Hvor er kølen på flyet? Flykøl: design

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Selv en person, der aldrig har set havet, kender sikkert afskedsordet: "Syv fod under kølen." Og der er ingen spørgsmål her. Kølen af et skib er den vigtigste strukturelle del, hvorpå mange dele af dets skrog er fastgjort. Men er der nogen, der ved, hvor kølen på flyet er placeret, og hvad det tjener til?

Hvad er det her?

Dette er stabilitetens "organ", som giver dig mulighed for at holde flyet på en given kurs. I modsætning til skibe er kølen på et fly en integreret del af den lodrette halefinne. I bunden af skroget er der ingen køl til fly! Men der er en subtilitet. Faktum er, at denne del er tæt forbundet med flykroppens kraftelementer, og derfor er der stadig noget til fælles i havet og luften. Så hvor er kølen på flyet? Kort sagt er dette den lodrette del af halen.

Den er placeret ubevægelig, fikseret i tre punkter, symmetrisk med flyets midterlinje. I udseende har denne detalje form som en ideel trapez. Som regel består kølen på et fly af sparre, ribben og skind. Denne ordning er klassisk, lidt ændretsiden det første fly dukkede op. Den forreste bjælke placeres skråt (som regel).

Layouts

Oftest er kølen enkelt, men i nogle tilfælde er den lavet dobbelt og endda tredobbelt (på propelbombefly). I sidstnævnte tilfælde er dette nødvendigt for at sikre høj retningsstabilitet af den tunge maskine. Alle fly er i øvrigt opdelt i tre typer efter placeringen af kølen:

• Bygget i et norm alt mønster. Sådan er kølen for eksempel på A321-flyet.
• "Ducks", det vil sige fly, hvor den vandrette hale af kølen er placeret foran vingerne.
• "Tailless". Fra kølen er der kun den lodrette hale tilbage, de vandrette ailerons er fuldstændig fraværende.

Selvfølgelig er de to sidstnævnte varianter mere karakteristiske for "fællesskabet" af militærfly, eftersom en sådan placering af kølen er nødvendig for at give flyet særlig høj manøvredygtighed.

I nogle tilfælde bruges endnu mere komplekse designs. For eksempel under-køl-kamme (de er også ventrale køl). De bruges på nogle supersoniske fly, hvor det er vigtigt at opretholde perfekt stabilitet under flyvning. Under kølen på flyet (det er her, har vi allerede fundet ud af) er der således en ekstra og massiv tilstrømning. En mere almindelig situation er, når halens vandrette fjerdragt generelt skal overføres til toppen af kølen. Dette sker, hvis motorerne er installeret bag på flyet. Et sådant diagram kan f.eks. ses iindenrigsfragt-passagerfly "Il".

Hvad er det til?

Som du ved, er roligt vejr en utrolig sjældenhed, der ikke sker mere end et par gange om året. I de fleste tilfælde er der vind, og dens styrke og retning kan variere dramatisk. Når et fly flyver, kan vindstød i høj grad påvirke retningen og kursen. Flyet skal være designet til at vende tilbage til en stabil position på egen hånd. Kun i dette tilfælde er en sikker flyvning mulig.

Hovedformål

Hovedreglen for at designe en køl er at placere den på en sådan måde, at den ikke under nogen omstændigheder falder i kølvandet fra vingen. Ellers er en skarp krænkelse af retningsstabiliteten mulig, og i de mest alvorlige situationer fysisk deformation og ødelæggelse af hele haleenheden. Så hovedformålet med kølen er at opretholde retningsstabilitet.

Designet af mange fly er sådan, at denne del er bevægelig. Ved at justere køludbøjningen styrer besætningen kursretningen. Undtagelsen er militærfly, hvor motorer med en kontrolleret fremdriftsvektor er ansvarlige for at ændre flyveretningen. I deres tilfælde er det dumt at lave en bevægelig køl af flyet (der er et foto af det i artiklen), da overbelastningerne under manøvrering er sådan, at det simpelthen vil kollapse.

Hvilken slags stabilitet giver kølen?

Der er tre typer stabilitet, af hensyn til hvilke kølen er inkluderet i flyets design:

• Spor.
• Længdegående.
• Tværgående.

Lad os behandle alle disse varianter mere detaljeret. Altså retningsstabilitet. Det skal huskes, at i tilfælde af tab af langsgående stabilitet af flykroppen under flyvning, vil flyet stadig fortsætte med at flyve fremad i nogen tid på grund af inertikraft. Herefter begynder luftstrømmen at løbe ind i den bagende del af flyet, som ligger bag tyngdepunktet. Kølen forhindrer i dette tilfælde forekomsten af en roterende kraft, der tvinger flyet til at rotere omkring sin akse.

Stabilitet i længderetningen. Antag, at flyet flyver i normal tilstand, tyngdepunktet falder sammen med trykcentret på dets skrog. I dette øjeblik virker multidirektionelle kræfter også på dets skrog, som har tendens til at udsende flyets krop. Løft og tyngdekraft virker samtidigt. Flyets køl (du vil se et billede af denne del i artiklen) giver balance, som i dette særlige tilfælde er meget ustabil. Normal flyvning uden hale, køl og stabilisatorer er umulig.

Anden bæredygtighed

Forskydningsstabilitet. Generelt er denne faktor en logisk fortsættelse af den tidligere ejendom. Når multidirektionelle kræfter virker på kølens vinge og sidestabilisatorer, "forsøger" de at vælte flyet. Vingernes form modvirker dette: Hvis man ser dem på afstand, ligner de bogstavet "U" med stærkt adskilte øvre "horn". Denne formular giver selvkorrektion af stillingenfly i rummet. Kølen hjælper med at opretholde sidestabilitet.

Bemærk, at fly med fejede vinger ikke har så meget brug for en køl…ved høje hastigheder. Hvis det falder, så sker væksten af modvirkningskræfter eksponentielt. Derfor er den mest holdbare og lette køl meget vigtig for disse maskiner, som kan modstå så høje belastninger. Og hvordan kan du få det? Lad os tale om det her.

Funktioner ved at skabe moderne fly

I øjeblikket fokuserer Rosaviation-specialister og deres udenlandske kolleger på at skabe flydele (inklusive kølen) ud fra store dele lavet af de nyeste kompositmaterialer.

Andelen af disse forbindelser i design af moderne fly vokser støt. Ifølge oplysninger fra eksperter når deres volumenfraktion allerede fra 25% til 50%, og små ikke-kommercielle fly kan endda bestå af plastik og kompositter med 75%. Hvorfor er denne tilgang så udbredt i luftfarten? Faktum er, at den samme køl på et Boeing-fly, lavet af polymer-"legeringer", har en meget lav vægt, meget høj styrke og en ressource, der simpelthen er urealistisk at opnå ved brug af standardmaterialer.

Hovedmaterialer

Den mest berettigede brug af kompositter i designet af ikke kun halen, men også vingerne og flykroppens kraftelementer, som ikke kun skal være meget stærke, men også tilstrækkeligtfleksibel. Ellers kan sandsynligheden for ødelæggelse af strukturen under påvirkning af flyvebelastninger ikke udelukkes.

Men det var ikke altid sådan her. Så stoltheden af den sovjetiske flyindustri, Tu-160-flyet, også kendt som White Swan eller Blackjack, har en køl lavet af … titanlegeringer. Et sådant specifikt og ekstremt dyrt materiale blev valgt på grund af de enorme belastninger, der blev lagt på designet af denne maskine, som den dag i dag bevarer titlen som det tungeste bombefly i drift. Men alligevel er en så radikal tilgang til at skabe en køl sjælden, og derfor er designere i dag nødt til at håndtere simplere kompositmaterialer meget oftere.

Hvilke udfordringer står du over for, når du laver en sammensat køl?

Under udviklingsprocessen skulle indenlandske designere løse en lang række komplekse opgaver:

• Skabelsen af store dele af kølen og andet kulfiberudstyr ved hjælp af infusionsmetoden er blevet udarbejdet.
• Måtte også næsten helt gentænke og ombygge de vigtigste produktionstrin, som ikke var designet til brug af kompositmaterialer.

Andre funktioner

Den nyeste software (FiberSim) er blevet introduceret i produktionsprocessen, hvilket gør det muligt at opnå den højeste grad af automatisering. Derudover kan nu flyets køl, hvis design er beskrevet i artiklen, laves ved hjælp af teknologier, hvor der praktisk t alt ikke er nogen tegninger. Fremstillingen af denne del med denne tilgang er som følgermåde:

• Designe eller vælge en færdig model. I dag er kølen (for det meste) designet i fuldautomatisk tilstand uden deltagelse af "menneskelige" udviklere.
• Skæring af brugte materialer, også udført i automatisk tilstand.
• I den automatiske tilstand er de råmaterialer, der bruges til at skabe kølen og dens strukturelle dele, lagt ud.
• Lægning af lag udføres af robotmekanismer styret af et computerprogram.

Derudover foreslår den moderne tilgang til produktion af køl følgende:

• Bygger løbende prototyper, der testes under de hårdeste forhold.
• Ikke-destruktive testteknologier er ved at blive udviklet, som muliggør kontinuerlig overvågning af køletilstanden på et fly.

Avancerede metoder til at skabe haleenheden på MS-21-flyet

I en ikke så fjern fortid var luftfartsindustrien bogstaveligt t alt chokeret over meddelelsen fra indenlandske udviklere om, at de er ved at udvikle et helt nyt fly, MS-21. Dets usædvanlige er, at dette i næsten de sidste tre årtier er den første indenrigsbil til flyvninger inden for landet. Under fremstillingen blev mange af de nyeste teknologier testet, hvilket i høj grad påvirkede de innovative egenskaber ved kølen og hele halesamlingen.

Ved at udvikle og producere kølekassen på MS-21-flyet var indenlandske specialister i stand til at opnå følgende:

• Fuld automatisering af skæring af alle dele og råmaterialer, der bruges i produktionen. På grund af dette var det muligt at opnå mindst 50 % reduktion i de samlede omkostninger for hele haleenheden og især kølen.
• ProDirector-software bruges i produktionen af haleenheden, som giver dig mulighed for at opnå perfekt præcision i behandlingen af dele. Dette gør det muligt at skabe ikke kun stærke, men også ekstremt lette køl.
• Kølen på et moderne fly er også skabt ved hjælp af dobbeltkrumningsteknikker. Takket være dem er det muligt at opnå multidirektionel tykkelse i de områder, hvor der er behov for yderligere strukturel forstærkning (under kølen på flyet).
• Selv store dele af kølen i dag kan "steges" i specielle autoklaver. Resultatet er ekstremt stærke og stive komponenter, der kan modstå belastninger af enhver grad.
• Styringen af delenes geometri styres også af komplekse computeriserede systemer.

Andre funktioner

På grund af brugen af nye teknologier og teknikker blev arbejdsintensiteten ved at skabe haleenheden og kølen reduceret med 50-70 %. I dag har mere end fire tusinde dele af køl- og haleenheden bestået statstest.

Den vigtigste præstation er udviklingen af en pålidelig og enkel teknologi til produktion af kølboksdele, der måler 7,6 x 2,5 m. På nuværende tidspunkt er de allerede begyndt at blive leveret til Irkutsk Aviation Plant. De er lavet af moderne kompositmaterialer, og funktionerne i denne proces har allerede tiltrukket sig interesse fra førende udenlandske producenter af luftfartsudstyr.

Moderne numre

Hvorfor brugte vi så meget tid på at diskutere moderne måder at designe og bygge en køl på? Faktum er, at siden 60'erne af det sidste århundrede er det blevet helt klart, at en yderligere stigning i flyets hastighedsydelse kun er mulig, hvis deres styrke øges, og helt nye typer polymermaterialer introduceres i produktionen. Problemet med fly af de seneste generationer er, at deres design (og især kølen) er meget modtagelige for "træthed". På grund af dette blev der omkring 70'erne af forrige århundrede udviklet adskillige metoder til at overvåge tilstanden af vingen og halen.

Produktionskravene er også høje. Hvert parti af dele udsættes for de mest alvorlige overbelastninger på vibrationsstandere, testet af temperaturer og tryk. Og det er ikke overraskende, da den mindste revne efterfølgende er fyldt med hundredvis af passagerers død.

Så du fandt ud af, hvor flyets køl er, og hvad det er til!