مهندسی هوافضا شاخه‌ای است از مهندسی مکانیک که به بررسی اجسامی که در هوا حرکت می‌کنند میپردازد مانند طراحی هواپیما، فضاپیما، ماهواره، ماهواره برها و موضوعات وابسته، طراحی خودروهای کم مصرف و تجهیزات خاص نفت و گاز و سیستم‌های تولید توان و نیروگاهی.
این رشته مهندسی به طور کلی به دو بخش اصلی هوانوردی و کیهان‌نوردی که تا حدودی با یکدیگر همپوشانی دارند، تقسیم می‌شود و کیهان نوردی بحث داغی در جهان دارد
وسایل نقلیه هوایی در شرایط جوی مختلفی پرواز می‌کنند و نیروها و فشارهای متفاوتی بر اجزای آنها وارد می‌شود. در نتیجه این وسایل نقلیه با در نظر گرفتن تکنولوژی‌ها و علوم مهندسی متنوعی شامل آیرودینامیک، پیشرانش، اویونیک، علم مواد و تحلیل سازه‌ها طراحی و ساخته می‌شوند. مهندسی هوافضا مجموعه‌ای از علوم مهندسی ذکر شده می‌باشد و به دلیل پیچیدگی و تنوع موضوعات، مهندسین هوافضا در یکی از زمینه‌ها متخصص می‌شوند.
مهندسی هوافضا یکی از پیشروترین زمینه‌های پژوهشی است و بودجه‌های کلان نظامی و غیرنظامی که صرف این رشته می‌شود زمینه‌های پیشرفت و جهش در دیگر رشته‌های دانش و مهندسی را فراهم ساخته‌است. این مهندسی دانشی راهبردی است که در آن از دانشهای دیگر مانند مکانیک، متالورژی، علوم رایانه، مهندسی عمران و الکترونیک بهره‌گیری می‌شود.
هدف تربیت کارشناس در صنایع هواپیما و هلیکوپترسازی و فردی آشنا به مقدمات و اصول مهندسی هوافضا است. طول متوسط دوره ۴ سال است. دانشجویان موظفند ۳ واحد پروژه بگیرند و ۲ تابستان در دفاتر مهندسی صنایع مربوط کارآموزی کنند. فارغ‌التحصیلان کادر مورد نیاز محاسبات ، طراحی، تحقیقات و ساخت صنایع مختلف هواپیمایی، هلیکوپترسازی، موشکی و صنایع دیگر را تامین می‌کنند.
درسهای رشته
دروس این مجموعه شامل دروس عمومی، پایه، اصلی، تخصصی، کارگاهی و کارآموزی است و زمینه‌هایی چون آیرودینامیک، سازه هوایی، مکانیک پرواز و جلوبرنده‌ها را در بر می‌گیرد. پایه‌های اصلی لازم برای تحصیل در این رشته ریاضیات، فیزیک و زبان خارجی است. برای فارغ‌التحصیلان این رشته امکان ورود به دوره کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا وجود دارد. باید توجه داشت که صنایع هوافضا در دنیا یکی از پیشروترین زمینه‌های تحقیقاتی است و همواره موجبات ترقی و جهش در سایر رشته‌های علوم و مهندسی را فراهم ساخته و در این راستا بودجه‌های عظیم نظامی و غیرنظامی را به خود اختصاص داده است، موضوعاتی از قبیل طراحی و ساخت هلیکوپتر، هواپیمای بدون سرنشین، بدون موتور، عمود پرواز و یا جنگنده از یک طرف و ساخت پایگاههای فضایی، مسافرت به کرات دیگر و جنگ ستارگان از طرف دیگر جامعیت و حساسیت این رشته را بیش از پیش روشن می‌سازد.
مهندسی هوافضا مجموعه‌ای از علوم و توانایی‌های علمی و عملی در زمینه تحلیل، طراحی و ساخت وسایل پرنده نظیر هواپیماها، چرخ‌بال‌ها، گلایدرها، موشک‌ها و ماهواره‌ها است. این رشته بر چهار پایه آیرودینامیک ۱ ، جلوبرندگی ۲ ، مکانیک پرواز ۳ و سازه‌های هوافضایی استوار است.
وی در توضیح چهار پایه علمی این رشته می‌گوید: «آیرودینامیک» به مطالعه و بررسی جریان هوا، محاسبه نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی جسم پرنده میپردازد و مهندس هوا فضا با فراگیری این علم به تحلیل جریان‌های پیچیده در اطراف اجسام پرنده پرداخته و با به دست آوردن نیروهای آئرودینامیکی امکان بررسی پایداری و طراحی سازه را فراهم می‌کند.
«جلوبرندگی» به مطالعه و بررسی سیستم‌های جلوبرنده اعم از موتورهای پیستونی ، توربینی ، راکت‌ها و نحوه تولید نیروی رانش در آنها میپردازد.
«مکانیک پرواز» به مطالعه و بررسی رفتار و حرکات جسم پرنده با استفاده از اطلاعات آئرودینامیکی ، هندسی و وزنی میپردازد و در واقع علم مکانیک پرواز از «عملکرد» تشکیل می‌شود و «عملکرد» به بررسی برد، مسافت نشست و برخاست، مداومت پروازی در سرعت‌های مختلف و پایداری و کنترل وسایل پرنده میپردازد.
و در نهایت «سازه‌های هوافضایی» به مطالعه و بررسی سازه‌های هواپیما و دیگر وسایل پرنده میپردازد و هدف آن طراحی سازه‌هایی است که علاوه بر استحکام کافی در برابر بارهای آئرودینامیکی و سایر بارهای استاتیکی وارد بر وسایل پرنده، حداقل وزن ممکن را نیز داشته باشند.
یکی از دانشجویان کارشناسی ارشد این رشته نیز مهندسی هوا فضا را علمی استراتژیک می‌داند که در آن از همه علوم از جمله متالوژی ، کامپیوتر و الکترونیک استفاده می‌شود و هدف آن تربیت کارشناسانی است که کادر مورد نیاز محاسبات ، طراحی ، تحقیقات و ساخت صنایع مختلف هواپیمایی، چرخ‌بال‌سازی و موشکی را تامین سازند. به همین دلیل دانشجویان این رشته موظف هستند که در طی تحصیل ۳ واحد پروژه بگیرند و در تابستان نیز در دفاتر مهندسی صنایع مربوط کارآموزی بکنند.
تاریخچه
مبدأ مهندسی هوافضا را می‌توان در اواخر سده ۱۹ و اوایل سده ۲۰ جستجو کرد. البته بسیاری، اولین کسی را که در زمینه مهندسی هوافضا پیش قدم بود سر جورج کیلی می‌دانند که کارهای او به اواخر سده هجدهم بر می‌گردد.[۱] سر جورج کیلی به عنوان اولین فردی شناخته می‌شود که نیروهای وارد شده به وسایل نقلیه هوایی را به صورت نیروی برآ و نیروی پسا مجزا نمود.[۲]یکی از بزرگترین ای افراد شاخص در ایران سید کاظم حسینی است .
رشته مهندسی هوافضا
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. اما 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 متعددی 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 یه گرایش‌های مهندسی مکانیک گرایش سیالات، کنترل، جامدات وحتی 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. برای مثال آیرودینامیک خودرو از برخی جهات شباهت زیادی به آئرودینامیک هواپیما دارد و امروزه در اغلب صنایع خودروسازی با استفاده از تونل باد و علم آئرودینامیک، خودروهای کم مصرف تری 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.
در ایران رشته مهندسی هوافضا در سال‌های اخیر پیشرفت چشمگیری نموده و به عنوان رشته اول علمی ایران در نقشه علمی کشور شناخته می‌شود؛ و از نظر استخدام فارغ التحصیلان، و تخصیص بودجه به عنوان هدف اول علمی کشور به حساب آمده است. البته فارغ التحصیلان در این رشته در ایران هنوز بسیار اندک هستند و نیاز به فارغ التحصیلان بیشتر در این رشته به طور چشمگیری احساس می‌شود. در ایران سالانه حدود ۷۰۰ نفر در مقطع کارشناسی، ۴۰۰ نفر در مقطع کارشناسی ارشد و ۲۵ نفر دکتری فارغ‌التحصیل می‌شوند.
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، دانشکدهٔ مهندسی مکانیک و هوافضا به‌عنوان یک دانشکدهٔ مستقل وجود دارد. اما در کل این رشته از نظر تخصصی و تکنولوژی بسیار پیچیده‌تر از مهندسی مکانیک دارد و سطح علمی بالاتری دارد. پایهٔ 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 نمونهٔ اولیه، در تونل باد و 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.
رشته مهندسی هوافضا در دانشگاه‌های ایران
در ایران، رشتهٔ مهندسی هوافضا در سال ۱۳۶۶ در دانشگاه‌های شریف و امیرکبیر شروع به فعالیت نموده و در سایر دانشگاه‌ها نیز بتدریج فعال گردید. 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 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 چند پیام نور 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.
با توجه به نظر رئیس کمیسیون آموزش مجلس، مدرک کارشناسی این رشته در دانشگاه پیام نور به علت عدم امکانات و هیئت علمی کافی به صورت معادل مهندسی هوافضا خواهد بود (البته این موضوع هم از طرف سازمان سنجش و دانشگاه پیام نور رد شده است).
در حال حاضر 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.
گرایش‌ها
آیرودینامیک
از مهمترین پایه‌های هوافضا به‌شمار می‌رود. علم آیرودینامیک به مطالعه و بررسی جریان هوا و محاسبهٔ 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 سازهٔ 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 نحوهٔ 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)، چگونگی تاف وسیلهٔ پرنده می‌شود میپردازد. به‌طور خلاصه، تحلیل نحوهٔ حرکت یک وسیله در هوا یا فضا و ارائهٔ طرح‌هایی به‌منظور بهینه‌سازی این حرکت، وظیفهٔ دینامیک پرواز و کنترل است. این بخش بسیار مهم به مطالعهٔ سازه‌های موتوری هوایی و فضایی و بهبود کیفیت آنها متناسب با نوع سازه میپردازد.
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.
مهندسی فضایی
مهندسی فضایی شاخه‌ای از هوافضا است که به بررسی پیشرانش، آیرودینامیک، سازه و مکانیک پرواز حامل (موشک) و پرتابه (ماهواره) در فضا میپردازد. علاوه بر آن در این شاخه بیشتر به مبحث طراحی سیستمی پرتابه توجه می‌شود. در این گرایش به مباحث فضایی (صرف نظر از پسا) و در نظر گرفتن شرایط ویژه فضا (پرتوهای کیهانی، الکتریسیته ساکن و…)، همچنین طراحی مسیر پرتاب و مدار ماهواره پرداخته می‌شود. در واقع رویکرد اصلی در این شاخه استفاده از تمامیه دانش گسترده هوافضا به منظور محقق کردن یک هدف فضایی مانند ماموریت‌های علمی، اکتشاف اعماق فضا، مخابراتی و… می‌باشد. در اغلب کشورهای توسعه یافته بلندپروازانه‌ترین پروژه‌ها در زمینه فضایی تعریف می‌شوند که ایران هم با توجه به قابلیت‌های علمی دردسترس از این قاعده مستثنی نیست. مهندسی فضایی در ایران به طور چشم گیری در حال توسعه و پیشرفت است و ساخت ماهواره و موشک به عنوان یکی از اهداف علمی کشور شناخته می‌شود
آینده شغلی ، بازار کار ، درآمد
در مورد مشکلات و دشواری‌های شغلی فارغ‌التحصیلان این رشته نیز دکتر رئیسی می‌گوید: مهمترین مشکل این رشته جدید بودن آن است و این که هنوز برای آن برنامه‌ریزی‌های لازم به صورت کلان تدوین نشده است و در نتیجه پراکنده‌کاری در این رشته زیاد است و در کل جذب نیروی انسانی از کانال صحیحی انجام نمی‌گیرد وگرنه عمدتا فارغ‌التحصیلان این رشته از نظر بازارکار مشکلی ندارند.
همان‌طور که پیش از این گفتیم 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 بکنند و همچنین در کلیه موسسات و سازمانهایی که به نحوی از وسایل پرنده استفاده می‌کنند، به عنوان کارشناس تحقیق در عملیات و تعمیر و نگهداری خدمت کنند. اما 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 متعددی از مهندسی و پروژه‌های خارج از حیطه صنایع هوافضایی را نیز دارد.
دکتر رئیسی در همین زمینه می‌گوید: کاربرد زمینه‌های مطالعاتی یک مهندس هوافضا تنها به طراحی هواپیما و وسایل پرنده محدود نمی‌شود. برای مثال آئرودینامیک خودروهااز برخی جهات شباهت زیادی به آئرودینامیک هواپیما دارد و امروزه در اغلب صنایع خودروسازی با استفاده از تونل باد و علم آئرودینامیک ، 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 ایستگاه پمپ گاز همانند یک موتور جت تحلیل و طراحی می‌گردند. در نتیجه یک مهندس هوافضا علاوه بر شرکت‌های هوایی در نیروگاهها، صنایع نفت و گاز و صنایع خودروسازی فرصتهای شغلی خوبی دارد.
توانایی‌های مورد نیاز و قابل توصیه
دکتر رئیسی همچنین معتقد است که دانشجوی این رشته باید در کارهایش نظم و برنامه‌ریزی داشته باشد چون حجم مطالبی که در طول یک ترم ارائه می‌شود، زیاد بوده و مطالعه آنها مستلزم یک برنامه‌ریزی دقیق می‌باشد.
وی در مورد دروس مهم در این رشته نیز می‌گوید: زیربنای این رشته ریاضیات است و همچنین فیزیک و شیمی تا حدودی لازم می‌باشد و البته همین‌جا لازم است توصیه کنم که دانش‌آموزان اگر در درس زبان خارجی ضعیف هستند، وارد این رشته نشوند چون بیشتر دروس این رشته به زبان انگلیسی وابسته می‌باشد.
آقای جهانی دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی هوافضای دانشگاه امیرکبیر نیز معتقد است که دانشجوی این رشته باید آمادگی کار در کارخانجات را داشته باشد. وی در توضیح می‌گوید: مهندسی هوافضا یک رشته فنی است و عموما کسانی که وارد رشته‌های فنی می‌شوند، باید آمادگی کار در کارخانجات را داشته باشند و همچنین باید افراد قوی و دارای پشتکار وارد این رشته بشوند تا به یاری اراده قوی خود در پیشبرد این رشته نوپا موفق گردند.
