Πού είναι η καρίνα του αεροπλάνου; Καρίνα αεροσκάφους: σχέδιο

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Ακόμη και ένα άτομο που δεν έχει δει ποτέ θάλασσα πιθανότατα ξέρει τη λέξη χωρίστρα: «Επτά πόδια κάτω από την καρίνα». Και εδώ δεν υπάρχουν ερωτήσεις. Η καρίνα ενός πλοίου είναι το πιο σημαντικό δομικό μέρος στο οποίο είναι προσαρτημένα πολλά μέρη του κύτους του. Ξέρει όμως κανείς πού βρίσκεται η καρίνα του αεροσκάφους και σε τι χρησιμεύει;

Τι είναι αυτό;

Αυτό είναι το «όργανο» της σταθερότητας, που σας επιτρέπει να κρατάτε το αεροσκάφος σε μια δεδομένη πορεία. Σε αντίθεση με τα πλοία, η καρίνα ενός αεροσκάφους είναι αναπόσπαστο μέρος του κάθετου ουραίο πτερύγιο. Στο κάτω μέρος της ατράκτου, δεν υπάρχει καρίνα για αεροσκάφη! Υπάρχει όμως μια λεπτότητα. Το γεγονός είναι ότι αυτό το τμήμα είναι στενά συνδεδεμένο με τα στοιχεία ισχύος της ατράκτου και επομένως υπάρχει ακόμα κάτι κοινό από άποψη θάλασσας και αέρα. Πού είναι λοιπόν η καρίνα του αεροπλάνου; Με απλά λόγια, αυτό είναι το κάθετο τμήμα της ουράς.

Τοποθετείται ακίνητο, στερεωμένο σε τρία σημεία, συμμετρικά με την κεντρική γραμμή του αεροσκάφους. Στην εμφάνιση, αυτή η λεπτομέρεια έχει το σχήμα ενός ιδανικού τραπεζοειδούς. Κατά κανόνα, η καρίνα ενός αεροσκάφους αποτελείται από σπάρους, νευρώσεις και δέρμα. Αυτό το σχέδιο είναι κλασικό, ελάχιστα αλλαγμένοαπό την εμφάνιση του πρώτου αεροσκάφους. Η μπροστινή ράβδος τοποθετείται λοξά (κατά κανόνα).

Διατάξεις

Πιο συχνά, η καρίνα είναι μονή, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις γίνεται διπλή ή και τριπλή (σε βομβαρδιστικά με έλικα). Στην τελευταία περίπτωση, αυτό απαιτείται για να εξασφαλιστεί υψηλή κατευθυντική σταθερότητα της βαριάς μηχανής. Παρεμπιπτόντως, όλα τα αεροσκάφη χωρίζονται σε τρεις τύπους ανάλογα με τη θέση της καρίνας:

• Χτισμένο σε κανονικό μοτίβο. Τέτοια, για παράδειγμα, είναι η καρίνα του αεροσκάφους A321.
• «Πάπιες», δηλαδή αεροσκάφος στο οποίο η οριζόντια ουρά της καρίνας βρίσκεται μπροστά από τα φτερά.
• "Αουρά". Από την καρίνα μένει μόνο η κάθετη ουρά, τα οριζόντια πτερύγια απουσιάζουν εντελώς.

Φυσικά, οι δύο τελευταίες ποικιλίες είναι πιο χαρακτηριστικές της «κοινότητας» των στρατιωτικών αεροσκαφών, αφού μια τέτοια τοποθέτηση της καρίνας είναι απαραίτητη για να δώσει στο αεροσκάφος ιδιαίτερα υψηλή ευελιξία.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται ακόμη πιο σύνθετα σχέδια. Για παράδειγμα, κορυφές κάτω από την καρίνα (είναι επίσης κοιλιακές καρίνες). Χρησιμοποιούνται σε ορισμένα υπερηχητικά αεροσκάφη όπου η διατήρηση της τέλειας σταθερότητας κατά τη διάρκεια της πτήσης είναι ζωτικής σημασίας. Έτσι, κάτω από την καρίνα του αεροσκάφους (εκεί το έχουμε ήδη ανακαλύψει) υπάρχει μια επιπλέον και μαζική εισροή. Μια πιο συνηθισμένη κατάσταση είναι όταν το οριζόντιο φτέρωμα της ουράς πρέπει γενικά να μεταφερθεί στην κορυφή της καρίνας. Αυτό συμβαίνει εάν οι κινητήρες είναι εγκατεστημένοι στο πίσω μέρος του αεροσκάφους. Ένα τέτοιο διάγραμμα μπορεί να φανεί, για παράδειγμα, στοαεροσκάφος εσωτερικού φορτίου-επιβατών "Il".

Τι είναι για;

Όπως γνωρίζετε, ο ήρεμος καιρός είναι μια απίστευτη σπάνια που συμβαίνει όχι περισσότερες από δύο φορές το χρόνο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, υπάρχει άνεμος και η ισχύς και η κατεύθυνσή του μπορεί να διαφέρουν δραματικά. Όταν ένα αεροσκάφος πετά, οι ριπές του ανέμου μπορούν να επηρεάσουν πολύ την κατεύθυνση και την πορεία. Το αεροσκάφος πρέπει να είναι σχεδιασμένο ώστε να επιστρέφει μόνο του σε σταθερή θέση. Μόνο σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατή μια ασφαλής πτήση.

Κύριος σκοπός

Ο κύριος κανόνας για το σχεδιασμό μιας καρίνας είναι να την τοποθετήσετε με τέτοιο τρόπο ώστε σε καμία περίπτωση να μην πέφτει από το φτερό. Διαφορετικά, είναι δυνατή μια απότομη παραβίαση της κατευθυντικής σταθερότητας και στις πιο σοβαρές καταστάσεις, φυσική παραμόρφωση και καταστροφή ολόκληρης της μονάδας ουράς. Έτσι, ο κύριος σκοπός της καρίνας είναι η διατήρηση της κατευθυντικής σταθερότητας.

Ο σχεδιασμός πολλών αεροσκαφών είναι τέτοιος ώστε αυτό το μέρος να είναι κινητό. Ρυθμίζοντας την εκτροπή της καρίνας, το πλήρωμα ελέγχει την κατεύθυνση της πορείας. Εξαίρεση αποτελούν τα στρατιωτικά αεροσκάφη, στα οποία οι κινητήρες με ελεγχόμενο διάνυσμα ώσης είναι υπεύθυνοι για την αλλαγή της κατεύθυνσης της πτήσης. Στην περίπτωσή τους, το να φτιάξουν μια κινητή καρίνα του αεροσκάφους (υπάρχει φωτογραφία του στο άρθρο) είναι ανόητο, αφού οι υπερφορτώσεις κατά τους ελιγμούς είναι τέτοιες που απλά θα καταρρεύσει.

Τι είδους σταθερότητα παρέχει η καρίνα;

Υπάρχουν τρεις τύποι σταθερότητας, για χάρη των οποίων η καρίνα περιλαμβάνεται στη σχεδίαση του αεροσκάφους:

• Track.
• Μήκος.
• Εγκάρσια.

Ας ασχοληθούμε με όλες αυτές τις ποικιλίες με περισσότερες λεπτομέρειες. Έτσι, κατευθυντική σταθερότητα. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι σε περίπτωση απώλειας της διαμήκους σταθερότητας της ατράκτου κατά την πτήση, το αεροσκάφος θα συνεχίσει να πετά προς τα εμπρός για κάποιο χρονικό διάστημα λόγω αδρανειακής δύναμης. Μετά από αυτό, η ροή αέρα αρχίζει να τρέχει στο πίσω μέρος του αεροσκάφους, το οποίο βρίσκεται πίσω από το κέντρο βάρους. Η καρίνα σε αυτή την περίπτωση αποτρέπει την εμφάνιση μιας περιστροφικής δύναμης που αναγκάζει το αεροσκάφος να περιστραφεί γύρω από τον άξονά του.

Διαμήκης σταθερότητα. Ας υποθέσουμε ότι το αεροσκάφος πετά σε κανονική λειτουργία, το κέντρο βάρους συμπίπτει με το κέντρο εφαρμογής πίεσης στην άτρακτό του. Αυτή τη στιγμή, πολλαπλές δυνάμεις δρουν και στην άτρακτό του, οι οποίες τείνουν να αναπτύξουν το σώμα του αεροσκάφους. Η ανύψωση και η βαρύτητα δρουν ταυτόχρονα. Η καρίνα του αεροσκάφους (θα δείτε φωτογραφία αυτού του τμήματος στο άρθρο) παρέχει ισορροπία, η οποία στη συγκεκριμένη περίπτωση είναι πολύ ασταθής. Η κανονική πτήση χωρίς ουρά, καρίνα και σταθεροποιητές είναι αδύνατη.

Άλλη βιωσιμότητα

Σταθερότητα διάτμησης. Σε γενικές γραμμές, αυτός ο παράγοντας είναι μια λογική συνέχεια της προηγούμενης ιδιότητας. Όταν δρουν πολλαπλές δυνάμεις στο φτερό και στους πλευρικούς σταθεροποιητές της καρίνας, «προσπαθούν» να ανατρέψουν το αεροσκάφος. Το σχήμα των φτερών αντισταθμίζει αυτό: αν τα κοιτάξετε από απόσταση, μοιάζουν με το γράμμα "U" με έντονα διαχωρισμένα επάνω "κέρατα". Αυτή η φόρμα παρέχει αυτοδιόρθωση της θέσηςαεροσκάφος στο διάστημα. Η καρίνα βοηθά στη διατήρηση της πλευρικής σταθερότητας.

Λάβετε υπόψη ότι τα αεροσκάφη με σαρωτή πτέρυγα δεν χρειάζονται τόσο καρίνα…σε υψηλές ταχύτητες. Εάν πέσει, τότε η αύξηση των δυνάμεων αντίδρασης εμφανίζεται εκθετικά. Επομένως, για αυτές τις μηχανές, η πιο ανθεκτική και ελαφριά καρίνα είναι πολύ σημαντική, η οποία μπορεί να αντισταθεί σε τέτοια υψηλά φορτία. Και πώς μπορείτε να το αποκτήσετε; Ας μιλήσουμε για αυτό.

Χαρακτηριστικά δημιουργίας σύγχρονων αεροσκαφών

Επί του παρόντος, οι ειδικοί της Rosaviation και οι ξένοι συνάδελφοί τους επικεντρώνονται στη δημιουργία εξαρτημάτων αεροσκαφών (συμπεριλαμβανομένης της καρίνας) από μεγάλα εξαρτήματα κατασκευασμένα από τα πιο πρόσφατα σύνθετα υλικά.

Η αναλογία αυτών των ενώσεων στο σχεδιασμό των σύγχρονων αεροσκαφών αυξάνεται σταθερά. Σύμφωνα με πληροφορίες από ειδικούς, το κλάσμα όγκου τους φτάνει ήδη από 25% έως 50%, και τα μικρά μη εμπορικά αεροσκάφη μπορούν να αποτελούνται ακόμη και από πλαστικό και σύνθετα υλικά κατά 75%. Γιατί αυτή η προσέγγιση είναι τόσο διαδεδομένη στην αεροπορία; Γεγονός είναι ότι η ίδια καρίνα ενός αεροσκάφους Boeing, κατασκευασμένη από "κράματα" πολυμερών, έχει πολύ χαμηλό βάρος, πολύ υψηλή αντοχή και έναν πόρο που είναι απλά μη ρεαλιστικό να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τυπικά υλικά.

Κύρια Υλικά

Η πιο δικαιολογημένη χρήση σύνθετων υλικών στο σχεδιασμό όχι μόνο της ουράς, αλλά και των πτερυγίων και των στοιχείων ισχύος της ατράκτου, τα οποία πρέπει να είναι όχι μόνο πολύ ισχυρά, αλλά και επαρκώςεύκαμπτος. Διαφορετικά, δεν μπορεί να αποκλειστεί η πιθανότητα καταστροφής της δομής υπό τη δράση φορτίων πτήσης.

Αλλά δεν ήταν πάντα έτσι. Έτσι, το καμάρι της σοβιετικής αεροναυπηγικής, το αεροσκάφος Tu-160, γνωστό και ως White Swan ή Blackjack, έχει καρίνα από… κράματα τιτανίου. Ένα τόσο συγκεκριμένο και εξαιρετικά ακριβό υλικό επιλέχθηκε λόγω των τεράστιων πιέσεων που ασκήθηκαν στη σχεδίαση αυτού του μηχανήματος, το οποίο μέχρι σήμερα διατηρεί τον τίτλο του βαρύτερου βομβαρδιστή σε υπηρεσία. Ωστόσο, μια τέτοια ριζοσπαστική προσέγγιση για τη δημιουργία καρίνας είναι σπάνια, και ως εκ τούτου σήμερα οι σχεδιαστές πρέπει να αντιμετωπίζουν πιο απλά σύνθετα υλικά πολύ πιο συχνά.

Τι προκλήσεις αντιμετωπίζετε όταν δημιουργείτε μια σύνθετη καρίνα;

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης, οι εγχώριοι σχεδιαστές έπρεπε να λύσουν μια ολόκληρη σειρά σύνθετων εργασιών:

• Η δημιουργία τμημάτων μεγάλου μεγέθους της καρίνας και άλλου εξοπλισμού από ανθρακονήματα με τη μέθοδο της έγχυσης έχει επιλυθεί.
• Έπρεπε επίσης να επανεξεταστούν πλήρως και να ανανεωθούν τα κύρια στάδια της παραγωγής, τα οποία δεν είχαν σχεδιαστεί για τη χρήση σύνθετων υλικών.

Άλλες δυνατότητες

Το πιο πρόσφατο λογισμικό (FiberSim) έχει εισαχθεί στη διαδικασία παραγωγής, το οποίο επιτρέπει την επίτευξη του υψηλότερου βαθμού αυτοματισμού. Επιπλέον, τώρα η καρίνα του αεροσκάφους, ο σχεδιασμός του οποίου περιγράφεται στο άρθρο, μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας τεχνολογίες όπου πρακτικά δεν υπάρχουν σχέδια. Η παραγωγή αυτού του εξαρτήματος με αυτήν την προσέγγιση είναι η εξήςτρόπος:

• Σχεδιασμός ή επιλογή τελικού μοντέλου. Σήμερα, η καρίνα σχεδιάζεται (κυρίως) σε πλήρως αυτόματη λειτουργία, χωρίς τη συμμετοχή «ανθρώπινων» προγραμματιστών.
• Κοπή χρησιμοποιημένων υλικών, που πραγματοποιείται επίσης σε αυτόματη λειτουργία.
• Στην αυτόματη λειτουργία, τοποθετούνται οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της καρίνας και των δομικών της μερών.
• Η τοποθέτηση στρώσεων πραγματοποιείται με ρομποτικούς μηχανισμούς που ελέγχονται από ένα πρόγραμμα υπολογιστή.

Επιπλέον, η σύγχρονη προσέγγιση στην παραγωγή καρίνας προτείνει τα εξής:

• Συνεχής κατασκευή πρωτοτύπων που δοκιμάζονται κάτω από τις πιο δύσκολες συνθήκες.
• Αναπτύσσονται τεχνολογίες μη καταστροφικών δοκιμών που επιτρέπουν τη συνεχή παρακολούθηση της κατάστασης της καρίνας σε ένα αεροσκάφος.

Προηγμένες μέθοδοι για τη δημιουργία της ουράς μονάδας του αεροσκάφους MS-21

Στο όχι και τόσο μακρινό παρελθόν, η αεροπορική βιομηχανία έμεινε κυριολεκτικά έκπληκτη από την ανακοίνωση εγχώριων κατασκευαστών ότι αναπτύσσουν ένα εντελώς νέο αεροσκάφος, το MS-21. Το ασυνήθιστο είναι ότι για σχεδόν τις τελευταίες τρεις δεκαετίες αυτό είναι το πρώτο αυτοκίνητο εσωτερικού για πτήσεις εντός της χώρας. Κατά την κατασκευή του, δοκιμάστηκαν πολλές από τις πιο πρόσφατες τεχνολογίες, οι οποίες επηρέασαν σε μεγάλο βαθμό τα καινοτόμα χαρακτηριστικά της καρίνας και ολόκληρου του συγκροτήματος ουράς.

Αναπτύσσοντας και κατασκευάζοντας το κισσόνι της καρίνας του αεροσκάφους MS-21, οι εγχώριοι ειδικοί κατάφεραν να επιτύχουν τα εξής:

• Πλήρης αυτοματισμός κοπής όλων των εξαρτημάτων και πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή. Λόγω αυτού, ήταν δυνατό να επιτευχθεί τουλάχιστον 50% μείωση στο συνολικό κόστος ολόκληρης της μονάδας ουράς και ιδιαίτερα της καρίνας.
• Το λογισμικό ProDirector χρησιμοποιείται στην παραγωγή της μονάδας ουράς, το οποίο σας επιτρέπει να επιτύχετε τέλεια ακρίβεια στην επεξεργασία των εξαρτημάτων. Αυτό καθιστά δυνατή τη δημιουργία όχι μόνο ισχυρών, αλλά και εξαιρετικά ελαφριών καρίνας.
• Επίσης, η καρίνα ενός σύγχρονου αεροσκάφους δημιουργείται χρησιμοποιώντας τεχνικές διπλής καμπυλότητας. Χάρη σε αυτά, είναι δυνατό να επιτευχθεί πάχος πολλαπλών κατευθύνσεων σε εκείνες τις περιοχές όπου απαιτείται πρόσθετη δομική ενίσχυση (κάτω από την καρίνα του αεροσκάφους).
• Ακόμη και μεγάλα μέρη της καρίνας σήμερα μπορούν να «τηγανιστούν» σε ειδικά αυτόκλειστα. Το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά ισχυρά και άκαμπτα εξαρτήματα που μπορούν να αντέξουν φορτία οποιουδήποτε βαθμού.
• Ο έλεγχος της γεωμετρίας των εξαρτημάτων ελέγχεται επίσης από πολύπλοκα ηλεκτρονικά συστήματα.

Άλλες δυνατότητες

Λόγω της χρήσης νέων τεχνολογιών και τεχνικών, η ένταση εργασίας για τη δημιουργία της μονάδας ουράς και της καρίνας μειώθηκε κατά 50-70%. Σήμερα, περισσότερα από τέσσερις χιλιάδες μέρη της μονάδας καρίνας και ουράς έχουν περάσει δοκιμές κατάστασης.

Το κύριο επίτευγμα είναι η ανάπτυξη μιας αξιόπιστης και απλής τεχνολογίας για την παραγωγή εξαρτημάτων κιβωτίων καρίνας διαστάσεων 7,6 x 2,5 μ. Προς το παρόν, έχουν ήδη αρχίσει να παραδίδονται στο εργοστάσιο αεροπορίας του Ιρκούτσκ. Είναι κατασκευασμένα από σύγχρονα σύνθετα υλικά και τα χαρακτηριστικά αυτής της διαδικασίας έχουν ήδη προσελκύσει το ενδιαφέρον κορυφαίων ξένων κατασκευαστών εξοπλισμού αεροπορίας.

Σύγχρονα Θέματα

Γιατί αφιερώσαμε τόσο πολύ χρόνο συζητώντας για σύγχρονους τρόπους σχεδίασης και κατασκευής καρίνας; Γεγονός είναι ότι από τη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα κατέστη απολύτως σαφές ότι μια περαιτέρω αύξηση στην απόδοση ταχύτητας των αεροσκαφών είναι δυνατή μόνο εάν αυξηθεί η αντοχή τους και εισαχθούν στην παραγωγή εντελώς νέοι τύποι πολυμερών υλικών. Το πρόβλημα με τα αεροσκάφη τελευταίας γενιάς είναι ότι ο σχεδιασμός τους (και ειδικότερα η καρίνα) είναι ιδιαίτερα επιρρεπής στην «κούραση». Εξαιτίας αυτού, περίπου στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα, αναπτύχθηκαν πολυάριθμες μέθοδοι για την παρακολούθηση της κατάστασης του φτερού και της ουράς.

Οι απαιτήσεις παραγωγής είναι επίσης υψηλές. Κάθε παρτίδα εξαρτημάτων υπόκειται στις πιο σοβαρές υπερφορτώσεις στα δονητικά σταντ, που ελέγχονται από θερμοκρασίες και πίεση. Και αυτό δεν προκαλεί έκπληξη, καθώς η παραμικρή ρωγμή είναι στη συνέχεια γεμάτη με το θάνατο εκατοντάδων επιβατών.

Μάθατε λοιπόν πού είναι η καρίνα του αεροπλάνου και σε τι χρησιμεύει!