Uçağın omurgası nerede? Uçak omurgası: tasarım

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Denizi hiç görmemiş biri bile muhtemelen ayrılık kelimesini bilir: "Omurganın yedi fit altında." Ve burada soru yok. Bir geminin omurgası, gövdesinin birçok parçasının bağlı olduğu en önemli yapısal kısımdır. Ama uçağın omurgasının nerede olduğunu ve ne işe yaradığını bilen var mı?

Bu nedir?

Bu, uçağı belirli bir rotada tutmanıza izin veren stabilite "organıdır". Gemilerin aksine, bir uçağın omurgası dikey kuyruk yüzgecinin ayrılmaz bir parçasıdır. Gövdenin alt kısmında uçaklar için omurga yok! Ama bir incelik var. Gerçek şu ki, bu kısım gövdenin güç elemanlarına sıkıca bağlı ve bu nedenle deniz ve hava terimlerinde hala ortak bir şey var. Peki uçağın omurgası nerede? Basitçe söylemek gerekirse, bu kuyruğun dikey kısmıdır.

Uçağın merkez hattına simetrik olarak üç noktada sabitlenmiş hareketsiz yerleştirilir. Görünüşte, bu detay ideal bir yamuk şekline sahiptir. Kural olarak, bir uçağın omurgası direkler, kaburgalar ve deriden oluşur. Bu şema klasik, biraz değiştiilk uçağın ortaya çıkışından beri. Ön direk eğik olarak yerleştirilir (kural olarak).

Yerleşimler

Çoğu zaman, omurga tektir, ancak bazı durumlarda çift ve hatta üçlü yapılır (pervaneli bombardıman uçaklarında). İkinci durumda, bu, ağır makinenin yüksek yön stabilitesini sağlamak için gereklidir. Bu arada, tüm uçaklar omurganın konumuna göre üç türe ayrılır:

• Normal bir düzende inşa edilmiştir. Örneğin, A321 uçağının omurgası böyledir.
• "Ördekler", yani omurgasının yatay kuyruğunun kanatlarının önünde bulunduğu uçak.
• "Kuyruksuz". Omurgadan sadece dikey kuyruk kalır, yatay kanatçıklar tamamen yoktur.

Elbette, son iki çeşit askeri uçak "topluluğu" için daha karakteristiktir, çünkü omurganın bu şekilde yerleştirilmesi uçağa özellikle yüksek manevra kabiliyeti kazandırmak için gereklidir.

Bazı durumlarda daha da karmaşık tasarımlar kullanılır. Örneğin, omurga altı kretleri (bunlar aynı zamanda ventral omurgalardır). Uçuş sırasında mükemmel dengeyi korumanın hayati önem taşıdığı bazı süpersonik uçaklarda kullanılırlar. Böylece, uçağın omurgasının altında (burası zaten öğrendiğimiz yer) ek ve büyük bir akın var. Daha yaygın bir durum, kuyruğun yatay tüylerinin genellikle omurganın en üstüne aktarılması gerektiğidir. Bu, motorlar uçağın arkasına takılıysa olur. Böyle bir diyagram örneğin şurada görülebilir:yerli kargo-yolcu uçağı "Il".

Ne için?

Bildiğiniz gibi, sakin hava yılda birkaç defadan fazla olmayan inanılmaz bir nadirliktir. Çoğu durumda, rüzgar vardır ve gücü ve yönü önemli ölçüde değişebilir. Bir uçak uçarken, şiddetli rüzgarlar yönü ve rotayı büyük ölçüde etkileyebilir. Uçak, kendi başına sabit bir konuma dönecek şekilde tasarlanmalıdır. Sadece bu durumda güvenli bir uçuş mümkündür.

Ana amaç

Omurga tasarlamanın ana kuralı, onu hiçbir koşulda kanattan dümen düşmeyecek şekilde yerleştirmektir. Aksi takdirde, keskin bir yön stabilitesi ihlali mümkündür ve en şiddetli durumlarda, tüm kuyruk ünitesinin fiziksel deformasyonu ve imhası mümkündür. Bu nedenle, omurganın temel amacı yön dengesini korumaktır.

Birçok uçağın tasarımı, bu parça hareketli olacak şekildedir. Mürettebat, omurga sapmasını ayarlayarak rota yönünü kontrol eder. Bunun istisnası, kontrollü bir itme vektörüne sahip motorların uçuş yönünü değiştirmekten sorumlu olduğu askeri uçaklardır. Onların durumunda, uçağın hareketli bir omurgasını yapmak (makalede bir fotoğrafı var) aptalca, çünkü manevra sırasındaki aşırı yükler, basitçe çökecek şekilde.

Omurga ne tür bir stabilite sağlar?

Omurganın uçağın tasarımına dahil edildiği üç tür stabilite vardır:

• İzleyin.
• Boyuna.
• Enine.

Tüm bu çeşitleri daha ayrıntılı olarak ele alalım. Yani, yön kararlılığı. Uçuş sırasında gövdenin uzunlamasına stabilitesinin kaybolması durumunda, uçağın atalet kuvveti nedeniyle bir süre daha ileri uçmaya devam edeceği unutulmamalıdır. Bundan sonra, hava akışı, ağırlık merkezinin arkasında bulunan uçağın arkasına doğru akmaya başlar. Bu durumda omurga, uçağı kendi ekseni etrafında dönmeye zorlayan bir dönme kuvvetinin oluşmasını engeller.

Boyuna stabilite. Uçağın normal modda uçtuğunu varsayalım, ağırlık merkezi, gövdesine uygulanan basınç merkezi ile çakışmaktadır. Şu anda, çok yönlü kuvvetler, uçağın gövdesini dağıtma eğiliminde olan gövdesine de etki eder. Kaldırma ve yerçekimi aynı anda hareket eder. Uçağın omurgası (makalede bu bölümün bir fotoğrafını göreceksiniz), bu özel durumda çok dengesiz olan denge sağlar. Kuyruk, omurga ve stabilizatör olmadan normal uçuş imkansızdır.

Diğer sürdürülebilirlik

Kesme kararlılığı. Genel olarak, bu faktör önceki özelliğin mantıksal bir devamıdır. Çok yönlü kuvvetler, omurganın kanadına ve yanal stabilizatörlerine etki ettiğinde, uçağı devirmeye "denerler". Kanatların şekli buna karşı koyar: Onlara uzaktan bakarsanız, güçlü bir şekilde ayrılmış üst “boynuzları” olan “U” harfine benzerler. Bu form, pozisyonun kendi kendine düzeltilmesini sağlar.uzayda uçak. Omurga yanal dengeyi korumaya yardımcı olur.

Süpürme kanatlı uçakların yüksek hızlarda o kadar fazla omurgaya ihtiyacı olmadığını unutmayın. Düşerse, karşı koyma kuvvetlerinin büyümesi katlanarak gerçekleşir. Bu nedenle, bu makineler için bu kadar yüksek yüklere dayanabilecek en dayanıklı ve hafif omurga çok önemlidir. Ve nasıl elde edebilirsiniz? Bunun hakkında konuşalım.

Modern uçak yaratmanın özellikleri

Şu anda, Rosaviation uzmanları ve yabancı meslektaşları, en yeni kompozit malzemelerden yapılmış büyük parçalardan (omurga dahil) uçak parçalarının oluşturulmasına odaklanıyorlar.

Modern uçakların tasarımında bu bileşiklerin oranı giderek artıyor. Uzmanlardan alınan bilgilere göre, hacim oranları zaten %25'ten %50'ye ulaşıyor ve ticari olmayan küçük uçaklar %75 oranında plastik ve kompozitlerden oluşabilir. Bu yaklaşım neden havacılıkta bu kadar yaygın? Gerçek şu ki, polimer "alaşımlardan" yapılmış bir Boeing uçağının aynı omurgası çok düşük ağırlığa, çok yüksek mukavemete ve standart malzemeler kullanılarak elde edilmesi gerçekçi olmayan bir kaynağa sahiptir.

Ana Malzemeler

Kompozitlerin sadece kuyruğun değil, aynı zamanda sadece çok güçlü değil, aynı zamanda yeterince güçlü olması gereken kanatların ve gövde güç elemanlarının tasarımında en haklı kullanımıesnek. Aksi takdirde, uçuş yüklerinin etkisi altında yapının tahrip olma olasılığı göz ardı edilemez.

Ama her zaman böyle değildi. Bu nedenle, Sovyet uçak endüstrisinin gururu, Beyaz Kuğu veya Blackjack olarak da bilinen Tu-160 uçağı, … titanyum alaşımlarından yapılmış bir omurgaya sahiptir. Bu kadar özel ve son derece pahalı bir malzeme, bu güne kadar hizmette olan en ağır bombardıman uçağı unvanını koruyan bu makinenin tasarımına uygulanan muazzam baskılar nedeniyle seçildi. Ancak yine de, bir omurga oluşturmak için bu kadar radikal bir yaklaşım nadirdir ve bu nedenle bugün tasarımcılar daha basit kompozit malzemelerle çok daha sık uğraşmak zorundadır.

Kompozit omurga oluştururken ne gibi zorluklarla karşılaşıyorsunuz?

Geliştirme sürecinde yerli tasarımcılar bir dizi karmaşık görevi çözmek zorunda kaldılar:

• Omurganın büyük boyutlu parçalarının ve diğer karbon fiber ekipmanların infüzyon yöntemi kullanılarak oluşturulması üzerinde çalışıldı.
• Ayrıca, kompozit malzemelerin kullanımı için tasarlanmayan üretimin ana aşamalarını neredeyse tamamen yeniden düşünmek ve yeniden düzenlemek zorunda kaldı.

Diğer Özellikler

En son yazılım (FiberSim), en yüksek otomasyon derecesine ulaşmayı sağlayan üretim sürecine dahil edildi. Ek olarak, tasarımı makalede açıklanan uçağın omurgası, pratikte hiçbir çizimin olmadığı teknolojiler kullanılarak yapılabilir. Bu parçanın bu yaklaşımla üretimi şu şekildedir:yol:

• Bitmiş bir model tasarlama veya seçme. Bugün, omurga (çoğunlukla) "insan" geliştiricilerin katılımı olmadan tam otomatik modda tasarlanmıştır.
• Kullanılmış malzemelerin kesilmesi, ayrıca otomatik modda gerçekleştirilir.
• Otomatik modda, omurgayı oluşturmak için kullanılan hammaddeler ve yapısal parçaları düzenlenir.
• Döşeme katmanları, bir bilgisayar programı tarafından kontrol edilen robotik mekanizmalar tarafından gerçekleştirilir.

Ayrıca, omurga üretimine yönelik modern yaklaşım şunları önermektedir:

• Sürekli olarak en zorlu koşullar altında test edilen prototipler oluşturmak.
• Bir uçakta omurganın durumunun sürekli olarak izlenmesini sağlayan tahribatsız test teknolojileri geliştirilmektedir.

MS-21 uçağının kuyruk birimini oluşturmak için gelişmiş yöntemler

Çok uzak olmayan bir geçmişte, havacılık endüstrisi, yerli geliştiricilerin tamamen yeni bir uçak olan MS-21'i geliştirdiklerini açıklamasıyla tam anlamıyla şaşkına dönmüştü. Alışılmadıklığı, neredeyse son otuz yıldır bunun ülke içindeki uçuşlar için ilk yerli otomobil olmasıdır. Üretimi sırasında, omurganın ve tüm kuyruk tertibatının yenilikçi özelliklerini büyük ölçüde etkileyen en son teknolojilerin çoğu test edildi.

MS-21 uçağının omurgasının kesonunu geliştiren ve üreten yerli uzmanlar şunları başarabildi:

• Üretimde kullanılan tüm parça ve hammaddelerin kesiminin tam otomasyonu. Bu sayede tüm kuyruk ünitesinin ve özellikle omurganın toplam maliyetinde en az %50 azalma sağlamak mümkün oldu.
• ProDirector yazılımı, parçaların işlenmesinde mükemmel hassasiyet elde etmenizi sağlayan kuyruk ünitesinin üretiminde kullanılır. Bu, yalnızca güçlü değil, aynı zamanda son derece hafif omurgalar oluşturmayı mümkün kılar.
• Ayrıca, modern bir uçağın omurgası çift eğrilik teknikleri kullanılarak oluşturulur. Onlar sayesinde, ek yapısal güçlendirmeye ihtiyaç duyulan alanlarda (uçak omurgası altında) çok yönlü kalınlık elde etmek mümkündür.
• Bugün omurganın büyük parçaları bile özel otoklavlarda "kızartılabilir". Sonuç, her derecedeki yüklere dayanabilen son derece güçlü ve sağlam bileşenlerdir.
• Parçaların geometrisinin kontrolü de karmaşık bilgisayarlı sistemler tarafından kontrol edilir.

Diğer Özellikler

Yeni teknolojilerin ve tekniklerin kullanılması nedeniyle kuyruk ünitesi ve omurga oluşturma iş yoğunluğu %50-70 oranında az altıldı. Bugün, omurga ve kuyruk ünitesinin dört binden fazla parçası durum testlerinden geçmiştir.

Ana başarı, 7,6 x 2,5 m ölçülerindeki omurga kutusu parçalarının üretimi için güvenilir ve basit bir teknolojinin geliştirilmesidir. Şu anda, Irkutsk Havacılık Fabrikasına teslim edilmeye başlandı. Modern kompozit malzemelerden yapılmışlardır ve bu sürecin özellikleri, önde gelen yabancı havacılık ekipmanı üreticilerinin ilgisini çoktan çekmiştir.

Modern Sorunlar

Neden bir omurga tasarlamanın ve inşa etmenin modern yollarını tartışmak için bu kadar çok zaman harcadık? Gerçek şu ki, geçen yüzyılın 60'lı yıllarından beri, uçakların hız performansında daha fazla bir artışın, ancak güçleri arttırılırsa ve üretime tamamen yeni polimerik malzeme türleri tanıtılırsa mümkün olduğu tamamen açık hale geldi. En son nesil uçaklarla ilgili sorun, tasarımlarının (ve özellikle omurganın) "yorgunluğa" karşı oldukça hassas olmasıdır. Bu nedenle, geçen yüzyılın 70'li yıllarına gelindiğinde, kanat ve kuyruğun durumunu izlemek için çok sayıda yöntem geliştirildi.

Üretim gereksinimleri de yüksektir. Her bir parça grubu, sıcaklık ve basınçla test edilen titreşim stantlarında en şiddetli aşırı yüklenmelere maruz kalır. Ve bu şaşırtıcı değil, çünkü en ufak bir çatlak yüzlerce yolcunun ölümüyle sonuçlanıyor.

Uçağın omurgasının nerede olduğunu ve ne işe yaradığını öğrendiniz!