Zasnova letala: glavni elementi. Načrtovanje in gradnja letal

Sodobnega prevoza potnikov in tovora ni mogoče predstavljati brez letal. Toda za udobjem in mobilnostjo teh "železnih ptic" so desetletja razvoja in tisoče neuspešnih poskusov. Oblikovanje letal in njihova konstrukcija se ukvarjata z najboljšimi možmi letalske industrije. Strošek napake na tem polju je lahko previsok. Danes se bomo potopili v svet letalske tehnike in izvedeli, iz katerih sestavnih delov je konstrukcija letala.

Splošne značilnosti

V klasični različici letala je padalo (trup, krila, rep, gondola), opremljeno z elektrarno, šasijo in kontrolnimi sistemi. Poleg tega je sestavni del sodobnega letala letalska elektronika (letalska elektronika), ki je namenjena nadzoru vseh organov in sistemov zrakoplova ter močno poenostavi položaj pilotov.

Obstajajo tudi druge zasnove, vendar so veliko manj pogoste in praviloma v vojaški letalski industriji. Tako je na primer bombnik B-2 zasnovan v skladu s shemo »letečega krila«. Svetel predstavnik letala v Rusiji - borec MiG-29 - je izdelan v skladu z "nosilno shemo". V njem se koncept "trupa" nadomesti s "telo".

Vrste zrakoplovov

Glede na destinacijo so letala razdeljena v dve veliki skupini: civilno in vojaško. Civilni modeli so razdeljeni na stroje za potnike, tovor, usposabljanje in posebne namene.

Potniške različice se razlikujejo v dejstvu, da je večina njihovih trupov zasedena s posebej opremljeno kabino. Navzven jih je mogoče prepoznati z velikim številom oken. Potniški zrakoplovi so razdeljeni na: lokalno (letenje na razdalji manj kot 2 tisoč km); povprečno (2-4 tisoč km); (dolge razdalje 4-9 tisoč km); in interkontinentalni (več kot 11 tisoč km).

Tovorna letala so: lahka (do 10 ton tovora), srednja (10-40 ton tovora) in težka (več kot 40 ton tovora).

Letala za posebne namene so lahko: sanitarni, kmetijski, izvidniški, gasilski in namenjeni fotografiranju iz zraka.

Modeli za usposabljanje so nujni za usposabljanje začetnikov. Pri njihovi zasnovi ne sme biti nobenih pomožnih elementov, kot so sedeži v potniškem prostoru in tako naprej. Enako velja za eksperimentalne različice, ki se uporabljajo za testiranje letala novega modela.

Vojaška letala, za razliko od civilistov, nimajo udobne kabine in lukenj. Celoten prostor trupa v njih zasedajo orožni sistemi, izvidniška oprema, komunikacijski sistemi in druge enote. Borbena letala razdeljeni na: borci, bombniki, napadalna letala, izvidovanje, prevoz, pa tudi vse vrste vozil za posebne namene.

Trup

Trup letala je glavni del, ki opravlja funkcijo nosilca. Priložen je vsem strukturnim elementom letala. Zunaj so: krila z motornimi gondolami, repom in podvozjem, od znotraj - kontrolna kabina, tehnični prostori in komunikacije, pa tudi tovorni ali potniški prostor, odvisno od opreme plovila. Okvir trupa je sestavljen iz vzdolžnih (razcepov in trakov) in prečnih (okvirjev) elementov, ki so nato obloženi s kovinskimi ploščami. V lahkih zrakoplovih se namesto kovine uporablja vezan les ali plastika.

Osebni avtomobili so lahko ozki in široki. V prvem primeru je prečni premer ohišja v povprečju 2-3 metra, v drugem pa šest metrov. Letala s širokim telesom imajo običajno dve palubi: zgornji je za potnike, spodnja pa za prtljago.

Pri načrtovanju trupa je posebna pozornost posvečena karakteristikam trdnosti in teži konstrukcije. V zvezi s tem obstajajo takšni ukrepi: t

1. Oblika letala je zasnovana tako, da je dvižna sila največja, čelna upornost zračnih mas pa je minimalna. Prostornina in dimenzije stroja morajo biti idealno povezane med seboj.
2. Za povečanje efektivne prostornine trupa, zasnova zagotavlja najbolj gosto postavitev kože in nosilnih elementov trupa letala.
3. Nosilci elektrarne, vzletno-pristajalni elementi in segmenti kril se trudijo narediti kar se da preprosto in zanesljivo.
4. Kraji namestitve potnikov in zavarovanje blaga ali potrošnega materiala so zasnovani tako, da v različnih pogojih obratovanja zrakoplova njegovo ravnotežje ostane v mejah tolerance.
5. Prostor za nastanitev posadke bi moral zagotoviti udoben nadzor nad zrakoplovom, dostop do glavnih navigacijskih instrumentov in najučinkovitejše upravljanje v primeru nepredvidenih situacij.
6. Razporeditev letala je izvedena tako, da imajo mojstri ob servisiranju možnost, da prosto diagnosticirajo potrebne sestavne dele in sklope letala in jih po potrebi popravijo.

Trup zrakoplova mora biti dovolj močan, da vzdrži obremenitve, ki nastanejo v različnih pogojih letenja, in sicer:

1. Obremenitve, ki se pojavijo na pritrdilnih točkah glavnih elementov trupa (krila, rep, podvozje) med vzletom in pristankom.
2. Aerodinamične obremenitve, ki nastanejo med letom, ob upoštevanju dela enot, vztrajnostnih sil in delovanja pomožne opreme.
3. Obremenitve, povezane s padci tlaka, do katerih pride med preobremenitvijo letala v hermetično zaprtih predelih zrakoplova.

Wing

Krila so pomemben strukturni element vsakega letala. Ustvarjajo dvigalno silo, potrebno za letenje in omogočajo manevriranje. Poleg tega se krilo letala uporablja za namestitev pogonske enote, rezervoarjev za gorivo, priključkov in naprav za vzlet in pristanek. Pravilno razmerje teže, togosti, trdnosti, aerodinamike in kakovosti izdelave tega konstrukcijskega elementa določa ustrezne letalne in operativne značilnosti letala.

Krilo zrakoplova je sestavljeno iz naslednjih delov:

1. Telo, ki je sestavljeno iz okvirja (razpredelnice, vrvice in rebra) in prevleke.
2. Letve in zavihki, ki zagotavljajo vzlet in pristanek letala.
3. Prestrezniki in krilci, s katerimi lahko pilot spremeni smer letenja zrakoplova.
4. Zavorne ploščice, t za hitrejše ustavitev zrakoplova v času pristanka.
5. Stebri, na katerih so nameščene elektrarne.

Krilo je pritrjeno na trup skozi sredinski del - element, ki povezuje desno in levo krilo in delno prehaja skozi trup. Pri nižjih ravninah se osrednje krilo nahaja na dnu trupa, za visoke ravnine pa se nahaja na vrhu. V bojnih vozilih je lahko popolnoma odsoten.

V notranjih votlinah krila (v velikih plovilih) so običajno nameščeni rezervoarji za gorivo. V lahkem borec letalu lahko dodatne rezervoarje za gorivo visi na posebnih konzolah.

Strukturno moč krila

Sistem kril strukturne moči mora zagotavljati odpornost na strižne, torzijske in upogibne sile, ki nastanejo med letom. Njena zanesljivost je posledica uporabe trdnega okvirja, ki je izdelan iz vzdolžnih in prečnih elementov, kot tudi trajne prevleke.

Vzdolžni elementi krilnega okvirja so predstavljeni z razpokami in vrvmi. Sparji so izdelani v obliki grozdov ali monolitnih nosilcev. Postavljeni so na celoten notranji volumen krila z določenim intervalom. Sparji dajejo strukturni togosti in uravnavajo vpliv prečnih in upogibnih sil, ki se pojavljajo v določeni fazi letenja. Stringerji imajo vlogo kompenzatorja za aksialno stiskanje in napetost. Prav tako uravnavajo lokalne aerodinamične obremenitve in povečujejo togost kože.

Prečni elementi krilnega okvirja so predstavljeni z rebri. V tej zasnovi so lahko izdelani v obliki grozdov ali tankih nosilcev. Reberi določajo profil krila in dajejo njegovi površini togost, ki je potrebna za porazdelitev obremenitve v trenutku oblikovanja zračne blazine. Prav tako služijo za bolj zanesljivo pritrditev pogonskih enot.

Ohišje krila ne daje le potrebne oblike, temveč zagotavlja tudi maksimalno silo dviganja. Skupaj z drugimi elementi okvirja povečuje togost konstrukcije in odpravlja učinke zunanjih obremenitev.

Zrakoplovna krila se lahko razlikujejo po oblikovnih značilnostih in funkcionalnosti kože. Obstajata dve glavni vrsti:

1. Spar. Razlikuje se v majhni debelini kože, ki tvori zaprto zanko z robovi stranskih delov.
2. Monoblok. Glavna količina zunanje obremenitve je porazdeljena po površini debelega sloja prevleke, ki je pritrjen z vrvico. V tem primeru je lahko koža monolitna ali sestavljena iz več plasti.

Ko govorimo o konstrukciji krila, je treba omeniti, da mora biti njegova priključitev in naknadno pritrditev izvedena tako, da se končno zagotovi prenos in porazdelitev momentov in momentov upogibanja, ki se lahko pojavita pri različnih načinih delovanja zrakoplova.

Perje

Vzdrževanje letala vam omogoča, da spremenite pot njegovega gibanja. Lahko je rep in nos (uporablja se manj pogosto). V večini primerov je repna plavuti predstavljena z navpično kobilico (ali več kobilami, običajno dve) in horizontalnim stabilizatorjem, ki je v konstrukciji podoben manjšemu krilu. Zaradi kobilice se uravnava stabilnost tal na tleh, to je stabilnost vzdolž osi gibanja in zahvaljujoč stabilizatorju - vzdolžni (v smeri). Horizontalni rep lahko namestite na trupu ali na kobilico. Kobilica pa je nameščena na trupu. Obstajajo različne različice postavitve repnega sklopa, vendar v večini primerov izgleda tako.

Nekatera vojaška letala so dodatno opremljena z nosom. To je potrebno, da se zagotovi pravilno potovanje z nadzvočno hitrostjo.

Elektrarne

Motor je bistven element pri konstrukciji letala, saj brez njega letalo ne more niti vzleteti. Prvo letalo leteli so le kratek čas in lahko sprejmejo samo enega pilota. Razlog za to je preprost - motorji z nizko močjo, ki ne omogočajo dovolj močne vlečne sile. Da bi se zrakoplov naučil prevažati na stotine potnikov in težkih tovorov, so morali oblikovalci celega sveta trdo delati.

V celotni evoluciji "železnih ptic" so bile uporabljene številne vrste motorjev:

1. Par. Načelo delovanja takšnih motorjev temelji na pretvarjanju energije pare, ki se prenaša na propeler zrakoplova. Ker so parni stroji imeli nizko učinkovitost, jih je letalska industrija uporabljala za zelo kratek čas.
2. Piston. To so standardni motorji z notranjim zgorevanjem, ki so po zaslugi avtomobilskih motorjev. Načelo njihovega dela je prenos toplotne energije na mehansko. Enostavnost izdelave in razpoložljivost materialov določata uporabo takšnih elektrarn na nekaterih modelih letal do danes. Kljub majhni učinkovitosti (približno 55%) so ti motorji zaradi svoje nezahtevnosti in zanesljivosti zagotovo priljubljeni.
3. Reaktivno. Taki motorji pretvarjajo energijo intenzivnega zgorevanja goriva v potisk, ki je potreben za let. Danes reaktivni motorji uporabljajo pri gradnji letal.
4. Plinske turbine. Načelo delovanja teh motorjev temelji na mejnem ogrevanju in stiskanju zgorevalnega plina, katerega namen je rotacija turbine. Uporabljajo se predvsem v vojaških vrstah letal.
5. Turboprop. To je ena izmed podvrsti plinskoturbinskih motorjev. Razlika je v tem, da se energija, pridobljena med delovanjem, pretvori v pogon in zavrti propeler zrakoplova. Majhen del energije gre za oblikovanje potisnega curka. Taki motorji se uporabljajo predvsem v civilnem letalstvu.
6. Turbofan. V teh motorjih je izvedeno vbrizganje dodatnega zraka, ki je potreben za popolno izgorevanje goriva, zaradi česar je mogoče doseči maksimalno učinkovitost in prijaznost elektrarne. Motorji tega tipa se pogosto uporabljajo pri gradnji velikih letal.

Spoznali smo glavne vrste letalskih motorjev. Seznam motorjev, ki so jih oblikovalci zrakoplovov poskusili namestiti na letalo, ni omejen na ta seznam. Ob različnih časih je bilo veliko poskusov za ustvarjanje vseh vrst inovativnih energetskih enot. Na primer, v zadnjem stoletju je bilo opravljeno resno delo na ustvarjanju motorjev za atomska letala, ki se zaradi visoke okoljske nevarnosti v primeru letalske nesreče niso uveljavila.

Običajno je motor nameščen na krilu ali trupu letala skozi steber, skozi katerega se pripeljejo pogoni, cevi za gorivo itd. V tem primeru je motor oblečen v zaščitno letalo. Obstajajo tudi letala, v katerih se elektrarna nahaja neposredno v trupu. Letalo je lahko iz enega (An-2) v osem (B-52) motorjev.

Upravljanje

Kontrole zrakoplova se imenujejo kompleks opreme na vozilu, kot tudi ukazne in izvršilne naprave. Ukazi se napajajo iz kokpita in se izvajajo s krilnimi in repnimi elementi. Različne ravnine lahko uporabljajo različne tipe krmilnih sistemov: ročno, avtomatizirano in polavtomatsko.

Ne glede na vrsto sistema so delovna telesa razdeljena na primarne in sekundarne.

Glavno upravljanje . Vključuje ukrepe, ki so odgovorni za prilagajanje načinov letenja in ponovno vzpostavitev ravnotežja plovila v vnaprej določenih parametrih. Glavni upravljalni organi so:

1. Ročice, ki jih pilot neposredno upravlja (dvigala, krmila obzorja, volan, komandne plošče).
2. Komunikacije, ki služijo za priključitev krmilnih ročic z aktuatorji.
3. Pogoni (stabilizatorji, krilca, sistemi spojlerjev, zakrilca in zavihki).

Dodatno upravljanje . Uporablja se samo v načinu vzleta in pristanka.

Ne glede na to, ali je ročno ali avtomatsko krmiljenje izvedeno v konstrukciji zrakoplova, lahko le pilot zbere in analizira informacije o stanju sistemov zrakoplova, kazalnikih obremenitve in skladnosti poti z načrtom. In kar je najpomembneje, samo on je sposoben sprejeti odločitev, ki je v sedanjih razmerah čim bolj učinkovita.

Nadzor

Da bi prebral objektivne informacije o stanju zrakoplova in stanju letenja, pilot uporablja instrumente, razdeljene v več glavnih skupin:

1. Let in navigacija. Uporabljajo se za določanje koordinat, navpičnega in vodoravnega položaja, hitrosti in linearnih odstopanj zrakoplova. Poleg tega ti instrumenti nadzorujejo napadni kot zrakoplova, delovanje žiroskopskih sistemov in druge pomembne parametre letenja. Na modernih letalih so te naprave predstavljene v obliki enotnega kompleksa za letenje.
2. Nadzor nad delom elektrarne. Ta skupina instrumentov zagotavlja pilotu podatke o temperaturi in tlaku olja, porabi goriva, frekvenci vrtenja ročične gredi in indikatorjih vibracij.
3. Instrumenti za spremljanje dela dodatne opreme in sistemov. Ta kompleks je sestavljen iz instrumentov, katerih senzorje je mogoče najti v vseh strukturnih elementih letala. Med njimi so: merilniki tlaka, kazalniki padca tlaka v zaprtih kabinah, kazalniki položaja zakrilc itd.
4. Instrumenti za ocenjevanje stanja okolja. Uporabljajo se za merjenje zunanje temperature, vlažnosti, atmosferskega tlaka, hitrosti vetra in drugih stvari.

Vse naprave, ki služijo za spremljanje stanja zrakoplova in zunanjega okolja? prilagodi se delu v vseh vremenskih razmerah.

Pristaniški sistemi

Vzlet in pristanek sta precej zapletena in ključna faza leta. Neizogibno vključujejo močne obremenitve vseh elementov konstrukcije. Sprejemljivo pospeševanje za dvigovanje večtonskega plovila v nebo in mehak dotok vzletno-pristajalne steze med pristankom zagotavlja zanesljivo zasnovana vzletno-pristajalna steza (šasija). Ta sistem je potreben tudi za parkiranje avtomobila in njegovo vožnjo po letališču.

Letalsko podvozje je sestavljeno iz blažilnika, na katerem je pritrjen voziček na kolesih (za plovce se namesto tega uporablja plovec). Konfiguracija podvozja je odvisna od teže letala. Najpogosteje obstajajo take možnosti za sistem pristajanja:

1. Dve glavni regali in ena sprednja (A-320, Tu-154).
2. Tri glavne police in ena sprednja stran (IL-96).
3. Štirje glavni regali in ena sprednja stran ("Boeing 747").
4. Dve glavni regali in dve sprednji (B-52).

Na zgodnjih letalih je bil nameščen par glavnih opornikov in zadnje predenje brez stojala (Li-2). Nenavadna shema šasije je imela tudi model IL-62, ki je bil opremljen z enim sprednjim stebrom, par glavnih stebrov in zložljivo palico s parom koles v samem repu. Na prvem letalu se regali sploh niso uporabljali, kolesa so bila nameščena na enostavne osi. Voziček na kolesih ima lahko od enega (A-320) do sedem (An-225) kolesnih kompletov.

Ko je letalo na tleh, se njegov nadzor izvaja s pogonom, ki je opremljen s prednjim podvozjem. Za ladje z več motorji za ta namen se lahko uporabi diferenciacija načina delovanja elektrarne. Med letom se podvozje zrakoplova umakne v posebej opremljene predele. To je potrebno za zmanjšanje aerodinamičnega upora.