Gdzie jest kil samolotu? Kil samolotu: projekt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Nawet osoba, która nigdy nie widziała morza, prawdopodobnie zna pożegnalne słowo: „Siedem stóp pod kilem”. I nie ma tu żadnych pytań. Stępka statku jest najważniejszą częścią konstrukcyjną, do której przymocowane są liczne części jego kadłuba. Ale czy ktoś wie, gdzie znajduje się stępka samolotu i do czego służy?

Co to jest?

To jest "organ" stabilności, który pozwala utrzymać samolot na zadanym kursie. W przeciwieństwie do statków, stępka samolotu jest integralną częścią pionowej płetwy ogonowej. W dolnej części kadłuba nie ma stępki dla samolotu! Ale jest jedna subtelność. Faktem jest, że ta część jest ściśle połączona z elementami zasilającymi kadłuba, a zatem nadal jest coś wspólnego w kategoriach morskich i powietrznych. Więc gdzie jest kil samolotu? Mówiąc najprościej, jest to pionowa część ogona.

Umieszczony jest nieruchomo, zamocowany w trzech punktach, symetrycznie do linii środkowej samolotu. Z wyglądu ten detal ma kształt idealnego trapezu. Z reguły stępka samolotu składa się z drzewc, żeber i skóry. Ten schemat jest klasyczny, mało zmienionyod pojawienia się pierwszego samolotu. Przedni dźwigar jest umieszczony ukośnie (z reguły).

Układy

Najczęściej stępka jest pojedyncza, ale w niektórych przypadkach jest podwójna, a nawet potrójna (w bombowcach śmigłowych). W tym ostatnim przypadku jest to wymagane dla zapewnienia dużej stabilności kierunkowej ciężkiej maszyny. Nawiasem mówiąc, wszystkie samoloty są podzielone na trzy typy w zależności od położenia stępki:

• Zbudowany w normalny wzór. Taki jest na przykład kil samolotu A321.
• "Kaczki", czyli samolot, w którym poziomy ogon stępki znajduje się przed skrzydłami.
• „Bez ogona”. Z stępki pozostaje tylko pionowy ogon, poziome lotki są całkowicie nieobecne.

Oczywiście te dwie ostatnie odmiany są bardziej charakterystyczne dla „wspólnoty” samolotów wojskowych, ponieważ takie umieszczenie stępki jest konieczne, aby nadać samolotowi szczególnie wysoką manewrowość.

W niektórych przypadkach stosowane są jeszcze bardziej złożone projekty. Na przykład grzebienie pod kilem (są to również brzuszne kile). Są używane w niektórych samolotach naddźwiękowych, gdzie utrzymanie idealnej stabilności podczas lotu ma kluczowe znaczenie. Tak więc pod kilem samolotu (tutaj już się dowiedzieliśmy) następuje dodatkowy i masowy napływ. Bardziej powszechna sytuacja ma miejsce, gdy poziome upierzenie ogona musi zostać przeniesione na sam wierzchołek kilu. Dzieje się tak, jeśli silniki są zainstalowane z tyłu samolotu. Taki schemat można zobaczyć np. wkrajowy samolot towarowo-pasażerski "Il".

Do czego to służy?

Jak wiesz, spokojna pogoda to niesamowita rzadkość, która zdarza się nie częściej niż kilka razy w roku. W większości przypadków jest wiatr, a jego siła i kierunek mogą się znacznie różnić. Kiedy samolot leci, podmuchy wiatru mogą znacznie wpłynąć na kierunek i kurs. Samolot musi być tak zaprojektowany, aby sam powracał do stabilnej pozycji. Tylko w tym przypadku możliwy jest bezpieczny lot.

Główne przeznaczenie

Główną zasadą projektowania stępki jest umieszczenie jej w taki sposób, aby w żadnych okolicznościach nie spadła na kil ze skrzydła. W przeciwnym razie możliwe jest gwałtowne naruszenie stabilności kierunkowej, aw najcięższych sytuacjach fizyczne odkształcenie i zniszczenie całej jednostki ogonowej. Tak więc głównym celem stępki jest utrzymanie stabilności kierunkowej.

Konstrukcja wielu samolotów jest taka, że ta część jest ruchoma. Dostosowując ugięcie kilu, załoga kontroluje kierunek kursu. Wyjątkiem są samoloty wojskowe, na których za zmianę kierunku lotu odpowiadają silniki z kontrolowanym wektorem ciągu. W ich przypadku wykonanie ruchomego kila samolotu (jest jego zdjęcie w artykule) jest głupie, gdyż przeciążenia podczas manewrowania są takie, że po prostu się zawali.

Jaką stabilność zapewnia stępka?

Istnieją trzy rodzaje stateczności, ze względu na które stępka jest uwzględniona w projekcie samolotu:

• Ścieżka.
• Podłużne.
• Poprzeczny.

Omówmy wszystkie te odmiany bardziej szczegółowo. A więc stabilność kierunkowa. Należy pamiętać, że w przypadku utraty stateczności podłużnej kadłuba w locie, samolot jeszcze przez jakiś czas będzie leciał do przodu pod wpływem siły bezwładności. Następnie strumień powietrza zaczyna wpadać w tył samolotu, który znajduje się za środkiem ciężkości. Stępka w tym przypadku zapobiega wystąpieniu siły wirującej, która zmusza samolot do obracania się wokół własnej osi.

Stabilność wzdłużna. Załóżmy, że samolot leci w normalnym trybie, środek ciężkości pokrywa się ze środkiem nacisku na jego kadłub. W tym momencie na jego kadłub działają również wielokierunkowe siły, które mają tendencję do rozkładania korpusu samolotu. Podnoszenie i grawitacja działają jednocześnie. Stępka samolotu (zdjęcie tej części zobaczysz w artykule) zapewnia równowagę, która w tym konkretnym przypadku jest bardzo niestabilna. Normalny lot bez ogona, stępki i stabilizatorów jest niemożliwy.

Inny zrównoważony rozwój

Stabilność na ścinanie. Ogólnie rzecz biorąc, czynnik ten jest logiczną kontynuacją poprzedniej własności. Kiedy wielokierunkowe siły działają na skrzydło i boczne stabilizatory stępki, „próbują” przewrócić samolot. Przeciwdziała temu kształt skrzydeł: patrząc na nie z daleka przypominają literę „U” z mocno oddzielonymi górnymi „rogami”. Formularz ten zapewnia samokorektę pozycjisamolot w kosmosie. Kil pomaga utrzymać stabilność boczną.

Zauważ, że samoloty o skośnych skrzydłach nie potrzebują kila tak bardzo… przy dużych prędkościach. Jeśli spada, to następuje wykładniczy wzrost sił przeciwdziałających. Dlatego w przypadku tych maszyn bardzo ważny jest najtrwalszy i najlżejszy kil, który może wytrzymać tak duże obciążenia. A jak możesz to zdobyć? Porozmawiajmy o tym.

Cechy tworzenia nowoczesnych samolotów

Obecnie specjaliści Rosaviation i ich zagraniczni koledzy koncentrują się na tworzeniu części lotniczych (w tym stępki) z dużych części wykonanych z najnowszych materiałów kompozytowych.

Odsetek tych związków w projektowaniu nowoczesnych samolotów stale rośnie. Według informacji ekspertów ich ułamek objętościowy sięga już od 25% do 50%, a małe samoloty niekomercyjne mogą składać się nawet z plastiku i kompozytów w 75%. Dlaczego to podejście jest tak rozpowszechnione w lotnictwie? Faktem jest, że ten sam kil, co samolot Boeinga, wykonany z polimerowych „stopów”, ma bardzo niską wagę, bardzo wysoką wytrzymałość i zasób, którego uzyskanie przy użyciu standardowych materiałów jest po prostu nierealne.

Materiały główne

Najbardziej uzasadnione zastosowanie kompozytów w konstrukcji nie tylko ogona, ale także skrzydeł i elementów zasilających kadłuba, które muszą być nie tylko bardzo mocne, ale i odpowiednio dostatecznieelastyczny. W przeciwnym razie nie można wykluczyć prawdopodobieństwa zniszczenia konstrukcji pod wpływem obciążeń lotniczych.

Ale nie zawsze tak było. A więc chluba radzieckiego przemysłu lotniczego, samolot Tu-160, znany również jako White Swan lub Blackjack, ma kil wykonany ze… stopów tytanu. Tak specyficzny i niezwykle kosztowny materiał został wybrany ze względu na ogromne naciski na konstrukcję tej maszyny, która do dziś zachowuje miano najcięższego bombowca w służbie. Jednak nadal tak radykalne podejście do tworzenia stępki jest rzadkością i dlatego dziś projektanci znacznie częściej mają do czynienia z prostszymi materiałami kompozytowymi.

Jakie wyzwania napotykasz podczas tworzenia kila kompozytowego?

Podczas procesu rozwoju projektanci krajowi musieli rozwiązać cały szereg złożonych zadań:

• Opracowano tworzenie wielkogabarytowych części stępki i innego sprzętu z włókna węglowego metodą infuzji.
• Musiał również prawie całkowicie przemyśleć i przebudować główne etapy produkcji, które nie były zaprojektowane do stosowania materiałów kompozytowych.

Inne funkcje

Do procesu produkcyjnego zostało wprowadzone najnowsze oprogramowanie (FiberSim), które pozwala osiągnąć najwyższy stopień automatyzacji. Ponadto, teraz stępka samolotu, którego konstrukcja jest opisana w artykule, może być wykonana przy użyciu technologii, w których praktycznie nie ma rysunków. Produkcja tej części z takim podejściem wygląda następującosposób:

• Projektowanie lub wybór gotowego modelu. Obecnie kil jest (w większości) projektowany w trybie w pełni automatycznym, bez udziału „ludzkich” programistów.
• Cięcie zużytych materiałów, również w trybie automatycznym.
• W trybie automatycznym układane są surowce użyte do wytworzenia stępki i jej elementów konstrukcyjnych.
• Układanie warstw odbywa się za pomocą mechanizmów robotycznych sterowanych przez program komputerowy.

Ponadto nowoczesne podejście do produkcji stępek sugeruje:

• Ciągłe tworzenie prototypów, które są testowane w najtrudniejszych warunkach.
• Opracowywane są technologie badań nieniszczących, które umożliwiają ciągłe monitorowanie stanu stępki w samolocie.

Zaawansowane metody tworzenia części ogonowej samolotu MS-21

W nie tak odległej przeszłości przemysł lotniczy był dosłownie oszołomiony ogłoszeniem przez krajowych deweloperów, że opracowują zupełnie nowy samolot, MS-21. Jego niezwykłość polega na tym, że od prawie trzech dekad jest to pierwszy krajowy samochód do lotów wewnątrz kraju. Podczas jego produkcji przetestowano wiele najnowszych technologii, co w dużej mierze wpłynęło na innowacyjne cechy stępki i całego zespołu ogonowego.

Opracowując i produkując keson stępki samolotu MS-21, krajowi specjaliści byli w stanie osiągnąć co następuje:

• Pełna automatyzacja cięcia wszystkich części i surowców wykorzystywanych w produkcji. Dzięki temu możliwe było osiągnięcie co najmniej 50% redukcji całkowitego kosztu całej jednostki ogonowej, a zwłaszcza kilu.
• Do produkcji części końcowej wykorzystywane jest oprogramowanie ProDirector, które pozwala na osiągnięcie doskonałej precyzji w obróbce części. Umożliwia to tworzenie nie tylko mocnych, ale również niezwykle lekkich kili.
• Ponadto stępka nowoczesnego samolotu jest tworzona przy użyciu techniki podwójnej krzywizny. Dzięki nim możliwe jest uzyskanie wielokierunkowej grubości w miejscach, gdzie potrzebne jest dodatkowe wzmocnienie konstrukcyjne (pod kilem samolotu).
• Nawet duże części kilu można dziś „smażyć” w specjalnych autoklawach. Rezultatem są wyjątkowo mocne i sztywne komponenty, które mogą wytrzymać obciążenia o dowolnym stopniu.
• Kontrola geometrii części jest również kontrolowana przez złożone systemy komputerowe.

Inne funkcje

Dzięki zastosowaniu nowych technologii i technik pracochłonność tworzenia części ogonowej i stępki została zmniejszona o 50-70%. Obecnie ponad cztery tysiące części stępki i części ogonowej przeszło testy stanowe.

Głównym osiągnięciem jest opracowanie niezawodnej i prostej technologii produkcji elementów skrzyń kilowych o wymiarach 7,6 x 2,5 m. Obecnie zaczęto je już dostarczać do Irkuckich Zakładów Lotniczych. Wykonane są z nowoczesnych materiałów kompozytowych, a cechy tego procesu już wzbudziły zainteresowanie czołowych zagranicznych producentów sprzętu lotniczego.

Nowoczesne problemy

Dlaczego spędziliśmy tak dużo czasu, omawiając nowoczesne sposoby projektowania i budowy kilu? Faktem jest, że od lat 60. ubiegłego wieku stało się całkowicie jasne, że dalszy wzrost osiągów samolotów jest możliwy tylko wtedy, gdy wzrośnie ich wytrzymałość i zostaną wprowadzone do produkcji zupełnie nowe rodzaje materiałów polimerowych. Problem z samolotami najnowszych generacji polega na tym, że ich konstrukcja (w szczególności stępka) jest bardzo podatna na „zmęczenie”. Z tego powodu około lat 70. ubiegłego wieku opracowano liczne metody monitorowania stanu skrzydła i ogona.

Wymagania produkcyjne są również wysokie. Każda partia części poddawana jest największym przeciążeniom na stojakach wibracyjnych, testowanych temperaturowo i ciśnieniowo. I nie jest to zaskakujące, ponieważ najmniejsze pęknięcie jest następnie obarczone śmiercią setek pasażerów.

Więc dowiedziałeś się, gdzie jest stępka samolotu i do czego służy!