کلبه هواپیما کجاست؟ کیل هواپیما: طراحی

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

حتی کسی که هرگز دریا را ندیده است احتمالاً کلمه فراق را می داند: "هفت پا زیر کیل." و هیچ سوالی در اینجا وجود ندارد. کیل کشتی مهمترین قسمت ساختاری است که بسیاری از قسمت های بدنه آن به آن متصل شده است. اما آیا کسی می داند که کیل هواپیما در کجا قرار دارد و چه کاربردی دارد؟

این چیست؟

این "ارگان" پایداری است که به شما امکان می دهد هواپیما را در یک مسیر مشخص نگه دارید. بر خلاف کشتی ها، کیل هواپیما بخشی جدایی ناپذیر از باله دم عمودی است. در پایین بدنه، هیچ کیلی برای هواپیما وجود ندارد! اما یک نکته ظریف وجود دارد. واقعیت این است که این قسمت به طور محکم به عناصر قدرت بدنه متصل است و بنابراین هنوز چیزی مشترک از نظر دریا و هوا وجود دارد. پس کیل هواپیما کجاست؟ به زبان ساده، این قسمت عمودی دم است.

بدون حرکت، ثابت در سه نقطه، متقارن به خط مرکزی هواپیما قرار می گیرد. در ظاهر، این جزئیات شکل یک ذوزنقه ایده آل را دارد. به عنوان یک قاعده، کیل هواپیما از اسپار، دنده و پوست تشکیل شده است. این طرح کلاسیک است، کمی تغییر کرده استاز زمان ظهور اولین هواپیما. اسپار جلو به صورت مایل قرار می گیرد (به طور معمول).

Layouts

بیشتر اوقات، کیل یک نفره است، اما در برخی موارد دو و حتی سه برابر (در بمب افکن های ملخی) ساخته می شود. در مورد دوم، این برای اطمینان از ثبات جهت بالا ماشین سنگین مورد نیاز است. به هر حال، همه هواپیماها با توجه به موقعیت کیل به سه نوع تقسیم می شوند:

• ساخته شده در یک الگوی معمولی. برای مثال، کلاهک هواپیمای A321 چنین است.
• "اردک"، یعنی هواپیمایی که دم افقی کیل در جلوی بالها قرار دارد.
• "بی دم". از کیل، فقط دم عمودی باقی مانده است، هواکش های افقی کاملاً وجود ندارند.

البته، دو نوع اخیر بیشتر مشخصه "اجتماع" هواپیماهای نظامی هستند، زیرا چنین قرار دادن کیل برای ایجاد مانور بالا به هواپیما ضروری است.

در برخی موارد حتی از طرح های پیچیده تری استفاده می شود. به عنوان مثال، تاج های زیر کیل (آنها همچنین کیل های شکمی هستند). آنها در برخی از هواپیماهای مافوق صوت استفاده می شوند که حفظ ثبات کامل در طول پرواز بسیار مهم است. بنابراین، در زیر کیل هواپیما (این جایی است که قبلاً متوجه شده ایم) یک هجوم اضافی و عظیم وجود دارد. یک وضعیت رایج تر زمانی است که پرهای افقی دم به طور کلی باید به بالای کیل منتقل شود. اگر موتورها در عقب هواپیما نصب شوند این اتفاق می افتد. چنین نموداری را می توان، به عنوان مثال، درهواپیمای باری-مسافری داخلی "Il".

برای چیست؟

همانطور که می دانید، آب و هوای آرام یک نادر باورنکردنی است که بیش از چند بار در سال اتفاق می افتد. در بیشتر موارد، باد وجود دارد و قدرت و جهت آن می تواند به طور چشمگیری متفاوت باشد. هنگامی که یک هواپیما در حال پرواز است، وزش باد می تواند تا حد زیادی جهت و مسیر را تحت تاثیر قرار دهد. هواپیما باید طوری طراحی شود که به تنهایی به موقعیت پایدار بازگردد. فقط در این صورت امکان پرواز ایمن وجود دارد.

هدف اصلی

قانون اصلی برای طراحی یک کیل این است که آن را به گونه ای قرار دهید که تحت هیچ شرایطی از بال به دنبال آن نیفتد. در غیر این صورت، نقض شدید پایداری جهت ممکن است و در شدیدترین شرایط، تغییر شکل فیزیکی و تخریب کل واحد دم امکان پذیر است. بنابراین، هدف اصلی کیل حفظ ثبات جهت است.

طراحی بسیاری از هواپیماها به گونه ای است که این قسمت متحرک است. با تنظیم انحراف کیل، خدمه جهت مسیر را کنترل می کنند. استثنا هواپیماهای نظامی است که موتورهایی با بردار رانش کنترل شده وظیفه تغییر جهت پرواز را بر عهده دارند. در مورد آنها، ساختن یک کیل متحرک هواپیما (عکسی از آن در مقاله وجود دارد) احمقانه است، زیرا اضافه بار در حین مانور به گونه ای است که به سادگی فرو می ریزد.

کیل چه نوع ثباتی را فراهم می کند؟

سه نوع پایداری وجود دارد که به خاطر آنها، کیل در طراحی هواپیما گنجانده شده است:

• Track.
• طولی.
• عرضی.

بیایید با جزئیات بیشتر به همه این گونه ها بپردازیم. بنابراین، ثبات جهت. لازم به یادآوری است که در صورت از دست دادن پایداری طولی بدنه در پرواز، هواپیما همچنان به دلیل نیروی اینرسی مدتی به پرواز به جلو ادامه می دهد. پس از آن، جریان هوا به سمت عقب هواپیما که در پشت مرکز ثقل قرار دارد شروع می شود. کیل در این مورد از وقوع نیروی چرخشی که هواپیما را مجبور به چرخش حول محور خود می کند جلوگیری می کند.

پایداری طولی. فرض کنید هواپیما در حالت عادی پرواز می کند، مرکز ثقل با مرکز اعمال فشار به بدنه آن منطبق است. در این لحظه نیروهای چند جهتی نیز بر روی بدنه آن وارد می شوند که تمایل دارند بدنه هواپیما را مستقر کنند. بالابر و گرانش به طور همزمان عمل می کنند. کیل هواپیما (عکسی از این قسمت را در مقاله خواهید دید) تعادل را فراهم می کند که در این مورد خاص بسیار ناپایدار است. پرواز عادی بدون دم، کیل و تثبیت کننده غیرممکن است.

پایداری دیگر

پایداری برشی. به طور کلی این عامل ادامه منطقی خاصیت قبلی است. هنگامی که نیروهای چند جهته بر روی بال و تثبیت کننده های جانبی کیل وارد عمل می شوند، آنها سعی می کنند هواپیما را واژگون کنند. شکل بال ها با این کار مقابله می کند: اگر از دور به آنها نگاه کنید، شبیه حرف "U" با "شاخ های" بالایی جدا از هم هستند. این فرم خود تصحیح موقعیت را فراهم می کندهواپیما در فضا کیل به حفظ ثبات جانبی کمک می کند.

توجه داشته باشید که هواپیماهای با بال جارویی در سرعت های بالا چندان به کیل نیاز ندارند. اگر سقوط کند، رشد نیروهای واکنش متقابل به صورت تصاعدی رخ می دهد. بنابراین، برای این ماشین ها، بادوام ترین و سبک ترین کیل بسیار مهم است که بتواند در برابر چنین بارهای بالایی مقاومت کند. و چگونه می توانید آن را دریافت کنید؟ بیایید در مورد این صحبت کنیم.

ویژگی های ساخت هواپیمای مدرن

در حال حاضر، متخصصان Rosaviation و همکاران خارجی آنها بر روی ایجاد قطعات هواپیما (از جمله کیل) از قطعات بزرگ ساخته شده از جدیدترین مواد کامپوزیت تمرکز کرده اند.

نسبت این ترکیبات در طراحی هواپیماهای مدرن به طور پیوسته در حال افزایش است. طبق اطلاعات کارشناسان، کسر حجمی آنها در حال حاضر از 25٪ به 50٪ می رسد و هواپیماهای کوچک غیر تجاری حتی می توانند تا 75٪ از پلاستیک و کامپوزیت تشکیل شوند. چرا این رویکرد در هوانوردی بسیار گسترده است؟ واقعیت این است که همان کیل هواپیمای بوئینگ، ساخته شده از "آلیاژهای پلیمری"، وزن بسیار کم، استحکام بسیار بالا و منبعی دارد که دستیابی به آن با استفاده از مواد استاندارد غیرواقعی است.

مواد اصلی

موجه ترین استفاده از کامپوزیت ها در طراحی نه تنها دم، بلکه بال ها و عناصر قدرت بدنه نیز که باید نه تنها بسیار قوی، بلکه به اندازه کافی نیز باشد.قابل انعطاف. در غیر این صورت، احتمال تخریب سازه تحت اثر بارهای پروازی را نمی توان رد کرد.

اما همیشه اینطور نبود. بنابراین، غرور صنعت هواپیماسازی شوروی، هواپیمای Tu-160، همچنین به عنوان قو سفید یا بلک جک شناخته می شود، دارای یک کیل ساخته شده از آلیاژهای تیتانیوم است. چنین ماده خاص و بسیار گران قیمتی به دلیل فشارهای زیادی که بر طراحی این دستگاه وارد می شود، انتخاب شد که تا به امروز عنوان سنگین ترین بمب افکن در خدمت را حفظ کرده است. اما با این حال، چنین رویکرد رادیکالی برای ایجاد یک کیل نادر است، و بنابراین امروزه طراحان مجبورند با مواد کامپوزیتی ساده‌تر سروکار داشته باشند.

هنگام ایجاد یک کیل کامپوزیت با چه چالش هایی روبرو می شوید؟

در طول فرآیند توسعه، طراحان داخلی مجبور بودند طیف وسیعی از وظایف پیچیده را حل کنند:

• ایجاد قطعات با اندازه بزرگ از کیل و سایر تجهیزات فیبر کربنی با استفاده از روش تزریق انجام شده است.
• همچنین باید تقریباً به طور کامل در مراحل اصلی تولید که برای استفاده از مواد کامپوزیت طراحی نشده بود تجدید نظر و بازنگری می کرد.

ویژگی های دیگر

آخرین نرم افزار (FiberSim) وارد فرآیند تولید شده است که امکان دستیابی به بالاترین درجه اتوماسیون را فراهم می کند. علاوه بر این، اکنون میله هواپیما، که طراحی آن در مقاله توضیح داده شده است، می تواند با استفاده از فناوری هایی که عملاً هیچ نقشه ای وجود ندارد، ساخته شود. تولید این قطعه با این رویکرد به شرح زیر می باشدراه:

• طراحی یا انتخاب مدل تمام شده. امروزه، کیل (بیشتر) در حالت کاملاً خودکار، بدون مشارکت توسعه دهندگان "انسانی" طراحی می شود.
• برش مواد استفاده شده، همچنین در حالت خودکار انجام می شود.
• در حالت خودکار، مواد اولیه مورد استفاده برای ایجاد کیل و قطعات ساختاری آن چیده می شود.
• لایه ها توسط مکانیسم های روباتیک کنترل شده توسط یک برنامه کامپیوتری انجام می شود.

علاوه بر این، رویکرد مدرن در تولید کیل موارد زیر را پیشنهاد می کند:

• ساخت مستمر نمونه‌های اولیه که تحت سخت‌ترین شرایط آزمایش می‌شوند.
• فناوری‌های آزمایش غیرمخرب در حال توسعه هستند که امکان نظارت مداوم بر وضعیت کیل هواپیما را فراهم می‌کنند.

روش های پیشرفته برای ایجاد واحد دم هواپیمای MS-21

در گذشته ای نه چندان دور، صنعت هوانوردی به معنای واقعی کلمه از اعلام توسعه دهندگان داخلی مبنی بر توسعه یک هواپیمای کاملاً جدید، MS-21، متحیر شده بود. غیرعادی بودن آن این است که تقریباً در سه دهه گذشته این اولین خودروی داخلی برای پروازهای داخل کشور است. در طول ساخت آن، بسیاری از آخرین فن آوری ها مورد آزمایش قرار گرفتند که تا حد زیادی بر ویژگی های نوآورانه کیل و کل مجموعه دم تأثیر گذاشت.

توسعه و تولید کیسون کیل هواپیمای MS-21، متخصصان داخلی توانستند به موارد زیر دست یابند:

• اتوماسیون کامل برش کلیه قطعات و مواد اولیه مورد استفاده در تولید.با توجه به این امر، حداقل 50 درصد کاهش در هزینه کل کل واحد دم و به خصوص کیل ممکن بود.
• در تولید دم یونیت از نرم افزار ProDirector استفاده شده است که به شما امکان می دهد در پردازش قطعات به دقت کامل برسید. این باعث می شود که نه تنها کیل های قوی، بلکه بسیار سبک نیز ایجاد شود.
• همچنین، کیل یک هواپیمای مدرن با استفاده از تکنیک های انحنای دوگانه ایجاد می شود. به لطف آنها، دستیابی به ضخامت چند جهته در مناطقی که به تقویت ساختاری اضافی نیاز است (زیر کیل هواپیما) امکان پذیر است.
• حتی بخش های بزرگی از کیل امروزه را می توان در اتوکلاوهای مخصوص "سرخ" کرد. نتیجه اجزای بسیار قوی و سفت و سختی است که می توانند بارهای هر درجه ای را تحمل کنند.
• کنترل هندسه قطعات نیز توسط سیستم های پیچیده کامپیوتری کنترل می شود.

ویژگی های دیگر

به دلیل استفاده از فناوری ها و تکنیک های جدید، شدت کار ایجاد یونیت دم و کیل بین ۵۰ تا ۷۰ درصد کاهش یافت. امروزه بیش از چهار هزار قسمت از کیل و واحد دم تست های حالت را گذرانده اند.

دستاورد اصلی توسعه یک فناوری قابل اعتماد و ساده برای تولید قطعات کیل باکس به ابعاد 7.6 در 2.5 متر است که در حال حاضر تحویل آنها به کارخانه هوانوردی ایرکوتسک آغاز شده است. آنها از مواد کامپوزیت مدرن ساخته شده اند و ویژگی های این فرآیند قبلاً توجه سازندگان برجسته خارجی تجهیزات هوانوردی را به خود جلب کرده است.

مسائل مدرن

چرا زمان زیادی را صرف بحث در مورد روشهای مدرن طراحی و ساخت یک کیل کردیم؟ واقعیت این است که از دهه 60 قرن گذشته کاملاً مشخص شده است که افزایش بیشتر عملکرد سرعت هواپیماها تنها در صورتی امکان پذیر است که استحکام آنها افزایش یابد و انواع کاملاً جدیدی از مواد پلیمری به تولید معرفی شوند. مشکل هواپیماهای آخرین نسل این است که طراحی آنها (و به طور خاص کیل) بسیار مستعد "خستگی" است. به همین دلیل، در حدود دهه 70 قرن گذشته، روش های متعددی برای نظارت بر وضعیت بال و دم ایجاد شد.

نیازهای تولید نیز بالاست. هر دسته از قطعات در معرض شدیدترین بارهای اضافی روی پایه های ارتعاشی قرار می گیرند که توسط دما و فشار آزمایش می شوند. و این تعجب آور نیست، زیرا کوچکترین شکاف متعاقباً مملو از مرگ صدها مسافر است.

بنابراین متوجه شدید که کیل هواپیما کجاست و برای چیست!