On és la quilla de l'avió? Quilla d'avió: disseny

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Fins i tot una persona que no ha vist mai el mar probablement sap la paraula de comiat: "Set peus sota la quilla". I aquí no hi ha preguntes. La quilla d'un vaixell és la part estructural més important a la qual s'uneixen moltes parts del seu casc. Però algú sap on es troba la quilla de l'avió i per a què serveix?

Què és això?

Aquest és l'"òrgan" de l'estabilitat, que us permet mantenir l'avió en un rumb determinat. A diferència dels vaixells, la quilla d'un avió és una part integral de l'aleta caudal vertical. A la part inferior del fuselatge, no hi ha quilla per a avions! Però hi ha una subtilesa. El fet és que aquesta part està estretament connectada amb els elements de potència del fuselatge i, per tant, encara hi ha alguna cosa en comú en termes de mar i aire. Llavors, on és la quilla de l'avió? En poques paraules, aquesta és la part vertical de la cua.

Es col·loca immòbil, fixat en tres punts, simètric a la línia central de l'aeronau. En aparença, aquest detall té la forma d'un trapezi ideal. Com a regla general, la quilla d'un avió consta de llargs, costelles i pell. Aquest esquema és clàssic, poc canviatdes de l'aparició del primer avió. L'escamp davanter es col·loca obliquament (per regla general).

Dissenys

La majoria de vegades, la quilla és simple, però en alguns casos es fa doble i fins i tot triple (en els bombarders d'hèlix). En aquest últim cas, això és necessari per garantir una alta estabilitat direccional de la màquina pesada. Per cert, tots els avions es divideixen en tres tipus segons la ubicació de la quilla:

• Construït amb un patró normal. Així, per exemple, és la quilla de l'avió A321.
• "Ànecs", és a dir, avió en què la cua horitzontal de la quilla es troba davant de les ales.
• "Sense cua". De la quilla només queda la cua vertical, els alerons horitzontals estan completament absents.

Per descomptat, les dues últimes varietats són més característiques de la "comunitat" d'avions militars, ja que aquesta col·locació de la quilla és necessària per donar a l'avió una maniobrabilitat especialment alta.

En alguns casos, s'utilitzen dissenys encara més complexos. Per exemple, crestes sota la quilla (també són quilla ventral). S'utilitzen en alguns avions supersònics on és vital mantenir una estabilitat perfecta durant el vol. Així, sota la quilla de l'avió (aquí és on, ja ho hem descobert) hi ha una afluència addicional i massiva. Una situació més freqüent és quan el plomatge horitzontal de la cua generalment s'ha de transferir a la part superior de la quilla. Això passa si els motors estan instal·lats a la part posterior de l'avió. Aquest diagrama es pot veure, per exemple, aavió domèstic de càrrega i passatgers "Il".

Per a què serveix?

Com ja sabeu, el clima tranquil és una raresa increïble que no passa més d'un parell de vegades a l'any. En la majoria dels casos, hi ha vent, i la seva força i direcció poden variar dràsticament. Quan un avió vola, les ràfegues de vent poden afectar molt la direcció i el rumb. L'aeronau ha d'estar dissenyada per tornar a una posició estable per si sola. Només en aquest cas és possible un vol segur.

Propòsit principal

La regla principal per dissenyar una quilla és col·locar-la de manera que no caigui, en cap cas, a l'estela de l'ala. En cas contrari, és possible una violació brusca de l'estabilitat direccional i, en les situacions més greus, la deformació física i la destrucció de tota la unitat de cua. Per tant, l'objectiu principal de la quilla és mantenir l'estabilitat direccional.

El disseny de moltes aeronaus és tal que aquesta part és mòbil. En ajustar la deflexió de la quilla, la tripulació controla la direcció del rumb. L'excepció són els avions militars, en els quals els motors amb un vector d'empenta controlat són els responsables de canviar la direcció del vol. En el seu cas, fer una quilla mòbil de l'avió (hi ha una foto a l'article) és estúpid, ja que les sobrecàrregues durant les maniobres són tals que simplement s'ensorrarà.

Quin tipus d'estabilitat ofereix la quilla?

Hi ha tres tipus d'estabilitat, pel que s'inclou la quilla en el disseny de l'avió:

• Track.
• Longitudinal.
• Transversal.

Tractem totes aquestes varietats amb més detall. Per tant, estabilitat direccional. Cal recordar que en cas de pèrdua d'estabilitat longitudinal del fuselatge en vol, l'aeronau continuarà volant cap endavant durant algun temps a causa de la força inercial. Després d'això, el flux d'aire comença a córrer cap a la part posterior de l'avió, que es troba darrere del centre de gravetat. La quilla en aquest cas evita que es produeixi una força de rotació que obligui l'aeronau a girar al voltant del seu eix.

Estabilitat longitudinal. Suposem que l'avió vola en mode normal, el centre de gravetat coincideix amb el centre d'aplicació de pressió al seu fuselatge. En aquest moment, les forces multidireccionals també actuen sobre el seu fuselatge, que tendeixen a desplegar el cos de l'avió. L'elevació i la gravetat actuen simultàniament. La quilla de l'avió (veureu una foto d'aquesta part a l'article) proporciona equilibri, que en aquest cas particular és molt inestable. El vol normal sense cua, quilla i estabilitzadors és impossible.

Altra sostenibilitat

Estabilitat de cisalla. En general, aquest factor és una continuació lògica de la propietat anterior. Quan les forces multidireccionals actuen sobre l'ala i els estabilitzadors laterals de la quilla, "intenten" bolcar l'avió. La forma de les ales contraresta això: si les mireu des de la distància, s'assemblen a la lletra "U" amb "banyes" superiors fortament separades. Aquest formulari proporciona l'autocorrecció de la posicióavions a l'espai. La quilla ajuda a mantenir l'estabilitat lateral.

Tingueu en compte que els avions d'ala inclinada no necessiten tant una quilla… a altes velocitats. Si cau, el creixement de les forces de contraposició es produeix de manera exponencial. Per tant, per a aquestes màquines és molt important la quilla més duradora i lleugera, que pugui resistir càrregues tan elevades. I com pots aconseguir-ho? Parlem d'això.

Característiques de la creació d'avions moderns

Actualment, els especialistes de Rosaviation i els seus col·legues estrangers s'estan centrant en la creació de peces d'avions (inclosa la quilla) a partir de peces grans fetes amb els últims materials compostos.

La proporció d'aquests compostos en el disseny d'avions moderns està creixent constantment. Segons la informació dels experts, la seva fracció de volum ja arriba del 25% al 50%, i les aeronaus petites no comercials poden ser fins i tot un 75% de plàstic i materials compostos. Per què aquest enfocament està tan estès a l'aviació? El fet és que la mateixa quilla d'un avió de Boeing, feta d'"aliatges" de polímers, té un pes molt baix, una resistència molt alta i un recurs senzillament poc realista d'aconseguir amb materials estàndard.

Materials principals

L'ús més justificat de composites en el disseny no només de la cua, sinó també de les ales i els elements de potència del fuselatge, que no només han de ser molt forts, sinó també suficientmentflexible. En cas contrari, no es pot descartar la probabilitat de destrucció de l'estructura sota l'acció de les càrregues de vol.

Però no sempre va ser així. Per tant, l'orgull de la indústria aeronàutica soviètica, l'avió Tu-160, també conegut com White Swan o Blackjack, té una quilla feta de… aliatges de titani. Es va triar un material tan específic i extremadament car a causa de l'enorme esforç que s'imposava al disseny d'aquesta màquina, que fins avui conserva el títol de bombarder més pesat en servei. Tot i així, un enfocament tan radical per crear una quilla és poc freqüent i, per tant, avui els dissenyadors han de tractar amb materials compostos més senzills amb molta més freqüència.

Quins reptes t'enfrontes a l'hora de crear una quilla composta?

Durant el procés de desenvolupament, els dissenyadors nacionals van haver de resoldre una sèrie de tasques complexes:

• S'ha elaborat la creació de peces de gran mida de la quilla i altres equips de fibra de carboni mitjançant el mètode d'infusió.
• També va haver de repensar i reestructurar gairebé completament les principals etapes de producció, que no estaven dissenyades per a l'ús de materials compostos.

Altres funcions

En el procés de producció s'ha introduït el darrer programari (FiberSim), que permet aconseguir el màxim grau d'automatització. A més, ara la quilla de l'avió, el disseny de la qual es descriu a l'article, es pot fer amb tecnologies on pràcticament no hi ha dibuixos. La producció d'aquesta part amb aquest enfocament és la següentmanera:

• Dissenyant o escollint un model acabat. Avui dia, la quilla està dissenyada (principalment) en un mode totalment automàtic, sense la participació de desenvolupadors "humans".
• Tall de materials usats, també realitzat en mode automàtic.
• En el mode automàtic, es distribueixen les matèries primeres utilitzades per crear la quilla i les seves parts estructurals.
• La col·locació de capes es realitza mitjançant mecanismes robòtics controlats per un programa informàtic.

A més, l'enfocament modern de la producció de quilles suggereix el següent:

• Construint contínuament prototips que es posen a prova en les condicions més dures.
• S'estan desenvolupant tecnologies de proves no destructives que permeten un seguiment continu de l'estat de la quilla d'un avió.

Mètodes avançats per crear la unitat de cua de l'avió MS-21

En un passat no tan llunyà, la indústria de l'aviació va quedar literalment sorprès per l'anunci dels desenvolupadors nacionals que estan desenvolupant un avió completament nou, l'MS-21. La seva peculiaritat és que durant gairebé les últimes tres dècades aquest és el primer cotxe nacional per a vols dins del país. Durant la seva fabricació, es van provar moltes de les últimes tecnologies, que van afectar en gran mesura les característiques innovadores de la quilla i de tot el conjunt de la cua.

Desenvolupant i produint el caixó de la quilla de l'avió MS-21, els especialistes nacionals van poder aconseguir el següent:

• Automatització total del tall de totes les peces i matèries primeres utilitzades en la producció. A causa d'això, va ser possible aconseguir una reducció d'almenys un 50% del cost total de tota la unitat de cua i especialment de la quilla.
• El programari ProDirector s'utilitza en la producció de la unitat de cua, que us permet aconseguir una precisió perfecta en el processament de peces. Això fa possible que no només es creïn quilles fortes, sinó també molt lleugeres.
• A més, la quilla d'un avió modern es crea mitjançant tècniques de doble curvatura. Gràcies a ells, és possible aconseguir un gruix multidireccional en aquelles zones on es necessita un reforç estructural addicional (sota la quilla de l'aeronau).
• Fins i tot grans parts de la quilla avui es poden "fregir" en autoclaus especials. El resultat són components extremadament forts i rígids que poden suportar càrregues de qualsevol grau.
• El control de la geometria de les peces també està controlat per sistemes informàtics complexos.

Altres funcions

A causa de l'ús de noves tecnologies i tècniques, la intensitat laboral de la creació de la unitat de cua i la quilla es va reduir en un 50-70%. Avui, més de quatre mil parts de la unitat de quilla i cua han superat les proves d'estat.

El principal èxit és el desenvolupament d'una tecnologia fiable i senzilla per a la producció de peces de caixes de quilla de 7,6 x 2,5 m. Actualment, ja s'han començat a lliurar a la planta d'aviació d'Irkutsk. Estan fets amb materials compostos moderns i les característiques d'aquest procés ja han despertat l'interès dels principals fabricants estrangers d'equips d'aviació.

Problemes moderns

Per què vam passar tant de temps discutint les maneres modernes de dissenyar i construir una quilla? El fet és que des dels anys 60 del segle passat ha quedat completament clar que només és possible un augment de la velocitat de les aeronaus si augmenta la seva força i s'introdueixen a la producció tipus de materials polimèrics completament nous. El problema dels avions de les últimes generacions és que el seu disseny (i la quilla en particular) és molt susceptible a la "fatiga". Per això, cap als anys 70 del segle passat, es van desenvolupar nombrosos mètodes per controlar l'estat de l'ala i la cua.

Els requisits de producció també són alts. Cada lot de peces està sotmès a les sobrecàrregues més severes sobre suports de vibració, provats per temperatures i pressió. I això no és d'estranyar, ja que la més mínima escletxa es veu posteriorment carregada de la mort de centenars de passatgers.

Així que has esbrinat on és la quilla de l'avió i per a què serveix!