Missä on koneen köli? Lentokoneköli: suunnittelu

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Jopa ihminen, joka ei ole koskaan nähnyt merta, tietää luultavasti erosanan: "Seitsemän jalkaa kölin alla." Eikä tässä ole kysymyksiä. Laivan köli on tärkein rakenneosa, johon monet sen rungon osat on kiinnitetty. Mutta tietääkö kukaan missä lentokoneen köli sijaitsee ja mihin se palvelee?

Mikä tämä on?

Tämä on vakauden "elin", jonka avulla voit pitää lentokoneen tietyllä kurssilla. Toisin kuin laivoissa, lentokoneen köli on kiinteä osa pystysuoraa häntäevää. Rungon alaosassa ei ole lentokoneen köliä! Mutta siinä on yksi hienous. Tosiasia on, että tämä osa on tiiviisti kytketty rungon voimaelementteihin, ja siksi meri- ja ilmasuhteissa on edelleen jotain yhteistä. Joten missä on koneen köli? Yksinkertaisesti sanottuna tämä on hännän pystysuora osa.

Se on sijoitettu liikkumattomana, kiinnitettynä kolmeen pisteeseen, symmetrisesti lentokoneen keskiviivaan nähden. Ulkonäöltään tämä yksityiskohta on ihanteellisen puolisuunnikkaan muotoinen. Pääsääntöisesti lentokoneen köli koostuu säleistä, kylkiluista ja ihosta. Tämä malli on klassinen, vähän muutettuensimmäisen lentokoneen ilmestymisestä lähtien. Etuosa on asetettu vinosti (yleensä).

Asettelut

Useimmiten köli on yksittäinen, mutta joissain tapauksissa siitä tehdään kaksinkertainen ja jopa kolminkertainen (potkuripommikoneissa). Jälkimmäisessä tapauksessa tämä on tarpeen raskaan koneen korkean suuntavakauden varmistamiseksi. Muuten, kaikki lentokoneet on jaettu kolmeen tyyppiin kölin sijainnin mukaan:

• Rakennettu normaaliin kuvioon. Tällainen on esimerkiksi A321-koneen köli.
• "Ankat", eli lentokoneet, joissa kölin vaakasuora häntä sijaitsee siipien edessä.
• "Häntätön". Kölistä on jäljellä vain pystysuora häntä, vaakasiivekkeet puuttuvat kokonaan.

Tietenkin kaksi jälkimmäistä lajiketta ovat tyypillisempiä sotilaslentokoneiden "yhteisölle", koska tällainen kölin sijoittelu on tarpeen lentokoneen erityisen hyvän ohjattavuuden saavuttamiseksi.

Joissakin tapauksissa käytetään jopa monimutkaisempia malleja. Esimerkiksi kölin alla olevat harjat (ne ovat myös vatsaköliä). Niitä käytetään joissakin yliäänilentokoneissa, joissa täydellisen vakauden säilyttäminen lennon aikana on elintärkeää. Siten lentokoneen kölin alla (tämän olemme jo havainneet) on ylimääräinen ja massiivinen virtaus. Yleisempi tilanne on, kun hännän vaakasuora höyhenpeite on yleensä siirrettävä kölin yläosaan. Näin tapahtuu, jos moottorit on asennettu lentokoneen takaosaan. Tällainen kaavio on nähtävissä esimkotimainen rahti-matkustajalentokone "Il".

Mihin se on tarkoitettu?

Kuten tiedätte, tyyni sää on uskomaton harvinaisuus, jota tapahtuu vain pari kertaa vuodessa. Useimmissa tapauksissa on tuulta, ja sen voimakkuus ja suunta voivat vaihdella dramaattisesti. Kun lentokone lentää, tuulenpuuskat voivat vaikuttaa suuresti suuntaan ja kurssiin. Lentokone on suunniteltava palaamaan vakaaseen asentoon itsestään. Vain tässä tapauksessa turvallinen lento on mahdollista.

Päätarkoitus

Pääsääntö kölin suunnittelussa on sijoittaa se siten, että se ei missään olosuhteissa putoa siiven perään. Muuten suuntavakauden jyrkkä rikkominen on mahdollista ja vaikeimmissa tilanteissa koko häntäyksikön fyysinen muodonmuutos ja tuhoutuminen. Joten kölin päätarkoitus on säilyttää suuntavakaus.

Monien lentokoneiden rakenne on sellainen, että tämä osa on liikkuva. Säätämällä kölipoikkeamaa miehistö ohjaa kurssin suuntaa. Poikkeuksena ovat sotilaskoneet, joissa ohjatulla työntövoimavektorilla varustetut moottorit vastaavat lentosuunnan muuttamisesta. Heidän tapauksessaan lentokoneen liikkuvan kölin tekeminen (artikkelissa on kuva siitä) on typerää, koska ohjailun aikana ylikuormitukset ovat sellaisia, että se yksinkertaisesti romahtaa.

Millaisen vakauden köli tarjoaa?

Vakavuutta on kolmea tyyppiä, joiden vuoksi köli on sisällytetty lentokoneen suunnitteluun:

• Raita.
• Pitkittäinen.
• Poikittainen.

Käsittelemme kaikkia näitä lajikkeita tarkemmin. Suuntavakaus siis. On syytä muistaa, että jos rungon pituussuuntainen vakaus menetetään lennon aikana, lentokone jatkaa lentämistä eteenpäin jonkin aikaa inertiavoiman vuoksi. Sen jälkeen ilmavirta alkaa virrata lentokoneen takaosaan, joka on painopisteen takana. Köli estää tässä tapauksessa pyörivän voiman esiintymisen, joka pakottaa lentokoneen pyörimään akselinsa ympäri.

Pitkittäinen vakaus. Oletetaan, että lentokone lentää normaalitilassa, painopiste osuu sen runkoon kohdistuvan paineen keskipisteen kanssa. Tällä hetkellä sen runkoon vaikuttavat myös monisuuntaiset voimat, jotka pyrkivät levittämään lentokoneen runkoa. Nosto ja painovoima toimivat samanaikaisesti. Lentokoneen köli (näet valokuvan tästä osasta artikkelissa) tarjoaa tasapainon, joka tässä tapauksessa on erittäin epävakaa. Normaali lento ilman häntää, köliä ja vakauttajia on mahdotonta.

Muu kestävyys

Leikkausvakaus. Yleensä tämä tekijä on looginen jatko edelliselle ominaisuudelle. Kun monisuuntaiset voimat vaikuttavat kölin siipi- ja sivuttaisvakaajiin, ne "yrittävät" kaataa lentokoneen. Siipien muoto vastustaa tätä: jos katsot niitä kaukaa, ne muistuttavat U-kirjainta, jossa on vahvasti erotetut yläsarvet. Tämä lomake tarjoaa paikan itsekorjauksenlentokone avaruudessa. Köli auttaa säilyttämään sivuttaisvakauden.

Huomaa, että pyyhkäisysiipiset lentokoneet eivät tarvitse niin paljon köliä…suurilla nopeuksilla. Jos se putoaa, vastavoimavoimien kasvu tapahtuu eksponentiaalisesti. Siksi näille koneille kestävin ja kevyin köli on erittäin tärkeä, joka kestää niin suuria kuormia. Ja miten saat sen? Puhutaanpa tästä.

Nykyaikaisten lentokoneiden luomisen ominaisuudet

Tällä hetkellä Rosaviationin asiantuntijat ja heidän ulkomaiset kollegansa keskittyvät lentokoneen osien (mukaan lukien kölin) luomiseen uusimmista komposiittimateriaaleista valmistetuista suurista osista.

Näiden yhdisteiden osuus nykyaikaisten lentokoneiden suunnittelussa kasvaa tasaisesti. Asiantuntijoiden tietojen mukaan niiden tilavuusosuus on jo 25–50 prosenttia, ja pienet ei-kaupalliset lentokoneet voivat koostua jopa 75 prosenttia muovista ja komposiiteista. Miksi tämä lähestymistapa on niin yleinen ilmailussa? Tosiasia on, että samalla Boeing-lentokoneen kölillä, joka on valmistettu polymeeriseoksesta, on erittäin alhainen paino, erittäin suuri lujuus ja resurssi, jota on yksinkertaisesti epärealistinen saavuttaa standardimateriaaleilla.

Päämateriaalit

Komposiittien oikeutetuin käyttö paitsi hännän, myös siipien ja rungon voimaelementtien suunnittelussa, joiden tulee olla paitsi erittäin vahvoja myös riittävän vahvojajoustava. Muuten rakenteen tuhoutumisen todennäköisyyttä lentokuormien vaikutuksesta ei voida sulkea pois.

Mutta se ei aina ollut näin. Joten Neuvostoliiton lentokoneteollisuuden ylpeyden, Tu-160-lentokoneen, joka tunnetaan myös nimellä White Swan tai Blackjack, köli on valmistettu … titaaniseoksista. Tällainen spesifinen ja äärimmäisen kallis materiaali valittiin tämän koneen suunnitteluun kohdistuneiden v altavien rasitusten vuoksi, sillä kone on tähän päivään asti säilyttänyt raskaan käytössä olevan pommikoneen tittelin. Mutta silti näin radikaali lähestymistapa kölin luomiseen on harvinainen, ja siksi suunnittelijat joutuvat nykyään käsittelemään yksinkertaisempia komposiittimateriaaleja paljon useammin.

Mitä haasteita kohtaat yhdistelmäkölin luomisessa?

Kehitysprosessin aikana kotimaisten suunnittelijoiden oli ratkaistava useita monimutkaisia tehtäviä:

• Kolin ja muiden hiilikuitulaitteiden suurikokoisten osien luominen infuusiomenetelmällä on työstetty.
• Täytyi myös melkein täysin miettiä ja työstää uudelleen tuotannon päävaiheet, joita ei ollut suunniteltu komposiittimateriaalien käyttöön.

Muut ominaisuudet

Tuotantoprosessiin on otettu uusin ohjelmisto (FiberSim), jonka avulla saavutetaan korkein automaatioaste. Lisäksi nyt lentokoneen köli, jonka suunnittelu on kuvattu artikkelissa, voidaan valmistaa teknologioilla, joissa piirustuksia ei käytännössä ole. Tämän osan valmistus tällä lähestymistavalla on seuraavatapa:

• Suunnittelu tai valmiin mallin valinta. Nykyään köli on (enimmäkseen) suunniteltu täysin automaattisessa tilassa ilman "ihmiskehittäjien" osallistumista.
• Käytettyjen materiaalien leikkaus, myös automaattitilassa.
• Automaattitilassa kölin ja sen rakenneosien luomiseen käytetyt raaka-aineet asetetaan.
• Kerrosten asettaminen tapahtuu tietokoneohjelman ohjaamilla robottimekanismeilla.

Lisäksi nykyaikainen lähestymistapa kölien valmistukseen ehdottaa seuraavaa:

• Rakennamme jatkuvasti prototyyppejä, jotka testataan kovimmissa olosuhteissa.
• Tuhoamatonta testaustekniikkaa kehitetään, mikä mahdollistaa lentokoneen kölin tilan jatkuvan seurannan.

Edistyneet menetelmät MS-21-lentokoneen peräyksikön luomiseen

Ei niin kaukaisessa menneisyydessä ilmailuteollisuus oli kirjaimellisesti hämmästynyt kotimaisten kehittäjien ilmoituksesta, että he kehittävät täysin uutta lentokonetta, MS-21:tä. Sen epätavallisuus on, että tämä on lähes viimeisen kolmen vuosikymmenen ajan ensimmäinen kotimaan lentokone maan sisäisillä lennoilla. Sen valmistuksen aikana testattiin monia uusimpia teknologioita, jotka vaikuttivat suuresti kölin ja koko häntäkokoonpanon innovatiivisiin ominaisuuksiin.

Kehittämällä ja valmistamalla MS-21-lentokoneen köliä kotimaiset asiantuntijat saavuttivat seuraavat:

• Kaikkien tuotannossa käytettyjen osien ja raaka-aineiden leikkauksen täydellinen automatisointi. Tämän ansiosta koko peräyksikön ja erityisesti kölin kokonaiskustannuksissa oli mahdollista saavuttaa vähintään 50 %:n vähennys.
• Tapayksikön valmistuksessa käytetään ProDirector-ohjelmistoa, jonka avulla voit saavuttaa täydellisen tarkkuuden osien käsittelyssä. Tämä mahdollistaa paitsi vahvojen, myös erittäin kevyiden kölien luomisen.
• Lisäksi nykyaikaisen lentokoneen köli on luotu kaksoiskaarevuustekniikoilla. Niiden ansiosta on mahdollista saavuttaa monisuuntainen paksuus niillä alueilla, joissa tarvitaan lisärakenteellista vahvistusta (lentokoneen kölin alla).
• Jopa suuret kölin osat voidaan nykyään "paistaa" erityisissä autoklaaveissa. Tuloksena on erittäin vahvat ja jäykät komponentit, jotka kestävät kaikenasteisia kuormia.
• Osien geometrian ohjausta ohjaavat myös monimutkaiset tietokonejärjestelmät.

Muut ominaisuudet

Uusien teknologioiden ja tekniikoiden käytön ansiosta peräyksikön ja kölin luomisen työvoiman määrä väheni 50-70 %. Nykyään yli neljä tuhatta köli- ja peräyksikön osaa on läpäissyt tilatestit.

Pääsaavutus on luotettavan ja yksinkertaisen tekniikan kehittäminen 7,6 x 2,5 m kokoisten kölikotelon osien tuotantoon. Tällä hetkellä niitä on jo alettu toimittaa Irkutskin ilmailutehtaalle. Ne on valmistettu nykyaikaisista komposiittimateriaaleista, ja tämän prosessin ominaisuudet ovat jo herättäneet johtavien ulkomaisten lentokonevalmistajien kiinnostusta.

Nykyaikaiset ongelmat

Miksi käytimme niin paljon aikaa keskustelemaan nykyaikaisista tavoista suunnitella ja rakentaa köli? Tosiasia on, että viime vuosisadan 60-luvulta lähtien on tullut täysin selväksi, että lentokoneiden nopeussuorituskyvyn lisääminen edelleen on mahdollista vain, jos niiden lujuutta lisätään ja tuotantoon tuodaan täysin uudenlaisia polymeerimateriaaleja. Uusimpien sukupolvien lentokoneiden ongelmana on, että niiden suunnittelu (ja erityisesti köli) on erittäin herkkä "väsymiselle". Tämän vuoksi noin viime vuosisadan 70-luvulla kehitettiin lukuisia menetelmiä siiven ja hännän kunnon seurantaan.

Tuotantovaatimukset ovat myös korkeat. Jokainen osa-erä altistuu kaikkein vakavimmille ylikuormituksille tärinätelineiden lämpötilojen ja paineen perusteella. Ja tämä ei ole yllättävää, koska pieninkin halkeama on myöhemmin täynnä satojen matkustajien kuolemaa.

Joten selvitit missä koneen köli on ja mihin se on tarkoitettu!