विमानांचा अभिकल्प व रचना : विमान हे हवेपेक्षा जड वाहन असून त्याच्या हवेमधील हालचालीमुळे निर्माण होणाऱ्या हवेच्या दाबामुळे त्याला उत्थापक प्रेरणा मिळते व तिच्याद्वारे ते भार वाहून नेते. या वेळी त्याला हवेकडून वायुगतिकीय रोध होतो म्हणजे हवेकडून त्याच्यावर ओढ लावली जाते. उत्थापक प्रेरणा जास्तीत जास्त व ओढ कमीत कमी राहील अशा रीतीने विमानाचा अभिकल्प (आराखडा) तयार करतात व त्यानुसार त्याची रचना (बांधणी) करतात. कार्यक्षम अभिकल्पामुळे ओढ कमी होते, कमी गतीला जास्त उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते आणि विमानचौकट व एंजिन यांच्या दर किग्रॅ. वजनामागे विमानाचा वाहून नेण्यायोग्य म्हणजे उपयुक्त भार वाढतो. उदा., चांगल्या अभिकल्पाच्या पंखांमुळे कमी किंवा जास्त गतीला मोठी उत्थापक प्रेरणा व कमी ओढ निर्माण होते.
नवीन प्रकारचे विमान तयार करावयाचे झाल्यास अभिकल्पक व अभियंते विमानाची योजना आखतात आणि विमानाच्या विविध भागांचे वा घटकांचे अभिकल्प तयार करून त्यांचे परीक्षण करतात. अशा रीतीने विमानाचा नवीन प्रकार तयार होण्यास व त्याची चाचणी पूर्ण करण्यास ८ ते १० वर्षे लागू शकतात. नंतरच त्याचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन सुरू होते. विमान कोणत्या कामासाठी वापरावयाचे आहे, त्यानुसार त्याचा अभिकल्प तयार करतात. उदा., वाहतुकीसाठी वापरावयाचे विमान शक्य तितक्या कमी इंधनात जड माल दूर अंतरापर्यंत वाहून नेणारे असावे लागते वजनाला हलके लहान विमान सहजपणे संचलन करणारे व लहान धावपट्टीवर अवतरण करणारे असावे लागते तर हवाई दलाचे लढाऊ विमान वेगवान म्हणजे ध्वनीच्या वेगाच्या २ ते ३ पट वेगाने जाणारे असावे लागते, तसेच ते अगदी कमी किंवा अतिशय जास्त उंचीवर वापरता येणारे व नेहमीच्या/साध्या धावपट्टीचा वापर करता येणारे असावे लागते.
विमानाचे उड्डाण व्यवहार्य व नियंत्रित स्वरूपाचे होण्यासाठी व ते चालविण्यासाठी एंजिन लागते. उत्थापक प्रेरणा निर्माण होण्यासाठी विमानाच्या पंखांचा आकार योग्य असा असावा लागतो आणि नेमून दिलेल्या मर्यादांमध्ये संचलन करण्यासाठी सक्षम नियंत्रण प्रणाली असावी लागते. शिवाय विमानाचे उड्डाण समाधानकारक रीतीने होण्यासाठी त्याचे गुणधर्म स्थिर असावे लागतात म्हणजे स्थिर स्थितीपासून विमान विचलित झाल्यास (दूर गेल्यास) आपोआप प्रेरणा व संवेग निर्माण होऊन ते परत स्थिर स्थितीत आले पाहिजे आणि यासाठी वैमानिकाला काही कृती करावी लागू नये.
पंख, काया (धड), पुच्छ-जोडणी, अवतरण यंत्रणा व एंजिन हे विमानाचे मुख्य भाग असून एंजिन सोडून इतर सर्व भागांना मिळून विमानचौकट म्हणतात (आ.१). विमानाचा अभिकल्प व रचना करताना पुढील गोष्टींचा विचार केला जातो : विमानाच्या रचनेच्या प्रमाणभूत प्रकारांची झालेली उत्क्रांती (विकास), विविध घटकांचे (भागांचे) अभिकल्पविषयक खास प्रश्न, उड्डाणात उद्‌भवणारे भार, विमानाच्या रचनेसाठी वापरण्यात येणारी द्रव्ये, तसेच विमानाची रचनात्मक एकरूपता व सेवाकाल यांची खातरजमा करून घेण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या परीक्षणाच्या पद्धती.
आरोहण, उड्डाण, अवतरण व जमिनीवरील संचलन करताना विमानाच्या विविध घटकांवर लागू होणाऱ्या सर्व भारांना किंवा प्रेरणांना सहन करीत टिकून राहू शकतील एवढे हे घटक मजबूत असावे लागतात. उदा., हवेच्या प्रवाहाने लागू होणाऱ्या उत्थापक प्रेरणांच्या कर्तन व नमन (वाकविणाऱ्या) क्रियांमध्ये पंख टिकून रहावे लागतात. विमानातील संरचना ह्या वायुगतिकीय गरजा अतिशय काटेकोरपणे भागविणाऱ्या असाव्या लागतात. किमान अथवा अतिशय कमी वजन हे विमानाच्या रचनेचे वैशिष्ट्य आहे. यामुळे पुरेसा अधिभार आत ठेवून ते चांगल्या प्रकारे उडविता येते. याकरिता विमानाचा अभिकल्प अतिशय काटेकोरपणे करतात. परिणामी रचनात्मक बलासाठी अतिशय गरजेचे असले, तरच वजनात वाढ होऊ देतात. यामुळे विमानाचे घटक वजनाने हलके पण बळकट व उच्च तापमानालाही बळकटपणा टिकवून धरणाऱ्या द्रव्याचे करतात. अशा रीतीने घटकांच्या आकारावर वायुगतिकीय प्रेरणांचा पडणारा प्रभाव आणि वजनाला अतिशय हलक्या अशा पातळ पण दणकट घटकांचा वापर ही विमानांच्या रचनेची आगळी वैशिष्ट्ये आहेत. विमानाच्या रचनेची प्रगती होताना विविध टप्प्यांवर घटकांच्या अभिकल्पाविषयीचे प्रश्न समोर उभे राहतात व त्यांवरील उपाय शोधण्यात येतात. यांतून सर्वोत्कृष्ट रचना विकसित होत जाते.
मराठी विश्वकोशात वायुगतिकी, विमान, विमान परीक्षण, विमानाचे एंजिन, विमानातील उपकरणे हे स्वतंत्र लेख आहेत. तसेच विष्णू माधव घाटगे या भारतीय विमान-अभिकल्पकावरील स्वतंत्र नोंदीत त्यांनी या क्षेत्रात केलेल्या कामाची माहिती दिली आहे.
विमानाचे पंख : विमानाला वायुगतिकीय उत्थापक प्रेरणा मिळवून देणे हा पंखाचा मुख्य उद्देश असतो व त्यानुसार पंखाचा अभिकल्प तयार करतात. पंख विमानाच्या कायेपासून दोन्ही बाजूंनी पसरलेले असतात. पंखाचा तळ वा खालचा पृष्ठभाग सपाट असून वरील पृष्ठभाग किंवा माथा बहिर्वक्र असतो. अशा आकाराभोवती हवेचा प्रवाह वाहताना उत्थापन निर्माण होते व या आकाराला वातपर्ण म्हणतात. विमान वेगाने पुढे जाऊ लागले की, पंखाच्या या आकारामुळे उत्थापक प्रेरणा आपोआप निर्माण होते. कारण वातपर्ण आकाराच्या वरील भागात हवेचा दाब कमी होतो व पंखाच्या खालील भागात हवेचा दाब स्थिर म्हणजे वरील बाजूपेक्षा अधिक रहातो. दाबांतील या फरकामुळे उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते [⟶ वायुयामिकी]. विमान जमिनीवरून हवेत उचलले जाण्यास व त्याला हवेत तरंगत ठेवण्यास लागणारी उत्थापक प्रेरणा भोवतालच्या हवेची घनता व वातपर्ण आकारावरील हवेच्या प्रवाहाचा वेग यांच्या गुणाकाराच्या समप्रमाणात असते. अभिमुख (पुढे जाण्याची) दिशा व पंखाची अग्रेसर कड यांच्यातील कोनावर उत्थापक प्रेरणेचे मान अवलंबून असते.
बहुतेक विमानांचे पंख धातूचे असतात. पंखाच्या सांगाड्यात आधाराकरिता लांबीच्या एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत तुळईसारखा भक्कम दांडा असतो आणि रुंदीला समांतर असे वक्र आडवे तीर (छत पट्ट्या) असतात. या सांगाड्यावर ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूच्या पातळ पत्र्याचे आच्छादन असते. धातू व मिश्रधातूंच्या वापरामुळे पंख बळकट व दृढ होतात (पूर्वी तारांनी बांधलेल्या लाकडी पट्‌ट्यांच्या सांगाड्यावर कापडाचे वा प्लायवुडचे आच्छादन घालून पंख बनवीत). बहुतेक विमानाचे पंख अर्धबहाल प्रकारचे असतात. म्हणजे त्यांचे एक टोक कायेला घट्ट बसविलेले असते व दुसरे टोक अधांतरी राहते. यांमुळे पंखाला मिळणारा सर्व आधार हा कायेमार्फत मिळतो. कायेला डाव्या-उजव्या बाजूंचे पंख जोडताना भार पंखाकडून कायेकडे संक्रामित होईल, अशा तऱ्हेने ते जोडतात. पंख कायेच्या खालील भागापाशी, मध्यापाशी अथवा माथ्यापाशी जोडतात.
आधार, कड, टोकाशी कड, अग्रेसर कड आणि अनुसरणी कड हे पंखाचे भाग आहेत. पंख आधार कडेपाशी कायेला जोडलेला असतो. आधार कडेपासून सर्वांत दूर पंखाची टोकाची कड असते. पंखाची पुढील कड अग्रेसर कड असून तिच्या विरुद्ध बाजूस अनुकरणी कड असते. अग्रेसर कडेकडून मागे जाताना पंखाची जाडी वाढते आणि रुंदीच्या मध्यापासून मागे कमी कमी होत जाऊन अनुकरणी कडेशी पंख चाकूच्या पात्याप्रमाणे एकदम चापट झालेला असतो. बहुतेक विमानांत पंखाची टोकाची कड ही आधार कडेपेक्षा जास्त उंचीवर असते. अशा पंखांना द्वितल पंख म्हणतात.
विमानाच्या प्रकारानुसार त्यांचे पंख निरनिराळ्या आकारांचे असतात. सर्व बाबतींत सर्वोत्कृष्ट असा एखादा आकार उपलब्ध नाही. सरळ पंखाची अग्रेसर कड विमानाच्या कायेच्या काटकोनात असते [आ. २ (अ)]. पुष्कळ विमानांत सरळ पंख असतात. कारण त्यांच्यामुळे विमानाचे कार्य कमी व उच्च अशा दोन्ही वेगांना चांगले चालते. पुष्कळ वेगवान विमानांत व मुख्यत्वे झोत विमानांत मागे झुकलेले पंख असतात [आ. २ (आ)]. अशा पंखाच्या अग्रेसर व अनुसरणी कड विमानाच्या कायेशी विशाल कोन करून मागे झुकलेल्या असतात. असे पंख आधार कडेपासून टोकाच्या कडेपर्यंत विमानाच्या शेपटीकडील बाजूस तिरपे झालेले असतात. काही थोड्या वेगवान झोत विमानांत पुढे झुकलेले पंख असतात [आ. २ (इ)]. त्रिकोणाकृती (डेल्टा) पंखाच्या [आ. २ (ई)] आधार कडेची लांबी कायेएवढी असते आणि खाची अग्रेसर कड मागे खूप झुकलेली तर अनुसरणी कड खूपच कमी झुकलेली (जवळजवळ काटकोनात) असते. अशा पंखांमुळे जास्त गती व मोठी उत्थापक प्रेरणा मिळते आणि त्यावरील ओढ (हवेचा रोध) कमी असते.
उच्च वेगाच्या लष्करी विमानांना आकार वाढता येणारे आंदोलक किंवा डोल पंख असतात. विमान उड्डाण करीत असताना या पंखांचा आकार बदलता येतो [आ. २ (उ)]. विमानाचा वेग कमी करत असताना आंदोलक पंख सरळ पंखाच्या स्थितीत ठेवल्यास जास्त उत्थापक प्रेरणा मिळून विमानाचे कार्य चांगले चालते, तर उच्च वेग असताना ते त्रिकोणाकृती पंखाच्या स्थितीत मागे झुकविल्यास विमान कमाल कार्यक्षमतेने चालविता येते.
कमी वेगाच्या विमानांच्या पंखांपेक्षा वेगवान विमानांचे पंख खूप चापट असतात [आ. २ (ऊ)]. असा चापट पंख बळकट करण्यासाठी निरनिराळ्या संरचना वापरतात. यासाठी दुहेरी आच्छादन अत्यंत कार्यक्षम ठरले आहे. यात बाहेरच्या आच्छादनाला आतल्या आच्छादनाचा आधार मिळतो. कारण ही दोन्ही आच्छादने सु. २.५ सेंमी. जाडीच्या पाटल्यांनी अलग केलेली असतात. ज्या पंखामध्ये त्याची जाडी, पृष्ठभाग व आकार विमानाच्या वेगानुसार बदलता येतो, त्याला बदलत्या लांबीचा पंख म्हणतात. असे पंख वेगवान विमानांसाठी वापरता येतात.
पुष्कळदा पंखाच्या रचनेत विमानाचे एंजिन बसविण्याची व्यवस्था केलेली असते. काही विमानांत एंजिने पंखांच्या आत बसवितात तर काही विमानांत एंजिने पंखाच्या खाली लोंबती ठेवण्याची व्यवस्था असते. ही लोंबती स्तंभ-रचना पंखाखाली अथवा कायेखाली असते. विशिष्ट विमानानुसार या प्रयुक्तीचा अभिकल्प तयार केलेला असतो. यामुळे नगण्य ओढ निर्माण होते. लष्करी विमानांत अशा सोयीमुळे पंखात विविध प्रकारची सामग्री ठेवता येते. साधारणपणे अशी सामग्री पंखाखाली व क्वचित प्रसंगी पंखाच्या टोकाच्या कडेवर ठेवतात. क्षेपणास्त्रे, बाँब, रॉकेटे, पाणतीर, रॉकेट चलित्रे इ. सामग्री, तसेच टेहळणीची सामग्री, शत्रूच्या रेडिओ संदेशवहनात अडथळा आणणारी सामग्री, शत्रूच्या रडारला विरोधी उपाय म्हणून अभिकल्पित केलेले वातावरणात सोडावयाचे धातूच्या पत्र्याचे पातळ, सपाट तुकडे, प्रदेश दृश्यमान करणारा दारूगोळा टाकण्याची साधने, रिकाम्या इंधन टाक्या टाकण्याची साधने इ. सामग्री या रीतीने ठेवतात.
वाहतुकीच्या विमानांत बरेचसे इंधन पंखात ठेवलेल्या टाक्यांतून नेतात. कधीकधी पंखाचा एक भाग द्रवाभेद्य करून त्यांचा इंधनाची अविभाज्य (अंगची) टाकी म्हणून वापर करतात. अनेक प्रकारच्या वेगवान लष्करी विमानांत पंख अतिशय चपटे असल्याने त्यात पुरेसे इंधन साठविता येत नाही. त्यामुळे इंधनाच्या टाक्या कायेवर, पंखाखाली किंवा पंखाच्या टोकाच्या कडेवर बसवितात. यामुळे गरजेनुसार विमानाचा पल्ला वाढतो व कार्यकक्षा विस्तारते. नको असतील तेव्हा वैमानिक या बाहेरील अतिरिक्त रिकाम्या टाक्या टाकून देऊ शकतो.
कधीकधी अकस्मात आघात किंवा आपतन कोनाला (अग्रेसर कड व अनुसरणी कड यांच्या वक्रतेच्या मध्यांतून जाणारी सरळ रेषा व हवेच्या अक्षुब्ध प्रवाहीची दिशा यांच्यातील कोनाला) हवेचा सुरळीत प्रवाह पंखाच्या (वातपर्ण आकाराच्या) वरच्या पृष्ठभागावर भंग पावतो व विक्षोभ (खळबळ) निर्माण होतो. यामुळे ओढ जलदपणे वाढते व उत्थापक प्रेरणा अचानक नष्ट होते. अशा वेळी पंखाचे पतन झाले असे म्हणतात. (याच्याशी एंजिनाचा काही संबंध नसतो). अशा परिस्थितीत विमान नियंत्रणाबाहेर जाते व जलदपणे खाली येऊ लागते. त्याचे पंख व नियंत्रक पृष्ठभाग यांच्यावर हवेचे नियमित प्रवाह परत प्रस्थापित झाले नाहीत, तर विमान कोसळते. या प्रक्रियेमुळे अनेक भयानक अपघात झाले आहेत. पंखाच्या अग्रेसर कडेजवळ लांबीला अनुसरून पाडलेल्या योग्य अभिकल्पाच्या अरूंद खाचेने असे पतन लांबविता येते व उड्डाणगतीचा पल्ला वाढविता येतो. प्रसंगविशेषी विमानाचा रोख जास्त न बदलता उंची जलदपणे कमी करण्यासाठी अथवा वेगवान वाऱ्यात जमिनीवरील विमान उचलली जाऊन त्यांचे होणारे नुकसान टाळण्यासाठी पंखावर पट्टीका बसवून उंचवटे निर्माण करतात. त्यांच्यामुळे हवेचा प्रवाह बदलून ओढ वाढते आणि उत्थापक प्रेरणा जलदपणे कमी वा नष्ट होते.
नैसर्गिक कारणांमुळेही उत्थापक प्रेरणा नष्ट होते. पंखावर व नियंत्रक पृष्ठभागांवर हिम व बर्फ साचल्याने उत्थापक प्रेरणा नष्ट होऊ शकते. चूर्णरूप हिमाच्या अतिशय पातळ थरानेही हे पृष्ठभाग खडबडीत होतात. त्यामुळे छेदाचा आकार बदलतो व नियमित उड्डाणात गंभीर अडथळा निर्माण होऊ शकतो. यामुळे थंड हवामानात आरोहणापूर्वी जमिनीवर विमानाच्या पंख व पुच्छ-जोडणीचे पृष्ठभाग पूर्णपणे स्वच्छ करतात.
सहिमवृष्टी, पाऊस व दाट ढगांतून विमान उड्डाण करते तेव्हा या पृष्ठभागांचे तापमान गोठणबिंदू खाली असल्यास त्यांच्यावर हिम व बर्फ जमते. पंख व इतर पृष्ठभागांच्या अग्रेसर कडांवर कठीण बर्फाचे थर साचत जातात. यामुळे त्यांचे वायुगतिकीय कार्य योग्य प्रकारे होत नाही. त्याच वेळी विमानाचे वजन वाढते. अशा परिस्थितीत पुष्कळदा विमानाचे नियंत्रण जाते व ते कोसळूही शकते.
अशा हिमनिर्मितीस प्रतिबंध करण्यासाठी पूर्वी रासायनिक द्रव्यांचे लेप लावून पाहण्यात आले पण त्यांचा उपयोग झाला नाही. यावरचा एक प्रभावी उपाय म्हणू अग्रेसर कडांना अनुसरून लांबीच्या दिशेत फुगवटा येणारी रबरी बूट (फुगा) चिकटवितात. अधूनमधून या फुग्यात दाबाखालील संपिडित हवा भरून तो फुगवतात व मग ती हवा काढून टाकतात. यामुळे साचलेल्या बर्फाला भेगा पडून तो सैल होतो व दूर उडवून लावला जातो. तथापि या पद्धतीमुळे वजनात बरीच वाढ होते व यांत्रिक गुंतागुंतही निर्माण होते. सर्व हवामानांत वापरावयाच्या बहुतेक विमानांचे पंख उष्णतेने हिम-बर्फरहित ठेवतात. एंजिनाच्या निष्कास वायूंनी तापणारे तापक किंवा स्वतंत्र तापक त्यांच्याकडून येणारी तप्त हवा नळीद्वारे अग्रेसर कडांमधून नेऊन पंखाच्या अग्रकडेपाशी बाहेर टाकली जाते. अशा रीतीने सापेक्षतः थोडी उष्णता एकसारखी पुरवीत राहिल्यास बहुतेक सर्व उड्डाण परिस्थितींमध्ये ती पुरेशी ठरते.
नियंत्रक पृष्ठभाग : वाहतुकीच्या नमुनेदार विमानाचा पुढील सु. ७५ टक्के भाग स्थिर (पक्का) असतो व मागील २५ टक्के भाग चलनक्षम (हलविता येणाऱ्या) घटकांचा बनलेला असतो. विमानाच्या पृष्ठभागावरून हवेचा प्रवाह वाहताना निर्माण होणाऱ्या वायुगतिकीय प्रेरणांचा उपयोग विमानाचे नियंत्रण करण्यासाठी केला जातो. यासाठी पंखांवर व विमानाच्या पुच्छ-जोडणीवर विवक्षित ठिकाणी चलनक्षम पृष्ठभाग बसविलेले असतात. त्यांना नियंत्रक पृष्ठभाग म्हणतात. पंखाच्या अग्राकडील बाजूच्या अनुसरणी कडेवर बिजागरीने खालीवर करता येणाऱ्या पडद्या बसवितात. त्यांना पंखपश्च पडद्या म्हणतात. विमानाच्या पार्श्वीय नियंत्रणासाठी म्हणजे विमान डावीकडे अथवा उजवीकडे वळविण्यासाठी या पडद्यांचा उपयोग होतो. विमान ज्या बाजूला वळवायचे असेल त्या बाजूकडे ते तिरपे करून वळवितात. त्यासाठी त्या बाजूच्या पंखावरील पडदी वर उचलतात व दुसऱ्या बाजूवरील पडदी खाली पाडतात (‘विमान’ या नोंदीतील आ. १० पहा). यामुळे दोन्ही पंखांवरील उत्थापन प्रेरणेत योग्य बदल होऊन विमान वळविता येते. याद्वारे विमानाला गिरकी घ्यायची असल्यास तिची सुरूवात करता येते अथवा ती थांबविता येते.
पुष्कळ विमानांत पंखाच्या अनुसरणी कडेवर आधार कडेच्या बाजूला झडपा असतात (आ.१). या झडपा खाली केल्या की, उत्थापन प्रेरणा वाढते व हवेचा रोधही वाढतो. आरोहणाच्या वेळी या वाढलेल्या उत्थापन प्रेरणेचा फायदा घेता येतो. अवतरणाच्या वेळी हवेचा रोध वाढल्याने वेग कमी झाला,तरी उत्थापक प्रेरणा वाढल्याने विमान तरंगत ठेवता येते. यामुळे त्यांना अवतरण झडपा असेही म्हणतात. उड्डाणात या झडपा आत ओढून घेतात अथवा बंद असतात. सामान्यतः यांचे कार्य द्रवप्रेरित सिलिंडरामार्फत चालते.
काही विमानांत दोन्ही पंखांच्या वरच्या पृष्ठभागावर पट्टिका बसविलेल्या असतात. त्यांना पंखपट्टिका म्हणतात. यांपैकी एकच पट्टी वर उघडली (उचलली), तर विमान त्या बाजूला वळते आणि दोन्ही वर उचलल्यास त्या हवा-गतिरोधकाचे कार्य करतात. पट्टिकांऐवजी पट्टिकांची मालिका, नळी, दंड, दातेरी पट्टी अथवा इतर रचनाही वापरतात. हवेच्या प्रवाहात पुढे आलेल्या या उंचवट्यासारख्या रचनेमुळे प्रवाहाचा सुरळीतपणा (नियमितपणा) भंग पावतो वा खराब होतो म्हणून यांना इंग्रजीत स्पॉयलर म्हणतात. यामुळे ओढ वाढते व उत्थापक प्रेरणा घटते. काही विमानांत पंखपश्च पडद्यांऐवजी या पट्टिका असतात. पंखाच्या टोकाकडे अग्रेसर कडेवर एक पट्टी बिजागरीने जोडलेली असते. नियमित उड्डाणात हे चलनक्षम पूरक वातपर्ण अग्रेसर-कडेला चिकटून राहते. विशिष्ट आघात कोनांना ते पंखापासून वर उचलले जाऊन खाच निर्माण होते. हिच्यातून हवा गेल्याने पंखाचे पतन पुढे ढकलले जाते. विमानाचा वेग कमी असताना या पट्ट्या आपोआप खाली झुकतात व विमानाला उत्थापक प्रेरणा मिळण्यास मदत होते. पंखाच्या टोकाकडील भागात अग्रेसर कडेच्या मागे प्रत्येक पंखावर लहान खाच (बारीक छिद्र) असते. यांच्यामुळे वायुगतिकीय वैशिष्ट्यांत सुधारणा होते व कमी वेग असताना विमानाला उत्थापन प्रेरणा मिळते.
पुष्कळ विमानांत पंखपश्च पडदीवर बिजागिरीने जोडलेली लहान झडप असते. तिला संतुलन झडप म्हणतात. उड्डाणमार्गात विमान संतुलित ठेवण्यासाठी त्यांचा उपयोग होतो. उड्डाणात विमानाचा वेग बदलत असतो. तसेच इंधन वापरले जाऊन त्याच्या वजनाचे वितरण बदलणे यासारख्या कारणाने विमानाच्या गुरूत्वमध्याचे स्थानही बदलते. यामुळे विमानाच्या संतुलनासाठी नियंत्रक पृष्ठभागाचा सातत्याने उपयोग करून घेणे गरजेचे असते. या कामात वैमानिक गुंतून राहणे अपरिहार्य असते, तथापि संतुलन झडप एकदा जुळवून ठेवल्यास ती नियंत्रक पृष्ठभागाचे संतुलनाचे काम आपोआप करते व मग वैमानिकाला हे काम करावे लागत नाही. सुकाणू व उच्चालक फलक यांच्यावरही अशा संतुलन झडपा असतात.
पंखांवर निरनिराळ्या रंगांचे दिवे बसविलेले असतात. पंखाच्या टोकाच्या कडेवर मार्गनिर्देशनाचा अथवा स्थानदर्शक रंगीत दिवा असतो (आ. १). डाव्या पंखाच्या टोकाच्या कडेवर लाल व उजव्या पंखाच्या टोकाच्या कडेवर हिरवा दिवा असतो. त्यांच्या स्थानांवरून निरीक्षकाला विमानाच्या मार्गक्रमणाची दिशा कळते.
विमानाची काया : ही दोन्ही बाजूनी निमुळत्या होत गेलेल्या पिंपासारख्या (अंडाकृती) आकाराची असून ती विमानाच्या मध्यभागी असते (आ.१). हिलाच पंख व पुच्छ-जोडणी जोडलेली असतात. नाकाकडील म्हणजे पुढील भागात कर्मचारी कक्ष असतो व त्याच्याखाली (पोटाकडील भागात) नासिका (नाकाड)-अवतरण यंत्रणा बसविलेली असते. वाहतुकीच्या विमानात प्रवासी कक्ष अगर माल ठेवण्याची जागा आणि लष्करी विमानात लढाईची सामग्री ठेवण्याची जागा कायेत असते. काही विमानांत हवा आत घेणारे यंत्रही कायेत ठेवतात. एका एंजिनाच्या विमानात एंजिन कायेच्या पुढील भागात बसविलेल असते. काही झोत विमानांत मात्र कायेच्या मागील भागात एक वा सर्व एंजिने बसविलेली असतात.
पुष्कळ विमानांत प्रबलित कायेखाली मुख्य अवतरण यंत्रणेच्या आधाराची रचना जोडलेली असते. बाँबफेकी विमानात कायेच्या खाली बाँब ठेवण्याची व्यवस्था केलेली असते तसेच लढाऊ विमानात टेहळणीची सामग्री, शत्रूच्या संदेशवहनात अडथळा आणणारी इलेक्ट्रॉनीय साधने इत्यादींसाठी अडण्या असतात (उदा., लोंबती स्तंभरचना), शिवाय तोफा अगर बंदुका बसविण्याच्या अंगच्या सोयी आणि इंधन नेण्याची व्यवस्थाही कायेत वा तिला लागून करतात.
मालवाहतुकीच्या विमानाच्या कायेचा तळ मजबूत पत्र्याचा असतो. मालाची चढ-उतार करण्यासाठी मागील भागात उतरण असते अथवा शिंपल्याप्रमाणे कार्य करणारा दरवाजा पुढील भागात असतो. स्प्रूस लाकडाच्या, बांबूच्या किंवा पोलादी नळ्यांच्या कैच्यांवर कापडाचे आच्छादन घालून पूर्वी काया बनवीत. यातूनच कवचसदृश काया पुढे आली. आता कायेची बांधणी साधारणपणे एककवची म्हणजे मोनोकॉक किंवा प्रबलित एककवची प्रकारची असते. परिघाला समांतर गोल कडी (पाटल्या) व लांबीला समांतर पत्र्याच्या पट्ट्या अशा मजबूत सांगाड्यावर ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूच्या ०.०५ ते ०.१५ सेंमी. जाडीच्या पातळ पत्र्याचे आवरण (कवच) अशी कायेची रचना असते. आवरण सांगाड्याला रिव्हेटांनी किंवा वितळजोडकामाने जोडतात. एककवची आकारामुळे हवेकडून होणारा रोध (म्हणजे ओढ) ३३ टक्क्यांनी कमी होतो.
विमानाच्या एंजिनांत व चौकटीत सुधारणा झाल्याने विमान अधिक उंचीवरून उडविणे शक्य झाले व हे फायदेशीरही ठरले. या उंचीवर हवा विरळ होत गेलेली असल्याने माणसाला पुरेसा ऑक्सिजन मिळू शकत नाही. यामुळे तसेच उंचीत जलदपणे बदल झाल्याने वातावरणीय दाबाद होणाऱ्या बदलामुळेही काहीशी अस्वस्थता येते. यावरील उपाय म्हणून या उंचीवरही कर्मचारी व प्रवासी यांच्या कक्षांमध्ये वाजवी प्रमाणात ऑक्सिजन असावा म्हणून कमी उंचीवर असणारी वातावरणीय परिस्थिती कृत्रिम रीतीने निर्माण करणे गरजेचे असते आणि त्याच वेळी उड्डाणासाठी अधिक उंचीवरील वायुगतिकीय फायदा मिळविणे योग्य ठरते. या विचारांतूनच अतिशय जास्त उंचीवरून उडणाऱ्या विमानांसाठी संपीडित (दाबयुक्त हवा असलेल्या) कक्षांचा विकास करण्यात आला. संपीडित कक्ष वाताभेद्य असतो व त्याच वेळी तो कक्षातील आणि बाहेरच्या वातावरणातील हवेच्या दाबांमधील फरक सहन करण्याइतपत मजबूतही असतो. दाबांतील हा फरक दर चौ. सेंमी. ला अनेक किग्रॅ. एवढा असू शकतो. सुरक्षितता हमखास साध्य व्हावी म्हणून दाबांतील या फरकाच्या दुप्पट एवढा दाब सहन करू शकेल इतका कक्ष मजबूत असतो.
प्रबलित एककवची रचना १९३० सालापासून वापरात असून तिच्यात विशेष फरक झालेला नाही. मात्र कायेच्या अशा रचनेसाठी वेगळे तंत्र वापरण्यात शास्त्रज्ञ यशस्वी झाले आहेत. या नवीन तंत्रात प्रबलित सांगाडा न वापरता दोन पातळ पत्र्यांची दुलईसारखी (दुपदरी, सँडविच) रचना वापरून कार्यक्षम एककवची रचना तयार करता येते. हे डीहॅव्हिलँड कंपनीने १९४० सालीच सिद्ध केले होते. याकरिता प्लायवुडच्या जाड पण वजनाने हलक्या अशा गाभ्याच्या दोन्ही बाजूंना दोन मजबूत, पातळ पत्रे लावून एककवची प्रकारची विमानाची काया तयार करतात. नेहमीच्या प्रबलित एककवची कायेपेक्षा नवीन काया वजनाला हलकी पण अधिक दृढ व कमी वाकणारी असते. शिवाय यात रेव्हेटांऐवजी चिकटविणारा पदार्थ जोडकामासाठी वापरतात. यामुळे वेगवान विमानांना आवश्यक असणारी गुळगुळीत, प्रवाहरेखित काया बनविणे शक्य झाले. १९४४ साली या तंत्राने बनविलेली काया असणारे विमान हे त्या काळातील सर्वांत वेगवान विमान होते.
हेच तंत्र वापरून १९६५ साली मॉलिब्डेनमयुक्त अगंज पोलादी (स्टेनलेस स्टीलच्या) पत्र्याची काया बनविण्यात आली होती. हिच्या गाभ्यासाठी याच पोलादाच्या पट्‌ट्यांची मधाच्या पोळ्यासारखी रचना केली होती. या तंत्राने बनविलेले पंख व काया असलेले विमान ध्वनीच्या वेगाच्या तिप्पट वेगाने उडविता येऊ शकते. स्वनातीत (ध्वनीच्या वेगापेक्षा जास्त) वेगाला पंखांची अग्रेसर कड खूप तापते. ध्वनीपेक्षा तिप्पट वेगाने विमान उडविले तेव्हा हिचे तापमान ३१६° से. इतके वाढले होते आणि या उच्च तापमानात टिकण्यासाठी अगंज पोलाद वापरले होते.
कायेच्या बांधणीच्या या पद्धतीच्या विकासातील पुढील टप्पा म्हणजे संमिश्र द्रव्याचा उपयोग हा होय. संमिश्र द्रव्यातील अत्यंत बारीक तंतू खूप चिवट असतात. हे तंतू वजनाला हलक्या असलेल्या आधार द्रव्यात बुडवून त्यांच्यापासून कापड अगर फिती तयार करतात आणि यांचा गाभ्यासाठी वापर करतात. उदा., काचतंतूचे कापड विणून त्यावर एपॉक्सी रेझिनाचा लेप देऊन ते विमानाच्या रचनेत वापरण्यात आले आहे. शिवाय दुलईसारख्या दुपदरी रचनेतही असे कापड वापरले आहे. यांपासून सेल प्लेन ही ग्लायडरे बनवून ती उडवून पाहण्यात आली. यावरून असे दिसून आले की, काचतंतूचे कापड ताशी सु. २५६ किमी. वेगाला सुस्थितीत राहत नसल्याने निरूपयोगी होते. यामुळे वाहतुकीच्या विमानांत हे वापरीत नाहीत.
बोरॉन व कार्बन यांचे अतिशय चिवट व मजबूत तंतू तयार करण्यात आले आहेत. त्यांचा वापर करून वेगवान विमानांसाठी वजनाने हलकी व प्रवाहरेखित (सुप्रवाही) काया तयार करता येईल. बोरॉनाचे तंतू तयार करण्यासाठी टंगस्टनाचा तंतू बोरॉनाच्या वाफेतून सावकाशपणे नेतात. टंगस्टनाच्या तंतूवर बोरॉन घनरूपात साचते. या तंतूंवर एपॉक्सी रेझिनाचा थर देऊन त्याची फीत तयार करतात. ही फीत खूप मजबूत असून ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूपेक्षा हिचे वजन सु. ३० टक्के इतके कमी असते.
ग्रॅफाइटाचे तंतू तयार करण्यासाठी पॉलिॲक्रिलोनाट्राइलाचे उत्ताप विच्छेदन करतात. योग्य तापमानात तयार केलेली ग्रॅफाइट व एपॉक्सी रेझिनाचे संमिश्र द्रव्य वजनाला हलके व चांगले मजबूत असते. मात्र या संमिश्र द्रव्याची किंमत सोन्याएवढी जास्त असल्याने त्याच्या वापरावर मर्यादा पडतात. अर्थात नवीन तंत्रामुळे हे द्रव्य पुष्कळच स्वस्त झाले आहे आणि बोरॉनाच्या तंतूंपेक्षा अधिक लवचिक असल्याने त्याचा विमानाच्या रचनेत वापर करण्यात येऊ लागला आहे. जेथे मजबूत पण वजनाने हलके द्रव्य वापरणे आवश्यक असते (उदा.,नियंत्रक पृष्ठभाग) तेथे याचा वापर करतात. अशा वापरातील अनुभवांवरून मॅक्‌डॉनेल कंपनीने अमेरिकेच्या नौसेनेतील विमानांसाठी (V/STOL-व्हर्टिकल/शॉर्ट टेक-ऑफ अँड लँडिंग- या थोडक्या अंतरात किंवा जागच्या जागी आरोहण-अवतरण करू शकणाऱ्या विमानांसाठी) हे संमिश्र द्रव्य मोठ्या प्रमाणात वापरले आहे. त्याच प्रमाणे बोईंग-७५७ व बोईंग-७६७ या वाहतुकीच्या विमानांतील काही भागांसाठीही हे द्रव्य वापरले आहे.
पुच्छ-जोडणी : हा विमानाचा मागील भाग असून याच्यामुळे उड्डाणात विमानाला मार्गदर्शन होते व विमान संतुलित ठेवण्यास याची मदत होते. याचे दोन भाग असून त्यांपैकी एक उदग्र (उभ्या) दिशेत व दुसरा क्षितिजसमांतर (आडव्या) दिशेत असतो (आ.१). पर किंवा पक्ष आणि सुकाणू हे उभ्या दिशेत असतात, तर विमानाला स्थैर्य देणारा स्थैर्यक (वा स्थिरकारी) व उच्चालक (उचल फलक) हे क्षितिजसमांतर असतात. पराची बांधणी विमानाच्या पंखाप्रमाणे लांब दांड्या व वक्र पट्ट्या वापरून करतात आणि त्यात बरीच सामग्री ठेवता येते. पर कायेला लंबदिशेत म्हणजे उभ्या स्थितीत पक्का बसविलेला पात्यासारखा पृष्ठभाग असतो [कधी कधी तो संयोजनक्षम (जुळविता येणारा) असतो]. परामुळे विमानाचा मागील भाग उजव्या किंवा डाव्या बाजूस हेलकावे खात नाही. पराच्या मागील उभ्या कडेवर सुकाणू बिजागरीने बसविलेले असते. सुकाणू डाव्या अथवा उजव्या बाजूस वळविता येते. याकरिता वैमानिकाच्या पायाजवळ पायटा असतो. विमान वळविताना नियंत्रणाकरिता सुकाणूचा उपयोग होतो. पुच्छ-जोडणीतील हे उभे पृष्ठभाग वापरून विमानाच्या नागमोडी हालचालीवर व दिशेवर नियंत्रण ठेवता येते. विमानातील सुकाणू हे जहाजाच्या सुकाणूप्रमाणेच कार्य करते.
स्थैर्यक हा पुच्छ-जोडणीवर क्षितिजसमांतर दिशेत एखाद्या लहान पंखासारखा भाग असतो. यामुळे पुच्छ-जोडणीच्या खाली-वर उसळी मारण्यास (डोलण्यास) प्रतिबंध होतो. त्यामुळे विमान एका पातळीत (क्षितिजसमांतर) उडत राहते. स्थैर्यकाचे दोन प्रकार असतात. एका प्रकारात स्थैर्यक स्थिर असतो व त्याच्या मागील कडेवर बिजागरीने बसविलेले उच्चालक वर-खाली हलविता येतात. वैमानिक उच्चालक वर-खाली करून विमानाची नासिका इष्ट दिशेत आणतो. दुसऱ्या प्रकारात स्थैर्यक एकसंघ असतो. तो संथपणे वर-खाली हलविता येतो. सामान्यपणे अधिस्वनी विमानात असा स्थैर्यक वापरतात. उच्चालक किंवा स्थैर्यक कार्यान्वित करण्यासाठी वैमानिकाच्या कक्षात नियंत्रक दंड (स्तंभ) असून योग्य परिणाम साधण्यासाठी वैमानिक हा दंड हलवितो. बहुतेक सर्व विमानांत उच्चालकावर किंवा एकसंघ स्थैर्यकावर तर काही विमानांत सुकाणूवर संतुलन झडप असते.
पुच्छ-जोडणीचे आकार व रचना (मांडण्या) वेगवेगळ्या असतात(आ.३). प्रमाणभूत साध्या रचनेत [आ. ३ (अ)] पर व सुकाणू कायेच्या काटकोनात सरळ उभे असून त्यांच्याशी काटकोनात पुच्छ-जोडणीवर स्थैर्यक क्षितिजसमांतर असते. काही विमानांमध्ये पर व सुकाणू मागील दिशेत तीव्रपणे झुकलेले असतात [आ. ३ (आ)].तर काहींत जुळे वा तिळे पर असतात. [आ. ३ (इ)]. स्थैर्यकाच्या रचनेतही विविधता असते. काही विमानांत स्थैर्यक पुच्छ-जोडणीवर असतो [आ. ३ (आ)], तर काही विमानांत तो टी (T) जुळणीत उभ्या पराच्या टोकावर असतो [आ. ३ (ई)] तसेच अनाकृती जुळणीत स्थैर्यक पराच्या खाली तिरप्या दिशेत असतो [आ. ३ (उ)].काही वजनाला हलक्या विमानांत व्ही (V) जुळणीमध्ये दोन पर V-आकारात असून प्रत्येकावर संतुलन झडप असते [आ. ३ (ऊ)].
अवतरण यंत्रणा : विमानाचे जे भाग त्याला जमिनीवर, पाण्यावर अथवा अन्य पृष्ठभागावर आधार देतात आणि हालचाल करण्यास मदत करतात ते सर्व घटक या यंत्रणेत येतात. उदा., चाके आणि त्यांवरील टायर, प्लवक (तरंड) वगैरे अवतरण यंत्रणा त्या पृष्ठभागावरील विमानाचे वजन पेलून धरते. मुख्य अवतरण यंत्रणा साधारणपणे विमानाच्या कायेखाली (आ.१) अथवा प्रत्येक पंखाखाली बसविलेली असते. विमानाच्या नासिकेखाली असलेल्या अवतरण यंत्रणेला नासिका अवतरण यंत्रणा म्हणतात. जुन्या विमानांत नासिका अवतरण यंत्रणेऐवजी पुच्छ-जोडणीच्या खाली घसर वा चाक या रूपाने ‘पुच्छ अवतरण यंत्रणा’ असे. अशा यंत्रणांना पूरक अवतरण यंत्रणा म्हणतात. वजनाने हलक्या विमानांत नासिकेखाली एक चाक (आ.१) व कायेच्या मध्यावर दोन चाके किंवा प्रत्येक पंखाखाली एक चाक अशी तीन चाकी यंत्रणा असे. निम्नततल, जाड पंखांची एकपंखी रचना प्रमाणभूत झाल्यावर मुख्य यंत्रणा पंखाखाली ठेवण्याची पद्धत रूढ झाली. आरोहणानंतर चाके आत ओढून घेऊन पंखात ठेवण्यासाठी पंखाच्या रचनेत कप्पे ठेवण्यात येऊ लागले. चाके कप्प्यांत ओढून घेतल्याने विमानावरील हवेची ओढ खूप कमी झाली.
अशा प्रकारे अवतरण यंत्रणा स्थिर अथवा आत ओढून घेता येण्याजोगी या दोन प्रकारची असते. स्थिर अवतरण यंत्रणा आरोहणानंतर तशीच बाहेर रहात असल्याने तिच्यामुळे हवेची ओढ वाढून विमानाचा वेग कमी होतो. अर्थात बहुतेक विमानांत आरोहणानंतर चाके कायेत किंवा पंखांमध्ये ओढून घेतात. या कामासाठी द्रवीय, वायवीय किंवा विजेवर चालणारी यंत्रणा वापरतात. सर्व आधुनिक विमानांतील अवतरण यंत्रणेत द्रवीय अगर वायवीय धक्काशोषक वापरतात. लहान आणि मध्यम आकारमानांच्या विमानांत आघात शोषणासाठी अवतरण यंत्रणेवर एक-दोन रबरी चाके असतात आणि मोठ्या विमानांत प्रत्येक मुख्य अवतरण यंत्रणेवर एक प्रकारची यान अवतरण यंत्रणा असते (या यंत्रणेत मध्य थामच्या संदर्भात चाकांचे दोन संच असतात व यामुळे विमानाचे वजन धावपट्टीच्या अधिक जास्त क्षेत्रावर वाटले जाते).
लष्करी विमाने अधिक वेगवान करण्याच्या मागणीमुळे अभिकल्पकांना पंखांची जाडी खूप कमी करावी लागली. यामुळे अवतरण यंत्रणा पंखांत सामावून घेणे अवघड वा अशक्य झाले. परिणामी अवतरण यंत्रणा विमानाच्या कायेखाली पोटावर बसवून आरोहणानंतर आत ओढून पोटात सामावून घेण्याची व्यवस्था करावी लागली. या अवतरण यंत्रणेत दोन प्रमुख घटक असून ते विमानाच्या गुरूत्वमध्याच्या पुढे व मागे सारख्या अंतरावर असतात. या प्रत्येक घटकात चार चाके असून ती द्रवीय धक्काशोषकांना जोडलेली असतात. अवतरणानंतर व आरोहणाच्या वेळी जमिनीवर धावताना विमानाच्या स्थैर्यासाठी प्रत्येक पंखाच्या टोकाशी साहाय्यक यंत्रणा बसविलेली असते.
नासिकेखालील चाक साधारणपणे वळविता येणारे असल्याने जमिनीवर विमान वळविण्यासाठी त्याचा उपयोग होतो. बी-५२ या बाँबफेकी विमानासारख्या काही मोठ्या विमानांच्या बाबतीत अवतरणानंतर विमान जमिनीवर जोराने धावत असतानासुद्धा अवतरण यंत्रणेवरील यान अवतरण यंत्रणा डाव्या-उजव्या बाजूला वळविता येते. यामुळे धावपट्टीच्या आडव्या दिशेत वारा असला व विमानाची काया धावपट्टीला कोन करून वळलेली असली, तरी विमान सरळदिशेत धावते. अशा वेळी विमानाच्या चाकांमधील हवेचा दाब महत्त्वाचा असतो. पुष्कळ लढाऊ विमानांत (उदा., मिग विमाने) चाकांवर हवेचा दाब कमी असणारे टायर बसवितात. यामुळे खडबडीत धावपट्‌ट्यांवरूनही विमानाचे आरोहण आणि अवतरण करता येते.
अवतरण यंत्रणेतील प्रत्येक घटकात द्रवीय धक्काशोषकाचा अंतर्भाव असतो. या धक्काशोषकांमुळे अवतरणात विमानाचा जमिनीला स्पर्श होते वेळी विमानाचा खालील दिशेतील वेग शून्य होतो. यामुळे कर्मचारी, प्रवासी यांना त्रासदायक ठरणारे हादरे, धक्के आणि विमानाच्या रचनेवर उच्च प्रतिबलाचा ताण निर्मिणारे ऊर्ध्व दिशेतील प्रवेग निर्माण होत नाहीत. पूरक अवतरण यंत्रणेतही याच प्रकारचा धक्काशोषक असतो. धक्काशोषकाच्या रचनेत एकात एक बसणारी दोन सिलिंडरे असतात. यांपैकी मोठ्या सिलिंडरात तेल असून ते खाली असते आणि त्याच्यावरील दुसरे लहान सिलिंडर रिकामे असते. लहान सिलिंडराच्या तळाला लहान छिद्र असते. विमान जमिनीवर टेकताच तेल असलेल्या खालच्या मोठ्या सिलिंडरावर दाब पडून ते वर ढकलले जाते आणि वरच्या लहान सिलिंडराच्या तळावरील छिद्रावाटे तेल हळूहळू वर जाते व त्यानुसार वरचे सिलिंडर खालच्या सिलिंडरात घुसत रहाते. अशा प्रकारे धक्क्याची ऊर्जा शोषली व उत्सर्जित केली जाऊन तिचा ऱ्हास झाल्याने विमान वरील दिशेत उसळी मारीत नाही (तेलाऐवजी स्प्रिंग किंवा संपीडित हवा वापरली असती, तर मात्र टप्पे घेणाऱ्या चेंडूप्रमाणे विमानाला धक्के बसले असते). वरच्या सिलिंडरातील तेलाच्या वरील हवा संपीडित असल्याने जमिनीवर धावताना व आरोहण करताना स्प्रिंगेसारखी आवश्यक ती लवचिकता टिकून रहाते.
अवतरणाच्या वेळी चाके धावपट्टीवर टेकतात तेव्हा त्यांची परिभ्रमण गती शून्य असते म्हणजे ती फिरत नसतात. धावपट्टीवर टेकल्यावर विमान वेगाने धावू लागते व चाकांना एकदम गती मिळून ती विमानाच्या गतीला अनुरूप होते. परिभ्रमण गतीतील ही वाढ थोड्याच वेळात होते व चाके धावपट्टीवरून ओढली जातात. ओढले जाण्याची ही परिभ्रमण-वाढ प्रेरणा सेकंदाच्या काही भागाएवढ्या काळापुरतीच रहाते व ती अवतरण यंत्रणेकडे संक्रामित होते. यामुळे अवतरण यंत्रणेवर मोठा भार पडतो. हा भार कमी करण्यासाठी काही विमानात अवतरणाच्या आधीच विद्युत् चलित्राने चाकांना परिभ्रमण गती दिली जाते.
अवतरणाच्या वेगात वाढ होत आहे हे लक्षात घेता विमानात कार्यक्षम गतिरोधक यंत्रणा असणे आवश्यक ठरते. या दृष्टीने काही निराळ्या गतिरोधक पद्धती विकसित केल्या आहेत. दट्‌ट्याच्या एंजिनांच्या विमानांत व्युत्क्रमी प्रचालक (पंखा) वापरून जमिनीवर टेकल्यानंतर प्रचालकाच्या व्युत्क्रमी (उलट दिशेतील) परिभ्रमणाने (प्रचालकाची पाती ऋण रेटा स्थितीत फिरविल्याने) विरुद्ध दिशेने रेटा निर्माण करून विमानाचा वेग नियंत्रित केला जातो. झोत एंजिनांच्या विमानांतही विरुद्ध दिशेत रेटा उत्पन्न करून हाच परिणाम साधला जातो. काही वेगवान विमानांत पुच्छ-जोडणीच्या टोकाकडील भागात गतिरोधक हवाई छत्री डब्यामध्ये ठेवलेली असते. विमानाची चाके जमिनीला टेकल्यावर ही छत्री मोकळी होऊन उघडते व तिच्यावरील ओढीमुळे विमानाचा वेग कमी होण्यास मदत होते.
सागरी विमाने पाण्यावरून आरोहण करतात व पाण्यावर अवतरण करतात. उडणाऱ्या बोटी व उभयचर विमाने हे सागरी विमानांचे प्रकार आहेत. यांपैकी पहिले दोन प्रकार पाण्यावरच वापरता येतात. प्लवक विमाने जमिनीवरील विमानांसारखीच असतात, पण त्यांना चाकांऐवजी प्लवक असतात आणि हे प्लवक अवतरण यंत्रणेची कामे करतात. उडणाऱ्या बोटी जलाभेद्य असून त्या जहाजांप्रमाणे पाण्यावर तरंगतात. त्यांच्या जलाभेद्य कायेचा उपयोग अवतरण यंत्रणा तसेच कर्मचारी-प्रवासी कक्ष म्हणून होतो. उभयचर विमानांना प्लवकांखाली किंवा कायेखाली (नौ-कायेखाली) चाके असतात. गरजेनुसार ही चाके खाली नेता येतात अथवा वर ओढून घेता येतात. यामुळे उभयचर विमाने जमिनीवर किंवा पाण्यावर वापरता येतात. [⟶ सागरी विमाने].
विमानाचे एंजिन : विमानाच्या उड्डाणासाठी लागणारी शक्ती एंजिनाने निर्माण केली जाते. विमानांत मुख्यतः दट्‌ट्याचे एंजिन, झोत एंजिन व रॉकेट एंजिन हे एंजिनांचे तीन प्रकार वापरतात. यांपैकी दट्‌ट्याची एंजिने वजनाला सर्वांत भारी व किमान शक्तिशाली असतात, तर रॉकेट एंजिन वजनाला हलकी व सर्वाधिक शक्तिशाली असतात. विमानाच्या उपयोगानुसार कोणते एंजिन वापरायचे ते ठरवितात व त्यानुसार विमानाचा अभिकल्प व रचना करतात. [⟶ विमानाचे एंजिन].
प्रचालक : (पंखा किंवा हवाई मळसूत्र). टर्बोप्रॉप हे झोत एंजिन किंवा दट्‌ट्याचे एंजिन असणाऱ्या विमानांना हवेत गती देण्याचे कार्य प्रचालक करतो. साधारणपणे एका एंजिनावर एक प्रचालक असतो. दोन समाक्ष (एकाच अक्षावरील) प्रचालक मात्र एकाच एंजिनावर असतात. एका एंजिनाच्या विमानात प्रचालक-एंजिन ही जोडी विमानाच्या कायेच्या पुढील भागात बसवितात. एंजिनांची संख्या जास्त असल्यास ती पंखावर बसवितात.
प्रचालकाची पाती पंखाप्रमाणे वातपर्ण आकाराची असतात. म्हणजे पात्यांचा दर्शनी भाग फुगीर व वक्र असतो (‘विमान’ या नोंदीतील आ. ६ पहा). तसेच पंखाप्रमाणे पात्यांचेही अग्रेसर कड, अनुसरणी कड, आधार कड व टोकाची कड असे भाग असतात. यांशिवाय प्रचालकात तुंबा म्हणजे मधला दंडगोलाकार भागही असतो. प्रचालकाची पाती फिरू लागली की, त्यांच्या पुढील हवेचा दाब कमी होतो. मात्र पात्यांच्या मागील भागातील हवेच्या दाबात बदल होत नसल्याने तो सापेक्षतः जास्त होतो. यामुळे पुढील भागाकडे हवेचा प्रवाह सुरू होतो. या प्रवाहाचा प्रचालकावर व पर्यायाने विमानावर अभिमुख (पुढील) दिशेने दाब पडतो व त्या दिशेत रेटा निर्माण होऊन विमानाला गती मिळते. पाती फिरण्याचा वेग जेवढा जास्त तितका रेटा अधिक असतो. विमानावरील हवेच्या ओढीमुळे रेटा कमी होऊ नये म्हणून विमानाचा बाह्य आकार सुप्रवाही म्हणजे सुबक, नीटनेटका व गुळगुळीत करतात. अशा रीतीने हवेकडून विरोध न होऊ देता हवेच्या प्रवाहात विमान सहजपणे मार्गक्रमण करेल अशी दक्षता अभिकल्पक घेतात.
विमानाच्या प्रकारानुसार त्यातील प्रचालकाच्या अभिकल्पांत व रचनेत इष्ट बदल करतात. उदा., लहान विमानांत दोन पात्यांचे, तर मोठ्या विमानांत तीन ते पाच पात्यांचे प्रचालक वापरतात (‘विमान’ या नोंदीतील आ. ३ पहा). स्थिर सूत्रांतराचे, नियंत्रित सूत्रांतराचे व स्थिर वेगाते हे प्रचालकांचे प्रकार आहेत. स्थिर सूत्रांतराच्या प्रचालकाच्या पात्यांचा उड्डाणाच्या मार्गाशी होणारा कोन स्थिर राहतो. तो उड्डाणात बदलता येत नाही. विमानाच्या विशिष्ट गतीसाठी अगर संचलनासाठी पात्यांचा उड्डाणमार्गाशी विशिष्ट कोन असणे अधिक योग्य असते. हा कोन इष्ट तेवढा असल्यास विमानाची कार्यक्षमता वाढते. नियंत्रित सूत्रांतराच्या प्रचालकात उड्डाण करताना वैमानिक हा कोन बदलू शकतो. त्यामुळे विमानाचे कार्य अधिक कार्यक्षमतेने होते. म्हणून पुष्कळ विमानांत असे प्रचालक वापरतात. स्थिर वेग प्रचालकाच्या पात्यांचा कोन विमानाच्या वेगानुसार आपोआप बदलतो. त्यामुळे संचालनात विमानाचा वेग स्थिर राहतो.
परिभ्रमी प्रचालकाची पाती उड्डाणामध्ये त्यांच्या कडेवर फिरविता येतात. यदाकदाचित उड्डाणात विमानाच्या एंजिनात बिघाड होऊन ते बंद पडले अथवा बंद करावे लागले, तर प्रचालकाचे परिभ्रमण थांबणे इष्ट असते परंतु एंजिन बंद झाले, तरी हवेच्या प्रवाहामुळे प्रचालकाचे परिभ्रमण चालू राहू शकते. हे टाळण्यासाठी अशा वेळी वैमानिक प्रचालकाची पाती ९० अंशांतून फिरवून त्यांची अग्रेसर कड उड्डाणमार्गाशी समांतर करतो. [⟶ विमानाचे एंजिन].
विमानाच्या मूलभूत गती व नियंत्रक : विमानाचा अभिकल्प तयार करताना व त्याची रचना करताना त्याच्या मूलभूत गती व त्याच्या नियंत्रणासाठी वापरण्यात येणारे नियंत्रक यांचा विचार करतात. झुकाव, गिरकी किंवा डोलणे (दोलन) आणि नागमोडी (किंवा वळण्याची) या विमानाच्या तीन मूलभूत गती आहेत. विमानाच्या या गती काल्पनिक अक्षांभोवती होतात. झुकाव गतीमध्ये पार्श्वीय (बाजूच्या) अक्षाभोवती विमानाची नासिका वर-खाली होते. डोलण्याच्या गतीमध्ये अनुदैर्घ्य अक्षाभोवती विमानाचा कोणताही एक पंख दुसऱ्या पंखापेक्षा वर (किंवा खाली) होत राहतो. नागमोडी गतीमध्ये उदग्र अक्षाभोवती विमानाची नासिका डाव्या (किंवा उजव्या) बाजूस दोलायमान होते. नियंत्रक वापरून वैमानिक जरूरीप्रमाणे या गती निर्माण करतो अथवा त्यांचे अनुयोजन (जुळवणी) करतो. (‘विमान’ या नोंदीतील आ. ७ पहा).
विमानात पुष्कळ नियंत्रक असतात. त्यांपैकी उच्चालक, सुकाणू, पंखपश्च पडदी व एंजिन नियामक हे चार मूलभूत नियंत्रक आहेत (आ. १). उच्चालक व सुकाणू पुच्छ-जोडणीचे भाग असून पंखपश्च पडद्या पंखांवर असतात. बाहेरच्या बाजूला असलेल्या या नियंत्रकांचा वापर तारदोर, जाड तारा, गज वा कप्पा यांच्या प्रणालीमार्फत वैमानिकाच्या कक्षातून करता येतो. पंखपश्च पडद्या व उच्चालक यांचा वापर करण्यासाठी वैमानिकासमोर नियामक दांडी असते, तर सुकाणू हलविण्यासाठी पायटे असतात. एंजिन नियामक वापरून वैमानिक एंजिनाची गती व शक्ती नियंत्रित करतो.
पंखपश्च पडद्या व उच्चालक यांची नियामक दांडी आणि सुकाणूचे पायटे यांच्यामुळे विमानाला मूलभूत गती देता येतात. नियामक दांडी पुढे-मागे व दोन्ही बाजूंना हलविता येते. ती पुढे-मागे हलविल्यास उच्चालक खाली-वर होतात. ती पुढे ढकलल्यास उच्चालक खालील बाजूस विचलित होतो व विमानाची नासिका खाली झुकते. ती दांडी मागे ओढल्यास उच्चालक वर येतो व विमानाची नासिका वर उचलली जाते. दांडी बाजूला हलविल्यास पंखपश्च पडद्या वर-खाली होतात आणि विमान गिरकी घेऊ लागते. नियामक दांडी उजवीकडे ढकलल्यावर उजव्या पंखावरील पडदी वर उचलली जाते व डाव्या पंखावरील पडदी खाली झुकते आणि विमान उजव्या बाजूकडून गिरकी घेऊ लागते. नियामक दांडी डाव्या बाजूला ढकलल्यास विमान डाव्या बाजूकडून गिरकी घेऊ लागते. सुकाणू पायटे वापरून वैमानिक विमानाला नागमोडी गती देतो. डावा पायटा दाबल्यावर सुकाणू डाव्या बाजूला वळते व त्यामुळे विमानाची नासिकाही डावीकडे वळते. उजवा पायटा दाबल्यास सुकाणू व विमानाची नासिका उजवीकडे वळतात.
उच्चालक सुकाणू व पंखपश्च पडदी यांच्यावरील संतुलन झडपांचे नियामकही वैमानिकाच्या कक्षात असतात. या संतुलन झडपांमुळे विमान संतुलित स्थितीत ठेवता येते. उड्डाणात विमानाच्या वेगात बदल होत राहतात, तसेच विमानाच्या गुरुत्वमध्याच्या स्थानातही पुष्कळ बदल होतो. (उदा., पंखामधील इंधनाच्या टाक्यांतील इंधन वापरले जाते आणि विमानातील वजनाचे वितरण बदलते). या बदलांमुळे विमान वर चढू नये म्हणून वैमानिकाला नियामक दांडी सतत पुढे दाबून धरून ठेवावी लागली असती. अशा वेळी वैमानिक उच्चालकांवरील संतुलन झडपांचे अनुयोजन करतो (जुळवून ठेवतो). यामुळे नियामक दांडी दाबून धरण्यासाठी त्याचा हात गुंतून राहत नाही, कारण संतुलन झडपा उच्चालकाचे कार्य आपोआप पार पाडतात.
कोणतेही संचलन करण्यासाठी कोणताही एकच मूलभूत नियंत्रक वापरून चालत नाही, तर विविध नियंत्रकांचा योग्य रीतीने वापर करावा लागतो. उदा., डावे वळण घेण्यासाठी केवळ डावा सुकाणू पायटा दाबून भागत नाही. फक्त हाच नियंत्रक वापरला, तर विमान डाव्या बाजूला घसरत जाईल व पायट्यावरील दाब काढताच परत पूर्वीच्या मार्गावर येईल म्हणजे डावे वळण पूर्ण घेतले जाणार नाही.
समतल उड्डाणात डावे वळण घेण्यासाठी वैमानिकाला चारही मूलभूत नियंत्रक वापरावे लागतात. सुकाणूचा डावा पायटा दाबून विमान प्रथम डाव्या बाजूस झुकविले जाते. म्हणजे विमानास डाव्या बाजूस झोका दिला जातो. नंतर नियामक दांडी डावीकडे ढकलून डाव्या पंखावरील पडदी वर उचलली जाते. नंतर ही दांडी मागे ओढून उच्चालक वर उचलून विमानाची नासिका वर उचलली जाते. त्यामुळे पंखाचा आघात कोन वाढतो. मग एंजिन नियामक पुढे ढकलून एंजिनाची शक्ती वाढवावी लागते. या चारही क्रिया वैमानिक एकाच वेळी करतो. पंखपश्च पडदी व सुकाणू एकाच वेळी वापरल्याने विमान वळते, पण त्याबरोबर उत्थापक प्रेरणा कमी होते. ती वाढविण्यासाठी उच्चालक वर करणे आणि पंखाचा आघात कोन वाढविणे या क्रिया कराव्या लागतात. तथापि यामुळे हवेची विमानावरील ओढ वाढते. म्हणून एंजिनाचा रेटा वाढविण्याची गरज निर्माण होते. त्यामुळे एंजिन नियामक पुढे ढकलून एंजिनाची शक्ती वाढवावी लागते. विमानाच्या आरोहणापासून अवतरणापर्यंतच्या सर्व संचालनामध्ये विमानावरील सर्व प्रेरणा संतुलित ठेवाव्या लागतात. अशा तऱहेने सर्व मूलभूत नियंत्रक एकाच वेळी वापरून उत्थापक प्रेरणा, गुरूत्वाकर्षण, एंजिनाचा रेटा आणि हवेची ओढ यांच्यात वैमानिकाला संतुलन साधावे लागते.
पंखाचा आघात कोन ज्या वेळी अचानकपणे इतका मोठा होतो की, उत्थापन प्रेरणा निर्माण होत नाही आणि विमान खाली येऊ (पडू) लागते. अशा वेळी विमान पतन स्थितीत गेले असे म्हणतात. आघात कोन थोडासा वाढल्यास जादा उत्थापन प्रेरणा मिळते (‘विमान’ या नोंदीतील आ. १४ पहा). परंतु वैमानिकाने विमानाची नासिका इतकी वर केली की, पंखाचा उड्डाणमार्गाशी असलेला कोन म्हणजे आघात कोन १५-२० अंशांपेक्षा जास्त झाल्यास पंखावरून वाहणाऱ्या हवेच्या प्रवाहाचे विक्षुब्ध बुडबुड्यांच रूपांतर होते व परिणामी पंखांना उत्थापक प्रेरणा मिळू शकत नाही. अशा वेळी योग्य ती क्रिया झटपट करून उत्थापक प्रेरणा मिळविण्यात वैमानिक यशस्वी झाला तर ठीक होते, नाही तर अनियंत्रित स्थितीत विमान खाली कोसळते. असे पतन टाळण्यासाठी पुढील उपाय योजना करता येते. याकरिता विमानाची नासिका खाली वळवून गुरूत्वाकर्षणाद्वारे विमानाचा खाली येण्याचा वेग वाढू देऊन उत्थापक प्रेरणा मिळवितात आणि नियंत्रण पद्धती वापरून विमान पतन स्थितीतून बाहेर काढतात. गुरूत्वाकर्षणाबरोबर एंजिनाची शक्ती वाढविल्यास अधिक रेट्यामुळे विमानाला उत्थापक प्रेरणा मिळू शकते.
विमानाचे उड्डाण व संचलन : विमानाच्या उड्डाणाचे आणि एकूणच त्याच्या संचलनाचे नियंत्रण गुरूत्वाकर्षण, उत्थापन प्रेरणा, हवेचा रोध किंवा विमानावरील ओढ आणि एंजिनाचा रेटा या चार प्रेरणांद्वारे होते. गुरूत्वाकर्षण या नैसर्गिक प्रेरणेमुळे विमान जमिनीकडे खेचले जाते, तर पंखाच्या हवेतील गतीमुळे निर्माण होणाऱ्या उत्थापनाच्या प्रेरणेमुळे विमान गुरूत्वाकर्षणाविरुद्ध वरच्या दिशेत ढकलले जाते. हवेशी विमानाचे घर्षण होऊन निर्माण होणाऱ्या ओढीमुळे विमानाच्या गतीला विरोध होतो. याउलट प्रचालक अथवा झोत एंजिनामुळे निर्माण होणाऱ्या रेट्यामुळे या ओढीला विरोध होऊन विमान पुढील दिशेत रेटले जाते. या चार प्रेरणांमध्ये संतुलन साधले गेल्याने विमान क्षितिज समांतर म्हणजे समतल पातळीत उडू शकते. या चारपैकी कोणत्याही एका प्रेरणेत बदल झाल्यास विमानाच्या स्थितीत बदल होतो आणि यातूनच विमानाचे आरोहण, अवतरण, परिभ्रमण, दिशाबदल इ. गोष्टी शक्य होतात (‘विमान’ या नोंदीतील आ.४ पहा).
गुरूत्वाकर्षण आणि उत्थापक प्रेरणा : गुरूत्वाकर्षणामुळे विमान जमिनीवर रहाते व उड्डाणाच्या वेळी जमिनीकडे खेचले जाते. ही प्रेरणा जमिनीवरील विमानाच्या वजनाएवढी असते. हवेत जाण्यासाठी व तरंगत राहण्यासाठी विमानाच्या पंखांमार्फत गुरूत्वाकर्षणापेक्षा जास्त प्रेरणा निर्माण करावी लागते. विमान जमिनीवर किंवा हवेत पुढे जाते तेव्हा पंखाभोवतालच्या हवेच्या दाबात बदल होऊन उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते. पंखाच्या वैशिष्ट्यपूर्ण वातपर्ण आकार व वक्रभाग यांमुळे उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते.
विमान जमिनीवर उभे असताना पंखांच्या वरच्या आणि खालच्या भागांतील हवेचा दाब सारखाच असतो. विमान पुढे धावू लागले की, हवेचा प्रवाह पंखावरून व त्याच्या खालून वाहू लागतो. पंखावरून हवा वक्रमार्गाने वाहते. त्यामुळे तिची गती वाढते व दाब घटतो. पंखाखालून हवा सरळ रेषेत वाहते. तिची गती व दाब पंखामुळे बदलत नाहीत. परिणामी पंखाखालील हवेचा दाब त्याच्या वरील भागातील हवेच्या दाबापेक्षा सापेक्षतः जास्त होतो. यामुळे पंखाखालील हवेची वरील भागाकडे वाहण्याची प्रवृत्ती असते आणि पंख मध्येच येत असल्याने ती पंखाला वरच्या दिशेत ढकलते व अशा तऱ्हेने उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते. विमानाचा वेग जेवढा जास्त तेवढी उत्थापक प्रेरणा जास्त असते. जास्त वेगाला जेव्हा उत्थापक प्रेरणा गुरूत्वाकर्षणापेक्षा जास्त मोठी होते तेव्हा विमान वर उचलले जाऊन आरोहणास सुरुवात होते.
हवेची ओढ आणि एंजिनाचा रेटा : विमानाला पुढील दिशेत गती असल्यासच पंखामुळे उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते.पुढील दिशेत जाण्यासाठी विमानाला एंजिनाच्या रेट्याची गरज असते. रेटा मिळाल्याने विमान वेगाने पुढे जाते. तथापि विमानाची गती जशी वाढते तसा हवेकडून होणारा विरोध (ओढ) वाढतो. विमानाला अधिक रेटा देऊन या ओढीवर मात करावी लागते. दट्‌ट्याच्या एंजिनात प्रचालकामार्फत तर झोत एंजिनात निष्कास वायूच्या प्रतिक्रियेमार्फत रेटा निर्माण होतो. रेटा वाढविण्यासाठी अभिकल्पक विमानाचा आकार जास्तीत जास्त सुप्रवाही वा प्रवाहरेखित करतात. म्हणजे विमानाचा बाह्य पृष्ठभाग गुळगुळीत, चकचकीत व सुव्यवस्थित करतात, त्यामुळे विमान सहजपणे हवा कापीत पुढे उडत जाऊ शकते.
विमानाच्या उंचीतील बदल करणे : क्षितिज समांतर पातळीत स्थिर गतीने उड्डाण करणाऱ्या विमानावरील चारही प्रेरणांमध्ये संतुलन झालेले असते. विमान खालील उंचीवर आणण्यासाठी वैमानिक एंजिनाची शक्तिनिर्मिती कमी करतो. यामुळे झोत एंजिन किंवा प्रचालक यांची गती कमी होते. परिणामी रेटा व उत्थापक प्रेरणाही कमी होतात आणि विमान खाली येऊ लागते. त्याच वेळी हवेची ओढ वाढल्याने विमानाची गती आणखी कमी होऊन ते खाली येण्याची त्वरा वाढते.
क्षितिजसमांतर दिशेत मार्गक्रमण करणारे विमान अधिक उंचीवर नेण्यासाठी वैमानिक एंजिनाची शक्तिनिर्मिती वाढवितो. यामुळे झोत एंजिन किंवा प्रचालक यांची गती व रेटाही वाढतो. परिणामी उत्थापक प्रेरणा वाढून विमान अधिक उंचीवर उचलले जाते. याच वेळी हवेची ओढ वाढते व विमानाला अधिक उत्थापक प्रेरणेची गरज निर्माण होते. त्यासाठी वैमानिक पंखाचा हवा कापीत जाण्याचा म्हणजे आघात कोन वाढवितो. याकरिता वैमानिक नियंत्रक वापरून नासिका वरील बाजूस वळवितो. यामुळे उड्डाणमार्गाशी विमानाचा उन्नत कोन होतो. विमानाच्या वरील वक्रपृष्ठभागावरून वाहणाऱ्या हवेची गती वाढते व दाब कमी होतो. त्या मानाने पंखाखालील हवेचा दाब जास्त झाल्याने ती पंखाला वर ढकलते. अशा रीतीने उत्थापक प्रेरणा वाढते परंतु आघात कोन वाढविल्याने पंखावरील हवेचा प्रवाह विक्षुब्ध होतो व ओढ वाढते. वैमानिक एंजिनाची शक्ती वाढवितो आणि चारही प्रेरणांमध्ये संतुलन साधून विमान अधिक उंचीवरच्या क्षितिजसमांतर मार्गावर नेतो.
विमानाच्या दिशेतील बदल : विमान ज्या बाजूला वळावयाचे असेल त्याच्याविरुद्ध बाजूच्या पंखावरची उत्थापक प्रेरणा वाढवून वैमानिक विमान वळवितो उदा., डावे वळण घेण्यासाठी डावा पंख उजव्या पंखापेक्षा खालच्या पातळीवर असावा लागतो. वळण नेहमी पंखाच्या पृष्ठभागाच्या काटकोनात घेता येते. पंख क्षितिजसमांतर नसल्यास उत्थापन क्षितिजपातळीशी कोन करून होते. डावा पंख जसा खाली झुकतो तशी उजव्या पंखावरील उत्थापन प्रेरणेत वाढ होते. त्यामुळे विमान वळणावर ओढले जाते. सुकाणूच्या साहाय्याने विमानाची नासिका स्थिर ठेवतात. विमान वळविण्यासाठी सुकाणू वापरीत नाहीत. क्षितिजपातळीशी कोन करून कार्य करणाऱ्या उत्थापक प्रेरणेमुळे विमान वळते.
विमान वळण घेते तेव्हा गुरूत्वाकर्षणाच्या विरोधातील उत्थापक प्रेरणा कमी होत जाते. त्यामुळे विमानाची जमिनीपासूनची उंची कमी होऊ लागते. चारही प्रेरणांचे संतुलन साधण्यासाठी वैमानिक पुढील दोनपैकी एक गोष्ट करतो. एकतर तो पंखाचा आघात कोन वाढवून पंखावरील उत्थापक प्रेरणा वाढवितो अथवा एंजिनाची शक्ती वाढवून रेटा व पर्यायाने उत्थापक प्रेरणा वाढवितो. तीव्र वळण घेताना वैमानिक वरील दोन्ही गोष्टी एकदम करतो. त्यामुळे विमानाची उंची स्थिर ठेवता येते. अर्थात साधे वळण घेण्यासाठीही वैमानिकाला बरेच नियंत्रक एकाच वेळी वापरावे लागतात.
विमानावर पडणाऱ्या प्रेरणा व अभिकल्प : आरोहण, उड्डाण व अवतरण करताना विमानाच्या सर्व भागांवर प्रेरणा (भार) लावल्या जातात. या प्रेरणा निश्चित करणे हा विमानाचा रचनात्मक अभिकल्प तयार करण्यामधील पहिला टप्पा आहे. प्रस्तावित विमानाच्या प्रतिकृतींची ⇨वातविवरात परीक्षणे करतात व त्यांवरून या प्रेरणांची माहिती मिळते अथवा प्रस्तावित विमानासारख्या विमानांच्या परीक्षणांतून मिळालेल्या माहितीवरून या प्रेरणा गणिताने काढता येतात. उदा., संगणनाच्या सोयीसाठी संचलन करताना किंवा विक्षुब्ध हवेत विमानाच्या पंखांवर पडणारे भार आणि संथ (स्थिर) हवेतील क्षितिजसमांतर उड्डाणांत पडणारे भार यांमध्ये परस्परसंबंध जोडतात. संथ हवेतील क्षितिजसमांतर उड्डाणात पंखावर असलेली उत्थापक प्रेरणा ही विमानाच्या जवळजवळ वजनाएवढी असते (पुच्छ-जोडणीतील क्षितिजसमांतर पृष्ठभागावरील अल्प उत्थापक प्रेरणा यात नसते). कमी गतीला उडताना पुच्छ-जोडणीचा रोख खाली असतो, तर उच्च गतीत हा रोख वर किंवा जवळजवळ क्षितिजसमांतर असतो. क्षितिजसमांतर उड्डाणात या दोन्ही बाबतींत उत्थापक प्रेरणा विमानाच्या वजनाएवढी असते. जेव्हा विमान उच्च गतीने पुच्छ-जोडणीचा रोख खाली असलेल्या स्थितीत उडते, तेव्हा त्याच्या वजनापेक्षा जास्त उत्थापक प्रेरणा निर्माण होते. जेव्हा वैमानिक पुच्छ-जोडणीवरील उच्चालक हलवितो, तेव्हा उच्च गतीला विमान पुच्छ-जोडणी खाली असलेल्या स्थितीत परिभ्रमण करते. यामुळे पंखांवर जादा उत्थापक प्रेरणा लागू होते. या जादा उत्थापक प्रेरणेमुळे विमानाला वरील दिशेत प्रवेग मिळतो व विमानातील द्रव्याच्या प्रत्येक घटकाला क्षणिक ‘भासमान’ वजन लाभते हे वजन त्याच्या प्रत्यक्ष वजनाच्या अनेकपट असू शकते. या भासमान व प्रत्यक्ष वजनांच्या गुणोत्तराला ‘भार घटक’ (G)म्हणतात. अशा तऱ्हेने या संचलनातील पंखांवरील उत्थापक प्रेरणा ही विमानाचे वजन गुणिले भार घटक एवढी असते.
वाहतुकीच्या मोठ्या विमानांचे कमाल भार घटक हे विक्षुब्ध हवेत प्राप्त होतात, मुद्दाम केलेल्या संचलनात नव्हे. वादळात किंवा विशिष्ट प्रकारच्या भूप्रदेशांवर कमी उंचीवर हवेचा वरील दिशेतील झोत आढळतो. यामुळे एकूण हवा संथ हवेमधील क्षितिजसमांतर उड्डाणासाठी आवश्यक असणाऱ्या कोनापेक्षा मोठ्या आघात कोनाने पंखांवर आदळते (पडते). आघात कोनातील या बदलाचा विमानाच्या रोखात परिभ्रमण होण्यासारखा परिणाम होतो. या अल्पकाळात निर्माण होणाऱ्या जादा उत्थापक प्रेरणेने विमानाला वरील दिशेत प्रवेग मिळतो.
विमानाचा अभिकल्प तयार करताना हे क्षणैक (अल्पकालिक) जादा उत्थापक प्रेरणा व भार घटक विचारात घ्यावे लागतात. तसेच १·५ एवढा रूढ सुरक्षा गुणांक असलेल्या विमानाच्या अभिकल्पाच्या बाबतीत अतिशय संचलनक्षम प्रकारच्या पंखांचा अभिकल्प तयार करताना ते पंख विमानाच्या वजनाच्या १२ ते १३ पट भार पेलू शकण्याएवढे बळकट असतील, हे पहावे लागते. नमुनेदार विमानावर बसविलेल्या अभिलेखकांद्वारे लष्करी विमानांच्या बाबतीत उद्‌भवणाऱ्या संचलन भारांची सांख्यिकीय (संख्याशास्त्रीय) माहिती मिळते. रणनीतीच्या (डावपेचाच्या) मोहिमांच्या संबंधात आवश्यक असणारे संचलन वैमानिक जसे करीत जातो, तसे काळाच्या संदर्भात विमानाची उंची, हवा सापेक्ष गती व प्रवेग यांचा अखंड आलेख अभिलेखकांद्वारे मिळतो. लष्करी विमानांच्या रचनात्मक अभिकल्पाच्या गरजा निश्चित करण्यासाठी अशा माहितीची गरज असते. विक्षुब्ध हवेतून उड्डाण करताना वाहतुकीच्या व्यापारी विमानांवर जे भार लागू होतात, त्या भारांची याच प्रकारची माहिती शासकीय संस्था मिळवितात. कारण अशा विमानांच्या अभिकल्पांचे निकष विनिर्देशित करण्याची जबाबदारी या संस्थांकडे असते.
विमानाच्या उड्डाणविषयक मर्यादा एका रचनात्मक उड्डाण प्रात्यक्षिकाद्वारे निश्चित करतात. या प्रात्यक्षिकात अभिकल्पात अपेक्षित असलेल्या गतींना विमान उडवितात व अभिकल्पात अपेक्षित असलेले भार निर्माण करण्यासाठी विमानाचे निरनिराळ्या रोखांमध्ये संचलन करतात. अशा उड्डाणांतून कोणतीही अनियमित स्वरूपाची उड्डाण लक्षणे उघड होतात. असुरक्षित वायुगतिकीय लक्षणे दुरूस्त करतात अथवा ती विमानाच्या वापराच्या मर्यादा ठरविण्यासाठी आधारभूत ठरतात. या प्रसंगी मोजलेले उड्डाणामधील भार हे अभिकल्प तयार करताना संगणनाने काढलेल्या व जमिनीवरील रचनात्मक परीक्षणांमध्ये वापरलेल्या भारांच्या संदर्भात तपासून पाहतात.
विमानाच्या रचनेसाठी लागणारी द्रव्ये : विमानाच्या रचनेसाठी धातू, मिश्रधातू, प्लॅस्टिके, लाकूड, संमिश्र द्रव्ये व इतर द्रव्ये वापरतात. या द्रव्यांचे अभियंते काळजीपूर्वक परीक्षण करतात, कारण ही सर्व द्रव्ये हवेच्या प्रचंड दाबाखाली आणि हवामानाच्या टोकाच्या परिस्थितींमध्ये टिकून राहणारी असावी लागतात. उदा., विमानाचे पंख गुरूत्वीय प्रेरणेच्या ४ ते ६ पट प्रेरणा सहन करू शकतील इतके बळकट असावे लागतात. विमानाचे उड्डाण निरनिराळ्या गतींना व वेगवेगळ्या उंचींवरून होते. अशा परिस्थितीत त्याच्यावरून वाहणाऱ्या हवेचा परिणाम विमानासाठी द्रव्य निवडताना व त्याचा अभिकल्प तयार करताना लक्षात घ्यावा लागतो. ⇨वातविवर व संगणकीय ⇨सदृशीकरणाच्या मदतीने यांविषयीचे परीक्षण करतात. शिवाय तपशीलात परिपूर्ण अशी विमानाची लाकडाची किंवा धातूची पूर्णाकृती प्रतिकृती तयार करून तिचेही परीक्षण करतात. [⟶ विमान परीक्षण].
सुरुवातीला स्प्रूससारख्या हलक्या लाकडाचा किंवा बांबूचा सांगाडा व त्यावर कापडाचे आच्छादन विमानाच्या कायेसाठी वापरीत. १९३५ नंतर विमानचौकटीसाठी ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूंचा वापर होऊ लागला. मात्र अवतरण यंत्रणेसाठी सामान्यपणे पोलाद वापरीत. दुसऱ्या महायुद्धाच्या आधीच्या काही वर्षांत ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूंत मोठ्या सुधारणा झाल्या. उदा., नव्या मिश्रधातू पुढे आल्या, उष्णता संस्करणाच्या व कालप्रभावनाच्या नवीन प्रक्रिया, नवीन कार्यपद्धती वापरात आल्या. ड्युराल ही ॲल्युमिनियमाची मूळ मिश्रधातू १९२०-३० दरम्यान पुढे आली होती. नंतर हिच्या जागी आलेल्या ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातूंमध्ये जस्ताचे प्रमाण अधिक होते. या अधिक बळकट असलेल्या मिश्रधातूंच्या वापरामुळे विमानाचे वजन कमी झाले आणि त्याचे कार्यमान सुधारले.
विमानचौकटीसाठी मॅग्नेशियमही वापरले आहे. मात्र मॅग्नेशियम कठीण असल्याने त्याच्या वस्तूंवर काम करणे हे ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंच्या तुलनेत अधिक अवघड असते. तसेच मॅग्नेशियमाच्या वस्तूंवर रूपणाची क्रिया करून त्यांना आकार देण्याचे काम त्या गरम असतानाच व नियंत्रित परिस्थितीत करावे लागते. शिवाय ॲल्युमिनियमापेक्षा मॅग्नेशियम अधिक संक्षरणक्षम (गंजणारे) आहे.
वेगवान लष्करी विमानाच्या रचनेसाठी ॲल्युमिनियमाच्या मिश्रधातू व मॅग्नेशियम यांचा वापर करण्यात एक मोठी अडचण आहे. ती म्हणजे यांचे बल वाढत्या तापमानानुसार कमी होत जाते. ॲल्युमिनियमाचे बल साधारणपणे १३५° से. तापमानापर्यंत चांगले टिकून राहते. यापेक्षा जास्त तापमानाला त्याचे बल खूपच त्वरेने कमी होते व त्यामुळे २०४° से. पेक्षा अधिक तापमानाला रचनेसाठी वापरावयाचे द्रव्य म्हणून ॲल्युमिनियम निरुपयोगी होते.
वेगवान झोत विमानांत पुढील दोन कारणांमुळे उच्च तापमान निर्माण होत असते. झोत एंजिनाच्या पुच्छ नळाकडून येणारी उष्णता आणि वायुगतिकीय तापन ही ती कारणे होत. झोत एंजिनाचा हा नळ बहुधा विमानाच्या कायेतून आरपार गेलेला असतो. यातून तप्त वायू निष्कासित होऊन झोत एंजिनाचा रेटा निर्माण होत असतो. त्यामुळे त्याचे तापमान अति-उच्च असते. हा नळ व कायेचे कवच यांच्यातील अंतर कायेच्या मागील भागात कमी झालेले असते. त्यामुळे या दोहोंमध्ये उष्णता निरोधक द्रव्य असले, तरी त्याच्याजवळचे कवच व इतर भाग चांगलेच तापतात. विमानाचे बाह्य आवरण व हवा यांच्यातील घर्षणाने उष्णता निर्माण होऊन वायुगतिकीय तापन होते. वेगवान विमानांच्या बाबतीत हा आविष्कार फार महत्त्वाचा ठरला आहे.
ज्या विमानांच्या बाबतीत वायुगतिकीय तापन हे दखल घेण्याएवढ्या महत्त्वाचे असते, अशा विमानांच्या रचनेसाठी योग्य द्रव्ये शोधून काढण्याच्या कामात विमान बनविणाऱ्या कंपन्या, विमानाच्या साहित्याचे उत्पादक व संशोधन करणाऱ्या संस्था, संघटना नेहमीच गुंतलेल्या असतात. टिटॅनियम हे असे एक इष्ट द्रव्य आहे. पोलादाशी तुलना केल्यास टिटॅनियम वजनाला ४०% हलके आहे. ॲल्युमिनियम व मॅग्नेशियम ज्या तापमानांना निरूपयोगी ठरतात, त्यांहून अधिक तापमानांतही टिटॅनियमाचे बल टिकून राहते. १७८९ सालापासून माहीत असलेल्या टिटॅनियमाचे अनेक व्यापारी उपयोगही होत आहेत. मात्र ते विमानाच्या रचनेत वापरता येण्यासारखे द्रव्य आहे, ही शक्यता दुसरे महायुद्ध संपून जाईपर्यंत लक्षात आली नव्हती. सुमारे ३७१ से. पेक्षा अधिक तापमानाला टिटॅनियमही दुर्बल होते आणि अशा परिस्थितीत पोलाद, इंकोनेल ही उष्णतारोधी मिश्रधातू व अशाच प्रकारची इतर द्रव्ये वापरणे आवश्यक ठरते.
उच्च तापमानाला दुर्बल होणे हा केवळ एकच बदल धातूत होतो, असे मात्र नाही. उच्च तापमानाला धातूमध्ये विसर्पण हा बदल होतो. उच्च तापमानाला धातूवर जेव्हा बराच काळ प्रतिबल कार्य करते, तेव्हा जसजसा काळ लोटेल त्या प्रमाणात त्याचे लंबन (ताणले जाऊन लांबीत वाढ होण्याची क्रिया) होत जाते. या आविष्काराला विसर्पण म्हणतात. या रीतीने जे द्रव्य ठराविक प्रतिबल असतानाच्या परिस्थितीत जादा लंबन न होता थोडा काळ टिकून राहू शकते ते द्रव्य उच्च तापमानाला बराच काळ प्रतिबलाखाली राहिल्यास त्याच्यात होणारे लंबन हे अग्राह्य स्वरूपाचे असू शकते म्हणजे ते वापरण्यायोग्य राहत नाही. विमानाच्या संरचनेत निरनिराळ्या बिंदूंपाशी निरनिराळी तापमाने असतात. तापमानांमधील या फरकांमुळे प्रतिबले व विचलने निर्माण होऊ शकतात आणि विमानाचा अभिकल्प तयार करताना त्यांचाही विचार करावा लागतो. उदा., पंखाच्या खालच्या पृष्ठभागाचे तापमान वरील पृष्ठभागाच्या तापमानापेक्षा जास्त असल्यास तापमानांमधील या फरकामुळे पंखाचे विचलन घडून येईल. जे द्रव्य तप्त असताना थोडेच प्रसरण पावते व जे कमी तापमानाला असलेले स्वचे बल या स्थितीतही मोठ्या प्रमाणात टिकवून धरते, असे द्रव्य विमानाच्या रचनेच्या दृष्टीने आदर्श असते. वापरलेल्या द्रव्याच्या गुणधर्मांवर परिणाम करण्याइतके तापमान जेव्हा वाढते तेव्हा त्या भागातील तापमान कमी करण्याच्या युक्त्या योजाव्या लागतात.
म्हणून उच्च तापमानाला मोठ्या प्रमाणावर संरचनात्मक परीक्षण करावे लागते. पुष्कळ विमान उत्पादक कंपन्यांकडे अशा परीक्षणाची सोय असते. त्यामुळे परीक्षणासाठीचे विविध नमुने व विमानाचे घटक तापवून त्यांच्यावर भार लावणे, विचलने मोजणे व प्रतिबलाची नोंद करणे या गोष्टी करता येतात.
अशा प्रकारे उच्च तापमानाला विरोध करणारी, बळकट व वजनाला हलकी द्रव्ये विमानाच्या रचनेसाठी अधिक पसंत केली जातात. ध्वनीच्या वेगाच्या दुप्पट इतका वेग असणाऱ्या विमानांसाठी १९५० -६० दरम्यान ॲल्युमिनियम व पोलाद वापरीत. ध्वनीच्या वेगाच्या तिप्पट वेगाने जाणाऱ्या विमानांसाठी सु. १९६२-६३ पासून टिटॅनियमाचा वापर होऊ लागला (उदा., जास्त भार असणारा पंखाच्या तळाचा भाग). शिवाय ज्या उच्च तापमानाला उच्च प्रतिबले निर्माण होतात आणि ⇨ऑक्सिडीभवन होऊ शकते त्या उच्च तापमानाला वापरण्यायोग्य उष्णतारोधी मिश्रधातू (सुपरॲलॉय) आणि लिथियम अथवा सिलिकॉन कार्बाइड चूर्णे ॲल्युमिनियम व टिटॅनियम यांच्यात अंतर्विष्ट करून बनविलेली द्रव्ये वगैरे पुढे आली.
कमी वजन आणि चांगले बल व दृढता या गुणधर्मांमुळे संमिश्र द्रव्यांचा विमानाच्या रचनेतील वापर वाढत आहे. काचतंतूंनी प्रबलित केलेली प्लॅस्टिके, ग्रॅफाइटाने प्रबलित केलेले द्रव्य, केल्व्हार ही संमिश्र द्रव्यांची उदाहरणे होत. संमिश्र द्रव्यांचे अत्यंत बारीक तंतू तयार करून त्यांवर एपॉक्सी रेझिनाचा लेप देऊन त्यांची फीत तयार करतात. यापासून कापड तयार करून ते विमानात वापरतात. वेगवान विमानांसाठी बळकट पण वजनाला हलकी असणारी संमिश्र द्रव्ये विकसित करण्यात आली आहेत. बोरॉन व ग्रॅफाइटाच्या रूपातील कार्बन यांचे अत्यंत चिवट आणि मजबूत तंतू विकसित करून त्यांवर एपॉक्सी रेझिनाचा थर देऊन फीत अगर कापड तयार करतात व त्याचा विमानात वापर करतात. ग्रॅफाइट तंतूंवर एपॉक्सी रेझिनाचा लेप देऊन नियंत्रित तापमानात बनविलेले संमिश्र द्रव्य V/STOL प्रकारच्या नौसेनेतील विमानांमध्ये वापरण्यात आले आहे. विमानाच्या पुच्छ-जोडणीतील काही भागांसाठीही हे संमिश्र द्रव्य वापरतात. विमानाच्या नियंत्रक पृष्ठभागांसाठी सामान्यपणे काच अथवा केल्व्हार हे संमिश्र द्रव्य वापरतात. [⟶ संमिश्र द्रव्ये].
पहा : वायुगतिकी विमान विमान परीक्षण विमानाचे एंजिन.
संदर्भ : 1. Corning, G. Supersonic and Subsonic Airplane Design, New York, 1953.
2. Nicolai, L. M. Fundamentals of Airplane Design, 1984.
3. Teichman, F. K. Fundamentals of Aircraft, Structural Analysis, London, 1968.
4. Wood, K. K. Aircraft Design, New York, 1966.
शिंदे, विश्राम श्री. आगाशे, वसंत वा. ठाकूर, अ. ना.
“