Var är kölen på planet? Flygplansköl: design

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Även en person som aldrig har sett havet känner förmodligen till avskedsordet: "Sju fot under kölen." Och det finns inga frågor här. Kölen på ett fartyg är den viktigaste strukturella delen som många delar av skrovet är fästa på. Men är det någon som vet var kölen på flygplanet finns och vad det tjänar till?

Vad är det här?

Detta är "organet" för stabilitet, som gör att du kan hålla flygplanet på en given kurs. Till skillnad från fartyg är kölen på ett flygplan en integrerad del av den vertikala stjärtfenan. Längst ner på flygkroppen finns ingen köl för flygplan! Men det finns en subtilitet. Faktum är att denna del är tätt ansluten till flygkroppens kraftelement, och därför finns det fortfarande något gemensamt i havet och luften. Så var är kölen på planet? Enkelt uttryckt är detta den vertikala delen av svansen.

Den är placerad orörlig, fixerad vid tre punkter, symmetrisk med flygplanets mittlinje. Till utseendet har denna detalj formen av en idealisk trapets. Som regel består kölen på ett flygplan av spetsar, revben och skinn. Detta schema är klassiskt, lite förändratsedan det första flygplanets uppkomst. Den främre sparren är placerad snett (som regel).

Layouts

Oftast är kölen enkel, men i vissa fall görs den dubbel och till och med trippel (på propellerbombplan). I det senare fallet krävs detta för att säkerställa hög riktningsstabilitet hos den tunga maskinen. Alla flygplan är förresten indelade i tre typer efter kölens placering:

• Inbyggd i ett norm alt mönster. Sådan är till exempel kölen på A321-flygplanet.
• "Ducks", det vill säga flygplan där den horisontella svansen av kölen är placerad framför vingarna.
• "Svanslös". Från kölen återstår bara den vertikala svansen, de horisontella skevrorna saknas helt.

Självklart är de två sistnämnda varianterna mer karakteristiska för "gemenskapen" av militära flygplan, eftersom en sådan placering av kölen är nödvändig för att ge flygplanet särskilt hög manövrerbarhet.

I vissa fall används ännu mer komplexa mönster. Till exempel underkölskamnar (de är också ventrala kölar). De används på vissa överljudsflygplan där det är viktigt att upprätthålla perfekt stabilitet under flygningen. Således, under kölen på flygplanet (det är här, har vi redan fått reda på) finns det ett ytterligare och massivt tillflöde. En vanligare situation är när svansens horisontella fjäderdräkt i allmänhet måste överföras till toppen av kölen. Detta händer om motorerna är installerade baktill på flygplanet. Ett sådant diagram kan ses till exempel iinrikes frakt- och passagerarflygplan "Il".

Vad är det till för?

Som ni vet är lugnt väder en otrolig sällsynthet som inte händer mer än ett par gånger om året. I de flesta fall finns det vind, och dess styrka och riktning kan variera dramatiskt. När ett flygplan flyger kan vindbyar i hög grad påverka riktningen och kursen. Flygplanet måste vara konstruerat för att på egen hand återgå till en stabil position. Endast i det här fallet är ett säkert flyg möjligt.

Huvudsyftet

Huvudregeln för att designa en köl är att placera den på ett sådant sätt att den inte under några omständigheter faller in i kölvattnet från vingen. Annars är en skarp kränkning av riktningsstabiliteten möjlig, och i de svåraste situationerna, fysisk deformation och förstörelse av hela svansenheten. Så det huvudsakliga syftet med kölen är att bibehålla riktningsstabilitet.

Designen på många flygplan är sådan att den här delen är rörlig. Genom att justera kölutslaget styr besättningen kursriktningen. Undantaget är militära flygplan, på vilka motorer med en kontrollerad dragkraftsvektor är ansvariga för att ändra flygriktningen. I deras fall är det dumt att göra en rörlig köl av flygplanet (det finns ett foto av det i artikeln), eftersom överbelastningarna under manövrering är sådana att det helt enkelt kommer att kollapsa.

Vilken typ av stabilitet ger kölen?

Det finns tre typer av stabilitet, för vilkas skull kölen ingår i flygplanets design:

• Spår.
• Longitudinell.
• Transverse.

Låt oss ta itu med alla dessa sorter mer i detalj. Så, riktningsstabilitet. Man bör komma ihåg att i händelse av förlust av longitudinell stabilitet hos flygkroppen under flygning, kommer flygplanet fortfarande att fortsätta flyga framåt under en tid på grund av tröghetskraft. Därefter börjar luftflödet rinna in i den bakre delen av flygplanet, som ligger bakom tyngdpunkten. Kölen förhindrar i detta fall uppkomsten av en roterande kraft som tvingar flygplanet att rotera runt sin axel.

Längsgående stabilitet. Antag att flygplanet flyger i norm alt läge, tyngdpunkten sammanfaller med tryckcentrum som appliceras på flygkroppen. I detta ögonblick verkar flerriktade krafter också på dess flygkropp, som tenderar att utplacera flygplanets kropp. Lyft och gravitation verkar samtidigt. Flygplanets köl (du kommer att se ett foto av denna del i artikeln) ger balans, som i det här fallet är mycket instabil. Normal flygning utan svans, köl och stabilisatorer är omöjligt.

Annan hållbarhet

Skärningsstabilitet. I allmänhet är denna faktor en logisk fortsättning på den tidigare egenskapen. När flerriktade krafter verkar på kölens vinge och sidostabilisatorer "försöker" de välta flygplanet. Vingarnas form motverkar detta: om man tittar på dem på avstånd liknar de bokstaven "U" med starkt åtskilda övre "horn". Detta formulär ger självrättelse av positionenflygplan i rymden. Kölen hjälper till att bibehålla sidostabilitet.

Observera att flygplan med svepande vingar inte behöver en köl lika mycket…vid höga hastigheter. Om den faller sker tillväxten av motverkande krafter exponentiellt. Därför, för dessa maskiner, är den mest hållbara och lätta kölen mycket viktig, som kan motstå så höga belastningar. Och hur kan du få det? Låt oss prata om det här.

Funktioner för att skapa moderna flygplan

För närvarande fokuserar Rosaviation-specialister och deras utländska kollegor på att skapa flygplansdelar (inklusive kölen) av stora delar gjorda av de senaste kompositmaterialen.

Andelen av dessa föreningar i designen av moderna flygplan växer stadigt. Enligt information från experter når deras volymandel redan från 25% till 50%, och små icke-kommersiella flygplan kan till och med bestå av plast och kompositer med 75%. Varför är detta tillvägagångssätt så utbrett inom flyget? Faktum är att samma köl på ett Boeing-flygplan, gjord av polymer-"legeringar", har en mycket låg vikt, mycket hög hållfasthet och en resurs som helt enkelt är orealistisk att uppnå med standardmaterial.

Huvudmaterial

Den mest motiverade användningen av kompositer i utformningen av inte bara svansen, utan också vingarna och flygkroppens kraftelement, som inte bara måste vara mycket starka utan också tillräckligtflexibel. Annars kan sannolikheten för förstörelse av strukturen under inverkan av flyglaster inte uteslutas.

Men det var inte alltid så här. Så, den sovjetiska flygindustrins stolthet, Tu-160-flygplanet, även känt som White Swan eller Blackjack, har en köl gjord av … titanlegeringar. Ett sådant specifikt och extremt dyrt material valdes på grund av de enorma påfrestningar som lagts på designen av denna maskin, som än i dag behåller titeln som den tyngsta bombplanen i tjänst. Men ändå är ett så radik alt tillvägagångssätt för att skapa en köl sällsynt, och därför måste designers idag hantera enklare kompositmaterial mycket oftare.

Vilka utmaningar möter du när du skapar en kompositköl?

Under utvecklingsprocessen var inhemska designers tvungna att lösa en hel rad komplexa uppgifter:

• Skapandet av stora delar av kölen och annan kolfiberutrustning med infusionsmetoden har utarbetats.
• Fick även nästan helt tänka om och omarbeta de viktigaste stegen i produktionen, som inte var designade för användning av kompositmaterial.

Övriga funktioner

Den senaste mjukvaran (FiberSim) har introducerats i produktionsprocessen, vilket gör det möjligt att uppnå den högsta graden av automatisering. Dessutom kan nu flygplanets köl, vars design beskrivs i artikeln, göras med hjälp av tekniker där det praktiskt taget inte finns några ritningar. Produktionen av denna del med detta tillvägagångssätt är som följersätt:

• Designa eller välja en färdig modell. Idag är kölen (för det mesta) utformad i ett helautomatiskt läge, utan deltagande av "mänskliga" utvecklare.
• Skärning av använda material, utförs även i automatiskt läge.
• I det automatiska läget läggs de råmaterial som används för att skapa kölen och dess strukturella delar ut.
• Lägring av lager utförs av robotmekanismer som styrs av ett datorprogram.

Dessutom föreslår det moderna tillvägagångssättet för produktion av kölar följande:

• Bygg kontinuerligt prototyper som testas under de tuffaste förhållanden.
• Icke-förstörande testtekniker utvecklas som möjliggör kontinuerlig övervakning av kölens tillstånd på ett flygplan.

Avancerade metoder för att skapa stjärtenheten på MS-21-flygplanet

I ett inte så avlägset förflutet blev flygindustrin bokstavligen chockad av tillkännagivandet från inhemska utvecklare att de utvecklar ett helt nytt flygplan, MS-21. Dess ovanlighet är att detta under nästan de senaste tre decennierna är den första inrikesbilen för flyg inom landet. Under tillverkningen testades många av de senaste teknologierna, vilket till stor del påverkade de innovativa egenskaperna hos kölen och hela stjärtaggregatet.

Genom att utveckla och producera kölen på MS-21-flygplanet kunde inhemska specialister uppnå följande:

• Fullautomatisering av kapning av alla delar och råvaror som används i produktionen. På grund av detta var det möjligt att uppnå minst 50 % minskning av den totala kostnaden för hela stjärtenheten och speciellt kölen.
• ProDirector-mjukvaran används vid tillverkningen av stjärtenheten, vilket gör att du kan uppnå perfekt precision i bearbetningen av delar. Detta gör det möjligt att skapa inte bara starka utan också extremt lätta kölar.
• Kölen på ett modernt flygplan är också skapad med dubbla krökningstekniker. Tack vare dem är det möjligt att uppnå flerriktad tjocklek i de områden där ytterligare strukturell förstärkning behövs (under kölen på flygplanet).
• Även stora delar av kölen idag kan "friteras" i speciella autoklaver. Resultatet är extremt starka och styva komponenter som tål alla belastningar.
• Kontrollen av delarnas geometri styrs också av komplexa datoriserade system.

Övriga funktioner

På grund av användningen av ny teknik och teknik minskade arbetsintensiteten för att skapa stjärtenheten och kölen med 50–70 %. Idag har mer än fyra tusen delar av köl- och stjärtenheten klarat statliga tester.

Huvudprestationen är utvecklingen av en pålitlig och enkel teknik för tillverkning av kölboxdelar som mäter 7,6 x 2,5 m. För närvarande har de redan börjat levereras till Irkutsk Aviation Plant. De är gjorda av moderna kompositmaterial, och funktionerna i denna process har redan väckt intresse hos ledande utländska tillverkare av flygutrustning.

Modern Issues

Varför ägnade vi så mycket tid åt att diskutera moderna sätt att designa och bygga en köl? Faktum är att sedan 60-talet av förra seklet har det blivit helt klart att en ytterligare ökning av flygplanens hastighetsprestanda är möjlig endast om deras styrka ökar och helt nya typer av polymermaterial introduceras i produktionen. Problemet med flygplan av de senaste generationerna är att deras design (och kölen i synnerhet) är mycket känsliga för "trötthet". På grund av detta utvecklades vid omkring 70-talet av förra seklet många metoder för att övervaka tillståndet hos vingen och svansen.

Produktionskraven är också höga. Varje parti av delar utsätts för de allvarligaste överbelastningarna på vibrationsstativ, testade av temperaturer och tryck. Och detta är inte förvånande, eftersom minsta spricka därefter är fylld av hundratals passagerares död.

Så du fick reda på var planets köl är och vad det är till för!