Дзе знаходзіцца кіль у самалёта? Кіль самалёта: канструкцыя

Нават чалавек, зроду не бачыў мора, напэўна ведае пажаданне: «Сем футаў пад кілем». І пытанняў тут не ўзнікае. Кіль ў карабля - найважнейшая канструктыўная частка, на якой мацуюцца многія дэталі яго корпуса. Але ці ведае хто-то аб тым, дзе месціцца і для чаго служыць кіль самалёта?

Што гэта такое?

Гэта "орган" устойлівасці, які дазваляе захоўваць лятальным апараце зададзены курс. У адрозненне ад караблёў, кіль самалёта з'яўляецца неад'емнай часткай слаба апярэння хваста. Унізе фюзеляжа ніякага кіля у лятальных машын няма! Але ёсць адна тонкасць. Справа ў тым, што гэтая частка намёртва злучаная з сілавымі элементамі фюзеляжа, а таму нешта агульнае ў марскім і паветраным тэрміне ўсё ж ёсць. Дык дзе знаходзіцца кіль у самалёта? Прасцей кажучы, гэта вертыкальная частка хваста.

Ставіцца ён нерухома, замацоўваецца ў трох кропках, сіметрычных восевай лініі самалёта. На выгляд гэтая дэталь мае форму ідэальнай трапецыі. Як правіла, кіль самалёта складаецца з ланжэронаў, нервюр і ашалёўкі. Схема гэтая класічная, якая мала змянілася з моманту з'яўлення першых самалётаў. Пярэдні лонжерон ставіцца нахільна (як правіла).

схемы размяшчэння

Часцей за ўсё кіль бывае адзінарным, але ў некаторых выпадках яго робяць падвойным і нават патройным (на вінтаматорную бамбавіках). У апошнім выпадку гэта патрабуецца для забеспячэння высокай курсавой ўстойлівасці цяжкай машыны. Дарэчы кажучы, усе самалёты па месцы размяшчэння кіля дзеляцца на тры тыпу:

• Пабудаваныя па нармальнай схеме. Такі, да прыкладу, кіль самалёта А321.
• «Качкі», гэта значыць лятальныя апараты, у якіх гарызантальнае апярэнне кіля размешчана наперадзе крылаў.
• «Бесхвостки». Ад кіля застаецца толькі вертыкальнае апярэнне, гарызантальныя элероны адсутнічаюць цалкам.

Зразумела, апошнія дзве разнавіднасці больш характэрныя для «супольнасці» ваенных самалётаў, так як падобнае размяшчэнне кіля неабходна для надання лятальным апараце асабліва высокай манеўранасці.

У некаторых выпадках выкарыстоўваюць яшчэ больш складаныя канструкцыі. Напрыклад, подкилевые грабяні (яны ж - подфюзеляжный кілі). Яны ўжываюцца на некаторых звышгукавых самалётах, дзе захаванне ідэальнай ўстойлівасці падчас палёту жыццёва неабходна. Такім чынам, пад кілем самалёта (гэта дзе, мы ўжо высветлілі) ёсць дадатковы і масіўны наплыў. Часцей сустракаецца сітуацыя, калі гарызантальнае апярэнне хваста наогул прыходзіцца пераносіць на самы верх кіля. Такое здараецца, калі рухавікі ўстаноўлены ў кармавой частцы самалёта. Падобную схему, да прыкладу, можна ўбачыць на айчынных грузапасажырскіх самалётах "Іл".

Для чаго ён патрэбны?

Як вядома, ціхае надвор'е - неверагодная рэдкасць, якая здараецца не часцей пары раз за год. У большасці выпадкаў вецер ёсць, прычым яго сіла і кірунак могуць кардынальна адрознівацца. Калі самалёт ляціць, парывы ветру могуць моцна ўздзейнічаць на кірунак і курс. Лятальны апарат павінен быць уладкаваны так, каб самастойна вяртацца ў ўстойлівае становішча. Толькі ў гэтым выпадку магчымы бяспечны палёт.

асноўнае прызначэнне

Галоўнае правіла канструявання кіля - размясціць яго так, каб ён ні пры якіх умовах не трапляў у спутную брую ад крыла. У адваротным выпадку магчыма рэзкае парушэнне курсавой устойлівасці, а ў найбольш цяжкіх сітуацыях - фізічная дэфармацыя і разбурэнне ўсяго хваставога апярэння. Такім чынам, асноўнае прызначэнне кіля - захаванне шляхавы ўстойлівасці.

Канструкцыя многіх самалётаў такая, што дэталь гэтая - рухомы. Рэгулюючы велічыню адхіленні кіля, экіпаж кантралюе курсавое кірунак. Выключэнне - ваенныя самалёты, на якіх за змяненне напрамкі палёту адказваюць рухавікі з кантраляваным вектарам цягі. У іх выпадку рабіць рухомы кіль самалёта (фота яго ёсць у артыкуле) па-дурному, так як перагрузкі пры манеўраванні такія, што ён проста разбурыцца.

Якія віды ўстойлівасці забяспечваюцца кілем?

Адрозніваюць тры тыпу ўстойлівасці, дзеля захавання якіх у канструкцыю самалёта ўваходзіць кіль:

• Шляхавая.
• Падоўжная.
• Папярочная.

Разбярэмся з усімі гэтымі разнавіднасцямі падрабязней. Такім чынам, шляхавая ўстойлівасць. Варта памятаць, што ў выпадку страты падоўжнай устойлівасці фюзеляжа ў палёце, самалёт усё роўна працягне некаторы час ляцець наперад за кошт інэрцыйнай сілы. Пасля гэтага паветраны струмень пачынае набегаць на заднюю частку лятальнага апарата, якая ляжыць ззаду цэнтра цяжару. Кіль ў гэтым выпадку перашкаджае ўзнікненню які круціць намаганні, які вымушае самалёт круціцца вакол сваёй восі.

Падоўжная ўстойлівасць. Выкажам здагадку, самалёт ляціць у нармальным рэжыме, цэнтр цяжару супадае з цэнтрам прыкладання ціску да яго фюзеляжа. У гэты момант на яго фюзеляж таксама дзейнічаюць рознанакіраваныя сілы, якія імкнуцца разгарнуць корпус лятальнага апарата. Пад'ёмная сіла і сіла цяжару дзейнічаюць адначасова. Кіль самалёта (фота гэтай дэталі вы ўбачыце ў артыкуле) забяспечвае раўнавагу, якое ў дадзеным канкрэтным выпадку з'яўляецца вельмі няўстойлівым. Нармальны палёт без хваставога апярэння, кіля і стабілізатараў немагчымы.

Над іншымі відамі ўстойлівасці

Папярочная ўстойлівасць. Увогуле-то, гэты фактар з'яўляецца лагічным працягам папярэдняга ўласцівасці. Калі на крыло і папярочныя стабілізатары кіля дзейнічаюць рознанакіраваныя сілы, яны «імкнуцца» перакуліць самалёт. Процідзейнічае гэтаму форма крылаў: калі паглядзець на іх здалёк, то яны нагадваюць літару «У» з моцна разведзенымі верхнімі «рожкамі». Такая форма забяспечвае самастойную карэкцыю палажэнні лятальнага апарата ў прасторы. Кіль пры гэтым дапамагае захаванню папярочнай устойлівасці.

Заўважым, што ў самалётаў з зваротнай стрэлападобнасцю крыла галеча ў кілі не гэтак вялікая ... на высокіх хуткасцях. Калі яна падае, то нарастанне сіл процідзеяння адбываецца ў геаметрычнай прагрэсіі. А таму для гэтых машын вельмі важны максімальна трывалы і лёгкі кіль, які можа супраціўляцца гэтак высокім нагрузак. А як яго можна атрымаць? Раскажам і пра гэта.

Асаблівасці стварэння сучасных самалётаў

У цяперашні час спецыялісты Расавіяцыі і іх замежныя калегі робяць упор на стварэнне дэталяў самалётаў (у тым ліку і кіля) з буйнагабарытных дэталяў, вырабленых з найноўшых кампазітных матэрыялаў.

Доля гэтых злучэнняў у канструкцыі сучасных лятальных апаратаў няўхільна расце. Паводле зьвестак ад спецыялістаў, іх аб'ёмная доля ужо дасягае ад 25% да 50%, а маленькія некамерцыйныя самалёты і зусім могуць складацца з пластыка і кампазітаў на 75%. Чаго такі падыход атрымаў гэтак шырокае распаўсюджванне ў авіяцыі? Справа ў тым, што той жа кіль самалёта «Боінг», выраблены з палімерных «сплаваў», мае вельмі малая вага, вельмі высокую трываласць і такі рэсурс, якога, выкарыстоўваючы стандартныя матэрыялы, дасягнуць проста нерэальна.

асноўныя матэрыялы

Найбольш апраўдана выкарыстанне кампазітаў у канструкцыі не толькі хваставога апярэння, але таксама крылаў і сілавых элементаў фюзеляжа, якія павінны быць не толькі вельмі трывалымі, але і дастаткова гнуткімі. У адваротным выпадку не выключана верагоднасць разбурэння канструкцыі пад дзеяннем палётных нагрузак.

Але так было не заўсёды. Так, гонар савецкага авіябудавання, самалёт «Тую-160», ён жа «Белы лебедзь» або «Блэк-джэк», мае кіль з ... тытанавых сплаваў. Гэтак спецыфічны і надзвычай дарагі матэрыял быў абраны з-за велізарных нагрузак на канструкцыю гэтай машыны, якая да гэтага дня пакідае за сабой тытул самага цяжкага бамбавіка, які стаяў на ўзбраенні. Але ўсё ж такое кардынальны падыход да стварэння кіля - рэдкасць, а таму сёння канструктарам куды часцей даводзіцца мець справу з больш простымі кампазітнымі матэрыяламі.

Якія задачы даводзіцца вырашаць пры стварэнні кампазітнага кіля?

У працэсе распрацоўкі айчынным канструктарам прыйшлося вырашаць цэлы спектр складаных задач:

• Адпрацавана стварэнне буйнагабарытных дэталяў кіля і іншай вугляпластыкавы аснасткі інфузійных спосабам.
• Таксама давялося практычна цалкам пераасэнсоўваць і перааснашчаць асноўныя этапы вытворчасці, якія не былі разлічаны для выкарыстання кампазітных матэрыялаў.

Іншыя асаблівасці

У вытворчы працэс было ўкаранёна найноўшае праграмнае забеспячэнне (FiberSim), якое дазваляе дамагчыся максімальна высокіх ступеняў аўтаматызацыі. Акрамя таго, цяпер кіль самалёта, канструкцыя якога апісана ў артыкуле, можна вырабіць па такіх тэхналогіях, дзе практычна адсутнічаюць чарцяжы. Выраб гэтай дэталі пры такім падыходзе выглядае наступным чынам:

• Праектаванне або выбар гатовай мадэлі. Сёння кіль (пераважна) праектуецца ў цалкам аўтаматычным рэжыме, без удзелу «чалавечых» распрацоўшчыкаў.
• Раскрой выкарыстоўваных матэрыялаў, таксама вядзецца ў аўтаматычным рэжыме.
• У аўтаматычным жа рэжыме вырабляецца выкладка сыравіны, які выкарыстоўваецца пры стварэнні кіля і яго структурных частак.
• Кладка слаёў вядзецца Рабатызаваных механізмамі, што кіруюцца кампутарнай праграмай.

Акрамя таго, сучасны падыход да вытворчасці кіляў мяркуе наступнае:

• Пастаяннае выраб дасведчаных узораў, якія тэстуюцца ў самых жорсткіх умовах.
• Распрацоўваюцца тэхналогіі неразбуральнага кантролю, якія дазваляюць праводзіць пастаянны маніторынг стану кіля на самалёце.

Перадавыя метады стварэння хваставога апярэння самалёта «МС-21»

У не гэтак далёкім мінулым авіяцыйную прамысловасць літаральна ашаламіла заяву айчынных распрацоўшчыкаў пра тое, што яны займаюцца распрацоўкай абсалютна новага самалёта, «МС-21». Яго незвычайнасць у тым, што амаль за тры апошнія дзесяцігоддзі гэта першую айчынную машыну для рэйсаў унутры краіны. Пры яго вырабе былі апрабаваны многія найноўшыя тэхналогіі, якія шмат у чым закранулі інавацыйных асаблівасцяў кіля і ўсяго хваставога апярэння.

Распрацоўваючы і выпускаючы кесон кіля самалёта «МС-21», айчынныя спецыялісты змаглі дамагчыся наступнага:

• Поўнай аўтаматызацыі раскрою ўсіх дэталяў і сыравіны, які выкарыстоўваецца ў вытворчасці. За кошт гэтага ўдалося дасягнуць не менш чым 50% скарачэння агульнай кошту ўсяго хваставога апярэння і ў асаблівасці кіля.
• У вытворчасці хваставога апярэння выкарыстоўваецца праграма ProDirector, якая дазваляе дамагацца ідэальнай дакладнасці пры апрацоўцы дэталяў. Гэта дае магчымасць ствараць не толькі трывалыя, але і гранічна лёгкія кілі.
• Таксама кіль сучаснага самалёта ствараецца з выкарыстаннем методык двайны крывізны. Дзякуючы ім, атрымоўваецца дасягнуць разнонаправленных таўшчыні ў тых зонах, дзе неабходна дадатковае ўзмацненне канструкцыі (пад кілем самалёта).
• Нават буйнагабарытныя дэталі кіля сёння можна «прожаривать» ў спецыяльных аўтаклавах. У выніку атрымліваюцца гранічна трывалыя і жорсткія камплектуючыя, якія вытрымоўваюць нагрузкі любой ступені.
• Кантроль геаметрыі дэталяў таксама праходзіць пад кіраваннем складаных кампутарызаваны сістэм.

Іншыя асаблівасці

Дзякуючы выкарыстанню новых тэхналогій і методык, працаёмкасць стварэння хваставога апярэння і кіля ўдалося знізіць на 50-70%. Сёння дзяржаўныя выпрабаванні прайшло ўжо больш за чатыры тысячы дэталяў кіля і хваставога апярэння.

Галоўнае дасягненне - была распрацавана надзейная і простая тэхналогія выпуску дэталяў кесона кіля памерам 7,6 х 2,5 м. У цяперашні час іх ужо пачалі пастаўляць на Іркуцкі авіяцыйны завод. Вырабляюць іх з сучасных кампазітных матэрыялаў, прычым асаблівасці гэтага працэсу ўжо паспелі зацікавіць вядучых замежных вытворцаў авіяцыйнай тэхнікі.

сучасныя праблемы

Для чаго мы столькі часу правялі, абмяркоўваючы сучасныя спосабы распрацоўкі і пабудовы кіля? Справа ў тым, што яшчэ з 60-х гадоў мінулага стагоддзя стала канчаткова зразумела, што далейшае павелічэнне хуткасных паказчыкаў самалётаў магчыма толькі ў тым выпадку, калі павышаць іх трываласць і ўкараняць у вытворчасць цалкам новыя разнавіднасці палімерных матэрыялаў. Праблема лятальных апаратаў апошніх пакаленняў у тым, што іх канструкцыя (і кіль асабліва) моцна схільная «стомленасці». З-за гэтага прыкладна да 70-м гадам мінулага стагоддзя былі распрацаваны шматлікія методыкі кантролю стану крыла і хваставога апярэння.

Патрабаванні да вытворчасці таксама высокія. Кожную партыю дэталяў падвяргаюць самым жорсткім перагрузкам на вібрацыйных стэндах, адчуваюць тэмпературамі і ціскам. І гэта нядзіўна, бо самая малая трэшчынка пасля багатая гібеллю сотняў пасажыраў.

Вось вы і даведаліся, дзе ў самалёта кіль і для чаго ён патрэбны!