن شامل مهندسانی از پروژه ماه نشین، طراحانی با سابقه کار در لاکهیدمارتین و اعضای دیگری که E-2A و F-4 کار کرده بودند بود. نیروی دریایی بدون اثبات ممکن بودن ساخت این قطعه قراردادی به کسی نمی داد و آنها چاره را در استفاده از جوشکاری اشعه الکترونی EBیافتند/۱۳.
برای اثبات امکانپذیری درمرحله پروپوزال، آنها 6جعبه ی تیتانیومی مکعبی ساده رابا جوش الکترونی ساختندو زیرآزمایش خستگی قراردادند،بعد از اثبات دوام دربرابر آزمایشات خستگی،نیروی تست را12 درصد اضافه کرده وآزمایش را آنقدری ادامه دادند که سازه شکست. اما شکست از هیچ یک از جوشها نبود/۱۴.
قرارداد واگذار شد و تازه شروع کار بود،چرا که WCS بسیاربسیارپیچیده تر از یک مکعب بود.احتیاج به جوشهایی درخلا با ضخامت متغیر از 1 تا 5 سانت در زوایای پیچیده با فاصله دو لبه ای کمتر از 0.4 میلیمتر داشت.با کنسل شدن پروژه حمل نقل مافوق صوت بویینگ،گرومن فورا تونل EBشان را خرید/۱۵.
این اولین بار بود که چنین قطعه ای با جوشکاری ساخته میشد و درسازه ی نهایی حتی یک نقطه مستعد به شکست دراثرخستگی نباید وجود می داشت. انواع عیوب جدیدی در جوشکاری کشف و حل می شدند. همزمان اخبار بدی درباره ی مشکلات خستگی WCS فولادی اف-111 که با قوس تنگستنی جوش داده شده بود می رسید/۱۶.
این برای مهندسان آشناست: در پروپوزال تعمدا نقشه های مرتبط با اتصال قطعات میانی بدنه و ناسل ها به WCS بدون جزییات کافی اما پیچیده کشیده شده بودند تا بررسی آنها را دشوار کند و در آنها مواردی وجودداشت که ساخت را غیرممکن می کردو پس از برنده شدن مناقصه زمان حل آن مشکلات بود/۱۷.
این شامل رفت و برگشت های متعدد بین گروه سازه میانی بدنه و طراح WCS کارلوس پایز بود. در نهایت او و گروه اش، راه های هوشمندانه ای برای رفع تناقضات یافتند و سناریوی جوشکاری کلی WCS را (نقطه ی شروع تا پایان) طراحی کردند. در ضمن این قطعه مخزن سوخت میانی هم بود/۱۸.
گروه آنالیز کننده هم بعداز چند ماه مدلسازی و چندین هفته اجرای کامپیوتری اولین نتایج اطمینان بخش را از طریق روش اجزای محدود به دست دهد. به شبکه بندی زمخت مدل اجزای محدود مورد استفاده درمقایسه با آنچه امروز در اختیار هر دانشجوی مهندسی است دقت کنید/۱۹.
روش های جدیدی برای آزمون غیرمخرب، بازسازی جوش های الکترونی خراب، بررسی گسترش ترک در تیتانیوم در آزمایشگاه های دانشگاه های طرف قرارداد گرومن اختراع شدند. درپایان برای اطمینان خاطر نیروی دریایی ۳۶ تا اولین WCS تولید شده زیر%150 نیروی حداکثری آزموده شدند/۲۰.
WCS اولین سازه تیتانیومی تمام جوش یکپارچه با وزن بیش از یک تن در صنعت هوایی بود. برای مقایسه دستاورد گرومن: اف-111 به زحمت قادر به مانورهایی با حداکثر 4.5 جی در پرواز زیرصوت بود در حالیکه اف-14 می تواند تا 7.5 جی را در ماخ 2 نگهدارد/۲۱.
پروژه ای مانند اف-۱۴ شامل حداقل ۶ یا ۷ فناوری کاملا جدید مشابه WCSبود و قطعا تجربه ی آن به پروژه و نسل بعدی منتقل شده است. بدون پیوستگی انتقال تجربه در نیروی انسانی و ثبات سیاسی چنین دستاوردهایی ناممکن است/۲۲.
دفعه ی بعد هنگامی که کسی صحبت از ساخت جنگنده ی نسل ۴ و ۵ کرد به تونل خلايی فکر کنید که برای جوشکاری قطعات ۶ یا ۷ متری لازم است.این سخنرانی فوق العاده از یکی از طراحان اف-14 هم تقدیم دوستانی که تا اینجا حوصله کردند و خواندند/تمام.
باز هم اشتباه شد. این مهمترین توییت رشته بود که می گفت آن قطعه چیست: بین توییت ۱۰ و ۱۱آن قطعه جعبه میانی بال بود که بال های متحرک را به سازه متصل می کرد مثل این مدل و آنچه در شماتیک نشان داده شده:
@Azematt @SinaNoorikhani و گروه بزرگتری از سایر دوستان مثل @Sukhoi_Su_35 و @Behradei که بهترین راه یافتن شان نگاه کردن به کسانی که این دوستان فالو می کننداست.
صد در صد چینی ها به سرعت در حال رسیدن هستند: Chengdu J-20 تلاش آنهاست. ولی این دقیقا نظر من را ثابت می کند که واحد اندازه گیری دلار نیست. آنها باید نفرساعت خرج کنند و آجر-آجر روی هم بنا کنند و فناوری جنگنده ی نسل پنج زمانبر است و فرایند با پول سرعت نمی گیرد.
بله و البته تا سالها بعد تا زمان طراحی اس آر-۷۱ هم ماشین حسابها هنوز مکانیکی بودند. حتی اینجا هم اگر نگاه کنید اولین نمونه های اجزای محدود بسیار ابتدایی بود (امیدوارم فرصت شود درباره شان بنویسم):