Hvor er kjølen på flyet? Flykjøl: design

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Selv en person som aldri har sett havet kjenner nok til avskjedsordet: "Syv fot under kjølen." Og det er ingen spørsmål her. Kjølen til et skip er den viktigste konstruksjonsdelen som mange deler av skroget er festet til. Men er det noen som vet hvor kjølen på flyet befinner seg og hva det tjener til?

Hva er dette?

Dette er "organet" for stabilitet, som lar deg holde flyet på en gitt kurs. I motsetning til skip er kjølen til et fly en integrert del av den vertikale halefinnen. I bunnen av flykroppen er det ingen kjøl for fly! Men det er en subtilitet. Faktum er at denne delen er tett koblet til kraftelementene til flykroppen, og derfor er det fortsatt noe til felles i hav- og luftforhold. Så hvor er kjølen på flyet? Enkelt sagt, dette er den vertikale delen av halen.

Den er plassert ubevegelig, festet i tre punkter, symmetrisk til senterlinjen til flyet. I utseende har denne detaljen formen av en ideell trapes. Som regel består kjølen på et fly av spars, ribber og skinn. Dette opplegget er klassisk, lite endretsiden det første flyet dukket opp. Den fremre bjelken er plassert på skrå (som regel).

Layouts

Oftest er kjølen enkel, men i noen tilfeller gjøres den dobbel og til og med trippel (på propellbombefly). I sistnevnte tilfelle er dette nødvendig for å sikre høy retningsstabilitet for den tunge maskinen. Alle fly er forresten delt inn i tre typer etter plasseringen av kjølen:

• Bygget i et norm alt mønster. Slik er for eksempel kjølen til A321-flyet.
• "Ducks", det vil si fly der den horisontale halen av kjølen er plassert foran vingene.
• "Tailless". Fra kjølen er det bare den vertikale halen igjen, de horisontale rulleroene er helt fraværende.

Selvfølgelig er de to sistnevnte variantene mer karakteristiske for "fellesskapet" av militærfly, siden slik plassering av kjølen er nødvendig for å gi flyet spesielt høy manøvrerbarhet.

I noen tilfeller brukes enda mer komplekse design. For eksempel topper under kjølen (de er også ventrale kjøler). De brukes på noen supersoniske fly der det er viktig å opprettholde perfekt stabilitet under flyturen. Således, under kjølen til flyet (det er her, har vi allerede funnet ut) er det en ekstra og massiv tilstrømning. En mer vanlig situasjon er når den horisontale fjærdrakten på halen generelt må overføres til toppen av kjølen. Dette skjer hvis motorene er installert bak på flyet. Et slikt diagram kan for eksempel sees iinnenlands frakt-passasjerfly "Il".

Hva er det for?

Som du vet er rolig vær en utrolig sjeldenhet som ikke skjer mer enn et par ganger i året. I de fleste tilfeller er det vind, og dens styrke og retning kan variere dramatisk. Når et fly flyr, kan vindkast i stor grad påvirke retningen og kursen. Flyet må være designet for å gå tilbake til en stabil posisjon på egen hånd. Bare i dette tilfellet er en sikker flytur mulig.

Hovedformål

Hovedregelen for å designe en kjøl er å plassere den på en slik måte at den ikke under noen omstendigheter faller i kjølvannet fra vingen. Ellers er et skarpt brudd på retningsstabiliteten mulig, og i de mest alvorlige situasjonene, fysisk deformasjon og ødeleggelse av hele haleenheten. Så hovedformålet med kjølen er å opprettholde retningsstabilitet.

Designen på mange fly er slik at denne delen er bevegelig. Ved å justere kjølavbøyningen kontrollerer mannskapet kursretningen. Unntaket er militære fly, hvor motorer med kontrollert skyvekraft er ansvarlige for å endre flyretningen. I deres tilfelle er det dumt å lage en bevegelig kjøl av flyet (det er et bilde av det i artikkelen), siden overbelastningene under manøvrering er slik at det rett og slett vil kollapse.

Hva slags stabilitet gir kjølen?

Det finnes tre typer stabilitet, av hensyn til hvilke kjølen er inkludert i designen til flyet:

• Spor.
• Longitudinal.
• Transvers.

La oss behandle alle disse variantene mer detaljert. Altså retningsstabilitet. Det bør huskes at i tilfelle tap av langsgående stabilitet av flykroppen under flyvning, vil flyet fortsatt fortsette å fly fremover i noen tid på grunn av treghetskraft. Etter det begynner luftstrømmen å løpe inn i den bakre delen av flyet, som ligger bak tyngdepunktet. Kjølen forhindrer i dette tilfellet at det oppstår en roterende kraft som tvinger flyet til å rotere rundt sin akse.

Stabilitet i lengderetningen. Anta at flyet flyr i normal modus, tyngdepunktet faller sammen med trykksenteret på flykroppen. I dette øyeblikket virker flerretningskrefter også på flykroppen, som har en tendens til å utplassere flykroppen. Løft og tyngdekraft virker samtidig. Kjølen til flyet (du vil se et bilde av denne delen i artikkelen) gir balanse, som i dette spesielle tilfellet er veldig ustabil. Normal flyging uten hale, kjøl og stabilisatorer er umulig.

Annen bærekraftig

Skjærstabilitet. Generelt er denne faktoren en logisk fortsettelse av den forrige egenskapen. Når flerretningskrefter virker på vingene og sidestabilisatorene til kjølen, "prøver" de å velte flyet. Formen på vingene motvirker dette: hvis du ser på dem på avstand, ligner de bokstaven "U" med sterkt adskilte øvre "horn". Dette skjemaet gir selvretting av stillingenfly i verdensrommet. Kjølen bidrar til å opprettholde sidestabilitet.

Merk at fly med vinge ikke trenger kjøl like mye…i høye hastigheter. Hvis den faller, skjer veksten av motvirkningskrefter eksponentielt. Derfor, for disse maskinene, er den mest holdbare og lettvektige kjølen veldig viktig, som tåler så høye belastninger. Og hvordan kan du få det? La oss snakke om dette.

Funksjoner ved å lage moderne fly

For tiden fokuserer rosaviasjonsspesialister og deres utenlandske kolleger på å lage flydeler (inkludert kjølen) fra store deler laget av de nyeste komposittmaterialene.

Andelen av disse forbindelsene i design av moderne fly vokser jevnt og trutt. I følge informasjon fra eksperter når volumfraksjonen deres allerede fra 25 % til 50 %, og små ikke-kommersielle fly kan til og med bestå av plast og kompositter med 75 %. Hvorfor er denne tilnærmingen så utbredt i luftfarten? Faktum er at den samme kjølen til et Boeing-fly, laget av polymer-"legeringer", har en svært lav vekt, veldig høy styrke og en ressurs som rett og slett er urealistisk å oppnå ved bruk av standardmaterialer.

Hovedmaterialer

Den mest berettigede bruken av kompositter i utformingen av ikke bare halen, men også vingene og flykroppens kraftelementer, som ikke bare må være veldig sterke, men også tilstrekkeligfleksibel. Ellers kan sannsynligheten for ødeleggelse av strukturen under påvirkning av flylaster ikke utelukkes.

Men det var ikke alltid slik. Så stoltheten til den sovjetiske flyindustrien, Tu-160-flyet, også kjent som White Swan eller Blackjack, har en kjøl laget av … titanlegeringer. Et så spesifikt og ekstremt kostbart materiale ble valgt på grunn av de enorme belastningene som ble lagt på utformingen av denne maskinen, som til i dag beholder tittelen som det tyngste bombeflyet i bruk. Men likevel er en så radikal tilnærming til å lage en kjøl sjelden, og derfor må designere i dag håndtere enklere komposittmaterialer mye oftere.

Hvilke utfordringer møter du når du lager en komposittkjøl?

Under utviklingsprosessen måtte innenlandske designere løse en rekke komplekse oppgaver:

• Opprettelsen av store deler av kjølen og annet karbonfiberutstyr ved bruk av infusjonsmetoden er utarbeidet.
• Måtte også nesten fullstendig tenke nytt og verktøye hovedstadiene i produksjonen, som ikke var designet for bruk av komposittmaterialer.

Andre funksjoner

Den nyeste programvaren (FiberSim) er introdusert i produksjonsprosessen, som gjør det mulig å oppnå den høyeste grad av automatisering. I tillegg kan nå kjølen til flyet, hvis design er beskrevet i artikkelen, lages ved hjelp av teknologier der det praktisk t alt ikke er tegninger. Produksjonen av denne delen med denne tilnærmingen er som følgermåte:

• Designe eller velge en ferdig modell. I dag er kjølen (for det meste) designet i helautomatisk modus, uten medvirkning fra "menneskelige" utviklere.
• Kutting av brukte materialer, også utført i automatisk modus.
• I automatisk modus legges råvarene som brukes til å lage kjølen og dens strukturelle deler.
• Legging av lag utføres av robotmekanismer kontrollert av et dataprogram.

I tillegg foreslår den moderne tilnærmingen til produksjon av kjøl følgende:

• Bygger kontinuerlig prototyper som testes under de tøffeste forhold.
• Ikke-destruktive testteknologier utvikles som muliggjør kontinuerlig overvåking av kjølens tilstand på et fly.

Avanserte metoder for å lage haleenheten til MS-21-flyet

I en ikke så fjern fortid ble luftfartsindustrien bokstavelig t alt lamslått av kunngjøringen fra innenlandske utviklere om at de utvikler et helt nytt fly, MS-21. Det uvanlige er at dette i nesten de siste tre tiårene er den første innenlandsbilen for flyreiser i landet. Under produksjonen ble mange av de nyeste teknologiene testet, noe som i stor grad påvirket de innovative egenskapene til kjølen og hele halemonteringen.

Ved å utvikle og produsere caissonen til kjølen til MS-21-flyet, var innenlandske spesialister i stand til å oppnå følgende:

• Fullautomatisering av kutting av alle deler og råvarer som brukes i produksjonen. På grunn av dette var det mulig å oppnå minst 50 % reduksjon i totalkostnaden for hele haleenheten og spesielt kjølen.
• ProDirector-programvare brukes i produksjonen av haleenheten, som lar deg oppnå perfekt presisjon i behandlingen av deler. Dette gjør det mulig å lage ikke bare sterke, men også ekstremt lette kjøler.
• Kølen til et moderne fly er også skapt ved hjelp av doble krumningsteknikker. Takket være dem er det mulig å oppnå flerveis tykkelse i de områdene hvor det er behov for ytterligere strukturell forsterkning (under kjølen på flyet).
• Selv store deler av kjølen i dag kan "stekes" i spesielle autoklaver. Resultatet er ekstremt sterke og stive komponenter som tåler belastninger i alle grader.
• Kontrollen av delenes geometri kontrolleres også av komplekse datastyrte systemer.

Andre funksjoner

På grunn av bruken av nye teknologier og teknikker ble arbeidsintensiteten ved å lage haleenheten og kjølen redusert med 50-70 %. I dag har mer enn fire tusen deler av kjøl- og haleenheten bestått statlige tester.

Hovedprestasjonen er utviklingen av en pålitelig og enkel teknologi for produksjon av kjølboksdeler som måler 7,6 x 2,5 m. For tiden har de allerede begynt å bli levert til Irkutsk Aviation Plant. De er laget av moderne komposittmaterialer, og egenskapene til denne prosessen har allerede tiltrukket seg interesse fra ledende utenlandske produsenter av luftfartsutstyr.

Moderne utgaver

Hvorfor brukte vi så mye tid på å diskutere moderne måter å designe og bygge en kjøl på? Faktum er at siden 60-tallet av forrige århundre har det blitt helt klart at en ytterligere økning i hastighetsytelsen til fly er mulig bare hvis styrken deres økes og helt nye typer polymermaterialer introduseres i produksjonen. Problemet med fly av de siste generasjonene er at deres design (og kjølen spesielt) er svært utsatt for "tretthet". På grunn av dette, rundt 70-tallet av forrige århundre, ble det utviklet en rekke metoder for å overvåke tilstanden til vingen og halen.

Produksjonskravene er også høye. Hvert parti med deler utsettes for de mest alvorlige overbelastningene på vibrasjonsstativer, testet av temperaturer og trykk. Og dette er ikke overraskende, siden den minste sprekk er full av dødsfall til hundrevis av passasjerer.

Så du fant ut hvor flyets kjøl er og hva det er for noe!