Hol van a gép gerince? Repülőgép gerinc: tervezés

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Még az a személy is, aki soha nem látta a tengert, valószínűleg ismeri a búcsúszót: "Hét láb a gerinc alatt." És itt nincsenek kérdések. A hajó gerince a legfontosabb szerkezeti rész, amelyre a hajótest számos része rögzítve van. De tudja valaki, hogy hol található a repülőgép gerince, és mire szolgál?

Mi ez?

Ez a stabilitás "szerve", amely lehetővé teszi, hogy a repülőgépet egy adott irányba tartsa. A hajókkal ellentétben a repülőgép gerince a függőleges farokúszó szerves része. A törzs alján nincs gerinc a repülőgépekhez! De van egy finomság. A helyzet az, hogy ez a rész szorosan kapcsolódik a törzs erőelemeihez, és ezért van még valami közös a tengeri és légi szempontból. Szóval hol van a gép gerince? Egyszerűen fogalmazva, ez a farok függőleges része.

Mozgás nélkül, három ponton rögzítve, a repülőgép középvonalára szimmetrikusan van elhelyezve. Megjelenésében ez a részlet ideális trapéz alakú. A repülőgép gerince általában szárból, bordákból és bőrből áll. Ez a séma klasszikus, alig változottaz első repülőgép megjelenése óta. Az elülső szár ferdén van elhelyezve (szabály szerint).

Elrendezések

Leggyakrabban a kötél szimpla, de bizonyos esetekben dupla, sőt hármas (propeller bombázókon) készül. Ez utóbbi esetben a nehézgép nagy iránystabilitása érdekében ez szükséges. Egyébként az összes repülőgépet három típusra osztják a gerinc elhelyezkedése szerint:

• Normál mintára épült. Ilyen például az A321-es repülőgép gerince.
• "Ducks", azaz olyan repülőgép, amelyben a gerinc vízszintes farka a szárnyak előtt található.
• "Farkatlan". A gerincből csak a függőleges farok marad meg, a vízszintes csűrők teljesen hiányoznak.

Természetesen az utóbbi két fajta inkább a katonai repülőgépek "közösségére" jellemző, mivel a gerinc ilyen elhelyezése szükséges ahhoz, hogy a repülőgép különösen jó manőverezhetőséget biztosítson.

Egyes esetekben még összetettebb terveket is alkalmaznak. Például a kengyel alatti gerincek (ezek is hasi gerincek). Néhány szuperszonikus repülőgépen használják, ahol a tökéletes stabilitás fenntartása repülés közben létfontosságú. Így a repülőgép gerince alatt (ez az a hely, ahol már megtudtuk) további és hatalmas beáramlás van. Gyakoribb az a helyzet, amikor a farok vízszintes tollazatát általában a gerinc legtetejére kell átvinni. Ez akkor fordul elő, ha a hajtóművek a repülőgép hátulján vannak felszerelve. Ilyen diagram látható például a„Il” belföldi teherszállító-utasszállító repülőgép.

Mire való?

Mint Ön is tudja, a nyugodt időjárás hihetetlen ritkaság, amely évente legfeljebb néhány alkalommal fordul elő. A legtöbb esetben szél van, erőssége és iránya drámaian változhat. Amikor egy repülőgép repül, a széllökések nagymértékben befolyásolhatják az irányt és az irányt. A repülőgépet úgy kell megtervezni, hogy magától visszatérjen stabil helyzetébe. Csak ebben az esetben lehetséges a biztonságos repülés.

Fő cél

A gerinc kialakításának fő szabálya az, hogy úgy helyezzük el, hogy semmilyen körülmények között ne essen a szárny nyomába. Ellenkező esetben lehetséges az iránystabilitás éles megsértése, és a legsúlyosabb helyzetekben a teljes farokegység fizikai deformációja és megsemmisülése. Tehát a gerinc fő célja az iránystabilitás fenntartása.

Sok repülőgép kialakítása olyan, hogy ez az alkatrész mozgatható. A gerinc elhajlásának beállításával a legénység szabályozza az irányt. Kivételt képeznek a katonai repülőgépek, amelyeken szabályozott tolóerővektorral rendelkező hajtóművek felelősek a repülési irány megváltoztatásáért. Az ő esetükben a gép mozgatható gerincét csinálni (a cikkben fotó is van) hülyeség, mivel a manőverezés során a túlterhelések olyanok, hogy egyszerűen összeesik.

Milyen stabilitást biztosít a gerinc?

Három fajta stabilitás létezik, amelyek érdekében a gerincet a repülőgép kialakítása tartalmazza:

• Track.
• Hosszirányú.
• Keresztirányú.

Foglalkozzunk ezekkel a fajtákkal részletesebben. Tehát iránystabilitás. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a törzs hosszirányú stabilitásának elvesztése esetén a repülőgép a tehetetlenségi erő miatt egy ideig még tovább repül. Ezt követően a légáramlás elkezd befutni a repülőgép hátuljába, amely a súlypont mögött helyezkedik el. A gerinc ebben az esetben megakadályozza olyan forgó erő fellépését, amely a repülőgépet a tengelye körüli forgásra kényszeríti.

Hosszirányú stabilitás. Tegyük fel, hogy a repülőgép normál üzemmódban repül, a tömegközéppont egybeesik a törzsére gyakorolt nyomás középpontjával. Ebben a pillanatban többirányú erők hatnak a törzsére is, amelyek hajlamosak a repülőgép testét kivetni. Az emelés és a gravitáció egyszerre hat. A repülőgép gerince (erről a részről a cikkben látható fotó) egyensúlyt biztosít, ami ebben az esetben nagyon instabil. Normál repülés farok, gerinc és stabilizátorok nélkül lehetetlen.

Egyéb fenntarthatóság

Nyírási stabilitás. Általában ez a tényező az előző tulajdonság logikus folytatása. Amikor többirányú erők hatnak a gerinc szárnyára és oldalsó stabilizátoraira, "megpróbálják" felborítani a repülőgépet. A szárnyak formája ezt ellensúlyozza: ha távolról nézzük őket, az „U” betűhöz hasonlítanak, erősen elkülönülő felső „szarvakkal”. Ez az űrlap lehetővé teszi a pozíció önkorrekciójátrepülőgép az űrben. A gerinc segít megőrizni az oldalsó stabilitást.

Ne feledje, hogy az elsöprő szárnyú repülőgépeknek nincs szükségük annyira gerincre…nagy sebességnél. Ha leesik, akkor az ellenerõk exponenciális növekedése következik be. Ezért ezeknél a gépeknél nagyon fontos a legtartósabb és legkönnyebb gerinc, amely ellenáll az ilyen nagy terheléseknek. És hogyan lehet megszerezni? Beszéljünk erről.

A modern repülőgépek létrehozásának jellemzői

Jelenleg a Rosaviation szakemberei és külföldi kollégáik a repülőgép-alkatrészek (beleértve a gerincet is) létrehozására koncentrálnak a legújabb kompozit anyagokból készült nagyméretű alkatrészekből.

E vegyületek aránya a modern repülőgépek tervezésében folyamatosan növekszik. Szakértői információk szerint térfogathányaduk már eléri a 25-50%-ot, a nem kereskedelmi kisrepülőgépek pedig akár 75%-ban műanyagból és kompozitokból is állhatnak. Miért olyan elterjedt ez a megközelítés a repülésben? A tény az, hogy egy Boeing repülőgép ugyanazon gerincének, amely polimer „ötvözetekből” készül, nagyon alacsony tömegű, nagyon nagy szilárdságú, és olyan erőforrással rendelkezik, amelyet szabványos anyagok felhasználásával egyszerűen irreális elérni.

Fő anyagok

A kompozitok legindokoltabb használata nemcsak a farok, hanem a szárnyak és a törzs erőelemeinek kialakításában is, amelyeknek nemcsak nagyon erősnek, hanem kellően is kell lenniükrugalmas. Ellenkező esetben nem zárható ki annak a valószínűsége, hogy a szerkezet repülési terhelés hatására megsemmisül.

De ez nem volt mindig így. Tehát a szovjet repülőgépipar büszkesége, a White Swan vagy Blackjack néven is ismert Tu-160-as repülőgép gerince … titánötvözetből készült. Egy ilyen speciális és rendkívül drága anyagra azért esett a választás, mert óriási igénybevételek nehezedtek a gép kialakítására, amely a mai napig őrzi a legnehezebb bombázó címet. De ennek ellenére ritka a gerinc létrehozásának ilyen radikális megközelítése, ezért manapság a tervezőknek sokkal gyakrabban kell foglalkozniuk egyszerűbb kompozit anyagokkal.

Milyen kihívásokkal kell szembenéznie az összetett gerinc létrehozása során?

A fejlesztés során a hazai tervezőknek összetett feladatok egész sorát kellett megoldaniuk:

• A gerinc és egyéb szénszálas berendezések nagyméretű részeinek létrehozása infúziós módszerrel kidolgozva.
• Szinte teljesen újra kellett gondolni és át kellett dolgozni a gyártás főbb szakaszait is, amelyeket nem kompozit anyagok felhasználására terveztek.

Egyéb funkciók

A legújabb szoftver (FiberSim) bevezetésre került a gyártási folyamatba, amely lehetővé teszi a legmagasabb fokú automatizálás elérését. Ezenkívül most a cikkben leírt repülőgép gerincét olyan technológiákkal lehet elkészíteni, ahol gyakorlatilag nincsenek rajzok. Ennek a résznek az előállítása ezzel a megközelítéssel a következőmód:

• Kész modell tervezése vagy kiválasztása. Ma a gerincet (többnyire) teljesen automata üzemmódban tervezik, "emberi" fejlesztők részvétele nélkül.
• Használt anyagok vágása, szintén automatikus üzemmódban.
• Automatikus üzemmódban a gerinc és szerkezeti részei elkészítéséhez használt nyersanyagok ki vannak rakva.
• A rétegek lerakását számítógépes program által vezérelt robotmechanizmusok végzik.

Ezen túlmenően a gerincek gyártásának modern megközelítése a következőket sugallja:

• Folyamatos prototípusok építése, amelyeket a legkeményebb körülmények között is tesztelnek.
• Rosszolásmentes tesztelési technológiákat fejlesztenek, amelyek lehetővé teszik a repülőgép gerincének állapotának folyamatos nyomon követését.

Speciális módszerek az MS-21 repülőgép végegységének létrehozásához

A nem is olyan távoli múltban a repülési ipart szó szerint megdöbbentette a hazai fejlesztők bejelentése, miszerint egy teljesen új repülőgépet, az MS-21-et fejlesztenek. Különlegessége, hogy az elmúlt három évtizedben ez az első belföldi autó az országon belüli járatokra. Gyártása során számos legújabb technológiát teszteltek, amelyek nagymértékben befolyásolták a gerinc és a teljes farokszerelvény innovatív tulajdonságait.

Az MS-21 repülőgép gerincének kifejlesztésével és gyártásával a hazai szakemberek a következőket érték el:

• A gyártásban használt összes alkatrész és alapanyag vágásának teljes automatizálása. Ennek köszönhetően legalább 50%-os csökkenést lehetett elérni a teljes farokegység és különösen a gerinc teljes költségében.
• A farokegység gyártása során ProDirector szoftvert használnak, amely lehetővé teszi, hogy tökéletes precizitást érjen el az alkatrészek megmunkálásában. Ez nem csak erős, hanem rendkívül könnyű gerincek létrehozását is lehetővé teszi.
• Egy modern repülőgép gerincét is kettős görbületi technikával hozzák létre. Ezeknek köszönhetően többirányú vastagság érhető el azokon a területeken, ahol további szerkezeti megerősítésre van szükség (a repülőgép gerince alatt).
• Ma még a gerinc nagy részeit is meg lehet sütni speciális autoklávokban. Az eredmény rendkívül erős és merev alkatrészek, amelyek bármilyen fokú terhelésnek ellenállnak.
• Az alkatrészek geometriájának szabályozását összetett számítógépes rendszerek is vezérlik.

Egyéb funkciók

Az új technológiák és technikák alkalmazásának köszönhetően a farokegység és a gerinc létrehozásának munkaintenzitása 50-70%-kal csökkent. Ma a gerinc és a farok több mint négyezer alkatrésze ment át az állami teszteken.

A fő vívmány egy megbízható és egyszerű technológia kifejlesztése a 7,6 x 2,5 m méretű gerincdoboz-alkatrészek gyártására, amelyek szállítása jelenleg már megkezdődött az irkutszki légiközlekedési üzembe. Modern kompozit anyagokból készülnek, és ennek az eljárásnak a jellemzői már felkeltették a vezető külföldi repülőgép-felszerelés-gyártók érdeklődését.

Modern problémák

Miért töltöttünk annyi időt a gerinc tervezésének és építésének modern módjainak megvitatásával? A helyzet az, hogy a múlt század 60-as évei óta teljesen világossá vált, hogy a repülőgépek sebességi teljesítményének további növelése csak akkor lehetséges, ha megnövelik szilárdságukat, és teljesen új típusú polimer anyagokat vezetnek be a gyártásba. A legújabb generációs repülőgépekkel az a probléma, hogy kialakításuk (és különösen a gerinc) nagyon érzékeny a "fáradásra". Emiatt a múlt század 70-es éveire számos módszert fejlesztettek ki a szárny és a farok állapotának megfigyelésére.

A gyártási követelmények is magasak. Minden egyes tétel a vibrációs állványokon a legsúlyosabb túlterhelésnek van kitéve, amelyet a hőmérséklet és a nyomás tesztel. És ez nem meglepő, hiszen a legkisebb repedés utólag több száz utas halálával jár.

Tehát megtudtad, hol van a gép gerince, és mire való!