Дизајн авиона: главни елементи. Дизајн и конструкција авиона

Савремени путнички и теретни транспорт је једноставно немогуће замислити без авиона. Али иза удобности и мобилности ових "гвоздених птица" су деценије развоја и хиљаде неуспјешних покушаја. Дизајн авиона и њихова изградња се баве најбољим умовима авио индустрије. Цена грешке у овом пољу може бити превисока. Данас ћемо заронити у свет авионске технике и сазнати од чега се састоји дизајн авиона.

Опште карактеристике

У класичној верзији авиона је једрилица (труп, крила, реп, гондола), опремљена електраном, шасијом и контролним системима. Поред тога, саставни део модерних авиона је авионика (авионика), дизајнирана да контролише све органе и системе авиона и увелико поједностави стање пилота.

Постоје и друге дизајнерске шеме, али оне су много мање уобичајене и, по правилу, у војној авио индустрији. Тако је, на пример, бомбардер Б-2 дизајниран према шеми "летећег крила". Сјајни представник авиона у Русији - борац МиГ-29 - направљен је по "шеми носача". У њему се концепт "трупа" замјењује "тијелом".

Врсте авиона

У зависности од дестинације, авиони су подељени у две велике групе: цивилне и војне. Цивилни модели су подијељени на путничке, теретне, обучне и специјалне машине.

Верзије путника разликују се по томе што је већи део трупа заузета посебно опремљеном кабином. Извана, могу се препознати по великом броју прозора. Путнички авиони се дијеле на: локално (лети на удаљености мањој од 2 хиљаде км); просечно (2-4 хиљаде км); (велике удаљености 4-9 хиљада км); и интерконтинентални (више од 11 хиљада км).

Теретни авиони су: лагани (до 10 тона терета), средњи (10-40 тона терета) и тешки (више од 40 тона терета).

Авиони за посебне намјене могу бити: санитарни, пољопривредни, извиђачки, ватрогасни и намијењени за снимање из зрака.

Модели обуке , односно, неопходни су за обуку пилота почетника. У њиховом дизајну не могу бити помоћни елементи, као што су седишта у путничком простору и тако даље. Исто важи и за експерименталне верзије, које се користе за тестирање авиона новог модела.

Војни авиони, за разлику од цивила, немају удобну кабину и окна. Цео простор трупа у њима заузимају системи оружја, извиђачка опрема, комуникациони системи и друге јединице. Цомбат аирцрафт подељени су на: борце, бомбардере, нападачке авионе, извиђање, транспорт, као и све врсте возила специјалне намене.

Фуселаге

Труп авиона је главни део који обавља функцију носиоца. На њу су причвршћени сви структурни елементи авиона. Напољу су: крила са моторним гондолама, репом и подвозјем, а изнутра - контролна кабина, техничке просторије и комуникације, као и теретни или путнички простор, у зависности од прибора пловила. Оквир трупа је састављен од уздужних (подупирача и спона) и попречних (оквира) елемената, који су накнадно обложени металним листовима. У лаким авионима користи се шперплоча или пластика умјесто метала.

Путничка возила могу бити уска и широка. У првом случају, пречник попречног пресека кућишта је у просеку 2-3 метра, ау другом - шест метара. Зракоплови широког тијела обично имају двије палубе: горњи је за путнике, а доњи за пртљаг.

Приликом пројектовања трупа, посебна пажња се посвећује карактеристикама чврстоће и тежини конструкције. У том смислу постоје такве мјере:

1. Облик авиона је пројектован тако да је сила подизања максимална, а фронтални отпор ваздушним масама је минималан. Запремина и димензије машине морају бити идеално међусобно повезане.
2. Да би се повећала ефективна запремина трупа, пројектом је предвиђен најгушћи распоред коже и носећих елемената трупа авиона.
3. Носачи електране, елементи за узлијетање и слетање и сегменти крила покушавају да буду што једноставнији и поузданији.
4. Места смештаја путника и обезбеђење робе или потрошног материјала су пројектована тако да у различитим условима рада ваздухоплова његова равнотежа остаје у границама толеранције.
5. Простор за смештај посаде треба да обезбеди удобну контролу авиона, приступ главним навигационим инструментима и најефикасније управљање у случају непредвиђених ситуација.
6. Распоред ваздухоплова одвија се тако да приликом сервисирања мајстори имају могућност да слободно дијагностикују неопходне компоненте и склопове ваздухоплова и, по потреби, да их поправљају.

Труп авиона мора бити довољно јак да издржи оптерећења која се јављају у различитим условима летења, наиме:

1. Оптерећења која се јављају на тачкама причвршћења главних елемената трупа (крила, реп, подвозје) за вријеме полијетања и слијетања.
2. Аеродинамична оптерећења која се јављају током лета, узимајући у обзир рад јединица, инерцијалне силе и рад помоћне опреме.
3. Оптерећења повезана са падовима притиска до којих долази током преоптерећења лета у херметички затвореним одјељцима зракоплова.

Винг

Крила су важан структурни елемент сваког авиона. Они стварају силу подизања потребну за лет и омогућавају маневрирање. Осим тога, крило авиона се користи за смјештај агрегата, резервоара за гориво, прикључака и уређаја за полијетање и слијетање. Правилан однос тежине, крутости, чврстоће, аеродинамике и квалитета израде овог конструктивног елемента одређује одговарајуће летачке и оперативне карактеристике авиона.

Крило авиона састоји се од следећих делова:

1. Тело, које се састоји од оквира (спарс, греде и ребра) и оплата.
2. Летвице и преклопи који омогућују полијетање и слијетање зракоплова.
3. Интерцептори и елерони, преко којих пилот може да промени правац лета авиона.
4. Кочионе плочице, т запосленика за брже заустављање зракоплова у тренутку слијетања.
5. Стубови на којима су монтиране електране.

Крило је причвршћено на труп кроз средишњи дио - елемент који повезује десно и лијево крило и дјеломично пролази кроз труп. За ниске равни, централно крило се налази на дну трупа, а за високе равни се налази на врху. У борбеним возилима може бити потпуно одсутан.

У унутрашњим шупљинама крила (у великим посудама) обично се инсталирају резервоари за гориво. У лаким борбеним авионима, додатни резервоари за гориво могу бити објешени на посебним конзолним носачима.

Структурно крило

Структурно-енергетска схема крила треба да обезбеди отпорност на смицање, торзионе силе и силе савијања које настају током лета. Његова поузданост је захваљујући употреби чврстог оквира направљеног од уздужних и попречних елемената, као и трајног оплата.

Уздужни елементи крилног оквира приказани су растерима и жицама. Спарси су направљени у облику решетки или монолитних греда. Они су постављени на читав унутрашњи волумен крила са одређеним интервалом. Рампи дају структуралну крутост и изједначавају утицај попречних и савијних сила које настају у одређеној фази лета. Стрингери имају улогу компензатора за аксијалну компресију и напетост. Они такође изједначавају локална аеродинамичка оптерећења и повећавају крутост коже.

Попречни елементи крилног оквира приказани су ребрима. У овом дизајну, они могу бити направљени у облику решетки или танких греда. Ребра одређују профил крила и дају његовој површини крутост неопходну за расподелу оптерећења у тренутку формирања ваздушног јастука. Они такође служе за поузданије причвршћивање енергетских јединица.

Кућиште крило не само да даје потребан облик, већ пружа и максималну силу подизања. Заједно са осталим елементима оквира, повећава крутост конструкције и елиминише ефекте спољашњих оптерећења.

Крила авиона могу се разликовати по дизајнерским карактеристикама и функционалности коже. Постоје два главна типа:

1. Спар. Разликују се у малој дебљини коже која формира затворену петљу са рубовима бочних елемената.
2. Моноблоцк. Главна количина спољашњег оптерећења је распоређена по површини дебелог слоја који је фиксиран скупом жица. У овом случају, кожа може бити монолитна или састављена од неколико слојева.

Говорећи о дизајну крила, треба напоменути да се његово пристајање и накнадно причвршћивање морају изводити на такав начин да се на крају осигура пријенос и дистрибуција момента и момента савијања који се могу појавити у различитим начинима рада зракоплова.

Плумаге

Отварање авиона вам омогућава да промените путању његовог кретања. Може бити реп и нос (користи се рјеђе). У већини случајева, репна репа је представљена вертикалном кобилицом (или неколико кобилица, обично два) и хоризонталним стабилизатором, који у конструкцији подсећа на мање крило. Захваљујући кобилици, прилагођава се стабилност тла зракоплова, односно стабилност дуж оси кретања, а захваљујући стабилизатору - уздужном (у нагибу). Хоризонтални реп се може поставити на труп или на врх кобилице. Кобилица је заузврат постављена на трупу. Постоје различите варијанте изгледа репног склопа, али у већини случајева то изгледа тако.

Неки војни авиони су додатно опремљени носом. То је неопходно да би се осигурало правилно кретање при надзвучним брзинама.

Електране

Мотор је битан елемент у конструкцији авиона, јер без њега зракоплов не може чак ни полетјети. Први авион летели су само кратко време и могли су да приме само једног пилота. Разлог за то је једноставан - мотори са малим погоном који не дозвољавају да се развије довољна вучна сила. Да би авион научили како превести стотине путника и тешких терета, дизајнери цијелог свијета морали су напорно да раде.

Током читаве еволуције "гвоздених птица" коришћени су многи типови мотора:

1. Стеам. Принцип рада таквих мотора заснива се на претварању енергије паре у покрет, која се преноси на пропелер авиона. Пошто су парни мотори имали ниску ефикасност, они су били коришћени од стране ваздухопловне индустрије веома кратко.
2. Пистон. То су стандардни мотори са унутрашњим сагоревањем, по дизајну који подсећају на аутомобилске моторе. Принцип њиховог рада састоји се у преносу топлотне енергије на механичку. Једноставност производње и доступност материјала одређују употребу таквих електрана на неким моделима авиона до данас. Упркос малој ефикасности (око 55%), ови мотори су дефинитивно популарни због своје скромности и поузданости.
3. Реактивно. Такви мотори претварају енергију интензивног сагоревања горива у потисак потребан за лет. Данас млазни мотори најчешће се користи у изградњи авиона.
4. Гас турбине. Принцип рада ових мотора заснива се на граничном загревању и компресији гаса за сагоревање, чији је циљ ротирање турбине. Користе се првенствено у војним типовима авиона.
5. Турбопроп. Ово је једна од подврста гасних турбина. Разлика је у томе што се енергија добијена током рада претвара у погон и окреће пропелер авиона. Мали део енергије иде у формирање потисног млаза. Такви мотори се углавном користе у цивилном ваздухопловству.
6. Турбофан. У овим моторима се врши убризгавање додатног ваздуха, неопходног за потпуно сагоревање горива, захваљујући којем је могуће постићи максималну ефикасност и еколошку прихватљивост електране. Мотори овог типа имају широку примену у конструкцији великих авиона.

Упознали смо се са главним типовима авионских мотора. Списак мотора које су пројектанти авиона икада покушали да инсталирају на авиону није ограничен на ову листу. У разним временима било је много покушаја да се створе све врсте иновативних погонских јединица. На пример, у прошлом веку је обављен озбиљан рад на стварању атомских авионских мотора, који се нису укоријенили због велике опасности по животну средину у случају авионске несреће.

Обично се мотор поставља на крило или труп авиона кроз стуб кроз који се доводе погони, цијеви за гориво итд. У овом случају, мотор је обучен у заштитну гондолу. Постоје и авиони у којима се електрана налази директно у трупу. Авион може бити од једног (Ан-2) до осам (Б-52) мотора.

Манагемент

Контроле ваздухоплова називају се комплексом опреме на броду, као и командним и извршним уређајима. Команде се снабдевају из кокпита и изводе се са крилним и репним елементима. Различите равни могу користити различите типове управљачких система: ручни, аутоматизирани и полуаутоматски.

Без обзира на врсту система, радна тијела се дијеле на примарне и секундарне.

Маин манагемент . То укључује радње које су одговорне за подешавање режима летења и враћање баланса пловила у претходно подешеним параметрима. Главна управљачка тијела укључују:

1. Ручице које директно контролише пилот (лифтови, кормила хоризонта, волан, командне плоче).
2. Комуникације које служе за повезивање управљачких полуга са актуаторима.
3. Погони (стабилизатори, крилца, спојлери, закрилца и закрилца).

Додатно управљање . Користи се само у режиму узлијетања и слијетања.

Без обзира да ли је ручно или аутоматско управљање имплементирано у конструкцији авиона, само пилот може прикупити и анализирати информације о стању система зракоплова, показатеље оптерећења и усклађеност са планом. И што је најважније, само он је у стању да донесе одлуку која је што ефикаснија у тренутној ситуацији.

Контрола

Да би прочитао објективне информације о стању авиона и ситуацији у лету, пилот користи инструменте подељене у неколико главних група:

1. Лет и навигација. Користе се за одређивање координата, вертикалног и хоризонталног положаја, брзине и линеарних одступања зракоплова. Поред тога, ови инструменти контролишу угао напада авиона, рад жироскопских система и друге важне параметре лета. На модерним авионима, ови уређаји су представљени у форми једног летно-навигацијског комплекса.
2. Надгледање рада електране. Ова група инструмената даје пилоту податке о температури и притиску уља, потрошњи горива, фреквенцији ротације радилице и индикаторима вибрација.
3. Инструменти за праћење рада додатне опреме и система. Овај комплекс се састоји од инструмената чији се сензори могу наћи у свим структурним елементима авиона. То су: манометри, индикатори пада притиска у затвореним кабинама, индикатори положаја закрилаца и тако даље.
4. Инструменти за процену стања животне средине. Користе се за мерење спољашње температуре, влажности, атмосферског притиска, брзине ветра и других ствари.

Сви уређаји који служе за праћење стања авиона и вањског окружења? прилагодити се раду у свим временским условима.

Ландинг системс

Полетање и слијетање су прилично сложене и пресудне фазе лета. Они неизбежно укључују велика оптерећења свих елемената конструкције. Прихватљиво убрзање за подизање вишенамјенског брода до неба и благи додир писте за вријеме његовог слијетања осигурава поуздано дизајнирана писта (шасија). Овај систем је такође неопходан за паркирање аутомобила и његово таксирање током вожње око аеродрома.

Подвозје ваздухоплова састоји се од полуге амортизера на којој је фиксна колица (за пловке се користи пловак). Конфигурација шасије зависи од тежине авиона. Најчешће постоје такве опције за систем за слетање:

1. Два главна реда и један фронт (А-320, Ту-154).
2. Три главна реда и један фронт (ИЛ-96).
3. Четири главна регала и један фронт ("Боеинг 747").
4. Два главна регала и два предња (Б-52).

На раним авионима, инсталиран је пар главних потпорња и задњи точак без сталка (Ли-2). Неуобичајена схема шасије имала је и модел ИЛ-62, који је био опремљен са једним предњим стубом, пар главних стубова и увлачивим штапом са паром точкова у самом репу. На првом авиону, регали се уопште нису користили, а точкови су постављени на једноставне осовине. Колица на котачима могу имати од једног (А-320) до седам (Ан-225) сетова точкова.

Када је авион на земљи, његова контрола се врши помоћу погона, који је опремљен предњим подвозјем. За бродове с вишеструким моторима у ту сврху може се користити диференцијација начина рада електране. За време лета, подвозје авиона се увлачи у посебно опремљене преграде. Ово је неопходно за смањење аеродинамичког отпора.