วิงบ็อกซ์
โครงสร้างปีก (wingbox)ของเครื่องบินปีกตรึงเป็นโครงสร้างหลักที่รับน้ำหนักของปีก ซึ่งเป็นศูนย์กลางโครงสร้างของปีกและยังเป็นจุดยึดสำหรับส่วนประกอบอื่นๆ ของปีก เช่นแผ่นปิดขอบหน้า (leading edge flaps ) ปีกปรับได้ (swing wings ) แผ่นปิดขอบหลัง (trailing edge flaps) และอุปกรณ์ปลายปีก (wing-tip devices ) โครงสร้างปีกนี้จะต่อเนื่องออกไปเกินโคนปีก ที่มองเห็นได้ และเชื่อมต่อกับลำตัวเครื่องบินในส่วนกลางของโครงสร้างปีกซึ่งเป็นแกนโครงสร้างหลักของเครื่องบิน
โครงสร้างปีก แบบกล่อง (wingbox) ได้ชื่อนี้มาจากการที่ในหลายๆ แบบ การรวมกันของคานปีก ด้านหน้าและด้านหลัง รวมถึงแผ่นปีกด้านบนและด้านล่าง ก่อให้เกิดรูปทรง "กล่อง" ตามธรรมชาติที่วิ่งผ่านปีกโดยทั่วไปแล้ว โครงสร้างภายในของปีกจะให้ความแข็งแรงส่วนใหญ่ผ่านการรวมกันของคาน ซี่โครง และตัวเชื่อม แต่แผ่นปีกภายนอกก็มักจะรับน้ำหนักส่วนหนึ่งด้วยเช่นกัน ในเครื่องบินหลายๆ แบบ ปริมาตรภายในของโครงสร้างปีกแบบกล่องยังถูกใช้เพื่อเก็บเชื้อเพลิง ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า การออกแบบ ปีกแบบเปียก (wet wing )
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้วัสดุคอมโพสิตภายในกล่องปีกเพิ่มมากขึ้น แนวโน้มนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเพื่อลดน้ำหนักเมื่อเทียบกับการออกแบบที่ใช้วัสดุแบบดั้งเดิมเท่านั้น[ 1 ] [ 2 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่งคาร์บอนไฟเบอร์ได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงมาก[ 3 ]ในเดือนมกราคม 2017 บริษัทแอร์บัส กรุ๊ป ซึ่งเป็นกลุ่มบริษัทการบินและอวกาศของยุโรป ได้ประกาศว่าพวกเขาได้สร้างกล่องปีกกลางแบบชิ้นเดียวที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตเป็นครั้งแรกของโลก โดยระบุว่าเป็นการลดต้นทุนการผลิตลง 20 เปอร์เซ็นต์เนื่องจากประกอบได้ง่ายกว่า[ 4 ]
การประเมินและการทดสอบ
เนื่องจากบทบาทเชิงโครงสร้างที่สำคัญ กล่องปีกจึงได้รับการวิเคราะห์และตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนเพื่อให้แน่ใจในความสามารถและเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ด้วยเหตุนี้ วิศวกรการบินและอวกาศจึงได้คิดค้นเทคนิคต่างๆ เพื่อคำนวณและตรวจสอบความเค้นที่เกี่ยวข้อง และผู้ผลิตเครื่องบินได้นำไปใช้การใช้การคำนวณและการทดสอบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้รับการยกย่องโดยตรงว่าช่วยให้สามารถผลิตปีกที่เบาและมีประสิทธิภาพมากขึ้น[ 1 ]ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การใช้ เทคโนโลยี การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) กลายเป็นเรื่องปกติในโครงการการบินและอวกาศ ดังนั้นซอฟต์แวร์ต่างๆ เช่นCATIAจึงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการออกแบบและการผลิต
นอกจากนี้ หน่วยงานรับรองมักต้องการการตรวจสอบทางกายภาพของประสิทธิภาพโครงสร้างของกล่องปีกในกระบวนการรับรองเครื่องบินโดยสารพลเรือนดังนั้น ผู้ผลิตเครื่องบินจึงมักผลิตหน่วยทดสอบที่ไม่สามารถบินได้ ซึ่งจะถูกนำไปทดสอบบนพื้นดิน โดยใช้แรงกดสูงสุดถึง 1.5 เท่าของแรงทางอากาศพลศาสตร์สูงสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงอายุการใช้งาน[ 5 ]การทดสอบแบบทำลายชิ้นส่วนปีกมีมาตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการบิน แม้ว่าเทคนิคเฉพาะที่ใช้จะมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่การประดิษฐ์เกจวัดความเครียดในปี 1938 ซึ่งมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่สอง[ 6 ]
การทดสอบแบบไม่ทำลายไม่ได้ดำเนินการเฉพาะในระหว่างกระบวนการรับรองเบื้องต้นเท่านั้น แต่ยังดำเนินการบ่อยครั้งตลอดอายุการใช้งานของเครื่องบินแต่ละลำ เพื่อป้องกันความล้มเหลวจากความล้าและตรวจสอบความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น[ 7 ]เทคนิคทั่วไป ได้แก่ การตรวจสอบด้วยสายตาการทดสอบอัลตราโซนิกการทดสอบ ด้วย รังสีการทดสอบ ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การ ปล่อยคลื่นเสียงและเชียโรกราฟี[ 8 ] [ 9 ]บางครั้ง ด้วยเทคนิคดังกล่าว ความจำเป็นในการเปลี่ยนกล่องปีกของเครื่องบินแต่ละลำจะถูกระบุ แม้ว่านี่จะเป็นขั้นตอนที่ค่อนข้างเข้มข้นและมีค่าใช้จ่ายสูง ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมักเลือกที่จะยุติการใช้งานเครื่องบินแทน แต่การเปลี่ยนดังกล่าวก็เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว[ 10 ] [ 11 ]ในช่วงฤดูร้อนปี 2019 กองทัพอากาศสหรัฐฯถูกบังคับให้ระงับ การใช้งานเครื่องบินขนส่ง Lockheed Martin C-130 Hercules มากกว่า 100 ลำ เพื่อตรวจสอบและซ่อมแซม หลังจากพบรอยแตกในกล่องปีกมากเกินไป[ 12 ]เครื่องบินที่ออกแบบมาเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนาน มักได้รับการเปลี่ยนกล่องปีกเป็นส่วนหนึ่งของโครงการยืดอายุการใช้งาน[ 13 ]