Kur ir lidmašīnas ķīlis? Lidmašīnas ķīlis: dizains

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Pat cilvēks, kurš nekad nav redzējis jūru, droši vien zina šķiršanās vārdu: "Septiņas pēdas zem ķīļa." Un šeit nav nekādu jautājumu. Kuģa ķīlis ir vissvarīgākā konstrukcijas daļa, uz kuras ir piestiprinātas daudzas tā korpusa daļas. Bet vai kāds zina, kur atrodas lidmašīnas ķīlis un kam tas kalpo?

Kas tas ir?

Šis ir stabilitātes "orgāns", kas ļauj noturēt lidmašīnu noteiktā virzienā. Atšķirībā no kuģiem, lidmašīnas ķīlis ir vertikālās astes spuras neatņemama sastāvdaļa. Fizelāžas apakšā nav ķīļa lidmašīnām! Bet ir viens smalkums. Fakts ir tāds, ka šī daļa ir cieši saistīta ar fizelāžas spēka elementiem, un tāpēc jūras un gaisa ziņā joprojām ir kaut kas kopīgs. Tātad, kur ir lidmašīnas ķīlis? Vienkārši sakot, šī ir astes vertikālā daļa.

Tas ir novietots nekustīgi, fiksēts trīs punktos, simetriski pret lidmašīnas centra līniju. Pēc izskata šai detaļai ir ideālas trapeces forma. Lidmašīnas ķīlis parasti sastāv no šķautnēm, ribām un ādas. Šī shēma ir klasiska, maz mainītakopš pirmās lidmašīnas parādīšanās. Priekšējā daļa ir novietota slīpi (parasti).

Izkārtojumi

Visbiežāk ķīlis ir viens, bet dažos gadījumos tas ir izgatavots dubultā un pat trīskāršā (uz dzenskrūves bumbvedējiem). Pēdējā gadījumā tas ir nepieciešams, lai nodrošinātu smagās mašīnas augstu virziena stabilitāti. Starp citu, visi lidaparāti ir sadalīti trīs veidos pēc ķīļa atrašanās vietas:

• Izveidots pēc parastā modeļa. Tāds, piemēram, ir lidmašīnas A321 ķīlis.
• "Pīles", tas ir, lidmašīnas, kurās ķīļa horizontālā aste atrodas spārnu priekšā.
• "Bezastes". No ķīļa palikusi tikai vertikālā aste, horizontālo eleronu pilnībā nav.

Protams, pēdējās divas šķirnes ir vairāk raksturīgas militāro lidmašīnu "kopienai", jo šāds ķīļa novietojums ir nepieciešams, lai lidmašīnai nodrošinātu īpaši augstu manevrēšanas spēju.

Dažos gadījumos tiek izmantoti pat sarežģītāki dizaini. Piemēram, zemķīļa cekuls (tie ir arī ventrālie ķīļi). Tos izmanto dažos virsskaņas lidmašīnās, kur ir ļoti svarīgi saglabāt perfektu stabilitāti lidojuma laikā. Tādējādi zem lidmašīnas ķīļa (šeit mēs jau esam noskaidrojuši) ir papildu un masveida pieplūdums. Biežāk sastopama situācija, kad astes horizontālais apspalvojums parasti ir jāpārnes uz pašu ķīļa augšdaļu. Tas notiek, ja dzinēji ir uzstādīti lidmašīnas aizmugurē. Šādu diagrammu var redzēt, piemēram, iniekšzemes kravas-pasažieru lidmašīna "Il".

Kam tas paredzēts?

Kā zināms, mierīgs laiks ir neticams retums, kas gadās ne biežāk kā pāris reizes gadā. Vairumā gadījumu ir vējš, un tā stiprums un virziens var krasi atšķirties. Lidmašīnai lidojot, vēja brāzmas var ievērojami ietekmēt virzienu un kursu. Lidmašīnai jābūt konstruētai tā, lai tā pati atgrieztos stabilā stāvoklī. Tikai šajā gadījumā ir iespējams drošs lidojums.

Galvenais mērķis

Galvenais noteikums ķīļa projektēšanai ir novietot to tā, lai tas nekādā gadījumā neiekristu spārna spārnā. Pretējā gadījumā ir iespējams krass virziena stabilitātes pārkāpums un vissmagākajās situācijās visa astes vienības fiziska deformācija un iznīcināšana. Tātad ķīļa galvenais mērķis ir saglabāt virziena stabilitāti.

Daudzu lidmašīnu dizains ir tāds, ka šī daļa ir kustīga. Regulējot ķīļa novirzi, ekipāža kontrolē kursa virzienu. Izņēmums ir militārās lidmašīnas, kurās dzinēji ar kontrolētu vilces vektoru ir atbildīgi par lidojuma virziena maiņu. Viņu gadījumā taisīt lidmašīnai pārvietojamo ķīli (rakstā ir tā fotogrāfija) ir stulbi, jo manevrēšanas laikā pārslodzes ir tādas, ka tā vienkārši sabruks.

Kādu stabilitāti nodrošina ķīlis?

Ir trīs stabilitātes veidi, kuru dēļ ķīlis ir iekļauts lidmašīnas konstrukcijā:

• Track.
• Garenvirziena.
• Transversā.

Apskatīsim visas šīs šķirnes sīkāk. Tātad virziena stabilitāte. Jāatceras, ka fizelāžas garenstabilitātes zuduma gadījumā lidojuma laikā lidmašīna vēl kādu laiku turpinās lidot uz priekšu inerces spēka ietekmē. Pēc tam gaisa plūsma sāk ieplūst lidmašīnas aizmugurē, kas atrodas aiz smaguma centra. Ķīlis šajā gadījumā novērš rotācijas spēka rašanos, kas liek gaisa kuģim griezties ap savu asi.

Gareniskā stabilitāte. Pieņemsim, ka lidmašīna lido normālā režīmā, smaguma centrs sakrīt ar tā fizelāžas spiediena centru. Šajā brīdī uz tā fizelāžu iedarbojas arī daudzvirzienu spēki, kas mēdz izvērst lidmašīnas korpusu. Pacēlājs un gravitācija darbojas vienlaikus. Lidmašīnas ķīlis (šīs daļas fotoattēlu redzēsit rakstā) nodrošina līdzsvaru, kas konkrētajā gadījumā ir ļoti nestabils. Normāls lidojums bez astes, ķīļa un stabilizatoriem nav iespējams.

Cita ilgtspējība

Bīdes stabilitāte. Kopumā šis faktors ir loģisks iepriekšējā īpašuma turpinājums. Kad daudzvirzienu spēki iedarbojas uz ķīļa spārnu un sānu stabilizatoriem, tie "mēģina" apgāzt lidmašīnu. Spārnu forma tam neitralizē: ja paskatās uz tiem no attāluma, tie atgādina burtu “U” ar stingri atdalītiem augšējiem “ragiem”. Šī forma nodrošina pozīcijas paškorekcijulidmašīna kosmosā. Ķīlis palīdz saglabāt sānu stabilitāti.

Ņemiet vērā, ka lidmašīnām ar spārniem nav nepieciešams ķīlis… lielā ātrumā. Ja tas nokrīt, tad pretdarbības spēku pieaugums notiek eksponenciāli. Tāpēc šīm mašīnām ļoti svarīgs ir visizturīgākais un vieglākais ķīlis, kas spēj izturēt tik lielas slodzes. Un kā jūs to varat iegūt? Parunāsim par to.

Mūsdienīgu lidmašīnu izveides iezīmes

Šobrīd Rosaviation speciālisti un viņu ārvalstu kolēģi koncentrējas uz lidmašīnu detaļu (arī ķīļa) izveidi no lielām detaļām, kas izgatavotas no jaunākajiem kompozītmateriāliem.

Šo savienojumu īpatsvars mūsdienu lidmašīnu konstrukcijā nepārtraukti pieaug. Pēc ekspertu informācijas, to tilpuma daļa jau sasniedz no 25% līdz 50%, un mazie nekomerciālie lidaparāti var sastāvēt pat no plastmasas un kompozītmateriāliem par 75%. Kāpēc šī pieeja ir tik izplatīta aviācijā? Fakts ir tāds, ka tam pašam Boeing lidmašīnas ķīlim, kas izgatavots no polimēru "sakausējumiem", ir ļoti mazs svars, ļoti augsta izturība un resurss, ko vienkārši nav iespējams iegūt, izmantojot standarta materiālus.

Galvenie materiāli

Pamatotākā kompozītmateriālu izmantošana ne tikai astes, bet arī spārnu un fizelāžas spēka elementu dizainā, kam jābūt ne tikai ļoti stipram, bet arī pietiekamielastīgs. Pretējā gadījumā nevar izslēgt konstrukcijas iznīcināšanas iespējamību lidojuma slodzes ietekmē.

Bet tas ne vienmēr bija šādi. Tātad padomju aviācijas nozares lepnumam Tu-160 lidmašīnām, kas pazīstamas arī kā B altais gulbis vai Blackjack, ķīlis ir izgatavots no … titāna sakausējumiem. Šāds specifisks un ārkārtīgi dārgs materiāls tika izvēlēts, jo šīs mašīnas konstrukcijai tika uzlikta milzīga slodze, kas līdz pat mūsdienām saglabā smagākā ekspluatācijā esošā bumbvedēja titulu. Bet tomēr tik radikāla pieeja ķīļa veidošanai ir retums, un tāpēc mūsdienās dizaineriem daudz biežāk nākas saskarties ar vienkāršākiem kompozītmateriāliem.

Ar kādiem izaicinājumiem jūs saskaraties, veidojot salikto ķīli?

Izstrādes procesā pašmāju dizaineriem bija jāatrisina vesela virkne sarežģītu uzdevumu:

• Izstrādāta liela izmēra ķīļa daļu un citu oglekļa šķiedras iekārtu izveide, izmantojot infūzijas metodi.
• Bija arī gandrīz pilnībā jāpārdomā un jāpārstrādā galvenie ražošanas posmi, kas nebija paredzēti kompozītmateriālu izmantošanai.

Citas funkcijas

Ražošanas procesā ir ieviesta jaunākā programmatūra (FiberSim), kas ļauj sasniegt augstāko automatizācijas pakāpi. Turklāt tagad lidmašīnas ķīli, kura dizains ir aprakstīts rakstā, var izgatavot, izmantojot tehnoloģijas, kurās praktiski nav rasējumu. Šīs daļas izgatavošana ar šo pieeju ir šādaveids:

• Projektēšana vai gatavā modeļa izvēle. Mūsdienās ķīlis (pārsvarā) tiek veidots pilnībā automātiskā režīmā, bez "cilvēku" izstrādātāju līdzdalības.
• Izlietoto materiālu griešana, veikta arī automātiskajā režīmā.
• Automātiskajā režīmā tiek izkārtoti izejmateriāli, kas izmantoti ķīļa un tā konstrukcijas daļu izveidošanai.
• Slāņu ieklāšana tiek veikta ar robotizētiem mehānismiem, kurus kontrolē datorprogramma.

Turklāt modernā pieeja ķīļu ražošanai liecina par sekojošo:

• Nepārtraukti tiek veidoti prototipi, kas tiek pārbaudīti vissmagākajos apstākļos.
• Tiek izstrādātas nesagraujošās testēšanas tehnoloģijas, kas ļauj nepārtraukti uzraudzīt lidmašīnas ķīļa stāvokli.

Papildu metodes MS-21 lidmašīnas astes bloka izveidošanai

Ne tik tālā pagātnē aviācijas nozari burtiski satrieca vietējo izstrādātāju paziņojums, ka viņi izstrādā pilnīgi jaunu lidmašīnu MS-21. Tā neparastība ir tāda, ka gandrīz pēdējo trīs gadu desmitu laikā šī ir pirmā iekšzemes automašīna lidojumiem valsts iekšienē. Tās ražošanas laikā tika pārbaudītas daudzas jaunākās tehnoloģijas, kas lielā mērā ietekmēja ķīļa un visa astes komplekta novatoriskās īpašības.

Izstrādājot un ražojot lidmašīnas MS-21 ķīļa kesonu, vietējie speciālisti spēja sasniegt sekojošo:

• Pilna visu ražošanā izmantoto detaļu un izejvielu griešanas automatizācija. Pateicoties tam, bija iespējams panākt vismaz 50% samazinājumu visas astes vienības un jo īpaši ķīļa kopējās izmaksās.
• Astes bloka ražošanā tiek izmantota programmatūra ProDirector, kas ļauj sasniegt perfektu precizitāti detaļu apstrādē. Tas ļauj izveidot ne tikai spēcīgus, bet arī īpaši vieglus ķīļus.
• Arī mūsdienu lidmašīnas ķīlis ir izveidots, izmantojot dubultās izliekuma metodes. Pateicoties tiem, ir iespējams panākt daudzvirzienu biezumu tajās vietās, kur nepieciešama papildu konstrukcijas pastiprināšana (zem lidmašīnas ķīļa).
• Pat lielas ķīļa daļas mūsdienās var "apcept" īpašos autoklāvos. Rezultāts ir ārkārtīgi spēcīgas un stingras sastāvdaļas, kas var izturēt jebkuras pakāpes slodzes.
• Detaļu ģeometrijas vadību kontrolē arī sarežģītas datorizētas sistēmas.

Citas funkcijas

Jaunu tehnoloģiju un paņēmienu izmantošanas dēļ astes vienības un ķīļa izveides darbietilpība tika samazināta par 50-70%. Šodien valsts pārbaudes ir izturējušas vairāk nekā četri tūkstoši ķīļa un astes daļas.

Galvenais sasniegums ir uzticamas un vienkāršas tehnoloģijas izstrāde ķīļa kastu detaļu ražošanai ar izmēriem 7,6 x 2,5 m. Šobrīd tās jau ir sāktas piegādāt Irkutskas aviācijas rūpnīcai. Tie ir izgatavoti no moderniem kompozītmateriāliem, un šī procesa īpašības jau ir izraisījušas vadošo ārvalstu aviācijas aprīkojuma ražotāju interesi.

Mūsdienu problēmas

Kāpēc mēs pavadījām tik daudz laika, lai apspriestu mūsdienu ķīļa projektēšanas un veidošanas veidus? Fakts ir tāds, ka kopš pagājušā gadsimta 60. gadiem ir kļuvis pilnīgi skaidrs, ka gaisa kuģu ātruma palielināšana ir iespējama tikai tad, ja tiek palielināta to izturība un ražošanā tiek ieviesti pilnīgi jauni polimēru materiālu veidi. Jaunāko paaudžu lidmašīnu problēma ir tā, ka to konstrukcija (un jo īpaši ķīlis) ir ļoti jutīga pret "nogurumu". Tāpēc aptuveni līdz pagājušā gadsimta 70. gadiem tika izstrādātas daudzas metodes spārna un astes stāvokļa uzraudzībai.

Ražošanas prasības arī ir augstas. Katra detaļu partija tiek pakļauta visnopietnākajām pārslodzēm uz vibrācijas statīviem, ko pārbauda pēc temperatūras un spiediena. Un tas nav pārsteidzoši, jo mazākā plaisa pēc tam ir saistīta ar simtiem pasažieru nāvi.

Tātad jūs uzzinājāt, kur atrodas lidmašīnas ķīlis un kam tas paredzēts!