Dizajn zrakoplova: glavni elementi. Projektiranje i izgradnja zrakoplova

Suvremeni prijevoz putnika i tereta jednostavno je nemoguće zamisliti bez zrakoplova. No, iza udobnosti i pokretljivosti ovih "željeznih ptica" su desetljeća razvoja i tisuće neuspješnih pokušaja. Dizajn zrakoplova i njihova konstrukcija bave se najboljim umovima zrakoplovne industrije. Cijena pogreške u ovom polju može biti previsoka. Danas ćemo zaroniti u svijet zrakoplovnog inženjeringa i naučiti od čega se sastoji dizajn zrakoplova.

Opće karakteristike

U klasičnoj verziji zrakoplova je jedrilica (trup, krila, rep, gondola), opremljena elektranom, šasijom i kontrolnim sustavima. Osim toga, sastavni dio suvremenih zrakoplova je avionika (avionika), dizajnirana za kontrolu svih organa i sustava zrakoplova i uvelike pojednostaviti stanje pilota.

Postoje i druge sheme dizajna, ali one su mnogo rjeđe i, u pravilu, u vojnoj zrakoplovnoj industriji. Tako je, primjerice, bombarder B-2 dizajniran prema shemi "letećeg krila". Svijetli predstavnik zrakoplova u Rusiji - borac MiG-29 - izrađen je prema "shemi nosača". U njemu se koncept "trupa" zamjenjuje "tijelom".

Vrste zrakoplova

Ovisno o odredištu, zrakoplovi su podijeljeni u dvije velike skupine: civilne i vojne. Civilni modeli su podijeljeni na strojeve za putnike, teret, obuku i posebne namjene.

Verzije putnika razlikuju se po tome što je većina njihovih trupova zauzeta posebno opremljenom kabinom. Izvana se mogu prepoznati po velikom broju prozora. Putnički zrakoplovi dijele se na: lokalne (leti na udaljenosti manjoj od 2 tisuće km); prosječno (2-4 tisuće km); (velike udaljenosti 4-9 tisuća km); i interkontinentalni (više od 11 tisuća km).

Teretni zrakoplovi su: lagani (do 10 tona tereta), srednji (10-40 tona tereta) i teški (više od 40 tona tereta).

Zrakoplovi posebne namjene mogu biti: sanitarni, poljoprivredni, izviđački, protupožarni i namijenjeni za snimanje iz zraka.

Modeli treninga , odnosno, potrebni su za obuku pilota početnika. U njihovom dizajnu ne mogu biti pomoćni elementi, kao što su sjedala u putničkom prostoru i tako dalje. Isto vrijedi i za eksperimentalne verzije koje se koriste za ispitivanje zrakoplova novog modela.

Vojni zrakoplovi, za razliku od civila, nemaju udobnu kabinu i okna. Cijeli prostor trupa u njima zauzimaju sustavi oružja, izviđačka oprema, komunikacijski sustavi i druge jedinice. Borbeni zrakoplovi podijeljeni su na: borce, bombardere, napadačke zrakoplove, izviđanje, prijevoz, kao i sve vrste vozila posebne namjene.

trup aviona

Trup zrakoplova je glavni dio koji obavlja funkciju nosača. Na nju su pričvršćeni svi strukturni elementi zrakoplova. Vani su: krila s motornim gondolama, repom i podvozjem, a iznutra - kontrolna kabina, tehničke prostorije i komunikacije, te teretna ili putnička kabina, ovisno o priboru plovila. Okvir trupa je sastavljen od uzdužnih (greda i žica) i poprečnih (okvira) elemenata, koji su naknadno obloženi metalnim listovima. U lakim zrakoplovima, umjesto metala koristi se šperploča ili plastika.

Putnička vozila mogu biti uska i široka tijela. U prvom slučaju, promjer poprečnog presjeka kućišta je u prosjeku 2-3 metra, au drugom - šest metara. Zrakoplovi širokog tijela obično imaju dvije palube: gornji je za putnike, a donji za prtljagu.

Prilikom projektiranja trupa posebna se pozornost posvećuje karakteristikama čvrstoće i težini konstrukcije. U tom smislu postoje takve mjere:

1. Oblik zrakoplova je dizajniran tako da je sila podizanja maksimalna, a frontalni otpor zračnim masama je minimalan. Volumen i dimenzije stroja trebaju biti idealno međusobno povezane.
2. Kako bi se povećao efektivni volumen trupa, konstrukcija osigurava najgušći raspored kože i nosive elemente trupa zrakoplova.
3. Nosači elektrane, elementi polijetanja i slijetanja i segmenti krila nastoje učiniti što je moguće jednostavnije i pouzdanije.
4. Mjesta smještaja putnika i osiguranje robe ili potrošnog materijala projektirana su tako da u različitim uvjetima rada zrakoplova njegova ravnoteža ostaje u granicama tolerancije.
5. Prostor za smještaj posade trebao bi omogućiti udobnu kontrolu zrakoplova, pristup glavnim navigacijskim instrumentima i najučinkovitije upravljanje u slučaju nepredviđenih situacija.
6. Raspored zrakoplova obavlja se tako da prilikom servisiranja majstori imaju mogućnost slobodno dijagnosticirati potrebne dijelove i sklopove zrakoplova i, ako je potrebno, popraviti ih.

Trup zrakoplova mora biti dovoljno jak da izdrži opterećenja koja nastaju u različitim uvjetima leta, i to:

1. Opterećenja koja se događaju na točkama pričvršćenja glavnih elemenata trupa (krila, rep, podvozje) tijekom polijetanja i slijetanja.
2. Aerodinamička opterećenja koja se javljaju tijekom leta, uzimajući u obzir rad jedinica, inercijske sile i rad pomoćne opreme.
3. Opterećenja povezana s padovima tlaka do kojih dolazi tijekom preopterećenja leta u hermetički zatvorenim odjeljcima zrakoplova.

krilo

Krila su važan strukturni element svakog zrakoplova. Oni stvaraju silu dizanja potrebnu za let i omogućuju manevriranje. Osim toga, krilo zrakoplova koristi se za smještaj agregata, spremnika za gorivo, priključaka i uređaja za polijetanje i slijetanje. Pravilan odnos težine, krutosti, čvrstoće, aerodinamike i kvalitete izrade ovog konstrukcijskog elementa određuje odgovarajuće letne i operativne karakteristike zrakoplova.

Krilo zrakoplova sastoji se od sljedećih dijelova:

1. Tijelo, koje se sastoji od okvira (spars, stringers i rebara) i oplata.
2. Letvice i preklopi koji omogućuju polijetanje i slijetanje zrakoplova.
3. Presretači i krilca, preko kojih pilot može promijeniti smjer leta zrakoplova.
4. Kočione pločice, zaposlenika za brže zaustavljanje zrakoplova u trenutku slijetanja.
5. Stupovi na kojima su montirane elektrane.

Krilo je pričvršćeno na trup kroz središnji dio - element koji povezuje desno i lijevo krilo i djelomično prolazi kroz trup. Za niske ravnine, središnje krilo se nalazi na dnu trupa, a za visoke ravnine nalazi se na vrhu. U borbenim vozilima može biti potpuno odsutan.

U unutarnjim šupljinama krila (u velikim posudama) obično se ugrađuju spremnici za gorivo. U lakim borbenim zrakoplovima, dodatni spremnici za gorivo mogu se objesiti na posebne konzole.

Strukturno krilo

Strukturno-energetska shema krila trebala bi osigurati otpornost na smicanje, torzijske sile i sile savijanja nastale tijekom leta. Njegova pouzdanost je rezultat korištenja čvrstog okvira izrađenog od uzdužnih i poprečnih elemenata, kao i trajnog oplate.

Uzdužni elementi krilnog okvira prikazani su rasterima i žicama. Sparsi su napravljeni u obliku rešetki ili monolitnih greda. Oni su postavljeni na cijeli unutarnji volumen krila s određenim intervalom. Rampi daju čvrstoći strukture i izjednačavaju utjecaj poprečnih i savijajućih sila koje nastaju u određenom stupnju leta. Stringeri imaju ulogu kompenzatora aksijalne kompresije i napetosti. Oni također izjednačavaju lokalna aerodinamična opterećenja i povećavaju krutost kože.

Poprečni elementi krilnog okvira prikazani su rebrima. U ovom dizajnu, oni mogu biti izrađeni u obliku rešetki ili tankih greda. Rebra određuju profil krila i daju njezinoj površini krutost neophodnu za raspodjelu opterećenja u trenutku formiranja zračnog jastuka. Oni također služe za pouzdanije pričvršćivanje energetskih jedinica.

Kućište krilo ne samo da daje potreban oblik, već i osigurava maksimalnu silu podizanja. Zajedno s ostalim elementima okvira povećava krutost konstrukcije i eliminira učinke vanjskih opterećenja.

Krila zrakoplova mogu se razlikovati u dizajnerskim značajkama i funkcionalnosti kože. Postoje dvije glavne vrste:

1. Spar. Razlikuju se u maloj debljini kože koja tvori zatvorenu petlju s rubovima bočnih elemenata.
2. Monoblok. Glavna količina vanjskog opterećenja raspoređena je po površini debelog sloja oplate koji je fiksiran skupom žica. U ovom slučaju, koža može biti monolitna ili sastavljena od nekoliko slojeva.

Govoreći o dizajnu krila, vrijedi napomenuti da se njegovo pristajanje i naknadno pričvršćivanje moraju provoditi tako da se u konačnici osigura prijenos i raspodjela momenta i momenta savijanja koji se mogu pojaviti u različitim načinima rada zrakoplova.

perje

Otvaranje zrakoplova omogućuje promjenu putanje kretanja zrakoplova. Može biti rep i nos (rjeđe se koristi). U većini slučajeva, repna repa je predstavljena okomitom kobilicom (ili nekoliko kobilica, obično dva) i horizontalnim stabilizatorom koji u konstrukciji podsjeća na manje krilo. Zahvaljujući kobilici, prilagođava se stabilnost tla zrakoplova, odnosno stabilnost duž osi gibanja, a zahvaljujući stabilizatoru - uzdužnom (u nagibu). Horizontalni rep može se postaviti na trupu ili na vrh kobilice. Kobilica se zauzvrat nalazi na trupu. Postoje različite varijante izgleda repnog sklopa, ali u većini slučajeva to izgleda tako.

Neki vojni zrakoplovi dodatno su opremljeni nosom. To je potrebno kako bi se osiguralo pravilno kretanje pri nadzvučnim brzinama.

Elektrane

Motor je bitan element u dizajnu zrakoplova, jer bez njega zrakoplov ne može ni poletjeti. Prvi zrakoplov letjeli su samo kratko vrijeme i mogli su smjestiti samo jednog pilota. Razlog tome je jednostavan - motori s malim pogonom koji ne dopuštaju razvijanje dovoljne vučne sile. Da bi zrakoplovi saznali kako prenijeti stotine putnika i teških tereta, dizajneri cijelog svijeta morali su naporno raditi.

Tijekom cijele evolucije "željeznih ptica" korištene su mnoge vrste motora:

1. Para. Princip rada takvih motora temelji se na pretvaranju energije pare u pokret, koja se prenosi na propeler zrakoplova. Budući da su parni strojevi imali nisku učinkovitost, zrakoplovna industrija ih je koristila vrlo kratko vrijeme.
2. Klip. To su standardni motori s unutarnjim izgaranjem, koji su po izgledu slični automobilskim motorima. Princip njihovog rada sastoji se u prijenosu toplinske energije na mehaničku. Jednostavnost proizvodnje i dostupnost materijala određuju korištenje takvih elektrana na nekim modelima zrakoplova do danas. Unatoč maloj učinkovitosti (oko 55%), ovi motori su svakako popularni zbog svoje nepretencioznosti i pouzdanosti.
3. Reaktivni. Takvi motori pretvaraju energiju intenzivnog izgaranja goriva u potisak potreban za let. danas mlazni motori najčešće se koristi u izgradnji zrakoplova.
4. Plinske turbine. Princip rada ovih motora temelji se na graničnom grijanju i kompresiji plina za izgaranje s ciljem rotacije turbine. Koriste se prvenstveno u vojnim tipovima zrakoplova.
5. Turboprops. Ovo je jedna od podvrsta plinskih turbina. Razlika je u tome što se energija dobivena tijekom rada pretvara u pogon i okreće propeler zrakoplova. Mali dio energije ide u formiranje potisnog mlaza. Takvi se motori uglavnom koriste u civilnom zrakoplovstvu.
6. Potiska. U tim motorima se ostvaruje ubrizgavanje dodatnog zraka potrebnog za potpuno sagorijevanje goriva, što omogućuje postizanje maksimalne učinkovitosti i ekološke prihvatljivosti elektrane. Motori ovog tipa široko se primjenjuju u izgradnji velikih zrakoplova.

Upoznali smo se s glavnim tipovima zrakoplovnih motora. Popis motora koje su dizajneri zrakoplova ikada pokušali instalirati na zrakoplov nije ograničen na ovaj popis. U raznim vremenima bilo je mnogo pokušaja da se stvore sve vrste inovativnih energetskih jedinica. Na primjer, u prošlom stoljeću obavljen je ozbiljan rad na stvaranju atomskih zrakoplovnih motora, koji se nisu ukorijenili zbog velike opasnosti za okoliš u slučaju avionske nesreće.

Motor se obično postavlja na krilo ili trup zrakoplova kroz stup, kroz koji se dovode pogoni, cijevi za gorivo itd. U tom slučaju motor je obučen u zaštitnu gondolu. Tu su i zrakoplovi u kojima je elektrana smještena izravno unutar trupa. Zrakoplov može biti od jednog (An-2) do osam (B-52) motora.

upravljanje

Kontrole zrakoplova nazivaju se kompleksom opreme na brodu, kao i komandnim i izvršnim uređajima. Naredbe se isporučuju iz kokpita, a izvode ih elementi krila i repa. Različite ravnine mogu koristiti različite vrste upravljačkih sustava: ručni, automatizirani i poluautomatski.

Bez obzira na vrstu sustava, radna tijela se dijele na primarne i sekundarne.

Glavno upravljanje . To uključuje radnje koje su odgovorne za podešavanje načina letenja i vraćanje ravnoteže plovila u unaprijed postavljenim parametrima. Glavna upravljačka tijela uključuju:

1. Poluge koje izravno kontrolira pilot (dizala, kormila horizonta, upravljač, komandne ploče).
2. Komunikacije koje služe za spajanje upravljačkih poluga s aktuatorima.
3. Pogoni (stabilizatori, krilca, spojleri, zakrilca i zakrilca).

Dodatno upravljanje . Koristi se samo u načinu polijetanja i slijetanja.

Bez obzira na to je li u projektiranje zrakoplova ugrađeno ručno ili automatsko upravljanje, samo pilot može prikupiti i analizirati informacije o stanju sustava zrakoplova, pokazatelje opterećenja i usklađenost s planom. I što je najvažnije, samo on može donijeti odluku koja je u sadašnjoj situaciji što učinkovitija.

kontrola

Da bi pročitao objektivne informacije o stanju zrakoplova i situaciji u letu, pilot koristi instrumente podijeljene u nekoliko glavnih skupina:

1. Let i navigacija. Koriste se za određivanje koordinata, vertikalnog i horizontalnog položaja, brzine i linearnih odstupanja zrakoplova. Osim toga, ovi instrumenti kontroliraju kut napadaja zrakoplova, rad žiroskopskih sustava i druge važne parametre leta. Na suvremenim zrakoplovima, ovi uređaji su predstavljeni u obliku jedinstvenog kompleksa letenja.
2. Nadzor rada elektrane. Ova skupina instrumenata daje pilotu podatke o temperaturi i tlaku ulja, potrošnji goriva, frekvenciji rotacije radilice i indikatorima vibracija.
3. Instrumenti za praćenje rada dodatne opreme i sustava. Ovaj se kompleks sastoji od instrumenata čiji se senzori mogu naći u svim strukturnim elementima zrakoplova. To su: manometri, pokazatelji pada tlaka u zatvorenim kabinama, pokazivači položaja zakrilaca i tako dalje.
4. Instrumenti za procjenu stanja okoliša. Koriste se za mjerenje vanjske temperature, vlažnosti, atmosferskog tlaka, brzine vjetra i drugih stvari.

Svi uređaji koji služe za praćenje stanja zrakoplova i vanjskog okruženja? prilagoditi se radu u svim vremenskim uvjetima.

Sustavi za slijetanje

Polijetanje i slijetanje vrlo su složene i presudne faze leta. Oni neizbježno uključuju velika opterećenja svih elemenata konstrukcije. Prihvatljivo ubrzanje za podizanje višenamjenskog broda na nebo i blagi dodir piste tijekom njegovog slijetanja osigurava pouzdano dizajnirana pista (šasija). Ovaj je sustav također potreban za parkiranje automobila i njegovo vođenje po zraku.

Stajalište zrakoplova sastoji se od poluge za prigušivanje na kojoj je fiksna kolica s kotačima (umjesto plovaka se koristi plovak). Konfiguracija podvozja ovisi o težini zrakoplova. Najčešće postoje takve opcije za sustav slijetanja:

1. Dvije glavne police i jedna prednja strana (A-320, Tu-154).
2. Tri glavna regala i jedan front (IL-96).
3. Četiri glavna regala i jedan front ("Boeing 747").
4. Dvije glavne police i dvije prednje strane (B-52).

Na ranom zrakoplovu, instalirani su par glavnih potpornja i stražnji kotačić bez postolja (Li-2). Neobična shema šasije također je imala model IL-62, koji je bio opremljen s jednim prednjim stupom, par glavnih stupova i uvlačivim štapom s parom kotača u samom repu. Na prvom zrakoplovu, regali se uopće nisu koristili, a kotači su postavljeni na jednostavne osovine. Kolica s kotačima mogu imati od jednog (A-320) do sedam (An-225) setova kotača.

Kada je zrakoplov na tlu, njegova se kontrola provodi pomoću pogona, koji je opremljen prednjim podvozjem. Za brodove s više motora za tu svrhu može se koristiti diferencijacija načina rada elektrane. Za vrijeme leta podvozje zrakoplova uvlači se u posebno opremljene odjeljke. To je potrebno za smanjenje aerodinamičkog otpora.