Kde je kýl lietadla? Kýl lietadla: dizajn

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Dokonca aj človek, ktorý nikdy nevidel more, pravdepodobne pozná slovo na rozlúčku: "Sedem stôp pod kýlom." A tu nie sú žiadne otázky. Kýl lode je najdôležitejšou konštrukčnou časťou, na ktorej sú pripevnené mnohé časti jej trupu. Ale vie niekto, kde sa nachádza kýl lietadla a na čo slúži?

Čo je toto?

Toto je „orgán“stability, ktorý vám umožňuje udržať lietadlo v danom kurze. Na rozdiel od lodí je kýl lietadla neoddeliteľnou súčasťou zvislej chvostovej plutvy. V spodnej časti trupu nie je žiadny kýl pre lietadlá! Je tu však jedna jemnosť. Faktom je, že táto časť je pevne spojená s energetickými prvkami trupu, a preto je v námorných a leteckých podmienkach stále niečo spoločné. Kde je teda kýl lietadla? Jednoducho povedané, toto je vertikálna časť chvosta.

Je umiestnený nehybne, upevnený v troch bodoch, symetricky k osi lietadla. Vo vzhľade má tento detail tvar ideálneho lichobežníka. Kýl lietadla sa spravidla skladá z nosníkov, rebier a kože. Táto schéma je klasická, málo zmenenáod objavenia sa prvého lietadla. Predný nosník je umiestnený šikmo (spravidla).

Layouts

Kýl je najčastejšie jednoduchý, ale v niektorých prípadoch sa vyrába dvojitý alebo dokonca trojitý (na vrtuľových bombardéroch). V druhom prípade je to potrebné na zabezpečenie vysokej smerovej stability ťažkého stroja. Mimochodom, všetky lietadlá sú rozdelené do troch typov podľa umiestnenia kýlu:

• Postavené podľa bežného vzoru. Taký je napríklad kýl lietadla A321.
• "Kačky", teda lietadlá, v ktorých je horizontálny chvost kýlu umiestnený pred krídlami.
• "Bez chvosta". Z kýlu zostal len zvislý chvost, vodorovné krídelká úplne chýbajú.

Samozrejme, posledné dve varianty sú charakteristické skôr pre „spoločenstvo“vojenských lietadiel, pretože takéto umiestnenie kýlu je nevyhnutné, aby lietadlo malo obzvlášť vysokú manévrovateľnosť.

V niektorých prípadoch sa používajú aj zložitejšie návrhy. Napríklad podkýlové hrebene (sú to aj brušné kýly). Používajú sa na niektorých nadzvukových lietadlách, kde je udržanie dokonalej stability počas letu životne dôležité. Pod kýlom lietadla (tu sme už zistili) teda dochádza k dodatočnému a masívnemu prílevu. Častejšia situácia je, keď horizontálne operenie chvosta musí byť vo všeobecnosti prenesené na samý vrchol kýlu. Stáva sa to, ak sú motory inštalované v zadnej časti lietadla. Takýto diagram je možné vidieť naprvnútroštátne nákladné a osobné lietadlo "Il".

Na čo slúži?

Ako viete, pokojné počasie je neuveriteľnou raritou, ktorá sa nevyskytuje viac ako niekoľkokrát do roka. Vo väčšine prípadov je vietor a jeho sila a smer sa môžu dramaticky líšiť. Keď lietadlo letí, nárazy vetra môžu výrazne ovplyvniť smer a kurz. Lietadlo musí byť navrhnuté tak, aby sa samo vrátilo do stabilnej polohy. Iba v tomto prípade je možný bezpečný let.

Hlavný účel

Hlavným pravidlom pri navrhovaní kýlu je umiestniť ho tak, aby za žiadnych okolností nespadol z krídla. V opačnom prípade je možné prudké narušenie smerovej stability a v najťažších situáciách fyzická deformácia a zničenie celej chvostovej jednotky. Hlavným účelom kýlu je teda udržiavať smerovú stabilitu.

Konštrukcia mnohých lietadiel je taká, že táto časť je pohyblivá. Úpravou vychýlenia kýlu posádka riadi smer kurzu. Výnimkou sú vojenské lietadlá, na ktorých sú za zmenu smeru letu zodpovedné motory s riadeným vektorom ťahu. V ich prípade urobiť pohyblivý kýl lietadla (jeho fotka je v článku) je hlúposť, keďže preťaženie pri manévrovaní je také, že sa jednoducho zrúti.

Aký druh stability poskytuje kýl?

Existujú tri typy stability, kvôli ktorým je kýl súčasťou konštrukcie lietadla:

• Track.
• Pozdĺžne.
• Priečne.

Poďme sa všetkým týmto odrodám venovať podrobnejšie. Takže smerová stabilita. Treba pamätať na to, že v prípade straty pozdĺžnej stability trupu za letu bude lietadlo ešte nejaký čas lietať vpred vplyvom zotrvačnej sily. Potom prúd vzduchu začne prúdiť do zadnej časti lietadla, ktorá leží za ťažiskom. Kýl v tomto prípade zabraňuje vzniku rotačnej sily, ktorá núti lietadlo otáčať sa okolo svojej osi.

Pozdĺžna stabilita. Predpokladajme, že lietadlo letí v normálnom režime, ťažisko sa zhoduje so stredom pôsobenia tlaku na jeho trup. Na jeho trup v tomto momente pôsobia aj viacsmerné sily, ktoré majú tendenciu rozmiestňovať telo lietadla. Zdvih a gravitácia pôsobia súčasne. Kýl lietadla (fotku tejto časti uvidíte v článku) zabezpečuje rovnováhu, ktorá je v tomto konkrétnom prípade veľmi nestabilná. Normálny let bez chvosta, kýlu a stabilizátorov je nemožný.

Iná udržateľnosť

Stabilita v šmyku. Vo všeobecnosti je tento faktor logickým pokračovaním predchádzajúcej vlastnosti. Pri pôsobení viacsmerných síl na krídlo a bočné stabilizátory kýlu sa „snažia“lietadlo prevrátiť. Tvar krídel tomu bráni: ak sa na ne pozriete z diaľky, pripomínajú písmeno „U“so silne oddelenými hornými „rohmi“. Tento formulár poskytuje samoopravu polohylietadlá vo vesmíre. Kýl pomáha udržiavať bočnú stabilitu.

Všimnite si, že lietadlá so šípovými krídlami nepotrebujú toľko kýlu…pri vysokých rýchlostiach. Ak klesne, rast protiakčných síl nastáva exponenciálne. Preto je pre tieto stroje veľmi dôležitý čo najodolnejší a najľahší kýl, ktorý odolá tak vysokej záťaži. A ako ho môžete získať? Poďme sa o tom porozprávať.

Funkcie vytvárania moderných lietadiel

V súčasnosti sa špecialisti Rosaviation a ich zahraniční kolegovia zameriavajú na vytváranie leteckých dielov (vrátane kýlu) z veľkých dielov vyrobených z najnovších kompozitných materiálov.

Podiel týchto zlúčenín v dizajne moderných lietadiel neustále rastie. Podľa informácií odborníkov ich objemový podiel už teraz dosahuje od 25 % do 50 % a malé nekomerčné lietadlá môžu pozostávať z plastu a kompozitov aj zo 75 %. Prečo je tento prístup v letectve taký rozšírený? Faktom je, že rovnaký kýl lietadla Boeing, vyrobený z polymérových „zliatin“, má veľmi nízku hmotnosť, veľmi vysokú pevnosť a zdroje, ktoré je jednoducho nereálne dosiahnuť použitím štandardných materiálov.

Hlavné materiály

Najoprávnenejšie použitie kompozitov pri konštrukcii nielen chvosta, ale aj krídel a výkonových prvkov trupu, ktoré musia byť nielen veľmi pevné, ale aj dostatočneflexibilné. V opačnom prípade nemožno vylúčiť pravdepodobnosť deštrukcie konštrukcie pôsobením letového zaťaženia.

Ale nebolo to vždy takto. Takže pýcha sovietskeho leteckého priemyslu, lietadlo Tu-160, známe aj ako Biela labuť alebo Blackjack, má kýl vyrobený z … zliatin titánu. Takýto špecifický a mimoriadne drahý materiál bol zvolený kvôli enormnému namáhaniu kladenému na konštrukciu tohto stroja, ktorý si dodnes drží titul najťažšieho bombardéra v prevádzke. No predsa len je takýto radikálny prístup k vytvoreniu kýlu zriedkavý, a preto sa dnes dizajnéri musia oveľa častejšie potýkať s jednoduchšími kompozitnými materiálmi.

Akým výzvam čelíte pri vytváraní kompozitného kýlu?

Počas procesu vývoja museli domáci dizajnéri vyriešiť celý rad zložitých úloh:

• Bolo vypracované vytvorenie veľkorozmerných častí kýlu a iného vybavenia z uhlíkových vlákien pomocou infúznej metódy.
• Tiež museli takmer úplne premyslieť a prerobiť hlavné fázy výroby, ktoré neboli navrhnuté na použitie kompozitných materiálov.

Ďalšie funkcie

Do výrobného procesu bol zavedený najnovší softvér (FiberSim), ktorý umožňuje dosiahnuť najvyšší stupeň automatizácie. Okrem toho teraz kýl lietadla, ktorého dizajn je opísaný v článku, môže byť vyrobený pomocou technológií, kde prakticky neexistujú žiadne výkresy. Výroba tejto časti s týmto prístupom je nasledovnáspôsob:

• Navrhovanie alebo výber hotového modelu. Dnes je kýl (väčšinou) navrhnutý v plne automatickom režime, bez účasti „ľudských“vývojárov.
• Rezanie použitých materiálov, tiež vykonávané v automatickom režime.
• V automatickom režime sú rozložené suroviny použité na vytvorenie kýlu a jeho konštrukčných častí.
• Pokladanie vrstiev je vykonávané robotickými mechanizmami riadenými počítačovým programom.

Moderný prístup k výrobe kíl navyše naznačuje nasledovné:

• Nepretržité vytváranie prototypov, ktoré sa testujú v tých najnáročnejších podmienkach.
• Vyvíjajú sa technológie nedeštruktívneho testovania, ktoré umožňujú nepretržité monitorovanie stavu kýlu na lietadle.

Pokročilé metódy na vytvorenie chvostovej jednotky lietadla MS-21

V nie tak dávnej minulosti bol letecký priemysel doslova ohromený oznámením domácich vývojárov, že vyvíjajú úplne nové lietadlo MS-21. Jeho nezvyčajnosťou je, že takmer za posledné tri desaťročia ide o prvé domáce auto na lety v rámci krajiny. Pri jeho výrobe boli testované mnohé z najnovších technológií, ktoré do značnej miery ovplyvnili inovatívne vlastnosti kýlu a celej chvostovej zostavy.

Pri vývoji a výrobe kesónu kýlu lietadla MS-21 domáci špecialisti dokázali dosiahnuť nasledovné:

• Plná automatizácia rezania všetkých dielov a surovín používaných vo výrobe. Vďaka tomu bolo možné dosiahnuť minimálne 50% zníženie celkových nákladov na celú chvostovú jednotku a najmä kýl.
• Pri výrobe chvostovej jednotky sa používa softvér ProDirector, ktorý umožňuje dosiahnuť dokonalú presnosť pri spracovaní dielov. To umožňuje vytvoriť nielen pevné, ale aj extrémne ľahké kýly.
• Kýl moderného lietadla je tiež vytvorený pomocou techník dvojitého zakrivenia. Vďaka nim je možné dosiahnuť viacsmernú hrúbku v tých oblastiach, kde je potrebná dodatočná konštrukčná výstuž (pod kýlom lietadla).
• Dokonca aj veľké časti kíl sa dnes dajú „vyprážať“v špeciálnych autoklávoch. Výsledkom sú extrémne pevné a tuhé komponenty, ktoré vydržia zaťaženie akéhokoľvek stupňa.
• Riadenie geometrie dielov je tiež riadené zložitými počítačovými systémami.

Ďalšie funkcie

Vďaka použitiu nových technológií a techník sa náročnosť vytvárania chvostovej jednotky a kýlu znížila o 50-70%. Dnes prešlo štátnymi skúškami viac ako štyritisíc častí kýlu a chvostovej jednotky.

Hlavným úspechom je vývoj spoľahlivej a jednoduchej technológie na výrobu dielov kýlovej skrine s rozmermi 7,6 x 2,5 m. V súčasnosti sa už začali dodávať do Irkutského leteckého závodu. Vyrábajú sa z moderných kompozitných materiálov a vlastnosti tohto procesu už zaujali popredných zahraničných výrobcov leteckej techniky.

Moderné problémy

Prečo sme strávili toľko času diskusiami o moderných spôsoboch navrhovania a stavby kýlu? Faktom je, že od 60. rokov minulého storočia je úplne jasné, že ďalšie zvyšovanie rýchlostného výkonu lietadiel je možné len vtedy, ak sa zvýši ich pevnosť a do výroby sa zavedú úplne nové typy polymérnych materiálov. Problémom lietadiel najnovších generácií je, že ich konštrukcia (a najmä kýl) je veľmi náchylná na „únavu“. Z tohto dôvodu boli približne v 70. rokoch minulého storočia vyvinuté mnohé metódy na monitorovanie stavu krídla a chvosta.

Požiadavky na výrobu sú tiež vysoké. Každá séria dielov je vystavená najväčšiemu preťaženiu na vibračných stojanoch, testovaných teplotami a tlakom. A to nie je prekvapujúce, pretože najmenšia trhlina je následne plná smrti stoviek cestujúcich.

Takže ste zistili, kde je kýl lietadla a na čo slúži!