Návrh letadla: hlavní prvky. Návrh a konstrukce letadel

Moderní osobní a nákladní doprava je prostě nemožné si představit bez letadel. Ale za pohodlí a mobilitou těchto "železných ptáků" jsou desetiletí vývoje a tisíce neúspěšných pokusů. Návrh letadel a jejich konstrukce jsou zapojeny do nejlepších mozků leteckého průmyslu. Náklady na chybu v tomto poli mohou být příliš vysoké. Dnes se ponoříme do světa leteckého inženýrství a dozvíme se, jaké prvky tvoří konstrukce letadla.

Obecné charakteristiky

V klasickém provedení letadla je kluzák (trup, křídla, ocas, nacelle) vybavený elektrárnou, podvozkem a řídícími systémy. Kromě toho je nedílnou součástí moderního letadla avionika (avionika), určená k řízení všech orgánů a systémů letadel a výrazně zjednodušuje situaci pilotů.

Existují další návrhové schémata, ale jsou mnohem méně běžné a zpravidla ve vojenském leteckém průmyslu. Takže například bombardér B-2 je navržen podle schématu "létajícího křídla". Jasný představitel letadel v Rusku - stíhací letoun MiG-29 - je vyroben podle "nosné schématu". V něm je pojem "trup" nahrazen pojmem "tělo".

Druhy letadel

V závislosti na místě určení jsou letadla rozdělena do dvou velkých skupin: civilní a vojenští. Civilní modely jsou rozděleny na osobní, nákladní, výcvikové a speciální stroje.

Verze pro cestující se liší tím, že většina trupu je obsazena speciálně vybavenou kabinou. Externě mohou být rozpoznávány velkým počtem oken. Osobní letadla jsou rozdělena na: místní (létání ve vzdálenosti menší než 2 tis. Km); průměr (2-4 tisíc km); (dálková vzdálenost 4-9 tisíc km); a mezikontinentální (více než 11 tisíc km).

Nákladní letadla jsou: lehká (do 10 tun nákladu), střední (10-40 tun nákladu) a těžká (více než 40 tun nákladu).

Speciální letadla mohou být: sanitární, zemědělská, průzkumná, hasičská a určená pro leteckou fotografii.

Pro výcvik začínajících pilotů jsou nezbytné tréninkové modely. Ve svých konstrukcích nemohou být žádné pomocné prvky, jako jsou sedadla v prostoru pro cestující a tak dále. Totéž platí pro experimentální verze, které se používají k testování letadel nového modelu.

Vojenské letadla, na rozdíl od civilistů, nemají pohodlnou kabinu a průlezy. Celý prostor trupu v nich je obsazen zbrojními systémy, průzkumným zařízením, komunikačními systémy a dalšími jednotkami. Bojujte s letadly rozdělena na: stíhačky, bombardéry, útočné letouny, průzkumné, dopravní, stejně jako všechny druhy účelových vozidel.

Trup

Trup letadla je hlavní částí, která plní funkci nosiče. Na ni jsou připojeny všechny konstrukční prvky letadla. Venku jsou: křídla s motorovými gondoly, ocasem a podvozkem, a zevnitř - řídící kabinou, technickými místnostmi a komunikací, stejně jako nákladním prostorem nebo oddílem pro cestující, v závislosti na příslušenství lodi. Rám trupu je sestaven z podélných (příčníků a příčníků) a příčných (rámových) prvků, které jsou následně opláštěny plechy. U lehkých letadel se místo kovu používá překližka nebo plast.

Osobní automobily mohou být úzké a široké. V prvním případě je průřez průměru pouzdra průměrně 2-3 metry a ve druhém - od šesti metrů. Letadla s velkými těly mají obvykle dvě paluby: horní část pro cestující a dolní část pro zavazadla.

Při návrhu trupu je třeba věnovat zvláštní pozornost pevnostním vlastnostem a hmotnosti konstrukce. V tomto ohledu existují tato opatření:

1. Tvar letadla je navržen tak, aby zdvihací síla byla maxima a čelní odpor vzduchu je minimální. Objem a rozměry stroje by měly být ideálně vzájemně propojeny.
2. Pro zvýšení efektivního objemu trupu zajišťuje konstrukce nejhlubší rozložení kůže a nosných prvků trupu letadla.
3. Montáže elektrárny, vzletové a přistávací prvky a segmenty křídel se snaží co nejjednodušší a nejspolehlivější.
4. Místa pro ubytování cestujících a zajištění zboží nebo spotřebního materiálu jsou navržena tak, aby v různých provozních podmínkách letadla zůstal zůstatek v mezích tolerance.
5. Prostor pro ubytování posádky by měl zajistit pohodlnou kontrolu letadla, přístup k hlavním navigačním nástrojům a co nejefektivnější řízení v případě nepředvídaných situací.
6. Uspořádání letadla se provádí tak, že při údržbě mají velitelé možnost volně diagnostikovat potřebné komponenty a sestavy letadla av případě potřeby je opravit.

Trup letadla musí být dostatečně pevný, aby odolal nákladům vznikajícím v různých letových podmínkách, a to:

1. Zatížení, ke kterým dochází v bodech připevnění hlavních prvků trupu (křídla, ocas, podvozek) během vzletu a přistání.
2. Aerodynamické zatížení vznikající během letu s ohledem na práci jednotek, setrvačné síly a provoz pomocných zařízení.
3. Zatížení spojená s tlakovými ztrátami, ke kterým dochází během letového přetížení v hermeticky uzavřených oddílech letadla.

Křídlo

Křídla jsou důležitým konstrukčním prvkem každého letadla. Vytvářejí sílu zvedání potřebnou pro let a umožňují manévrování. Kromě toho se křídlo letadla používá k uložení pohonné jednotky, palivových nádrží, přídavných zařízení a vzletových a přistávacích zařízení. Správný poměr hmotnosti, tuhosti, pevnosti, aerodynamiky a kvality výroby tohoto konstrukčního prvku určuje správné letové a provozní vlastnosti letadla.

Křídlo letadla se skládá z následujících částí:

1. Tělo, které se skládá z rámu (ramena, nití a žeber) a pokovování.
2. Lamela a klapky, které zajišťují vzlet a přistání letadla.
3. Interceptory a křidélka, pomocí kterých může pilot měnit směr letu letadla.
4. Brzdové destičky, zaměstnanci za účelem rychlejšího zastavení letadla v době přistání.
5. Stožáry, na kterých jsou instalovány elektrárny.

Křídlo je připevněno k trupu přes středovou část - prvek spojující pravé a levé křídlo a částečně procházející trupem. Pro nízké roviny je středové křídlo umístěné na spodní části trupu a pro vysoké letadlo je umístěno nahoře. V bojových vozidlech může být zcela chybějící.

Ve vnitřních dutinách křídla (ve velkých nádobách) jsou obvykle instalovány palivové nádrže. U lehkých stíhacích letounů mohou být na speciálních konzolových závěsech zavěšeny další palivové nádrže.

Strukturální křídlo

Schéma konstrukce křídla konstrukce by mělo poskytnout odolnost vůči smykovým, torzním a ohybovým silám vznikajícím během letu. Jeho spolehlivost je způsobena použitím pevného rámu z podélných a příčných prvků, stejně jako odolného pokovování.

Podélné prvky rámu křídla jsou znázorněny rozpěrkami a příčníky. Spars jsou vyráběny ve formě vazníků nebo monolitických nosníků. Jsou umístěny na celý vnitřní objem křídla s určitým intervalem. Střely poskytují tuhost konstrukce a vyrovnávají náraz příčných a ohybových sil, které vznikají v určité fázi letu. Stringery hrají roli kompenzátoru pro axiální kompresi a napětí. Rovněž vyrovnávají místní aerodynamické zatížení a zvyšují tuhost pokožky.

Příčné prvky rámu křídla jsou znázorněny žebry. V tomto provedení mohou být vyrobeny ve formě vazníků nebo tenkých nosníků. Žebra vymezují profil křídla a poskytují jeho povrchu tuhost potřebnou pro rozložení zátěže v okamžiku vytvoření vzduchového polštáře. Rovněž slouží k spolehlivějšímu upevnění agregátů.

Obal nejen dává křídlu potřebný tvar, ale také poskytuje maximální zdvihací sílu. Spolu s dalšími prvky rámu zvyšuje tuhost konstrukce a eliminuje působení vnějších zátěží.

Křídla letadla se mohou lišit konstrukčními vlastnostmi a funkčností pokožky. Existují dva hlavní typy:

1. Spar. Odlišuje se v malé tloušťce kůže, která vytváří uzavřenou smyčku s okraji bočních částí.
2. Monoblok. Hlavní část vnějšího zatížení je rozložena na povrchu tlusté vrstvy pokovené fixovanou sadou nosníků. V tomto případě může být kůže buď monolitická nebo složená z několika vrstev.

Když mluvíme o konstrukci křídla, stojí za zmínku, že jeho ukotvení a následné upevnění musí být provedeno takovým způsobem, aby nakonec zajistilo přenos a rozložení točivého momentu a ohybových momentů, ke kterým může dojít v různých režimech provozu letadla.

Peří

Letectví vám umožňuje změnu trajektorie pohybu. Může být ocasní a nosní (používá se méně často). Ve většině případů je ocasní žebra představována vertikálním kýlem (nebo několika kýly, obvykle dvěma) a horizontálním stabilizátorem, který se podobá menšímu křídlu ve stavbě. Díky kýlu je nastavena stabilita letadla na zemi, to znamená stabilita podél osy pohybu a díky stabilizátoru - podélné (v rozteči). Horizontální ocas může být instalován na trupu nebo na vrcholu kýlu. Kýl je zase umístěn na trupu. Existují různé varianty uspořádání sestavy ocasu, ale ve většině případů to vypadá tak.

Některé vojenské letadla jsou navíc vybaveny nosem. To je nezbytné pro zajištění správného cestování nadzvukovou rychlostí.

Elektrárny

Motor je základním prvkem konstrukce letadla, protože bez něj nemůže ani vzlétnout letadlo. První letadlo letěli jen krátkou dobu a mohli ubytovat pouze jednoho pilota. Důvodem jsou jednoduché motory s nízkou energií, které neumožňují vyvinout dostatečnou tažnou sílu. K tomu, aby se letadlo mohlo naučit přepravovat stovky cestujících a těžkých břemen, museli tvrdě pracovat designéři celého světa.

Během celého vývoje "železných ptáků" byly použity různé typy motorů:

1. Steam. Princip provozu těchto motorů je založen na přeměně energie páry na pohyb, která se přenáší na vrtuli letadla. Vzhledem k tomu, že parní stroje měly nízkou účinnost, byly leteckým průmyslem používány velmi krátkou dobu.
2. Píst. Jedná se o standardní spalovací motory, které se podobají automobilovým motorům. Princip jejich práce spočívá v přenosu tepelné energie na mechanickou. Snadná výroba a dostupnost materiálů určují použití takových elektráren na některé modely letadel dosud. I přes malou účinnost (asi 55%) jsou tyto motory rozhodně populární kvůli jejich nenáročnosti a spolehlivosti.
3. Reaktivní. Takové motory přeměňují energii intenzivního spalování paliva na tlak potřebný pro let. Dnes proudové motory používané při konstrukci letadel nejvíce.
4. Plynové turbíny. Princip provozu těchto motorů je založen na hraničním ohřevu a stlačení spalovacího plynu, jehož cílem je otáčení turbíny. Používají se především ve vojenských typech letadel.
5. Turboprop. Jedná se o jeden z poddruhů motorů s plynovou turbínou. Rozdíl spočívá v tom, že energie získaná během provozu se přemění na pohon a otáčí vrtule letadla. Malá část energie vede k vytváření tlačného tryska. Takové motory se používají hlavně v civilním letectví.
6. Turbofan. V těchto motorech je realizováno vstřikování dodatečného vzduchu potřebného k úplnému spalování paliva, díky čemuž je možné dosáhnout maximální účinnosti a ekologického pohledu na elektrárnu. Motory tohoto typu jsou široce používány při konstrukci velkých letadel.

Setkali jsme se s hlavními typy leteckých motorů. Seznam motorů, které konstruktéři letadel někdy pokoušeli instalovat na letadlo, není omezen na tento seznam. V různých časech bylo mnoho pokusů o vytvoření všech inovativních pohonných jednotek. Například v minulém století byla provedena seriózní práce na vytvoření motorů pro atomové letadlo, které se v případě havárie nehodilo kvůli vysokému nebezpečí pro životní prostředí.

Obvykle je motor namontován na křídlo nebo trup letadla přes stožár, kterým se přivádějí pohony, palivové trubky atd. V tomto případě je motor oblečen v ochranné gondoli. Existují také letadla, v nichž je elektrárna umístěna přímo uvnitř trupu. Letadla mohou být z jednoho (An-2) do osmi (B-52) motoru.

Řízení

Ovládání letadla se nazývá komplex zařízení na palubě, jakož i velitelské a výkonné zařízení. Příkazy jsou dodávány z kokpitu a jsou prováděny prvky křídla a ocasu. Různé letadla mohou používat různé typy řídících systémů: manuální, automatizované a poloautomatické.

Bez ohledu na typ systému jsou pracovní orgány rozděleny na primární a sekundární.

Hlavní správa . Zahrnuje akce, které jsou zodpovědné za úpravu letových režimů a obnovení rovnováhy plavidla v přednastavených parametrech. Mezi hlavní řídící orgány patří:

1. Páka, která jsou přímo řízena pilotem (výtahy, kormidla obzoru, volant, ovládací panely).
2. Komunikace sloužící k připojení ovládacích páček s pohony.
3. Pohony (stabilizátory, křidélka, spojovací systémy, křídla a klapky).

Další správa . Používá se pouze v režimu vzletu a přistání.

Bez ohledu na to, zda je v návrhu letadla implementováno manuální nebo automatické řízení, může pilot pouze shromažďovat a analyzovat informace o stavu systémů letadla, ukazatelům zatížení a soulad trajektorie s plánem. A co je nejdůležitější, pouze je schopen učinit co nejúčinnější rozhodnutí za současné situace.

Ovládání

Pro čtení objektivních informací o stavu letadla a letové situaci pilot používá nástroje rozdělené do několika hlavních skupin:

1. Let a navigace. Používají se k určení souřadnic, vertikální a vodorovné polohy, rychlosti a lineárních odchylek letadla. Navíc tyto přístroje řídí úhel zásahu letadla, provoz gyroskopických systémů a další důležité parametry letu. Na moderních letadlech jsou tato zařízení prezentována ve formě jediného letového navigačního komplexu.
2. Kontrola práce elektrárny. Tato skupina nástrojů poskytuje pilotovi údaje o teplotě a tlaku oleje, spotřebě paliva, kmitočtu otáčení klikového hřídele a vibračních indikátorech.
3. Přístroje pro monitorování práce dodatečných zařízení a systémů. Tento komplex se skládá z přístrojů, jejichž senzory lze nalézt ve všech konstrukčních prvcích letadla. Patří sem: manometry, indikátory poklesu tlaku v utěsněných kabinách, ukazatele polohy klapek a tak dále.
4. Nástroje pro posuzování stavu životního prostředí. Používají se k měření venkovní teploty, vlhkosti, atmosférického tlaku, rychlosti větru a dalších věcí.

Všechna zařízení, která slouží ke sledování stavu letadla a vnějšího prostředí? přizpůsobit práci za všech povětrnostních podmínek.

Přistávací systémy

Vzlet a přistání jsou poměrně složité a zásadní fáze letu. Nevyhnutelně zahrnují silné zatížení všech prvků konstrukce. Přijatelné zrychlení pro zvedání vícetonové plavidla na oblohu a mírný dotyk dráhy během přistání je zajištěno spolehlivě navrženou vzletovou dráhou (podvozek). Tento systém je také nezbytný pro parkování auta a jeho pojíždění při jízdě po letišti.

Podvozek letadla se skládá z tlumiče, na němž je kolový vozík upevněn (pro plováky je místo toho použito plovák). Konfigurace podvozku závisí na hmotnosti letadla. Nejčastěji existují takové možnosti pro přistávací systém:

1. Dvě hlavní regály a jedna přední část (A-320, Tu-154).
2. Tři hlavní regály a jedna přední (IL-96).
3. Čtyři hlavní regály a jeden přední ("Boeing 747").
4. Dvě hlavní regály a dva přední (B-52).

Na počátku letadla byla nainstalována dvojice hlavních vzpěr a zadní rotující kolo bez stojanu (Li-2). Neobvyklý schéma podvozku měl také model IL-62, který byl vybaven jedním předním sloupem, dvojicí hlavních sloupků a zasouvatelnou tyčí s dvojicí kol v samotném ocasu. Na prvním letadle nebyly regály vůbec používány a kola byla namontována na jednoduchých nápravách. Kolesový vozík může mít jednu sadu kol (A-320) až sedm (An-225).

Když je letadlo na zemi, jeho ovládání se provádí pomocí pohonu, který je vybaven předním podvozkem. U lodí s více motory pro tento účel lze použít diferenciaci provozního režimu elektrárny. Během letu se přistávací zařízení letadla zasune do speciálně vybavených oddílů. To je nezbytné pro snížení aerodynamického přetahování.