Onde está a quilla do avión? Avión de Keel: construción

Mesmo unha persoa que nunca vira o mar antes, seguramente coñece as palabras de separación: "Sete pés baixo a quilla". E non hai preguntas. A quilla do barco é a parte máis importante constructiva, na que se adxuntan moitos detalles do casco. Pero alguén sabe onde está situada a quilla da aeronave e con que efecto?

¿Que é?

Este é o "órgano" de estabilidade, que lle permite manter a aeronave nun determinado curso. A diferenza dos buques, a quilla do avión é parte integrante das plumas da cola vertical. ¡Na parte inferior do fuselaje, non hai quilla nas aeronaves! Pero hai unha sutileza. O feito é que esta parte está estrechamente ligada aos elementos de potencia do fuselaje, pero debido a iso hai algo común no mar e no aire. Entón, onde está a quilla do avión? Simplemente, esta é a parte vertical da cola.

Sitúase inmóbil, fixado en tres puntos, liña axial simétrica do avión. Parece un trapezoide ideal. Normalmente, a quilla da aeronave consiste en espartas, costelas e pel. Este esquema é clásico, pouco cambiado desde a aparición do primeiro avión. O bastón frontal está inclinado (como regra).

Diagramas de deseño

Na maioría das veces, a quilla é única, pero nalgúns casos faise dobre e ata triplo (en bombas impulsadas por propulsores). Neste último caso, é necesario asegurar un alto nivel de estabilidade da máquina pesada. Por certo, todos os avións na localización da quilla divídense en tres tipos:

• Construído de acordo co esquema normal. Isto é, por exemplo, a quilla da A321.
• "Patos", é dicir, avións, nos que a cola horizontal da quilla está situada diante das ás.
• "Tails". Desde a quilla só hai cola vertical, os alerones horizontais están completamente ausentes.

Por suposto, as dúas últimas variedades son máis características para a "comunidade" dos avións militares, posto que unha colocación de quilla é necesaria para que a aeronave sexa particularmente altamente maniobrable.

Nalgúns casos utilízanse construcións aínda máis complexas. Por exemplo, as crestas podkilevye (son as mesmas que as carinhas perforadas). Utilízanse nalgúns avións supersónicos, onde o mantemento da estabilidade ideal durante o voo é vital. Así, baixo a quilla da aeronave (aquí é onde xa o descubrimos) hai un influxo adicional e masivo. Máis común é a situación na que a cola horizontal da cola xeralmente ten que ser transportada ata a parte superior da quilla. Isto ocorre se os motores están instalados na popa do avión. Un esquema similar, por exemplo, pode verse en avións domésticos de carga e pasaxeiros Il.

Para que serve?

Como sabes, o tempo sen vento é unha rareza incrible, que non ocorre con máis frecuencia que unha vez ao ano. Na maioría dos casos, hai un vento, ea súa forza e dirección poden ser radicalmente diferentes. Cando o avión voa, as ráfagas de vento poden afectar fortemente a dirección eo rumbo. O avión debe estar deseñado para regresar a unha posición estable por conta propia. Só neste caso é posible un voo seguro.

Obxectivo principal

A regra principal de construír a quilla é colocar-lo para que non caia baixo ningunha condición no ronsel do á. En caso contrario, é posible unha forte violación da estabilidade do tipo de cambio e nas situacións máis severas - deformación física e destrución de toda a unidade de cola. Así, o propósito principal da quilla é a preservación da estabilidade da rastexa.

O deseño de moitos avións é tal que esta parte é móbil. Ao axustar a magnitude da deflexión da quilla, a tripulación controla a dirección do rumbo. A excepción é unha aeronave militar, na que os motores cun vector de empuje controlado son responsables de cambiar a dirección do voo. No seu caso, facer un avión de quilla en movemento (foto que está no artigo) é estúpido, xa que a sobrecarga durante a manobra é tal que simplemente colapsa.

Que tipos de estabilidade fornece a quilla?

Existen tres tipos de estabilidade, por razóns de conservación das que se inclúe a quilla no deseño da aeronave:

• Rastrexar.
• Longitudinal.
• Transversal.

Trataremos con máis detalle todas estas variedades. Así, a estabilidade da estrada. Cómpre recordar que, en caso de perda de estabilidade longitudinal do fuselaje en voo, a aeronave continuará voando por algún tempo debido á forza inercial. Despois diso, o fluxo aéreo comeza a correr na parte traseira do avión, que se atopa detrás do centro de gravidade. A quilla neste caso impide a aparición dunha forza de rotación que forza a rotación da aeronave sobre o eixe.

Estabilidade longitudinal. Supoña que unha aeronave voa en modo normal, o centro de gravidade coincide co centro de aplicar presión ao seu fuselaje. Neste punto, o seu fuselaje tamén opera forzas multidireccionais que buscan despregar o corpo da aeronave. A forza de elevación e a gravidade actúan simultaneamente. A quilla do avión (unha foto deste detalle que verá no artigo) proporciona un equilibrio que, neste caso en particular, é moi inestable. Voo normal sen aletas de quilla, quilla e estabilizadores non é posible.

Outros tipos de estabilidade

Estabilidade transversal. En xeral, este factor é unha extensión lóxica da propiedade anterior. Cando os estabilizadores de á esquerda e cruz da quilla actúan en direccións opostas, "intentan" derrubar o avión. Isto é contrarrestado pola forma das ás: se os mire de lonxe, semellan a letra "U" con "cornos" altamente dilatados. Este formulario proporciona unha corrección independente da posición da aeronave no espazo. Kiel á vez axuda a manter a estabilidade lateral.

Teña en conta que en avións cun barrido arrasado do á, a necesidade de quilla non é tan grande ... a altas velocidades. Se cae, entón a acumulación de forzas de contraacción ocorre nunha progresión xeométrica. Polo tanto, para estas máquinas, a quilla máis durable e lixeiro é moi importante, o que pode resistir cargas tan altas. E como se pode recibir? Falemos sobre iso.

Características da creación de avións modernos

Actualmente, os expertos de Rosaviatsia e os seus colegas estranxeiros están centrados na creación de pezas de aeronaves (incluída a quilla) a partir de pezas de grande porte feitas cos recentes materiais compostos.

A porcentaxe destes compostos no deseño de aeronaves modernas está crecendo constantemente. Segundo a información dos especialistas, a súa fracción de volume xa alcanza do 25% ao 50% e os pequenos avións non comerciais poden estar compostos de plástico e composites nun 75% en total. Por que tal enfoque volveuse tan estendido na aviación? O feito é que a mesma quilla do avión Boeing, feita de "aliaxes" de polímeros, ten un peso moi baixo, forza moi alta e un recurso que, usando materiais estándar, é simplemente irreal.

Materiais Básicos

O uso máis xustificado dos compostos no deseño non é só a aleta de cola, senón tamén as ás e os elementos de poder do fuselaje, que non só deben ser moi fortes, pero tamén o suficientemente flexibles. Se non, a probabilidade de fallo estrutural baixo a influencia das cargas de voo non se descarta.

Pero non sempre era así. Así, o orgullo da construción de avións soviéticos, o Tu-160, o Cisne Branco ou o Black Jack, ten unha quilla de ... aleaciones de titanio. Un material tan específico e extremadamente caro foi elixido debido ás enormes cargas sobre o deseño desta máquina, que ata o día conserva o título do bombardeiro máis pesado en servizo. Pero aínda así a aproximación cardinal á creación da quilla é unha rareza, polo que os diseñadores de hoxe adoitan ter que tratar con materiais compostos máis sinxelos.

Que tarefas tes que resolver ao crear unha quilla composta?

No proceso de desenvolvemento, os deseñadores domésticos tiveron que resolver unha serie de problemas complexos:

• Realizouse a creación de partes grandes da quilla e outras ferramentas de fibra de carbono mediante o método de infusión.
• Ademais, era necesario repensar e volver a equiparar case por completo as principais fases de produción, que non estaban deseñadas para o uso de materiais compostos.

Outras características

No proceso de produción, introdúcese o último software (FiberSim), que permite alcanzar os niveis de automatización máis altos posible. Ademais, agora a quilla do avión, cuxa construción está descrita no artigo, pódese fabricar usando tales tecnoloxías, onde prácticamente non hai debuxos. A produción desta parte con este enfoque é a seguinte:

• Deseñando ou seleccionando un modelo acabado. Hoxe a quilla (na súa maioría) está proxectada dun modo totalmente automático, sen a participación de desenvolvedores "humanos".
• Corte de materiais usados, tamén realizado en modo automático.
• No modo automático, establécense as materias primas utilizadas para a quilla e as súas partes estruturais.
• A colocación de capas lévase a cabo mediante mecanismos robóticos controlados por un programa informático.

Ademais, a aproximación moderna á produción de quillas suxire o seguinte:

• Producción constante de prototipos, que son probados nas condicións máis severas.
• As tecnoloxías de proba non destrutivas son desenvolvidas, que permiten o seguimento constante da condición da quilla no avión.

Métodos avanzados para crear a cola dun avión "MS-21"

No pasado non moi afastado, a industria da aviación quedou atontada literalmente polo anuncio de desarrolladores domésticos de que estaban a desenvolver un avión totalmente novo, o MS-21. É raro que en case as últimas tres décadas sexa o primeiro automóbil doméstico para voos nacionais. Na súa fabricación, probáronse moitas novas tecnoloxías que, en moitos aspectos, tocaban as características innovadoras da quilla e o empennage de toda a cola.

Desenvolvendo e liberando a aeronave caisson "MS-21", os especialistas nacionais lograron o seguinte:

• Automatización completa de corte de todas as pezas e materias primas utilizadas na produción. Debido a isto, foi posible acadar unha redución do 50% no custo total de todas as aletas de cola e, en particular, a quilla.
• Na produción de aletas de cola, utilízase o programa ProDirector, que permite acadar a precisión ideal no mecanizado das pezas. Isto fai posible crear non só quillas fortes, pero extremadamente lixeiras.
• Ademais, a quilla dunha aeronave moderna créase usando técnicas de dobre curvatura. Grazas a eles, é posible acadar un espesor multidireccional nas zonas onde se necesita un reforzo adicional da estrutura (baixo a quilla das aeronaves).
• Incluso as grandes partes da quilla poden agora ser "asadas" en autoclaves especiais. Como resultado, obtéñense compoñentes extremadamente duradeiros e ríxidos, con carga de calquera grao.
• O control da xeometría das pezas tamén está controlado por sistemas computarizados complexos.

Outras características

Grazas ao uso de novas tecnoloxías e técnicas, o traballo de creación de cola e cola reduciuse nun 50-70%. Hoxe, máis de catro mil partes da unidade de quilla e cola pasaron por probas estatais.

O principal logro foi o desenvolvemento dunha tecnoloxía fiable e sinxela para a produción de quillas do tamaño da quilla de 7.6 x 2.5 m. Na actualidade, xa foron subministrados á fábrica de Irkutsk Aviation. Están feitos de materiais compostos modernos e as peculiaridades deste proceso xa foron de interese para os principais fabricantes de avións estranxeiros.

Problemas actuais

Por que pasamos tanto tempo discutindo formas modernas de deseñar e construír unha quilla? O feito é que, mesmo desde os anos 60 do século pasado, quedou finalmente claro que o aumento do rendemento das aeronaves só é posible se aumentan a súa forza e introducen novas variedades de materiais poliméricos en produción. O problema da última xeración de avións é que o seu deseño (e quilla en particular) é altamente susceptible a "fatiga". Debido a isto, na década de 1970 desenvolveron numerosas técnicas para controlar o estado das ás e cola.

Os requisitos para a produción tamén son elevados. Cada lote de detalles está suxeito a sobrecargas severas en soportes vibrantes, probado por temperaturas e presións. E iso non é sorprendente, xa que a menor fenda está posteriormente chea coa morte de centos de pasaxeiros.

Entón descubrir onde está o avión de quilla e por que é necesario.