Kus on lennuki kiil? Lennuki kiil: disain

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Isegi inimene, kes pole merd näinud, teab ilmselt lahkumissõna: "Seitse jalga kiilu all." Ja siin pole küsimusi. Laeva kiil on kõige olulisem konstruktsiooniosa, millele on kinnitatud paljud selle kere osad. Aga kas keegi teab, kus lennuki kiil asub ja milleks see mõeldud on?

Mis see on?

See on stabiilsuse "organ", mis võimaldab hoida lennukit etteantud kursil. Erinev alt laevadest on lennuki kiil vertikaalse sabauime lahutamatu osa. Kere põhjas pole lennukite jaoks kiilu! Kuid on üks peensus. Fakt on see, et see osa on tihed alt seotud kere jõuelementidega ja seetõttu on mere- ja õhutingimustes siiski midagi ühist. Kus on siis lennuki kiil? Lihtsam alt öeldes on see saba vertikaalne osa.

See on paigutatud liikumatult, kinnitatud kolme punkti, sümmeetriliselt õhusõiduki keskjoone suhtes. Välimuselt on see detail ideaalse trapetsi kujuga. Lennuki kiil koosneb reeglina peeltest, ribidest ja nahast. See skeem on klassikaline, vähe muudetudalates esimese lennuki ilmumisest. Esiosa asetatakse kaldu (reeglina).

Paigutused

Enamasti on kiil ühekordne, kuid mõnel juhul tehakse seda kahe- ja isegi kolmekordseks (propellerpommitajatel). Viimasel juhul on see vajalik raske masina suure suunastabiilsuse tagamiseks. Muide, kõik lennukid jagunevad kiilu asukoha järgi kolme tüüpi:

• Ehitatud tavalise mustriga. Selline on näiteks A321 lennuki kiil.
• "Pardid", st lennukid, mille kiilu horisontaalne saba asub tiibade ees.
• "Sabata". Kiilust on alles vaid vertikaalne saba, horisontaalsed aileronid puuduvad täielikult.

Muidugi on kaks viimast varianti rohkem iseloomulikud sõjalennukite "kogukonnale", kuna selline kiilu paigutus on vajalik, et anda lennukile eriti hea manööverdusvõime.

Mõnel juhul kasutatakse isegi keerukamaid kujundusi. Näiteks kiilualused harjad (need on ka ventraalsed kiilud). Neid kasutatakse mõnedel ülehelikiirusega lennukitel, kus täiusliku stabiilsuse säilitamine lennu ajal on ülioluline. Seega on lennuki kiilu all (see on koht, kus oleme juba teada saanud) täiendav ja massiline sissevool. Levinud on olukord, kus saba horisontaalne sulestik tuleb üldjuhul üle kanda kiilu päris tippu. See juhtub siis, kui mootorid on paigaldatud lennuki taha. Sellist diagrammi saab näha näiteks inkodumaine kauba-reisilennuk "Il".

Mille jaoks see on mõeldud?

Nagu teate, on vaikne ilm uskumatu haruldus, mida ei juhtu rohkem kui paar korda aastas. Enamasti puhub tuul ning selle tugevus ja suund võivad dramaatiliselt erineda. Kui lennuk lendab, võivad tuuleiilid suunda ja kurssi oluliselt mõjutada. Lennuk peab olema konstrueeritud nii, et see naaseb iseseisv alt stabiilsesse asendisse. Ainult sel juhul on ohutu lend võimalik.

Peamine eesmärk

Peamine reegel kiilu kujundamisel on asetada see nii, et see ei kukuks mingil juhul tiiva alla. Vastasel juhul on võimalik suunastabiilsuse järsk rikkumine ja kõige raskemates olukordades kogu sabaüksuse füüsiline deformatsioon ja hävimine. Seega on kiilu põhieesmärk säilitada suuna stabiilsus.

Paljude lennukite disain on selline, et see osa on liigutatav. Reguleerides kiilu läbipainde, kontrollib meeskond kursi suunda. Erandiks on sõjalennukid, mille lennusuuna muutmise eest vastutavad juhitava tõukejõuvektoriga mootorid. Nende puhul on lennukile liigutatava kiilu tegemine (artiklis on foto sellest) rumal, kuna manööverdamisel on ülekoormused sellised, et see kukub lihts alt kokku.

Millist stabiilsust kiil tagab?

Seal on kolme tüüpi stabiilsust, mille nimel kiil on lennuki konstruktsioonis kaasas:

• Track.
• Pikisuunaline.
• Riigi.

Tegeleme kõigi nende sortidega lähem alt. Niisiis, suuna stabiilsus. Tuleb meeles pidada, et kere pikisuunalise stabiilsuse kadumise korral lennu ajal jätkab lennuk ikkagi mõnda aega inertsiaaljõu mõjul edasilendu. Pärast seda hakkab õhuvool jooksma lennuki tagaossa, mis jääb raskuskeskme taha. Kiil hoiab sel juhul ära pöörleva jõu, mis sunnib lennukit ümber oma telje pöörlema.

Pikisuunaline stabiilsus. Oletame, et lennuk lendab tavarežiimis, raskuskese langeb kokku selle kerele avaldatava rõhu keskmega. Sel hetkel mõjuvad selle kerele ka mitmesuunalised jõud, mis kipuvad lennuki kere laiali panema. Tõste ja gravitatsioon toimivad samaaegselt. Lennuki kiil (selle osa fotot näete artiklis) tagab tasakaalu, mis antud juhul on väga ebastabiilne. Tavaline lend ilma saba, kiilu ja stabilisaatoriteta on võimatu.

Muu jätkusuutlikkus

Nõgemisstabiilsus. Üldiselt on see tegur eelmise omaduse loogiline jätk. Kui kiilu tiibadele ja külgmised stabilisaatoritele mõjuvad mitmesuunalised jõud, "püüavad" lennukit ümber lükata. Tiibade kuju on selle vastu: kui neid eem alt vaadata, meenutavad nad U-tähte tugev alt eraldatud ülemiste "sarvedega". See vorm võimaldab positsiooni ise korrigeeridalennukid kosmoses. Kiil aitab säilitada külgstabiilsust.

Pange tähele, et tiibadega lennukid ei vaja nii palju kiilu…suurel kiirusel. Kui see langeb, siis vastutegevuse jõudude kasv toimub eksponentsiaalselt. Seetõttu on nende masinate jaoks väga oluline kõige vastupidavam ja kergem kiil, mis talub nii suuri koormusi. Ja kuidas sa seda saad? Räägime sellest.

Moodsate lennukite loomise omadused

Praegu keskenduvad Rosaviationi spetsialistid ja nende väliskolleegid lennukiosade (sh kiilu) loomisele uutest komposiitmaterjalidest valmistatud suurtest osadest.

Nende ühendite osakaal kaasaegsete lennukite disainis kasvab pidev alt. Ekspertide andmetel ulatub nende mahuosa juba 25% -lt 50% -ni ning väikesed mitteärilised lennukid võivad koosneda isegi 75% ulatuses plastikust ja komposiitmaterjalidest. Miks on see lähenemine lennunduses nii levinud? Fakt on see, et Boeingu lennuki sama kiil, mis on valmistatud polümeeri "sulamitest", on väga väikese massi, väga suure tugevuse ja ressurssidega, mida standardsete materjalidega on lihts alt ebareaalne saavutada.

Peamised materjalid

Kõige õigustatud komposiitide kasutamine mitte ainult saba, vaid ka tiibade ja kere jõuelementide kujundamisel, mis peavad olema mitte ainult väga tugevad, vaid ka piisav altpaindlik. Vastasel juhul ei saa välistada konstruktsiooni hävimise tõenäosust lennukoormuste mõjul.

Aga see ei olnud alati nii. Niisiis on Nõukogude lennukitööstuse uhkusel Tu-160 lennukil, mida tuntakse ka Valge Luige või Blackjackina, kiil … titaanisulamitest. Selline spetsiifiline ja ülikallis materjal valiti selle masina disainile pandud tohutute pingete tõttu, mis on tänaseni säilitanud raskeima kasutusel oleva pommitaja tiitli. Kuid siiski on nii radikaalne lähenemine kiilu loomisele haruldane ja seetõttu peavad disainerid tänapäeval palju sagedamini tegelema lihtsamate komposiitmaterjalidega.

Milliste väljakutsetega puutute kokku liitkiilu loomisel?

Arendusprotsessi käigus tuli kodumaistel disaineritel lahendada terve rida keerulisi ülesandeid:

• Kiilu ja muude süsinikkiust seadmete suurte osade loomine infusioonimeetodil on läbi töötatud.
• Samuti pidi peaaegu täielikult ümber mõtlema ja ümber kujundama peamised tootmisetapid, mis ei olnud mõeldud komposiitmaterjalide kasutamiseks.

Muud funktsioonid

Tootmisprotsessi on juurutatud uusim tarkvara (FiberSim), mis võimaldab saavutada kõrgeimat automatiseeritust. Lisaks saab nüüd lennuki kiilu, mille konstruktsiooni artiklis kirjeldatakse, teha tehnoloogiate abil, kus jooniseid praktiliselt pole. Selle osa valmistamine selle lähenemisviisiga on järgmineviis:

• Valmis mudeli kujundamine või valimine. Tänapäeval on kiil (enamasti) konstrueeritud täisautomaatses režiimis, ilma "inimestest" arendajate osaluseta.
• Kasutatud materjalide lõikamine, samuti automaatrežiimis.
• Automaatrežiimis paigutatakse kiilu ja selle konstruktsiooniosade loomiseks kasutatud toorained.
• Kihtide paigaldamine toimub robotmehhanismide abil, mida juhib arvutiprogramm.

Lisaks soovitab kaasaegne lähenemine kiilude tootmisele järgmist:

• Järjepidev prototüüpide ehitamine, mida testitakse kõige raskemates tingimustes.
• Arendatakse mittepurustavaid katsetamistehnoloogiaid, mis võimaldavad pidev alt jälgida õhusõiduki kiilu seisukorda.

Täpsemad meetodid MS-21 lennuki sabaüksuse loomiseks

Mitte nii kauges minevikus jahmatas lennundustööstust kodumaiste arendajate teade, et nad arendavad täiesti uut lennukit MS-21. Selle ebatavalisus seisneb selles, et peaaegu viimase kolme aastakümne jooksul on see esimene riigisiseste lendude auto. Selle valmistamise ajal testiti paljusid uusimaid tehnoloogiaid, mis mõjutasid suuresti kiilu ja kogu sabakoostu uuenduslikke omadusi.

Lennuki MS-21 kiilu kessoni väljatöötamisel ja tootmisel suutsid kodumaised spetsialistid saavutada järgmist:

• Kõigi tootmises kasutatavate detailide ja toormaterjalide lõikamise täielik automatiseerimine. Tänu sellele oli võimalik saavutada kogu sabaüksuse ja eriti kiilu kogumaksumust vähem alt 50%.
• Sabaosa valmistamisel kasutatakse tarkvara ProDirector, mis võimaldab saavutada täiuslikku täpsust detailide töötlemisel. See võimaldab luua mitte ainult tugevaid, vaid ka äärmiselt kergeid kiile.
• Samuti on kaasaegse lennuki kiil loodud topeltkõveruse tehnikat kasutades. Tänu neile on võimalik saavutada mitmesuunaline paksus neis piirkondades, kus on vaja täiendavat konstruktsiooni tugevdamist (lennuki kiilu all).
• Isegi suuri kiilu osi saab tänapäeval spetsiaalsetes autoklaavides "praadida". Tulemuseks on äärmiselt tugevad ja jäigad komponendid, mis taluvad igasuguseid koormusi.
• Osade geomeetria juhtimist juhivad ka keerulised arvutisüsteemid.

Muud funktsioonid

Uute tehnoloogiate ja tehnikate kasutamise tõttu vähenes sabaüksuse ja kiilu loomise töömahukus 50-70%. Tänaseks on riigitestid läbinud enam kui neli tuhat kiilu ja sabaosa osa.

Peamine saavutus on usaldusväärse ja lihtsa tehnoloogia väljatöötamine kiilukastiosade tootmiseks mõõtudega 7,6 x 2,5 m. Praeguseks on neid juba hakatud tarnima Irkutski lennutehasesse. Need on valmistatud kaasaegsetest komposiitmaterjalidest ja selle protsessi omadused on juba äratanud välismaiste juhtivate lennuseadmete tootjate huvi.

Moodsad probleemid

Miks kulutasime nii palju aega kiilu kujundamise ja ehitamise moodsate viiside arutamisele? Fakt on see, et alates eelmise sajandi 60ndatest on saanud täiesti selgeks, et lennukite kiiruse edasine suurendamine on võimalik ainult siis, kui nende tugevust suurendatakse ja tootmisse tuuakse täiesti uut tüüpi polümeermaterjale. Viimaste põlvkondade lennukite probleem on see, et nende konstruktsioon (ja eriti kiil) on väga vastuvõtlik "väsimisele". Seetõttu töötati umbes eelmise sajandi 70. aastateks välja arvuk alt meetodeid tiiva ja saba seisundi jälgimiseks.

Tootmisnõuded on samuti kõrged. Iga osade partii allutatakse vibratsioonialustel kõige tõsisematele ülekoormustele, mida testitakse temperatuuride ja rõhuga. Ja see pole üllatav, sest väikseimgi pragu põhjustab hiljem sadade reisijate surma.

Nii saite teada, kus on lennuki kiil ja milleks see on mõeldud!