Dov'è la chiglia dell'aereo? Chiglia dell'aereo: design

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Anche una persona che non ha mai visto il mare probabilmente conosce la parola d'addio: "Sette piedi sotto la chiglia". E non ci sono domande qui. La chiglia di una nave è la parte strutturale più importante su cui sono fissate molte parti del suo scafo. Ma qualcuno sa dove si trova la chiglia dell'aereo ea cosa serve?

Cos'è questo?

Questo è l'"organo" della stabilità, che ti permette di mantenere l'aereo su una determinata rotta. A differenza delle navi, la chiglia di un aeromobile è parte integrante della pinna caudale verticale. Nella parte inferiore della fusoliera non c'è chiglia per gli aerei! Ma c'è una sottigliezza. Il fatto è che questa parte è strettamente collegata agli elementi di potenza della fusoliera, e quindi c'è ancora qualcosa in comune in termini di mare e aria. Allora, dov'è la chiglia dell'aereo? In poche parole, questa è la parte verticale della coda.

È posto immobile, fissato in tre punti, simmetrico alla linea centrale del velivolo. In apparenza, questo dettaglio ha la forma di un trapezio ideale. Di norma, la chiglia di un aeromobile è costituita da longheroni, nervature e pelle. Questo schema è classico, poco cambiatodalla comparsa del primo aereo. Il longherone anteriore è posizionato obliquamente (di regola).

Layout

Il più delle volte, la chiglia è singola, ma in alcuni casi è doppia e persino tripla (sui bombardieri ad elica). In quest'ultimo caso, ciò è necessario per garantire un'elevata stabilità direzionale della macchina pesante. A proposito, tutti gli aeromobili sono divisi in tre tipi in base alla posizione della chiglia:

• Costruito secondo uno schema normale. Tale, ad esempio, è la chiglia dell'aereo A321.
• "Ducks", ovvero velivoli in cui la coda orizzontale della chiglia si trova davanti alle ali.
• "Senza coda". Dalla chiglia rimane solo la coda verticale, gli alettoni orizzontali sono completamente assenti.

Ovviamente, le ultime due varietà sono più caratteristiche della "comunità" di velivoli militari, poiché tale posizionamento della chiglia è necessario per conferire all'aeromobile una manovrabilità particolarmente elevata.

In alcuni casi vengono utilizzati design ancora più complessi. Ad esempio, le creste sotto la chiglia (sono anche chiglie ventrali). Sono utilizzati su alcuni velivoli supersonici dove è fondamentale mantenere una perfetta stabilità durante il volo. Quindi, sotto la chiglia dell'aereo (è qui che abbiamo già scoperto) c'è un afflusso aggiuntivo e massiccio. Una situazione più comune è quando il piumaggio orizzontale della coda deve generalmente essere trasferito nella parte superiore della chiglia. Ciò accade se i motori sono installati nella parte posteriore dell'aeromobile. Un tale diagramma può essere visto, ad esempio, inaereo cargo-passeggero nazionale "Il".

A cosa serve?

Come sai, il tempo calmo è un'incredibile rarità che si verifica non più di un paio di volte all'anno. Nella maggior parte dei casi c'è vento e la sua forza e direzione possono variare notevolmente. Quando un aereo sta volando, le raffiche di vento possono influenzare notevolmente la direzione e la rotta. L'aeromobile deve essere progettato per tornare in una posizione stabile da solo. Solo in questo caso è possibile un volo sicuro.

Scopo principale

La regola principale per progettare una chiglia è di posizionarla in modo tale che non cada, in nessun caso, sulla scia dell'ala. In caso contrario, è possibile una forte violazione della stabilità direzionale e, nelle situazioni più gravi, la deformazione fisica e la distruzione dell'intera unità di coda. Quindi, lo scopo principale della chiglia è mantenere la stabilità direzionale.

Il design di molti velivoli è tale che questa parte è mobile. Regolando la deflessione della chiglia, l'equipaggio controlla la direzione della rotta. L'eccezione sono gli aerei militari, sui quali i motori con un vettore di spinta controllato sono responsabili del cambio della direzione del volo. Nel loro caso, fare una chiglia mobile dell'aereo (c'è una sua foto nell'articolo) è stupido, poiché i sovraccarichi durante le manovre sono tali che semplicemente crollerà.

Che tipo di stabilità fornisce la chiglia?

Ci sono tre tipi di stabilità, per il bene della quale la chiglia è inclusa nella progettazione dell'aeromobile:

• Traccia.
• Longitudinale.
• Trasversale.

Trattiamo tutte queste varietà in modo più dettagliato. Quindi, stabilità direzionale. Si ricorda che in caso di perdita di stabilità longitudinale della fusoliera in volo, l'aeromobile continuerà comunque a volare in avanti per qualche tempo a causa della forza d'inerzia. Successivamente, il flusso d'aria inizia a fluire nella parte posteriore dell'aereo, che si trova dietro il baricentro. La chiglia in questo caso impedisce il verificarsi di una forza rotante che costringe l'aereo a ruotare attorno al proprio asse.

Stabilità longitudinale. Supponiamo che l'aereo stia volando in modalità normale, il baricentro coincide con il baricentro di applicazione della sua fusoliera. In questo momento, le forze multidirezionali agiscono anche sulla sua fusoliera, che tende a dispiegare il corpo dell'aereo. Sollevamento e gravità agiscono simultaneamente. La chiglia dell'aereo (vedrai una foto di questa parte nell'articolo) fornisce l'equilibrio, che in questo caso particolare è molto instabile. Il volo normale senza coda, chiglia e stabilizzatori è impossibile.

Altra sostenibilità

Stabilità al taglio. In generale, questo fattore è una logica continuazione della proprietà precedente. Quando le forze multidirezionali agiscono sull'ala e sugli stabilizzatori laterali della chiglia, "cercano" di rib altare l'aereo. La forma delle ali contrasta questo: se le guardi da lontano, assomigliano alla lettera "U" con "corna" superiori fortemente separate. Questo modulo fornisce l'autocorrezione della posizioneaereo nello spazio. La chiglia aiuta a mantenere la stabilità laterale.

Nota che gli aerei ad ala spazzata non hanno tanto bisogno di una chiglia… alle alte velocità. Se cade, la crescita delle forze di contrasto avviene in modo esponenziale. Pertanto, per queste macchine, è molto importante la chiglia più resistente e leggera, in grado di resistere a carichi così elevati. E come puoi ottenerlo? Parliamo di questo.

Caratteristiche della creazione di velivoli moderni

Attualmente, gli specialisti di Rosaviation ei loro colleghi stranieri si stanno concentrando sulla creazione di parti di aeromobili (compresa la chiglia) da grandi parti realizzate con i più recenti materiali compositi.

La proporzione di questi composti nella progettazione degli aerei moderni è in costante crescita. Secondo le informazioni degli esperti, la loro frazione di volume raggiunge già dal 25% al 50% e i piccoli aerei non commerciali possono anche essere costituiti da plastica e compositi del 75%. Perché questo approccio è così diffuso nell'aviazione? Il fatto è che la stessa chiglia di un aereo Boeing, realizzata con "leghe" polimeriche, ha un peso molto basso, una resistenza molto elevata e una risorsa che è semplicemente irrealistica da ottenere utilizzando materiali standard.

Materiali principali

L'uso più giustificato dei compositi nella progettazione non solo della coda, ma anche delle ali e degli elementi di potenza della fusoliera, che devono essere non solo molto robusti, ma anche sufficientementeflessibile. In caso contrario, non si può escludere la probabilità di distruzione della struttura sotto l'azione di carichi di volo.

Ma non è sempre stato così. Quindi, l'orgoglio dell'industria aeronautica sovietica, l'aereo Tu-160, noto anche come White Swan o Blackjack, ha una chiglia fatta di … leghe di titanio. Fu scelto un materiale così specifico ed estremamente costoso a causa delle enormi sollecitazioni poste sul design di questa macchina, che ancora oggi conserva il titolo di bombardiere più pesante in servizio. Tuttavia, un approccio così radicale alla creazione di una chiglia è raro, e quindi oggi i progettisti hanno a che fare con materiali compositi più semplici molto più spesso.

Quali sfide affronti quando crei una chiglia composita?

Durante il processo di sviluppo, i designer domestici hanno dovuto risolvere tutta una serie di compiti complessi:

• La creazione di parti di grandi dimensioni della chiglia e di altre attrezzature in fibra di carbonio utilizzando il metodo dell'infusione è stata elaborata.
• Inoltre ha dovuto ripensare e riorganizzare quasi completamente le fasi principali della produzione, che non erano progettate per l'utilizzo di materiali compositi.

Altre caratteristiche

Nel processo produttivo è stato introdotto il software più recente (FiberSim), che consente di ottenere il massimo grado di automazione. Inoltre, ora la chiglia dell'aeromobile, il cui design è descritto nell'articolo, può essere realizzata utilizzando tecnologie in cui non ci sono praticamente disegni. La produzione di questa parte con questo approccio è la seguentemodo:

• Progettare o scegliere un modello finito. Oggi, la chiglia è (per lo più) progettata in modalità completamente automatica, senza la partecipazione di sviluppatori "umani".
• Taglio dei materiali usati, effettuato anche in modalità automatica.
• Nella modalità automatica, vengono disposte le materie prime utilizzate per creare la chiglia e le sue parti strutturali.
• La posa degli strati viene eseguita da meccanismi robotici controllati da un programma per computer.

Inoltre, l'approccio moderno alla produzione di chiglie suggerisce quanto segue:

• Costruzione continua di prototipi testati nelle condizioni più difficili.
• Sono in fase di sviluppo tecnologie per prove non distruttive che consentono il monitoraggio continuo dello stato della chiglia di un aeromobile.

Metodi avanzati per creare l'unità di coda del velivolo MS-21

In un passato non molto lontano, l'industria aeronautica è stata letteralmente sbalordita dall'annuncio degli sviluppatori nazionali che stavano sviluppando un velivolo completamente nuovo, l'MS-21. La sua insolita è che negli ultimi tre decenni questa è stata la prima auto nazionale per i voli all'interno del paese. Durante la sua fabbricazione, sono state testate molte delle ultime tecnologie, che hanno in gran parte influenzato le caratteristiche innovative della chiglia e dell'intero gruppo di coda.

Sviluppando e producendo il cassone della chiglia del velivolo MS-21, gli specialisti domestici sono stati in grado di ottenere quanto segue:

• Automazione completa del taglio di tutte le parti e delle materie prime utilizzate nella produzione. Grazie a ciò, è stato possibile ottenere una riduzione di almeno il 50% del costo totale dell'intera unità di coda e in particolare della chiglia.
• Il software ProDirector viene utilizzato nella produzione dell'unità di coda, che consente di ottenere una perfetta precisione nella lavorazione dei pezzi. Ciò consente di creare non solo chiglie robuste, ma anche estremamente leggere.
• Inoltre, la chiglia di un moderno aeroplano viene creata utilizzando tecniche di doppia curvatura. Grazie ad essi è possibile ottenere spessori multidirezionali in quelle zone dove è necessario un rinforzo strutturale aggiuntivo (sotto la chiglia dell'aeromobile).
• Anche grandi parti della chiglia oggi possono essere "fritte" in apposite autoclavi. Il risultato sono componenti estremamente resistenti e rigidi in grado di sopportare carichi di qualsiasi grado.
• Il controllo della geometria delle parti è controllato anche da complessi sistemi computerizzati.

Altre caratteristiche

Grazie all'uso di nuove tecnologie e tecniche, l'intensità del lavoro per creare l'unità di coda e la chiglia è stata ridotta del 50-70%. Oggi, più di quattromila parti della chiglia e dell'unità di coda hanno superato i test di stato.

Il risultato principale è lo sviluppo di una tecnologia affidabile e semplice per la produzione di parti di scatole di chiglia che misurano 7,6 x 2,5 m Al momento, hanno già iniziato a essere consegnate allo stabilimento aeronautico di Irkutsk. Sono realizzati con moderni materiali compositi e le caratteristiche di questo processo hanno già attirato l'interesse dei principali produttori stranieri di apparecchiature aeronautiche.

Problemi moderni

Perché abbiamo passato così tanto tempo a discutere di modi moderni di progettare e costruire una chiglia? Il fatto è che dagli anni '60 del secolo scorso è diventato del tutto chiaro che un ulteriore aumento delle prestazioni di velocità degli aeromobili è possibile solo se la loro forza viene aumentata e vengono introdotti tipi completamente nuovi di materiali polimerici. Il problema con i velivoli di ultima generazione è che il loro design (e la chiglia in particolare) è altamente suscettibile alla "fatica". Per questo motivo, intorno agli anni '70 del secolo scorso, furono sviluppati numerosi metodi per monitorare le condizioni dell'ala e della coda.

Anche i requisiti di produzione sono elevati. Ogni lotto di pezzi è sottoposto ai più severi sovraccarichi su supporti vibranti, testati da temperature e pressioni. E questo non sorprende, dal momento che la minima crepa è successivamente irta della morte di centinaia di passeggeri.

Così hai scoperto dove si trova la chiglia dell'aereo ea cosa serve!