Khoang máy bay ở đâu? Máy bay keel: thiết kế

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Ngay cả một người chưa bao giờ nhìn thấy biển có lẽ cũng biết từ chia tay: "Bảy tấc đất dưới ke." Và không có câu hỏi nào ở đây. Gầm tàu là bộ phận kết cấu quan trọng nhất mà trên đó nhiều bộ phận của thân tàu được gắn với nhau. Nhưng có ai biết khoang máy bay nằm ở đâu và nó dùng để làm gì không?

Đây là gì?

Đây là "cơ quan" của sự ổn định, cho phép bạn giữ máy bay trên một lộ trình nhất định. Không giống như tàu thủy, thân của máy bay là một phần không thể thiếu của vây đuôi thẳng đứng. Ở dưới cùng của thân máy bay, không có keel cho máy bay! Nhưng có một sự tinh tế. Thực tế là bộ phận này được kết nối chặt chẽ với các phần tử năng lượng của thân máy bay, và do đó vẫn có điểm chung trong thuật ngữ đường biển và hàng không. Vậy keel của máy bay ở đâu? Nói một cách đơn giản, đây là phần thẳng đứng của đuôi.

Nó được đặt bất động, cố định tại ba điểm, đối xứng với đường tâm của máy bay. Về ngoại hình, chi tiết này có dạng một hình thang lý tưởng. Theo quy luật, phần thân của một chiếc máy bay bao gồm cựa, xương sườn và da. Đề án này là cổ điển, ít thay đổikể từ khi xuất hiện chiếc máy bay đầu tiên. Spar phía trước được đặt xiên (theo quy luật).

Bố cục

Thông thường, keel là đơn, nhưng trong một số trường hợp, nó được làm đôi và thậm chí gấp ba (trên máy bay ném bom cánh quạt). Trong trường hợp thứ hai, điều này là cần thiết để đảm bảo độ ổn định hướng cao của máy nặng. Nhân tiện, tất cả các máy bay được chia thành ba loại theo vị trí của tàu:

• Được xây dựng theo mô hình bình thường. Chẳng hạn, đó là thân của máy bay A321.
• "Vịt", tức là máy bay có đuôi ngang của keel nằm ở phía trước cánh.
• "cụt đuôi". Từ phần keel, chỉ còn lại phần đuôi dọc, phần đuôi nằm ngang hoàn toàn không có.

Tất nhiên, hai loại máy bay sau đặc trưng hơn cho "cộng đồng" máy bay quân sự, vì việc bố trí keel như vậy là cần thiết để mang lại cho máy bay khả năng cơ động đặc biệt cao.

Trong một số trường hợp, các thiết kế phức tạp hơn cũng được sử dụng. Ví dụ, mào dưới keel (chúng cũng là keel bụng). Chúng được sử dụng trên một số máy bay siêu thanh, nơi duy trì sự ổn định hoàn hảo trong suốt chuyến bay là rất quan trọng. Do đó, dưới khoang của máy bay (đây là nơi, chúng tôi đã phát hiện ra) có một luồng bổ sung và khổng lồ. Một tình huống phổ biến hơn là khi bộ lông ngang của đuôi thường phải chuyển về phía trên cùng của keel. Điều này xảy ra nếu động cơ được lắp ở phía sau máy bay. Một sơ đồ như vậy có thể được nhìn thấy, ví dụ, trongmáy bay chở hàng-hành khách nội địa "Il".

Nó dùng để làm gì?

Như bạn đã biết, thời tiết tĩnh lặng là một điều hiếm có đáng kinh ngạc xảy ra không quá một vài lần trong năm. Trong hầu hết các trường hợp, có gió, sức mạnh và hướng của nó có thể thay đổi đáng kể. Khi máy bay đang bay, gió giật có thể ảnh hưởng rất nhiều đến hướng và đường bay. Máy bay phải được thiết kế để tự trở về vị trí ổn định. Chỉ trong trường hợp này, bạn mới có thể có một chuyến bay an toàn.

Mục đích chính

Quy tắc chính để thiết kế keel là đặt nó theo cách sao cho nó không bị rơi khỏi cánh, trong bất kỳ trường hợp nào. Nếu không, có thể vi phạm nghiêm trọng tính ổn định hướng và trong những tình huống nghiêm trọng nhất, biến dạng vật lý và phá hủy toàn bộ phần đuôi. Vì vậy, mục đích chính của keel là duy trì sự ổn định về hướng.

Thiết kế của nhiều máy bay là phần này có thể di chuyển được. Bằng cách điều chỉnh độ lệch của keel, phi hành đoàn sẽ kiểm soát hướng của hành trình. Ngoại lệ là máy bay quân sự, trên đó động cơ có vectơ lực đẩy được kiểm soát có nhiệm vụ thay đổi hướng bay. Trong trường hợp của họ, việc chế tạo một khoang máy bay có thể di chuyển được (có ảnh chụp nó trong bài báo) là điều ngu ngốc, vì quá tải trong quá trình điều động đến mức nó có thể bị sập.

Keel cung cấp loại ổn định nào?

Có ba loại ổn định, vì lợi ích của keel được đưa vào thiết kế của máy bay:

• Theo dõi.
• Dọc.
• Ngang.

Hãy giải quyết tất cả các giống này một cách chi tiết hơn. Vì vậy, định hướng ổn định. Cần nhớ rằng trong trường hợp thân máy bay mất ổn định theo chiều dọc, máy bay vẫn sẽ tiếp tục bay về phía trước trong một thời gian do lực quán tính. Sau đó, luồng không khí bắt đầu chạy vào phía sau của máy bay, nằm phía sau trọng tâm. Kẹp trong trường hợp này ngăn sự xuất hiện của lực quay buộc máy bay quay quanh trục của nó.

Ổn định theo chiều dọc. Giả sử rằng máy bay đang bay ở chế độ bình thường, trọng tâm trùng với trọng tâm tác dụng lên thân máy bay. Tại thời điểm này, lực đa hướng cũng tác động lên thân máy bay, có xu hướng triển khai thân máy bay. Lực nâng và trọng lực hoạt động đồng thời. Khung của máy bay (bạn sẽ thấy ảnh của bộ phận này trong bài viết) cung cấp sự cân bằng, trong trường hợp cụ thể này là rất không ổn định. Chuyến bay bình thường không có đuôi, keel và bộ ổn định là không thể.

Tính bền vững khác

Ổn định cắt. Nói chung, yếu tố này là sự tiếp nối hợp lý của thuộc tính trước đó. Khi các lực đa hướng tác động lên cánh và các bộ ổn định bên của keel, chúng sẽ "cố gắng" làm lật máy bay. Hình dạng của đôi cánh phản lại điều này: nếu bạn nhìn chúng từ xa, chúng giống với chữ "U" với "sừng" phía trên tách biệt rõ ràng. Biểu mẫu này cung cấp khả năng tự điều chỉnh vị trímáy bay trong không gian. Các keel giúp duy trì sự ổn định bên.

Lưu ý rằng máy bay cánh xuôi không cần keel nhiều như … ở tốc độ cao. Nếu nó rơi xuống, thì sự tăng trưởng của lực phản tác dụng xảy ra theo cấp số nhân. Vì vậy, đối với những loại máy này, keel bền và nhẹ là rất quan trọng, có thể chịu được tải trọng cao như vậy. Và làm thế nào bạn có thể có được nó? Hãy nói về điều này.

Tính năng tạo máy bay hiện đại

Hiện tại, các chuyên gia Rosa Reduce và các đồng nghiệp nước ngoài của họ đang tập trung vào việc tạo ra các bộ phận của máy bay (bao gồm cả keel) từ các bộ phận lớn được làm từ vật liệu composite mới nhất.

Tỷ lệ của các hợp chất này trong thiết kế của máy bay hiện đại đang tăng lên đều đặn. Theo thông tin từ các chuyên gia, tỷ lệ thể tích của chúng đã đạt từ 25% đến 50%, và các máy bay phi thương mại nhỏ thậm chí có thể bao gồm nhựa và vật liệu tổng hợp đến 75%. Tại sao cách tiếp cận này lại phổ biến trong ngành hàng không? Thực tế là cùng một khoang của máy bay Boeing, được làm bằng "hợp kim" polyme, có trọng lượng rất thấp, độ bền rất cao và một nguồn tài nguyên đơn giản là không thực tế để đạt được bằng cách sử dụng các vật liệu tiêu chuẩn.

Nguyên liệu chính

Việc sử dụng vật liệu tổng hợp hợp lý nhất trong thiết kế không chỉ của đuôi, mà còn cả cánh và các bộ phận năng lượng của thân máy bay, không chỉ phải rất chắc chắn mà còn phải đủLinh hoạt. Nếu không, không thể loại trừ xác suất phá hủy cấu trúc dưới tác dụng của tải trọng bay.

Nhưng nó không phải lúc nào cũng như thế này. Vì vậy, niềm tự hào của ngành công nghiệp máy bay Liên Xô, chiếc máy bay Tu-160, còn được gọi là Thiên nga trắng hay Xì dách, có phần thân làm bằng … hợp kim titan. Một vật liệu đặc biệt và cực kỳ đắt tiền như vậy đã được chọn vì những áp lực rất lớn đặt lên thiết kế của chiếc máy này, cho đến ngày nay vẫn giữ được danh hiệu máy bay ném bom nặng nhất đang được sử dụng. Tuy nhiên, cách tiếp cận triệt để như vậy để tạo ra một keel là rất hiếm, và do đó, ngày nay các nhà thiết kế phải xử lý các vật liệu composite đơn giản hơn thường xuyên hơn nhiều.

Bạn phải đối mặt với những thách thức nào khi tạo keel composite?

Trong quá trình phát triển, các nhà thiết kế trong nước đã phải giải quyết hàng loạt công việc phức tạp:

• Việc tạo ra các bộ phận có kích thước lớn của keel và các thiết bị bằng sợi carbon khác bằng phương pháp truyền dịch đã được thực hiện.
• Cũng phải suy nghĩ lại gần như hoàn toàn và trang bị lại các công đoạn sản xuất chính, vốn không được thiết kế để sử dụng vật liệu composite.

Tính năng khác

Phần mềm mới nhất (FiberSim) đã được đưa vào quy trình sản xuất, cho phép đạt được mức độ tự động hóa cao nhất. Ngoài ra, giờ đây, phần thân của máy bay, thiết kế được mô tả trong bài báo, có thể được thực hiện bằng các công nghệ mà thực tế không có bản vẽ. Việc sản xuất bộ phận này với cách tiếp cận này như saucách:

• Thiết kế hoặc chọn mẫu hoàn thiện. Ngày nay, keel (hầu hết) được thiết kế ở chế độ hoàn toàn tự động, không có sự tham gia của các nhà phát triển "con người".
• Cắt các vật liệu đã qua sử dụng, cũng được thực hiện ở chế độ tự động.
• Ở chế độ tự động, các nguyên liệu thô được sử dụng để tạo ra keel và các bộ phận cấu trúc của nó được sắp xếp.
• Việc xếp các lớp được thực hiện bởi các cơ chế robot được điều khiển bởi một chương trình máy tính.

Ngoài ra, cách tiếp cận hiện đại để sản xuất keels gợi ý những điều sau:

• Liên tục xây dựng các nguyên mẫu được thử nghiệm trong các điều kiện khắc nghiệt nhất.
• Công nghệ kiểm tra không phá hủy đang được phát triển cho phép theo dõi liên tục trạng thái của khoang tàu trên máy bay.

Phương pháp nâng cao để tạo bộ phận đuôi của máy bay MS-21

Trong quá khứ không xa, ngành công nghiệp hàng không đã thực sự choáng váng trước thông báo của các nhà phát triển trong nước rằng họ đang phát triển một loại máy bay hoàn toàn mới, MS-21. Điều bất thường của nó là trong gần ba thập kỷ qua, đây là chiếc ô tô nội địa đầu tiên cho các chuyến bay trong nước. Trong quá trình sản xuất, nhiều công nghệ mới nhất đã được thử nghiệm, điều này ảnh hưởng phần lớn đến các tính năng cải tiến của keel và toàn bộ cụm đuôi.

Đang phát triển và sản xuất caisson của thân máy bay MS-21, các chuyên gia trong nước đã có thể đạt được những điều sau:

• Tự động hóa hoàn toàn việc cắt tất cả các bộ phận và nguyên liệu thô được sử dụng trong sản xuất. Do đó, có thể giảm ít nhất 50% tổng chi phí của toàn bộ phần đuôi và đặc biệt là phần ke.
• Phần mềm ProDirector được sử dụng trong sản xuất bộ phận đuôi, cho phép bạn đạt được độ chính xác hoàn hảo trong quá trình gia công các bộ phận. Điều này làm cho nó có thể không chỉ tạo ra keels mạnh mẽ mà còn cực kỳ nhẹ.
• Ngoài ra, phần thân của một chiếc máy bay hiện đại được tạo ra bằng kỹ thuật uốn cong kép. Nhờ chúng, có thể đạt được độ dày đa hướng ở những khu vực cần gia cố kết cấu bổ sung (dưới gầm máy bay).
• Ngay cả những phần lớn của keel ngày nay cũng có thể được "chiên" trong các nồi hấp đặc biệt. Kết quả là các thành phần cực kỳ mạnh mẽ và cứng cáp có thể chịu tải ở mọi mức độ.
• Việc kiểm soát hình dạng của các bộ phận cũng được kiểm soát bởi các hệ thống máy tính phức tạp.

Tính năng khác

Do sử dụng công nghệ và kỹ thuật mới nên cường độ lao động tạo đuôi và ke giảm 50-70%. Ngày nay, hơn bốn nghìn bộ phận của keel và bộ phận đuôi đã vượt qua các bài kiểm tra cấp nhà nước.

Thành tựu chính là sự phát triển của một công nghệ đáng tin cậy và đơn giản để sản xuất các bộ phận hộp keel có kích thước 7,6 x 2,5 m. Hiện tại, chúng đã bắt đầu được chuyển giao cho Nhà máy Hàng không Irkutsk. Chúng được làm từ vật liệu composite hiện đại và các tính năng của quy trình này đã thu hút sự quan tâm của các nhà sản xuất thiết bị hàng không hàng đầu nước ngoài.

Vấn đề Hiện đại

Tại sao chúng ta lại dành nhiều thời gian để thảo luận về các cách thiết kế và xây dựng keel hiện đại? Thực tế là từ những năm 60 của thế kỷ trước, người ta đã hoàn toàn thấy rõ rằng chỉ có thể tăng hiệu suất tốc độ của máy bay nếu sức mạnh của chúng được tăng lên và các loại vật liệu polyme hoàn toàn mới được đưa vào sản xuất. Vấn đề với các máy bay thế hệ mới nhất là thiết kế của chúng (và đặc biệt là phần thân) rất dễ bị "mỏi". Do đó, vào khoảng những năm 70 của thế kỷ trước, nhiều phương pháp theo dõi tình trạng của cánh và đuôi đã được phát triển.

Yêu cầu sản xuất cũng cao. Mỗi lô bộ phận phải chịu quá tải nghiêm trọng nhất trên các giá đỡ rung, được thử nghiệm bằng nhiệt độ và áp suất. Và điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì vết nứt nhỏ nhất sau đó cũng dẫn đến cái chết của hàng trăm hành khách.

Vì vậy, bạn đã tìm ra vị trí của khoang máy bay và nó dùng để làm gì!