رشته مهندسی هوافضا چیست و شامل چه دروسی می شود؟

رشته مهندسی هوافضا چیست؟

همانگونه که از نام این رشته پیدا است، مهندسی هوافضا روی طراحی هواپیماها، فضاپیماها، ماهواره‌ها، ماهواره‌برها، هلی‌کوپترها و حتا طراحی پهباد‌ها متمرکز است. بر همین اساس بخش اصلی و ثابت این رشته را پژوهش‌های زیربنایی شکل می‌دهند که خوشبختانه بودجه خوبی نیز برای آن تخصیص داده می‌شود. در ابتدا نام این رشته مهندسی هوانوردی بود، اما با پیشرفت فناوری پرواز و ابداء وسایل نقلیه قابل بهره‌برداری در فضای کیهانی، واژه مهندسی هوافضا متداول شده ‌است. وسایل نقلیه هوایی تحت شرایط دشوار حاصل از تغییرات فشار جوی و درجه حرارت پرواز می‌کنند و نیروهای سازه‌ای متفاوتی بر مولفه‌های آن‌ها وارد می‌شود. در نتیجه این وسایل نقلیه محصول فناوری‌ها و علوم مهندسی متنوعی شامل آیرودینامیک، پیشرانش، الکترونیک پرواز، علم مواد و آنالیز سازه‌ها هستند. مهندسی هوافضا آمیزه‌ای متقابل از این فناوری‌ها است و به دلیل پیچیدگی و تنوع موضوعات، هر یک از مهندسان هوافضا در یکی از زمینه‌ها متخصص هستند. گرایش‌های مهندسی هوافضا خویشاوندی زیادی با گرایش‌های رشته مهندسی مکانیک دارند؛ به‌این جهت دارای شماری درس‌های مشترک با گرایش‌های مهندسی مکانیک مثل مکانیک جامدات و مکانیک شاره‌ها است. در بعضی دانشگاه‌های دنیا، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا به‌عنوان یک دانشکده مستقل وجود دارد. این رشته از نظر تخصصی و تکنولوژی بسیار پیچیده و سطح علمی بسیار بالایی دارد. پایه بیشتر درس‌های این رشته بر ریاضی و فیزیک است، مانند دینامیک سیالات برای آیرودینامیک یا معادلات حرکت برای دینامیک پرواز. با این‌همه، اجزای تجربی بسیاری نیز در این رشته وجود دارد. از نظر تاریخی، این اجزاء تجربی از آزمایش مدل‌های کوچک و نمونه اولیه، در تونل باد یا در فضای باز منشأ گرفته‌اند. پیشرفت‌های صنعت رایانه این امکان را به‌وجود آورده که از دینامیک محاسباتی سیالات، و شبیه‌سازی رفتار سیال، بتوان برای کاهش هزینه و زمان صرف شده در آزمایش تونل باد استفاده کرد. در کل برای ورود به این رشته باید از ریاضیات قوی و همچنین آشنایی کامل با زبان انگلیسی برخوردار بود. در ایران اکثر دانشگاه‌ها دروس اصلی رشته مهندسی هوافضا را در تمام مقاطع به زبان انگلیسی تدریس می‌نمایند و یکی از سخت‌ترین رشته‌های مهندسی به حساب می‌آید.

فارغ‌التحصیلان این رشته چه بازار کاری دارند؟ 

هدف اصلی صنعت هوافضا طراحی و ساخت وسایل پرنده است، در نتیجه فارغ‌التحصیلان مهندسی هوافضا می‌توانند در صنایع و موسسات تحقیقاتی هواپیمایی، موشکی و ماهواره فعالیت نمایند و همچنین در کلیه سازمان‌هایی که به نحوی از وسایل پرنده استفاده می‌کنند، به عنوان کارشناس و محقق خدمت نمایند. علاوه بر اشتغال در مراکز فوق، یک مهندس هوافضا با تسلط بر علوم آئرودینامیک، طراحی سازه و روش‌های طراحی توربو ماشین‌ها توانایی کار در شاخه‌های مختلفی از مهندسی و پروژه‌های خارج از حیطه صنایع هوافضایی را نیز دارد.

مهندسی هوافضا از زیرشاخه‌های مهندسی مکانیک است که با توجه به گرایش‌های مختلف مهندسی هوافضا می‌توان این رشته را نزدیک به گرایش‌های مهندسی مکانیک گرایش سیالات، کنترل، جامدات و حتی مهندسی عمران گرایش سازه دانست و لازم است ذکر شود که کاربرد زمینه‌های مطالعاتی یک مهندس هوافضا تنها به طراحی هواپیما و وسایل پرنده محدود نمی‌شود. به‌طور مثال، آیرودینامیک خودرو از برخی جهات شباهت زیادی به آیرودینامیک هواپیما دارد و امروزه در اغلب صنایع خودروسازی با استفاده از تونل باد و علم آیرودینامیک، خودروهای کم مصرف‌تری می‌سازند. فرایند سیستم‌های کنترل صنعتی نیز با فرایندهای طراحی کنترل در وسایل پرنده بر یک مبنا است و همچنین سازه اتومبیل و کشتی مشترکات زیادی با سازه یک هواپیما دارد و بالاخره توربین‌های گاز یک نیروگاه یا پالایشگاه همانند یک موتور جت تحلیل و طراحی می‌گردند. در نتیجه یک مهندس هوافضا علاوه بر شرکت‌های هوافضایی و ساخت ماهواره، در نیروگاه‌ها، صنایع نفت و گاز، پالایشگاه‌ها، صنایع خودروسازی و فرودگاه‌ها فرصتهای شغلی بسیار خوبی دارد.

جایگاه رشته مهندسی هوا فضا در ایران چگونه است؟

در ایران رشته مهندسی هوافضا پیشرفت‌های چشمگیری داشته و اگر بگوییم هم‌طراز با رشته‌های پزشکی به عنوان رشته اول علمی ایران در نقشه علمی کشور شناخته می‌شود، اغراق نکرده‌ایم. با این‌حال، فارغ‌التحصیلان این رشته به نسبت سایر رشته‌ها در ایران در اقلیت هستند و نیاز به فارغ التحصیلان بیشتر در این رشته به‌طور چشمگیری احساس می‌شود. 

چه دانشگاه‌هایی در ایران این رشته را ارائه می‌کنند؟

در ایران، رشته مهندسی هوافضا در سال ۱۳۶۶ در دانشگاه‌های شریف و امیرکبیر شروع به فعالیت کرده و در سایر دانشگاه‌ها نیز به تدریج فعال شد. به لحاظ سطح بالای دروس ریاضی و فیزیک، قبولی در این رشته نسبت به رشته‌های دیگر مهندسی دشوارتر است. این رشته در دانشگاه‌های صنعتی شریف، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری (وابسته به نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران)،دانشگاه امام حسین (ع)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، صنعتی مالک اشتر، صنعتی امیرکبیر، صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشگاه صنعتی ارومیه، دانشگاه فنی و مهندسی بوئین زهرا و دانشگاه آزاد واحد نجف آباد و علوم و تحقیقات در تمام مقاطع تدریس می‌شود. در دانشگاه آزاد رامسر و نجف آباد و بناب و دانشگاه پیام نور شیراز، کرج، مشهد و اصفهان در مقطع کارشناسی و در دانشگاه فردوسی مشهدودانشگاه تهران درمقاطع کارشناسی ارشد و دکتری و در دانشگاه‌های شهید بهشتی، دانشگاه آزاد تهران مرکزی، دانشگاه تبریز، دانشگاه صنعتی شیراز، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشگاه شاهرود، دانشگاه سمنان و پژوهشگاه هوافضا نیز رشته هوافضا در مقطع کارشناسی ارشد تدریس می‌شود. در مقطع کارشناسی ارشد، این رشته در ایران به ۵ گرایش آیرودینامیک، پیشرانش (جلوبرنده)، دینامیک پرواز و کنترل، مهندسی فضایی، سازه‌های هوافضایی تقسیم می‌شود؛ و در مقطع دکترا، این رشته در ایران به ۴ گرایش آیرودینامیک، پیشرانش (جلوبرنده)، دینامیک پرواز و سازه‌های هوافضایی تقسیم می‌شود.

آیرودینامیک

از مهم‌ترین و اساسی‌ترین پایه‌های هوافضا به‌شمار می‌رود. علم آیرودینامیک به مطالعه و بررسی جریان هوا و محاسبه نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی جسم پرنده، می‌پردازد. مهندسین هوافضا در این گرایش جریان‌های پیچیده در اطراف جسم پرنده را تحلیل می‌کنند و با بدست آوردن نیروهای آیرودینامیکی به بررسی پایداری و طراحی سازه شناور در سیال - بیشتر هوای اطراف زمین که در ارتفاعات مختلف فاکتورهای متفاوت دارد، مورد بحث است - می‌پردازند. به جز تحلیل، همواره یکی از اصلی‌ترین دغدغه‌های مهندسین آیرودینامیک، طراحی بال‌ها و بدنه‌هایی با بیشترین کاربرد و کمترین هزینه است.

پیشرانش

دانش پیشرانه‌ها به مطالعه و بررسی سامانه‌های جلوبرنده (موتور)، اعم از موتورهای هوازی و غیرهوازی می‌پردازد. موتورهای هوازی شامل موتورهای پیستونی و چرخ‌پره‌ای (توربینی) است که از هوا به‌عنوان اکسیدکننده استفاده نموده و سوخت را با خود حمل می‌کنند. اما موتورهای غیرهوازی مانند موتور موشک‌ها و فضاپیماها است که سوخت و اکسیدکننده را با خود حمل می‌کنند. در این دانش نحوه تولید نیروی رانش و همچنین ساختار کلی انواع موتورهای هوافضایی بررسی و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. طراحی و تعیین میزان عملکرد انواع سامانه‌های جلوبرنده نیز بسیار مورد توجه مهندسین پیشرانش هستند. این گرایش بسیار شبیه به مکانیک - تبدیل انرژی و سیستم‌های انرژی می‌باشد و دروس مشترک بسیاری با هم دارند و زمینه‌های کاری بیشتری نسبت به گرایش‌های دیگر هوافضا دارد. (شرکت نفت، ایران خودرو، صنایع دفاع، نیروگاه‌ها و…) عمده دانشجویان و فارغ التحصیلان این گرایش به شبیه‌سازی عددی رفتار سیال [CFD] می‌پردازند.

دینامیک پرواز و کنترل

دینامیک پرواز با بهره‌گیری از داده‌های هواپویشی، هندسی و وزنی، به مطالعه و بررسی رفتار و حرکات هواپیما می‌پردازد. در واقع علم دینامیک پرواز به بررسی برد، مسافت نشست و برخاست (طول باند)، می‌پردازد. به‌طور خلاصه، تحلیل نحوه حرکت یک وسیله در هوا یا فضا و ارائه طرح‌هایی به‌منظور بهینه‌سازی این حرکت، وظیفه دینامیک پرواز و کنترل است. در مبحث دینامیک پرواز وسایل پرنده در ابتدا تعادل نیرویی پرنده مورد بررسی قرار می‌گیرد و بعد از آن به پایداری پرنده پرداخته می‌شود. این گرایش عهده‌دار طراحی سطوح مختلف کنترلی پرنده در جهت پرواز متناسب یا مأموریت آن است.

سازه‌های هوافضایی

سازه‌های هوافضایی به مطالعه، بررسی و بهینه‌سازی سازه‌های هواپیما و دیگر وسایل پرنده می‌پردازد. هدف اصلی آن طراحی و تحلیل سازه‌هایی است که علاوه بر استواری کافی در مقابل بارهای آیرودینامیکی و دیگر بارهای استاتیکی وارد بر وسایل پرنده، کمترین وزن ممکن را نیز داشته باشند. ضمن اینکه باید بتوانند در برابر ارتعاشات و سایر عوامل محیطی نظیر تغییرات زیاد و سریع دما و رطوبت نیز مقاوم باشند. گرایش سازه به دلیل تناسب بسیار زیادی که با گرایش جامدات مکانیک دارد؛ مورد توجه مهندسان مکانیک و هوافضا است. 

دروس پایه رشته مهندسی هوافضا

• سرفصل‌های ارائه شده برای این رشته در دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی به شرح زیر است. برای مشاهده جزییات بیشتر در این خصوص به آدرس https://www.kntu.ac.ir/portals/6/karshenasi2/karshenasi.pdf  مراجعه کنید.

دروس اصلی رشته مهندسی هوافضا

دروس تخصصی رشته مهندسی هوافضا