Kur yra lėktuvo kilis? Lėktuvo kilis: dizainas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Netgi jūros nematęs žmogus tikriausiai žino atsisveikinimo žodį: „Septynios pėdos po kiliu“. Ir čia nėra klausimų. Laivo kilis yra svarbiausia konstrukcinė dalis, ant kurios pritvirtintos daugelis jo korpuso dalių. Bet ar kas nors žino, kur yra orlaivio kilis ir kam jis skirtas?

Kas tai?

Tai yra stabilumo „organas“, leidžiantis išlaikyti orlaivį tam tikru kursu. Skirtingai nuo laivų, orlaivio kilis yra neatskiriama vertikaliojo uodegos peleko dalis. Fiuzeliažo apačioje nėra kilio lėktuvui! Tačiau yra viena subtilybė. Faktas yra tas, kad ši dalis yra glaudžiai sujungta su fiuzeliažo jėgos elementais, todėl jūros ir oro sąlygomis vis dar yra kažkas bendro. Taigi kur yra lėktuvo kilis? Paprasčiau tariant, tai vertikali uodegos dalis.

Jis dedamas nejudėdamas, pritvirtintas trijuose taškuose, simetriškai orlaivio vidurio linijai. Išvaizda ši detalė turi idealios trapecijos formą. Paprastai orlaivio kilis susideda iš kotų, šonkaulių ir odos. Ši schema yra klasikinė, mažai pakeistanuo pirmojo lėktuvo pasirodymo. Priekinė dalis dedama įstrižai (paprastai).

Išdėstymai

Dažniausiai kilis yra vienas, tačiau kai kuriais atvejais jis yra dvigubas ir net trigubas (sraigtiniuose bombonešiuose). Pastaruoju atveju to reikia norint užtikrinti aukštą sunkiosios mašinos krypties stabilumą. Beje, visi orlaiviai pagal kilio vietą skirstomi į tris tipus:

• Pagaminta pagal įprastą modelį. Toks, pavyzdžiui, yra A321 orlaivio kilis.
• „Antys“, tai yra orlaiviai, kurių horizontali kilio uodega yra prieš sparnus.
• „Beuodegė“. Nuo kilio liko tik vertikali uodega, horizontalių eleronų visiškai nėra.

Žinoma, pastarosios dvi atmainos labiau būdingos karinių orlaivių „bendruomenei“, kadangi toks kilio išdėstymas būtinas, kad orlaivis būtų ypač manevringas.

Kai kuriais atvejais naudojami net sudėtingesni dizainai. Pavyzdžiui, apatiniai kilimėliai (jie taip pat yra ventraliniai kiliai). Jie naudojami kai kuriuose viršgarsiniuose orlaiviuose, kur labai svarbu išlaikyti puikų stabilumą skrydžio metu. Taigi, po orlaivio kiliu (čia, mes jau išsiaiškinome) yra papildomas ir didžiulis antplūdis. Dažnesnė situacija, kai horizontalią uodegos plunksną paprastai tenka perkelti į patį kilio viršų. Taip atsitinka, jei varikliai sumontuoti orlaivio gale. Tokią diagramą galima pamatyti, pavyzdžiui, invietinis krovininis-keleivinis orlaivis „Il“.

Kam tai skirta?

Kaip žinote, ramus oras yra neįtikėtina retenybė, nutinkanti ne dažniau nei porą kartų per metus. Daugeliu atvejų pučia vėjas, jo stiprumas ir kryptis gali labai skirtis. Kai lėktuvas skrenda, vėjo gūsiai gali labai paveikti kryptį ir kursą. Orlaivis turi būti suprojektuotas taip, kad pats grįžtų į stabilią padėtį. Tik tokiu atveju galimas saugus skrydis.

Pagrindinis tikslas

Pagrindinė kilio projektavimo taisyklė – pastatyti jį taip, kad jis jokiomis aplinkybėmis nepakliūtų nuo sparno. Priešingu atveju galimas staigus krypties stabilumo pažeidimas, o sunkiausiose situacijose - fizinė deformacija ir viso uodegos bloko sunaikinimas. Taigi, pagrindinis kilio tikslas yra išlaikyti krypties stabilumą.

Daugelio orlaivių konstrukcija yra tokia, kad ši dalis būtų judama. Reguliuodamas kilio įlinkį, įgula valdo kurso kryptį. Išimtis yra kariniai orlaiviai, kuriuose už skrydžio krypties keitimą atsakingi varikliai su valdomu traukos vektoriumi. Jų atveju daryti orlaivio kilnojamąjį kilį (straipsnyje yra jo nuotrauka) yra kvaila, nes manevruojant perkrovos yra tokios, kad jis tiesiog subyrės.

Kokį stabilumą užtikrina kilis?

Yra trijų tipų stabilumas, dėl kurių kilis įtrauktas į orlaivio konstrukciją:

• Track.
• Išilginis.
• Skersinė.

Panagrinėkime visas šias veisles išsamiau. Taigi, krypties stabilumas. Reikėtų atsiminti, kad praradus išilginį fiuzeliažo stabilumą skrydžio metu, orlaivis dar kurį laiką skris į priekį dėl inercinės jėgos. Po to oro srautas pradeda tekėti į orlaivio galinę dalį, esančią už svorio centro. Šiuo atveju kilis neleidžia atsirasti besisukančiai jėgai, kuri priverčia orlaivį suktis aplink savo ašį.

Ilginis stabilumas. Tarkime, kad orlaivis skrenda įprastu režimu, svorio centras sutampa su jo fiuzeliažui taikomo slėgio centru. Šiuo metu jo fiuzeliažą taip pat veikia daugiakryptės jėgos, kurios linkusios išskleisti orlaivio korpusą. Kėlimas ir gravitacija veikia vienu metu. Lėktuvo kilis (šios dalies nuotrauką pamatysite straipsnyje) suteikia pusiausvyrą, kuri šiuo konkrečiu atveju yra labai nestabili. Įprastas skrydis be uodegos, kilio ir stabilizatorių neįmanomas.

Kitas tvarumas

Šlyties stabilumas. Apskritai šis veiksnys yra logiškas ankstesnės nuosavybės tęsinys. Kai daugiakryptės jėgos veikia kilio sparną ir šoninius stabilizatorius, jos „bando“apversti orlaivį. Sparnų forma tam prieštarauja: pažvelgus į juos iš tolo, jie primena raidę „U“su stipriai atskirtais viršutiniais „ragais“. Ši forma suteikia galimybę savarankiškai koreguoti padėtįorlaivių erdvėje. Kilis padeda išlaikyti šoninį stabilumą.

Atkreipkite dėmesį, kad orlaiviams su sparnais nereikia tiek kilio… važiuojant dideliu greičiu. Jei jis krenta, tada priešpriešinių jėgų augimas vyksta eksponentiškai. Todėl šioms mašinoms labai svarbus patvariausias ir lengviausias kilis, kuris gali atlaikyti tokias dideles apkrovas. Ir kaip tu gali tai gauti? Pakalbėkime apie tai.

Šiuolaikinių orlaivių kūrimo ypatybės

Šiuo metu Rosaviation specialistai ir jų kolegos iš užsienio daugiausia dėmesio skiria orlaivių dalių (įskaitant kilį) kūrimui iš didelių dalių, pagamintų iš naujausių kompozitinių medžiagų.

Šių junginių dalis šiuolaikinių orlaivių konstrukcijoje nuolat auga. Ekspertų duomenimis, jų tūrinė dalis jau siekia nuo 25% iki 50%, o maži nekomerciniai orlaiviai gali sudaryti net 75% plastiko ir kompozitų. Kodėl šis metodas taip plačiai paplitęs aviacijoje? Faktas yra tas, kad tas pats „Boeing“orlaivio kilis, pagamintas iš polimerų „lydinių“, turi labai mažą svorį, labai didelį stiprumą ir išteklius, kurių naudojant standartines medžiagas pasiekti tiesiog nerealu.

Pagrindinės medžiagos

Pateisinamas kompozitų panaudojimas kuriant ne tik uodegą, bet ir sparnus bei fiuzeliažo jėgos elementus, kurie turi būti ne tik labai tvirti, bet ir pakankamailankstus. Priešingu atveju negalima atmesti konstrukcijos sunaikinimo tikimybės veikiant skrydžio apkrovoms.

Bet ne visada taip buvo. Taigi, sovietinės aviacijos pramonės pasididžiavimas – lėktuvas Tu-160, dar žinomas kaip B altoji gulbė arba Blackjack, turi kilį, pagamintą iš… titano lydinių. Tokia specifinė ir itin brangi medžiaga buvo pasirinkta dėl didžiulių įtempimų, tenkančių šios mašinos konstrukcijai, kuri iki šiol išlaiko sunkiausio eksploatuojamo bombonešio titulą. Tačiau toks radikalus požiūris į kilio kūrimą yra retas, todėl šiandien dizaineriams daug dažniau tenka susidurti su paprastesnėmis kompozicinėmis medžiagomis.

Su kokiais iššūkiais susiduriate kurdami sudėtinį kilį?

Kūrimo proceso metu vietiniai dizaineriai turėjo išspręsti daugybę sudėtingų užduočių:

• Buvo parengta didelių matmenų kilio dalių ir kitos anglies pluošto įrangos sukūrimas naudojant infuzijos metodą.
• Taip pat teko beveik visiškai permąstyti ir pertvarkyti pagrindinius gamybos etapus, kurie nebuvo skirti naudoti kompozicinėms medžiagoms.

Kitos funkcijos

Į gamybos procesą įdiegta naujausia programinė įranga (FiberSim), kuri leidžia pasiekti aukščiausią automatizavimo laipsnį. Be to, dabar orlaivio kilis, kurio dizainas aprašytas straipsnyje, gali būti pagamintas naudojant technologijas, kuriose brėžinių praktiškai nėra. Šios dalies gamyba naudojant šį metodą yra tokiabūdas:

• Kūrimas arba gatavo modelio pasirinkimas. Šiandien kilis (dažniausiai) sukurtas visiškai automatiniu režimu, nedalyvaujant „žmogiškiems“kūrėjams.
• Panaudotų medžiagų pjaustymas, taip pat atliekamas automatiniu režimu.
• Automatiniu režimu išdėliojamos žaliavos, naudojamos kiliui ir jo konstrukcinėms dalims sukurti.
• Sluoksniai klojami robotais mechanizmais, valdomais kompiuterine programa.

Be to, šiuolaikinis požiūris į kilių gamybą rodo:

• Nuolat kuriami prototipai, kurie išbandomi sunkiausiomis sąlygomis.
• Kuriamos neardomųjų bandymų technologijos, leidžiančios nuolat stebėti orlaivio kilio būklę.

Išplėstiniai MS-21 orlaivio galinės dalies kūrimo metodai

Ne taip tolimoje praeityje aviacijos pramonę tiesiogine prasme pribloškė vietinių kūrėjų pranešimas, kad jie kuria visiškai naują orlaivį MS-21. Jo neįprastumas yra tas, kad beveik pastaruosius tris dešimtmečius tai yra pirmasis vidaus automobilis, skirtas skrydžiams šalies viduje. Gaminant jį buvo išbandyta daug naujausių technologijų, kurios labai paveikė naujoviškas kilio ir viso uodegos mazgo savybes.

Kurdami ir gamindami orlaivio MS-21 kilio kesoną, vietiniai specialistai sugebėjo pasiekti šiuos rezultatus:

• Visiškas visų gamyboje naudojamų dalių ir žaliavų pjovimo automatizavimas. Dėl to buvo įmanoma bent 50% sumažinti viso uodegos bloko ir ypač kilio išlaidas.
• Uodegos bloko gamyboje naudojama „ProDirector“programinė įranga, kuri leidžia pasiekti tobulą detalių apdorojimo tikslumą. Taip galima sukurti ne tik stiprius, bet ir itin lengvus kilius.
• Be to, šiuolaikinio orlaivio kilis sukurtas naudojant dvigubo kreivumo metodus. Jų dėka galima pasiekti daugiakryptį storį tose vietose, kur reikia papildomo konstrukcinio sutvirtinimo (po lėktuvo kiliu).
• Šiandien net dideles kilio dalis galima „kepti“specialiuose autoklavuose. Rezultatas – itin tvirti ir standūs komponentai, galintys atlaikyti bet kokio laipsnio apkrovas.
• Detalių geometrijos valdymas taip pat valdomas sudėtingomis kompiuterizuotomis sistemomis.

Kitos funkcijos

Dėl naujų technologijų ir technikų naudojimo darbo intensyvumas kuriant uodegą ir kilį sumažėjo 50–70%. Šiandien daugiau nei keturi tūkstančiai kilio ir uodegos dalių yra išlaikę valstybinius bandymus.

Pagrindinis pasiekimas – patikimos ir paprastos 7,6 x 2,5 m matmenų kilio dėžės dalių gamybos technologijos sukūrimas Šiuo metu jos jau pradėtos tiekti į Irkutsko aviacijos gamyklą. Jie gaminami iš modernių kompozitinių medžiagų, o šio proceso ypatumai jau sulaukė pirmaujančių užsienio aviacijos įrangos gamintojų susidomėjimo.

Šiuolaikinės problemos

Kodėl tiek daug laiko praleidome aptardami šiuolaikinius kilio projektavimo ir kūrimo būdus? Faktas yra tas, kad nuo praėjusio amžiaus 60-ųjų tapo visiškai aišku, kad dar labiau padidinti orlaivių greitį įmanoma tik padidinus jų stiprumą ir į gamybą pradėjus visiškai naujas polimerinių medžiagų rūšis. Naujausių kartų orlaivių problema yra ta, kad jų konstrukcija (o ypač kilis) yra labai jautri „nuovargiui“. Dėl šios priežasties maždaug iki aštuntojo praėjusio amžiaus dešimtmečio buvo sukurta daugybė sparno ir uodegos būklės stebėjimo metodų.

Gamybos reikalavimai taip pat aukšti. Kiekviena detalių partija patiria didžiausią vibracijos stovų perkrovą, išbandyta pagal temperatūrą ir slėgį. Ir tai nenuostabu, nes vėliau dėl menkiausio įtrūkimo miršta šimtai keleivių.

Taigi jūs sužinojote, kur yra lėktuvo kilis ir kam jis skirtas!