Къде е кила на самолета? Кил на самолета: дизайн

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Дори човек, който никога не е виждал морето, вероятно знае прощалната дума: "Седем фута под кила." И тук няма въпроси. Килът на кораба е най-важната конструктивна част, върху която са закрепени много части от неговия корпус. Но някой знае ли къде се намира кила на самолета и за какво служи?

Какво е това?

Това е "органът" на стабилността, който ви позволява да държите самолета на даден курс. За разлика от корабите, килът на самолета е неразделна част от вертикалната опашка. В долната част на фюзелажа няма кил за самолети! Но има една тънкост. Факт е, че тази част е тясно свързана със силовите елементи на фюзелажа и следователно все още има нещо общо по отношение на морето и въздуха. И така, къде е кила на самолета? Просто казано, това е вертикалната част на опашката.

Поставя се неподвижно, фиксирано в три точки, симетрично спрямо средната линия на самолета. На външен вид този детайл има формата на идеален трапец. По правило килът на самолета се състои от лонжерони, ребра и кожа. Тази схема е класическа, малко промененаот появата на първия самолет. Предният лонжерон е поставен косо (като правило).

Оформления

Най-често килът е единичен, но в някои случаи се прави двоен и дори троен (при витлови бомбардировачи). В последния случай това е необходимо, за да се осигури висока стабилност на посоката на тежката машина. Между другото, всички самолети са разделени на три типа според местоположението на кила:

• Изградено по нормален модел. Такъв е например кила на самолета A321.
• "Патици", тоест самолет, в който хоризонталната опашка на кила е разположена пред крилата.
• "Без опашка". От кила остава само вертикалната опашка, хоризонталните елерони напълно липсват.

Разбира се, последните две разновидности са по-характерни за "общността" на военните самолети, тъй като такова разположение на кила е необходимо, за да се даде на самолета особено висока маневреност.

В някои случаи се използват дори по-сложни дизайни. Например гребени под кила (те също са вентрални килове). Използват се в някои свръхзвукови самолети, където поддържането на перфектна стабилност по време на полет е жизненоважно. Така под кила на самолета (тук, вече разбрахме) има допълнителен и масивен приток. По-често срещана ситуация е, когато хоризонталното оперение на опашката обикновено трябва да се пренесе в самия връх на кила. Това се случва, ако двигателите са монтирани в задната част на самолета. Такава диаграма може да се види например ввътрешен товарно-пътнически самолет "Il".

За какво е?

Както знаете, спокойното време е невероятна рядкост, която се случва не повече от няколко пъти в годината. В повечето случаи има вятър и неговата сила и посока могат да варират драстично. Когато самолет лети, поривите на вятъра могат значително да повлияят на посоката и курса. Самолетът трябва да бъде проектиран да се връща в стабилно положение самостоятелно. Само в този случай е възможен безопасен полет.

Основна цел

Основното правило за проектиране на кил е да го поставите по такъв начин, че при никакви обстоятелства да не падне в следите от крилото. В противен случай е възможно рязко нарушение на стабилността на посоката, а в най-тежките ситуации - физическа деформация и разрушаване на цялата опашка. И така, основната цел на кила е да поддържа стабилност на посоката.

Дизайнът на много самолети е такъв, че тази част е подвижна. Чрез регулиране на отклонението на кила екипажът контролира посоката на курса. Изключение правят военните самолети, на които двигателите с контролиран вектор на тягата са отговорни за промяната на посоката на полета. В техния случай да се прави подвижен кил на самолета (има негова снимка в статията) е глупаво, тъй като претоварванията по време на маневриране са такива, че той просто ще се срути.

Каква стабилност осигурява кила?

Има три вида стабилност, заради които килът е включен в дизайна на самолета:

• Проследяване.
• Надлъжно.
• Напречно.

Нека се занимаваме с всички тези разновидности по-подробно. И така, стабилност на посоката. Трябва да се помни, че в случай на загуба на надлъжна стабилност на фюзелажа по време на полет, самолетът все още ще продължи да лети напред за известно време поради инерционна сила. След това въздушният поток започва да тече в задната част на самолета, която лежи зад центъра на тежестта. В този случай килът предотвратява появата на въртяща се сила, която принуждава самолета да се върти около оста си.

Надлъжна стабилност. Да приемем, че самолетът лети в нормален режим, центърът на тежестта съвпада с центъра на приложение на налягането към фюзелажа му. В този момент върху фюзелажа му действат и многопосочни сили, които са склонни да разгърнат тялото на самолета. Повдигането и гравитацията действат едновременно. Килът на самолета (ще видите снимка на тази част в статията) осигурява баланс, който в конкретния случай е много нестабилен. Нормалният полет без опашка, кил и стабилизатори е невъзможен.

Друга устойчивост

Стабилност на срязване. Като цяло този фактор е логично продължение на предишното свойство. Когато върху крилото и страничните стабилизатори на кила действат многопосочни сили, те се „опитват“да преобърнат самолета. Формата на крилата противодейства на това: ако ги погледнете от разстояние, те наподобяват буквата „U“със силно разделени горни „рога“. Тази форма осигурява самокорекция на позициятасамолет в космоса. Килът помага за поддържане на странична стабилност.

Забележете, че самолетите с стреловидно крило не се нуждаят толкова от кил…при високи скорости. Ако падне, тогава нарастването на силите на противодействие става експоненциално. Ето защо за тези машини е много важен най-издръжливият и лек кил, който може да устои на толкова високи натоварвания. И как можете да го получите? Нека поговорим за това.

Характеристики на създаването на модерни самолети

В момента специалистите от Росавиация и техните чуждестранни колеги се фокусират върху създаването на самолетни части (включително кила) от големи части, изработени от най-новите композитни материали.

Делът на тези съединения в дизайна на съвременните самолети непрекъснато нараства. Според информация от експерти, обемът им вече достига от 25% до 50%, а малките некомерсиални самолети дори могат да се състоят от пластмаса и композити със 75%. Защо този подход е толкова разпространен в авиацията? Факт е, че същият кил на самолет на Boeing, изработен от полимерни „сплави“, има много ниско тегло, много висока якост и ресурс, който е просто нереалистичен за постигане със стандартни материали..

Основни материали

Най-оправданото използване на композитни материали в дизайна не само на опашката, но и на крилата и силовите елементи на фюзелажа, които трябва да бъдат не само много здрави, но и достатъчногъвкав. В противен случай не може да се изключи вероятността от разрушаване на конструкцията под действието на полетни натоварвания.

Но не винаги е било така. И така, гордостта на съветската авиационна индустрия, самолетът Ту-160, известен още като Белия лебед или Блекджек, има кил, изработен от… титаниеви сплави. Такъв специфичен и изключително скъп материал е избран поради огромните натоварвания върху дизайна на тази машина, която и до днес запазва титлата на най-тежкия бомбардировач на въоръжение. Но все пак такъв радикален подход за създаване на кил е рядък и затова днес дизайнерите трябва да се справят много по-често с по-прости композитни материали.

Какви предизвикателства се сблъсквате, когато създавате композитен кил?

По време на процеса на разработка местните дизайнери трябваше да решат цяла гама от сложни задачи:

• Разработено е създаването на големи части от кила и друго оборудване от въглеродни влакна по метода на инфузия.
• Също така трябваше почти напълно да се преосмислят и преработят основните етапи на производство, които не са предназначени за използване на композитни материали.

Други функции

В производствения процес е въведен най-новият софтуер (FiberSim), който позволява да се постигне най-висока степен на автоматизация. Освен това сега килът на самолета, чийто дизайн е описан в статията, може да бъде направен с помощта на технологии, където практически няма чертежи. Производството на тази част с този подход е както следваначин:

• Проектиране или избор на завършен модел. Днес килът е (предимно) проектиран в напълно автоматичен режим, без участието на "човешки" разработчици.
• Рязане на използвани материали, също се извършва в автоматичен режим.
• В автоматичен режим се подреждат суровините, използвани за създаването на кила и неговите структурни части.
• Полагането на слоеве се извършва от роботизирани механизми, управлявани от компютърна програма.

В допълнение, съвременният подход към производството на кили предполага следното:

• Непрекъснато изграждане на прототипи, които се тестват при най-тежките условия.
• Разработват се технологии за безразрушително изпитване, които позволяват непрекъснато наблюдение на състоянието на кила на самолет.

Разширени методи за създаване на опашката на самолета MS-21

В не толкова далечното минало авиационната индустрия беше буквално зашеметена от съобщението на местните разработчици, че разработват напълно нов самолет, MS-21. Необичайността му е, че за почти последните три десетилетия това е първата местна кола за полети в страната. По време на производството му бяха тествани много от най-новите технологии, които до голяма степен се отразиха на иновативните характеристики на кила и цялата опашка.

Разработвайки и произвеждайки кесона на кила на самолета MS-21, местните специалисти успяха да постигнат следното:

• Пълна автоматизация на рязането на всички части и суровини, използвани в производството. Благодарение на това беше възможно да се постигне поне 50% намаление на общата цена на цялата опашка и особено на кила.
• При производството на опашката се използва софтуер ProDirector, който ви позволява да постигнете перфектна прецизност при обработката на детайлите. Това прави възможно създаването не само на здрави, но и изключително леки килове.
• Освен това, килът на модерен самолет е създаден с помощта на техники с двойна кривина. Благодарение на тях е възможно да се постигне многопосочна дебелина в онези области, където е необходимо допълнително конструктивно укрепване (под кила на самолета).
• Дори големи части от кила днес могат да бъдат "пържени" в специални автоклави. Резултатът е изключително здрави и твърди компоненти, които могат да издържат на натоварвания от всякаква степен.
• Контролът на геометрията на частите също се контролира от сложни компютъризирани системи.

Други функции

Поради използването на нови технологии и техники трудоемкостта при създаването на опашката и кила е намалена с 50-70%. Днес повече от четири хиляди части от кила и опашката са преминали държавни тестове.

Основното постижение е разработването на надеждна и проста технология за производство на части за килова кутия с размери 7,6 х 2,5 м. В момента те вече са започнали да се доставят в Иркутския авиационен завод. Изработени са от съвременни композитни материали, а характеристиките на този процес вече привлякоха интереса на водещи чуждестранни производители на авиационна техника.

Модерни проблеми

Защо прекарахме толкова много време в обсъждане на съвременните начини за проектиране и изграждане на кил? Факт е, че от 60-те години на миналия век стана напълно ясно, че по-нататъшно повишаване на скоростните характеристики на самолетите е възможно само ако се увеличи тяхната здравина и се въвеждат в производството напълно нови видове полимерни материали. Проблемът на самолетите от последните поколения е, че тяхната конструкция (и в частност кила) е силно податлива на "умора". Поради това около 70-те години на миналия век са разработени множество методи за наблюдение на състоянието на крилото и опашката.

Изискванията за производство също са високи. Всяка партида части е подложена на най-тежките претоварвания на вибрационни стендове, тествани от температури и налягане. И това не е изненадващо, тъй като най-малката пукнатина впоследствие е изпълнена със смъртта на стотици пътници.

Значи разбра къде е килът на самолета и за какво е!