Waar is die kiel van die vliegtuig? Vliegtuigkiel: ontwerp

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Selfs 'n persoon wat nog nooit die see gesien het nie, ken waarskynlik die afskeidswoord: "Sewe voet onder die kiel." En hier is geen vrae nie. Die kiel van 'n skip is die belangrikste strukturele deel waaraan baie dele van sy romp geheg is. Maar weet iemand waar die kiel van die vliegtuig geleë is en waarvoor dit dien?

Wat is dit?

Dit is die "orgaan" van stabiliteit, wat jou toelaat om die vliegtuig op 'n gegewe koers te hou. Anders as skepe, is die kiel van 'n vliegtuig 'n integrale deel van die vertikale stertvin. Aan die onderkant van die romp is daar geen kiel vir vliegtuie nie! Maar daar is een subtiliteit. Die feit is dat hierdie deel styf verbind is met die kragelemente van die romp, en daarom is daar nog iets gemeen in die see- en lugterme. So waar is die kiel van die vliegtuig? Eenvoudig gestel, dit is die vertikale deel van die stert.

Dit is roerloos geplaas, vas op drie punte, simmetries met die middellyn van die vliegtuig. In voorkoms het hierdie detail die vorm van 'n ideale trapezium. As 'n reël bestaan die kiel van 'n vliegtuig uit sparre, ribbes en vel. Hierdie skema is klassiek, min verandersedert die verskyning van die eerste vliegtuig. Die voorste spar is skuins geplaas (as 'n reël).

uitlegte

Die kiel is meestal enkel, maar in sommige gevalle word dit dubbel en selfs drievoudig gemaak (op skroefbomwerpers). In laasgenoemde geval is dit nodig om hoë rigtingstabiliteit van die swaar masjien te verseker. Terloops, alle vliegtuie word volgens die ligging van die kiel in drie tipes verdeel:

• Gebou in 'n normale patroon. Dit is byvoorbeeld die kiel van die A321-vliegtuig.
• "Eende", dit wil sê, vliegtuig waarin die horisontale stert van die kiel voor die vlerke geleë is.
• "Stertloos". Van die kiel af bly net die vertikale stert oor, die horisontale rolroers is heeltemal afwesig.

Natuurlik is laasgenoemde twee variëteite meer kenmerkend van die "gemeenskap" van militêre vliegtuie, aangesien sulke plasing van die kiel nodig is om die vliegtuig besonder hoë manoeuvreerbaarheid te gee.

In sommige gevalle word selfs meer komplekse ontwerpe gebruik. Byvoorbeeld, onderkiel kruine (dit is ook ventrale kiele). Hulle word op sommige supersoniese vliegtuie gebruik waar die handhawing van perfekte stabiliteit tydens vlug noodsaaklik is. Dus, onder die kiel van die vliegtuig (dit is waar, het ons reeds uitgevind) is daar 'n bykomende en massiewe instroming.’n Meer algemene situasie is wanneer die horisontale verekleed van die stert oor die algemeen na die heel bokant van die kiel oorgeplaas moet word. Dit gebeur as die enjins aan die agterkant van die vliegtuig geïnstalleer is. So 'n diagram kan byvoorbeeld gesien word inbinnelandse vrag-passasiersvliegtuig "Il".

Waarvoor is dit?

Soos jy weet, is kalm weer 'n ongelooflike rariteit wat nie meer as 'n paar keer per jaar gebeur nie. In die meeste gevalle is daar wind, en die sterkte en rigting daarvan kan dramaties verskil. Wanneer 'n vliegtuig vlieg, kan windvlae die rigting en koers grootliks beïnvloed. Die vliegtuig moet ontwerp word om op sy eie terug te keer na 'n stabiele posisie. Slegs in hierdie geval is 'n veilige vlug moontlik.

Hoofdoel

Die hoofreël vir die ontwerp van 'n kiel is om dit so te plaas dat dit onder geen omstandighede in die sleur van die vlerk val nie. Andersins is 'n skerp skending van rigtingstabiliteit moontlik, en in die mees ernstige situasies, fisiese vervorming en vernietiging van die hele sterteenheid. Dus, die hoofdoel van die kiel is om rigtingstabiliteit te handhaaf.

Die ontwerp van baie vliegtuie is sodanig dat hierdie deel beweegbaar is. Deur die kieldefleksie aan te pas, beheer die bemanning die koersrigting. Die uitsondering is militêre vliegtuie, waarop enjins met 'n beheerde stootvektor verantwoordelik is vir die verandering van die vlugrigting. In hulle geval is dit dom om 'n beweegbare kiel van die vliegtuig te maak (daar is 'n foto daarvan in die artikel), aangesien die oorladings tydens maneuver so is dat dit eenvoudig sal ineenstort.

Watter soort stabiliteit bied die kiel?

Daar is drie tipes stabiliteit, ter wille waarvan die kiel by die ontwerp van die vliegtuig ingesluit is:

• Baan.
• Longitudinaal.
• Dwars.

Kom ons behandel al hierdie variëteite in meer besonderhede. Dus, rigtingstabiliteit. Daar moet onthou word dat in die geval van verlies aan longitudinale stabiliteit van die romp tydens vlug, die vliegtuig steeds vir 'n geruime tyd vorentoe sal vlieg as gevolg van traagheidskrag. Daarna begin die lugvloei in die agterkant van die vliegtuig inloop, wat agter die swaartepunt lê. Die kiel in hierdie geval verhoed die voorkoms van 'n roterende krag wat die vliegtuig dwing om om sy as te draai.

Lengte-stabiliteit. Aanvaar dat die vliegtuig in normale modus vlieg, die swaartepunt val saam met die middel van drukaanwending op sy romp. Op hierdie oomblik werk multirigtingkragte ook op sy romp in, wat geneig is om die liggaam van die vliegtuig te ontplooi. Hysbak en swaartekrag werk gelyktydig. Die kiel van die vliegtuig (jy sal 'n foto van hierdie deel in die artikel sien) bied balans, wat in hierdie spesifieke geval baie onstabiel is. Normale vlug sonder stert, kiel en stabiliseerders is onmoontlik.

Ander volhoubaarheid

Skeurstabiliteit. Oor die algemeen is hierdie faktor 'n logiese voortsetting van die vorige eiendom. Wanneer meerrigtingkragte op die vlerk en laterale stabiliseerders van die kiel inwerk, "probeer" hulle om die vliegtuig om te keer. Die vorm van die vlerke werk dit teë: as jy op 'n afstand daarna kyk, lyk hulle soos die letter "U" met sterk geskei bo-"horings". Hierdie vorm verskaf selfkorreksie van die posisievliegtuie in die ruimte. Die kiel help om laterale stabiliteit te handhaaf.

Let daarop dat vliegtuie met sweepvlerk nie 'n kiel so nodig het nie…teen hoë spoed. As dit val, vind die groei van teenaksiekragte eksponensieel plaas. Daarom, vir hierdie masjiene, is die mees duursame en liggewig kiel baie belangrik, wat sulke hoë vragte kan weerstaan. En hoe kan jy dit kry? Kom ons praat hieroor.

Kenmerke van die skep van moderne vliegtuie

Tans fokus Rosaviation-spesialiste en hul buitelandse kollegas op die skepping van vliegtuigonderdele (insluitend die kiel) van groot dele wat van die nuutste saamgestelde materiale gemaak is.

Die verhouding van hierdie verbindings in die ontwerp van moderne vliegtuie groei geleidelik. Volgens inligting van kenners bereik hul volumefraksie reeds van 25% tot 50%, en klein nie-kommersiële vliegtuie kan selfs met 75% uit plastiek en komposiete bestaan. Hoekom is hierdie benadering so wydverspreid in lugvaart? Die feit is dat dieselfde kiel van 'n Boeing-vliegtuig, gemaak van polimeer "allooie", 'n baie lae gewig, baie hoë sterkte en 'n hulpbron het wat eenvoudig onrealisties is om te bereik deur gebruik te maak van standaard materiale.

Hoofmateriaal

Die mees geregverdigde gebruik van komposiete in die ontwerp van nie net die stert nie, maar ook die vlerke en rompkragelemente, wat nie net baie sterk moet wees nie, maar ook voldoendebuigsaam. Andersins kan die waarskynlikheid van vernietiging van die struktuur onder die werking van vlugvragte nie uitgesluit word nie.

Maar dit was nie altyd so nie. Dus, die trots van die Sowjet-vliegtuigbedryf, die Tu-160-vliegtuig, ook bekend as die White Swan of Blackjack, het 'n kiel wat gemaak is van … titanium-allooie. So 'n spesifieke en uiters duur materiaal is gekies as gevolg van die enorme spanning wat op die ontwerp van hierdie masjien geplaas word, wat tot vandag toe die titel van die swaarste bomwerper in diens behou. Maar tog is so 'n radikale benadering tot die skep van 'n kiel skaars, en daarom moet ontwerpers vandag baie meer met eenvoudiger saamgestelde materiale te doen kry.

Watter uitdagings kom jy in die gesig wanneer jy 'n saamgestelde kiel skep?

Gedurende die ontwikkelingsproses moes huishoudelike ontwerpers 'n hele reeks komplekse take oplos:

• Die skepping van groot dele van die kiel en ander koolstofveseltoerusting deur die infusiemetode te gebruik, is uitgewerk.
• Moes ook die hoofstadia van produksie, wat nie vir die gebruik van saamgestelde materiale ontwerp is nie, byna heeltemal herbesin en herwerk.

Ander kenmerke

Die nuutste sagteware (FiberSim) is in die produksieproses bekendgestel, wat dit moontlik maak om die hoogste graad van outomatisering te bereik. Daarbenewens kan nou die kiel van die vliegtuig, waarvan die ontwerp in die artikel beskryf word, gemaak word met behulp van tegnologieë waar daar feitlik geen tekeninge is nie. Die vervaardiging van hierdie deel met hierdie benadering is soos volgmanier:

• Ontwerp of kies van 'n voltooide model. Vandag is die kiel (meestal) in 'n ten volle outomatiese modus ontwerp, sonder die deelname van "menslike" ontwikkelaars.
• Sny van gebruikte materiaal, ook in outomatiese modus uitgevoer.
• In die outomatiese modus word die grondstowwe wat gebruik word om die kiel en sy strukturele dele te skep, uitgelê.
• Lê van lae word uitgevoer deur robotmeganismes wat deur 'n rekenaarprogram beheer word.

Daarbenewens stel die moderne benadering tot die produksie van kiele die volgende voor:

• Bou voortdurend prototipes wat onder die moeilikste toestande getoets word.
• Nie-vernietigende toetstegnologieë word ontwikkel wat deurlopende monitering van die toestand van die kiel op 'n vliegtuig moontlik maak.

Gevorderde metodes om die sterteenheid van die MS-21-vliegtuig te skep

In die nie so verre verlede was die lugvaartbedryf letterlik verstom deur die aankondiging van binnelandse ontwikkelaars dat hulle 'n heeltemal nuwe vliegtuig, die MS-21, ontwikkel. Die ongewoonheid daarvan is dat dit vir byna die laaste drie dekades die eerste binnelandse motor vir vlugte binne die land is. Tydens die vervaardiging daarvan is baie van die nuutste tegnologieë getoets, wat grootliks die innoverende kenmerke van die kiel en die hele stertsamestelling beïnvloed het.

Met die ontwikkeling en vervaardiging van die caisson van die kiel van die MS-21-vliegtuig, kon huishoudelike spesialiste die volgende bereik:

• Volledige outomatisering van die sny van alle onderdele en grondstowwe wat in produksie gebruik word. As gevolg hiervan was dit moontlik om ten minste 50% vermindering in die totale koste van die hele sterteenheid en veral die kiel te behaal.
• ProDirector-sagteware word gebruik in die vervaardiging van die sterteenheid, wat jou toelaat om perfekte akkuraatheid in die verwerking van onderdele te bereik. Dit maak dit moontlik om nie net sterk, maar ook uiters ligte kiele te skep.
• Die kiel van 'n moderne vliegtuig word ook geskep deur gebruik te maak van dubbelkrommingstegnieke. Danksy hulle is dit moontlik om multi-rigting dikte te bereik in daardie gebiede waar bykomende strukturele versterking nodig is (onder die kiel van die vliegtuig).
• Selfs groot dele van die kiel vandag kan in spesiale outoklawe "gebraai" word. Die resultaat is uiters sterk en rigiede komponente wat vragte van enige graad kan weerstaan.
• Die beheer van die geometrie van onderdele word ook deur komplekse gerekenariseerde stelsels beheer.

Ander kenmerke

As gevolg van die gebruik van nuwe tegnologieë en tegnieke, is die arbeidsintensiteit van die skep van die sterteenheid en kiel met 50-70% verminder. Vandag het meer as vierduisend dele van die kiel- en sterteenheid staatstoetse geslaag.

Die vernaamste prestasie is die ontwikkeling van 'n betroubare en eenvoudige tegnologie vir die vervaardiging van kielboksonderdele wat 7,6 x 2,5 m meet. Tans is daar reeds begin om dit by die Irkutsk-lugvaartaanleg afgelewer te word. Hulle word van moderne saamgestelde materiale gemaak, en die kenmerke van hierdie proses het reeds die belangstelling van vooraanstaande buitelandse vervaardigers van lugvaarttoerusting gelok.

Moderne Kwessies

Hoekom het ons so baie tyd spandeer om moderne maniere te bespreek om 'n kiel te ontwerp en te bou? Die feit is dat dit sedert die 60's van die vorige eeu heeltemal duidelik geword het dat 'n verdere toename in die spoedprestasie van vliegtuie slegs moontlik is as hul sterkte verhoog word en heeltemal nuwe soorte polimeriese materiale in produksie ingestel word. Die probleem met vliegtuie van die jongste generasies is dat hul ontwerp (en veral die kiel) hoogs vatbaar is vir "moegheid". As gevolg hiervan, teen ongeveer die 70's van die vorige eeu, is talle metodes ontwikkel om die toestand van die vlerk en stert te monitor.

Produksievereistes is ook hoog. Elke bondel onderdele word aan die ergste oorladings op vibrasiestaanders onderwerp, getoets deur temperature en druk. En dit is nie verbasend nie, aangesien die geringste kraak daarna belaai is met die dood van honderde passasiers.

So jy het uitgevind waar die vliegtuig se kiel is en waarvoor dit is!