Gdje je kobilica aviona? Kobilica zrakoplova: dizajn

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Čak i osoba koja nikad nije vidjela more vjerojatno zna riječ na rastanku: "Sedam stopa ispod kobilice." I tu nema pitanja. Kobilica broda najvažniji je konstruktivni dio na koji su pričvršćeni mnogi dijelovi njegovog trupa. Ali zna li netko gdje se nalazi kobilica zrakoplova i čemu služi?

Što je ovo?

Ovo je "organ" stabilnosti, koji vam omogućuje da zrakoplov držite na zadanom kursu. Za razliku od brodova, kobilica zrakoplova je sastavni dio okomite repne peraje. Na dnu trupa nema kobilice za zrakoplove! Ali postoji jedna suptilnost. Činjenica je da je ovaj dio čvrsto povezan s pogonskim elementima trupa, pa stoga još uvijek postoji nešto zajedničko u morskom i zračnom smislu. Pa gdje je kobilica aviona? Jednostavno rečeno, ovo je okomiti dio repa.

Postavljen je nepomično, fiksiran u tri točke, simetrično u odnosu na središnju liniju zrakoplova. Po izgledu, ovaj detalj ima oblik idealnog trapeza. U pravilu se kobilica zrakoplova sastoji od krakova, rebara i kože. Ova shema je klasična, malo promijenjenaod pojave prvih letjelica. Prednji krak je postavljen koso (u pravilu).

Izgledi

Najčešće je kobilica jednostruka, ali u nekim slučajevima je dvostruka, pa čak i trostruka (na propelerskim bombarderima). U potonjem slučaju, to je potrebno kako bi se osigurala visoka smjerna stabilnost teškog stroja. Usput, svi zrakoplovi su podijeljeni u tri tipa prema položaju kobilice:

• Izgrađeno u normalnom uzorku. Takva je, na primjer, kobilica zrakoplova A321.
• "Patke", odnosno zrakoplov u kojem se horizontalni rep kobilice nalazi ispred krila.
• "Bez repa". Od kobilice ostaje samo okomiti rep, horizontalni krilci su potpuno odsutni.

Naravno, posljednje dvije varijante više su karakteristične za "zajednicu" vojnih zrakoplova, budući da je takvo postavljanje kobilice neophodno da bi se zrakoplovu dala posebno visoka manevarska sposobnost.

U nekim slučajevima se koriste i složeniji dizajni. Na primjer, podkobilice (oni su također trbušne kobilice). Koriste se na nekim nadzvučnim zrakoplovima gdje je održavanje savršene stabilnosti tijekom leta od vitalnog značaja. Dakle, ispod kobilice zrakoplova (tu je, već smo doznali) dolazi do dodatnog i masovnog priljeva. Češća situacija je kada se horizontalno perje repa općenito mora prenijeti na sam vrh kobilice. To se događa ako su motori ugrađeni u stražnji dio zrakoplova. Takav dijagram se može vidjeti, na primjer, udomaći teretno-putnički zrakoplov "Il".

Za što služi?

Kao što znate, mirno vrijeme je nevjerojatna rijetkost koja se ne događa više od nekoliko puta godišnje. U većini slučajeva postoji vjetar, a njegova jačina i smjer mogu dramatično varirati. Kada zrakoplov leti, udari vjetra mogu uvelike utjecati na smjer i kurs. Zrakoplov mora biti projektiran tako da se sam vraća u stabilan položaj. Samo u ovom slučaju je moguć siguran let.

Glavna svrha

Glavno pravilo za projektiranje kobilice je postaviti je na takav način da ni pod kojim okolnostima ne padne u trag s krila. Inače je moguće oštro kršenje smjerne stabilnosti, au najtežim situacijama fizička deformacija i uništenje cijele repne jedinice. Dakle, glavna svrha kobilice je održavanje stabilnosti smjera.

Dizajn mnogih zrakoplova je takav da je ovaj dio pomičan. Podešavanjem otklona kobilice, posada kontrolira smjer kursa. Iznimka su vojni zrakoplovi, na kojima su motori s kontroliranim vektorom potiska odgovorni za promjenu smjera leta. U njihovom slučaju, praviti pokretnu kobilicu od zrakoplova (u članku postoji fotografija) je glupo, jer su preopterećenja tijekom manevriranja takva da će se jednostavno srušiti.

Koju vrstu stabilnosti pruža kobilica?

Postoje tri vrste stabilnosti, radi kojih je kobilica uključena u dizajn zrakoplova:

• Track.
• uzdužno.
• poprečno.

Pozabavimo se svim ovim varijantama detaljnije. Dakle, smjerna stabilnost. Treba imati na umu da u slučaju gubitka uzdužne stabilnosti trupa u letu, zrakoplov će još neko vrijeme nastaviti letjeti naprijed zbog sile inercije. Nakon toga, strujanje zraka počinje teći u stražnji dio zrakoplova, koji se nalazi iza težišta. Kobilica u ovom slučaju sprječava pojavu rotacijske sile koja prisiljava zrakoplov da se okreće oko svoje osi.

Longitudinalna stabilnost. Pretpostavimo da zrakoplov leti u normalnom načinu rada, težište se poklapa sa središtem pritiska na njegov trup. U ovom trenutku na njegov trup djeluju i višesmjerne sile koje nastoje razmjestiti tijelo zrakoplova. Lift i gravitacija djeluju istovremeno. Kobilica zrakoplova (fotografiju ovog dijela vidjet ćete u članku) osigurava ravnotežu, koja je u ovom konkretnom slučaju vrlo nestabilna. Normalan let bez repa, kobilice i stabilizatora je nemoguć.

Ostala održivost

Smična stabilnost. Općenito, ovaj čimbenik je logičan nastavak prethodnog svojstva. Kada na krilo i bočne stabilizatore kobilice djeluju višesmjerne sile, one „pokušavaju“prevrnuti zrakoplov. Oblik krila tome se suprotstavlja: ako ih gledate iz daljine, podsjećaju na slovo "U" sa jako razdvojenim gornjim "rogovima". Ovaj obrazac omogućuje samoispravljanje položajazrakoplova u svemiru. Kobilica pomaže u održavanju bočne stabilnosti.

Napominjemo da zrakoplovi s zamašenim krilima ne trebaju toliko kobilicu…pri velikim brzinama. Ako padne, tada se rast sila protudjelovanja događa eksponencijalno. Stoga je za ove strojeve vrlo važna što izdržljivija i najlakša kobilica koja može izdržati tako velika opterećenja. A kako ga možete dobiti? Razgovarajmo o ovome.

Značajke stvaranja modernih zrakoplova

Trenutačno se stručnjaci Rosaviationa i njihovi inozemni kolege fokusiraju na izradu dijelova zrakoplova (uključujući kobilicu) od velikih dijelova izrađenih od najnovijih kompozitnih materijala.

Udio ovih spojeva u dizajnu modernih zrakoplova stalno raste. Prema informacijama stručnjaka, njihov volumni udio već doseže od 25% do 50%, a mali nekomercijalni zrakoplovi čak se mogu sastojati od plastike i kompozita za 75%. Zašto je ovaj pristup toliko raširen u zrakoplovstvu? Činjenica je da ista kobilica Boeingovog zrakoplova, izrađena od polimernih "legura", ima vrlo malu težinu, vrlo visoku čvrstoću i resurs koji je jednostavno nerealno postići korištenjem standardnih materijala.

Glavni materijali

Najopravdanija upotreba kompozita u dizajnu ne samo repa, već i elemenata snage krila i trupa, koji moraju biti ne samo vrlo jaki, već i dovoljnofleksibilno. Inače se ne može isključiti vjerojatnost uništenja konstrukcije pod djelovanjem opterećenja leta.

Ali nije uvijek bilo ovako. Dakle, ponos sovjetske zrakoplovne industrije, zrakoplov Tu-160, poznat i kao Bijeli labud ili Blackjack, ima kobilicu od … titanovih legura. Takav specifičan i iznimno skup materijal odabran je zbog ogromnih naprezanja na dizajn ovog stroja, koji je do danas zadržao titulu najtežeg bombardera u službi. Ali ipak, tako radikalan pristup stvaranju kobilice je rijedak, pa se danas dizajneri mnogo češće moraju nositi s jednostavnijim kompozitnim materijalima.

S kojim se izazovima susrećete pri izradi kompozitne kobilice?

Tijekom procesa razvoja domaći dizajneri morali su riješiti čitav niz složenih zadataka:

• Razrađeno je stvaranje velikih dijelova kobilice i druge opreme od karbonskih vlakana metodom infuzije.
• Također je morao gotovo potpuno preispitati i preurediti glavne faze proizvodnje, koje nisu bile dizajnirane za korištenje kompozitnih materijala.

Ostale značajke

U proizvodni proces uveden je najnoviji softver (FiberSim) koji omogućuje postizanje najvišeg stupnja automatizacije. Osim toga, sada se kobilica zrakoplova, čiji je dizajn opisan u članku, može izraditi pomoću tehnologija gdje praktički nema crteža. Izrada ovog dijela ovim pristupom je sljedećanačin:

• Dizajniranje ili odabir gotovog modela. Danas je kobilica (uglavnom) dizajnirana u potpuno automatskom načinu rada, bez sudjelovanja "ljudskih" programera.
• Rezanje korištenih materijala, također se izvodi u automatskom načinu rada.
• U automatskom načinu rada, sirovine korištene za izradu kobilice i njezini strukturni dijelovi su položeni.
• Polaganje slojeva vrši se robotskim mehanizmima kojima upravlja računalni program.

Osim toga, moderni pristup proizvodnji kobilica sugerira sljedeće:

• Kontinuirana izgradnja prototipova koji se testiraju u najtežim uvjetima.
• Razvijaju se tehnologije ispitivanja bez razaranja koje omogućuju kontinuirano praćenje stanja kobilice na zrakoplovu.

Napredne metode za izradu repne jedinice zrakoplova MS-21

U ne tako davnoj prošlosti, zrakoplovna industrija bila je doslovno zaprepaštena najavom domaćih developera da razvijaju potpuno novi zrakoplov, MS-21. Njegova neobičnost je u tome što je to gotovo posljednja tri desetljeća prvi domaći automobil za letove unutar zemlje. Tijekom njegove proizvodnje testirane su mnoge najnovije tehnologije koje su uvelike utjecale na inovativne značajke kobilice i cijelog repnog sklopa.

Razvijajući i proizvodeći keson kobilice zrakoplova MS-21, domaći stručnjaci uspjeli su postići sljedeće:

• Potpuna automatizacija rezanja svih dijelova i sirovina koje se koriste u proizvodnji. Zbog toga je bilo moguće postići barem 50% smanjenje ukupne cijene cijele repne jedinice, a posebno kobilice.
• ProDirector softver se koristi u proizvodnji repne jedinice, što vam omogućuje postizanje savršene preciznosti u obradi dijelova. To omogućuje stvaranje ne samo jakih, već i iznimno laganih kobilica.
• Također, kobilica modernog zrakoplova stvorena je tehnikama dvostruke zakrivljenosti. Zahvaljujući njima moguće je postići višesmjernu debljinu u onim područjima gdje je potrebno dodatno strukturno ojačanje (ispod kobilice zrakoplova).
• Čak i veliki dijelovi kobilice danas se mogu "pržiti" u posebnim autoklavima. Rezultat su iznimno jake i krute komponente koje mogu izdržati opterećenja bilo kojeg stupnja.
• Kontrolu geometrije dijelova također kontroliraju složeni kompjuterizirani sustavi.

Ostale značajke

Zbog korištenja novih tehnologija i tehnika, radni intenzitet izrade repne jedinice i kobilice smanjen je za 50-70%. Danas je više od četiri tisuće dijelova kobilice i repne jedinice prošlo državna ispitivanja.

Glavno postignuće je razvoj pouzdane i jednostavne tehnologije za proizvodnju dijelova kobilice dimenzija 7,6 x 2,5 m. Trenutno su se već počeli isporučivati u Zrakoplovnu tvornicu Irkutsk. Izrađuju se od modernih kompozitnih materijala, a karakteristike ovog procesa već su privukle interes vodećih stranih proizvođača zrakoplovne opreme.

Moderna pitanja

Zašto smo proveli toliko vremena raspravljajući o modernim načinima projektiranja i izgradnje kobilice? Činjenica je da je od 60-ih godina prošlog stoljeća postalo potpuno jasno da je daljnje povećanje brzinskih performansi zrakoplova moguće samo ako se poveća njihova čvrstoća i uvedu u proizvodnju potpuno nove vrste polimernih materijala. Problem kod zrakoplova najnovijih generacija je što je njihov dizajn (a posebno kobilica) vrlo osjetljiv na "zamor". Zbog toga su se oko 70-ih godina prošlog stoljeća razvile brojne metode praćenja stanja krila i repa.

Proizvodni zahtjevi su također visoki. Svaka serija dijelova je podvrgnuta najtežim preopterećenjima na vibracionim stalcima, ispitana temperaturama i pritiskom. I to nije iznenađujuće, budući da je i najmanja pukotina naknadno prepuna smrti stotina putnika.

Pa ste saznali gdje je kobilica aviona i čemu služi!