איפה הקיר של המטוס? קיל מטוסים: עיצוב

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

גם אדם שמעולם לא ראה את הים כנראה מכיר את מילת הפרידה: "שבע רגל מתחת לקיל." ואין כאן שאלות. הקיל של ספינה הוא החלק המבני החשוב ביותר שעליו מחוברים חלקים רבים מגוף הספינה שלה. אבל האם מישהו יודע היכן נמצא הקיר של המטוס ולמה הוא משרת?

מה זה?

זהו "איבר" היציבות, המאפשר לשמור את המטוס במסלול נתון. שלא כמו ספינות, הקילו של כלי טיס הוא חלק בלתי נפרד מסנפיר הזנב האנכי. בתחתית גוף המטוס, אין קיל למטוסים! אבל יש עדינות אחת. העובדה היא שחלק זה מחובר בחוזקה למרכיבי הכוח של גוף המטוס, ולכן עדיין יש משהו משותף במונחי הים והאוויר. אז איפה הקיר של המטוס? במילים פשוטות, זהו החלק האנכי של הזנב.

הוא ממוקם ללא תנועה, קבוע בשלוש נקודות, סימטרי לקו המרכז של המטוס. במראה, לפרט זה יש צורה של טרפז אידיאלי. ככלל, הקילו של כלי טיס מורכב מצלעות, צלעות ועור. תכנית זו היא קלאסית, מעט השתנתהמאז הופעת המטוס הראשון. השפיץ הקדמי ממוקם באלכסון (ככלל).

Layouts

לרוב, הקיל הוא יחיד, אבל במקרים מסוימים הוא עשוי כפול ואפילו משולש (במפציצי מדחף). במקרה האחרון, זה נדרש כדי להבטיח יציבות כיוונית גבוהה של המכונה הכבדה. אגב, כל המטוסים מחולקים לשלושה סוגים לפי מיקום הקיל:

• נבנה בתבנית רגילה. כזה, למשל, הוא הקילו של מטוס ה-A321.
• "ברווזים", כלומר, כלי טיס שבהם הזנב האופקי של הקיל ממוקם מול הכנפיים.
• "ללא זנב". מהקליל נשאר רק הזנב האנכי, הגלגלים האופקיים נעדרים לחלוטין.

כמובן, שני הזנים האחרונים אופייניים יותר ל"קהילה" של כלי טיס צבאיים, שכן מיקום כזה של הקייל נחוץ כדי להעניק למטוס יכולת תמרון גבוהה במיוחד.

במקרים מסוימים, נעשה שימוש בעיצובים מורכבים אפילו יותר. למשל, ציצות מתחת לכף הרגל (הם גם קליעי גחון). הם משמשים בכמה מטוסים על-קוליים שבהם שמירה על יציבות מושלמת במהלך הטיסה היא חיונית. כך, מתחת לקל המטוס (כאן, כבר גילינו) ישנה זרימה נוספת ומסיבית. מצב נפוץ יותר הוא כאשר בדרך כלל יש להעביר את הנוצות האופקיות של הזנב לחלק העליון של הקיל. זה קורה אם המנועים מותקנים בחלק האחורי של המטוס. תרשים כזה ניתן לראות, למשל, במטוסי מטען-נוסעים מקומיים "Il".

למה זה מיועד?

כפי שאתם יודעים, מזג אוויר רגוע הוא דבר נדיר ביותר שמתרחש לא יותר מכמה פעמים בשנה. ברוב המקרים יש רוח, ועוצמתה וכיוונה יכולים להשתנות באופן דרמטי. כאשר מטוס טס, משבי רוח יכולים להשפיע רבות על הכיוון והמסלול. על המטוס להיות מתוכנן לחזור למצב יציב בעצמו. רק במקרה זה אפשרית טיסה בטוחה.

מטרה עיקרית

הכלל העיקרי לעיצוב קיל הוא למקם אותו כך שהוא לא ייפול, בשום פנים ואופן, אל השיבה מהכנף. אחרת, תיתכן הפרה חדה של יציבות כיוונית, ובמצבים החמורים ביותר, עיוות פיזי והרס של כל יחידת הזנב. אז, המטרה העיקרית של הקיל היא לשמור על יציבות כיוונית.

העיצוב של מטוסים רבים הוא כזה שהחלק הזה ניתן להזזה. על ידי התאמת סטיית הקילו, הצוות שולט בכיוון המסלול. היוצא מן הכלל הוא מטוסים צבאיים, שעליהם אחראים מנועים בעלי וקטור דחף מבוקר לשינוי כיוון הטיסה. במקרה שלהם, לעשות קיל זז של המטוס (יש תמונה שלו בכתבה) זה טיפשי, שכן עומסי היתר במהלך התמרון הם כאלה שהוא פשוט יקרוס.

איזו סוג של יציבות מספקת הקיל?

ישנם שלושה סוגי יציבות, שלמענם נכללת הקיל בעיצוב המטוס:

• מסלול.
• אורכי.
• Transverse.

בואו נתמודד עם כל הזנים האלה ביתר פירוט. אז, יציבות כיוונית. יש לזכור שבמקרה של אובדן יציבות אורכית של גוף המטוס בטיסה, המטוס עדיין ימשיך לטוס קדימה במשך זמן מה בגלל כוח אינרציאלי. לאחר מכן, זרימת האוויר מתחילה לזרום אל החלק האחורי של המטוס, שנמצא מאחורי מרכז הכובד. הקיל במקרה זה מונע התרחשות של כוח מסתובב שמאלץ את המטוס להסתובב סביב צירו.

יציבות אורכית. נניח שהמטוס טס במצב רגיל, מרכז הכובד עולה בקנה אחד עם מרכז הפעלת הלחץ על גוף המטוס שלו. ברגע זה פועלים גם כוחות רב-כיווניים על גוף המטוס שלו, הנוטים לפרוס את גוף המטוס. הרמה וכוח המשיכה פועלים בו זמנית. קיל המטוס (תראה תמונה של חלק זה במאמר) מספק איזון, שבמקרה הספציפי הזה הוא מאוד לא יציב. טיסה רגילה ללא זנב, קיל ומייצב בלתי אפשרי.

קיימות אחרת

יציבות גזירה. באופן כללי, גורם זה הוא המשך הגיוני של הנכס הקודם. כאשר כוחות רב-כיווניים פועלים על הכנף והמייצבים הצדדיים של הקילו, הם "מנסים" להפיל את המטוס. צורת הכנפיים מנוגדת לכך: אם מסתכלים עליהן מרחוק, הן דומות לאות "U" עם "קרניים" עליונות מופרדות חזק. טופס זה מספק תיקון עצמי של המיקוםכלי טיס בחלל. הקיל עוזר לשמור על יציבות צידית.

שימו לב שמטוסים עם כנפיים סוחפות לא כל כך זקוקים לקיל…במהירויות גבוהות. אם הוא נופל, אז הצמיחה של כוחות נגד מתרחשת באופן אקספוננציאלי. לכן, עבור מכונות אלה, חשוב מאוד הקיל העמיד והקל ביותר, שיכול לעמוד בעומסים כה גבוהים. ואיך אפשר להשיג את זה? בוא נדבר על זה.

תכונות של יצירת כלי טיס מודרניים

כיום, מומחי Rosaviation ועמיתיהם הזרים מתמקדים ביצירת חלקי מטוסים (כולל הקייל) מחלקים גדולים העשויים מהחומרים המרוכבים העדכניים ביותר.

שיעור התרכובות הללו בתכנון של מטוסים מודרניים גדל בהתמדה. על פי מידע של מומחים, חלק הנפח שלהם כבר מגיע מ-25% ל-50%, ומטוסים קטנים לא מסחריים יכולים אפילו להיות מורכבים מפלסטיק ומרוכבים ב-75%. מדוע גישה זו נפוצה כל כך בתעופה? העובדה היא שלאותו קיל של מטוס בואינג, העשוי מ"סגסוגות" פולימריות, יש משקל נמוך מאוד, חוזק גבוה מאוד ומשאב שפשוט לא ריאלי להשגה באמצעות חומרים סטנדרטיים.

חומרים עיקריים

השימוש המוצדק ביותר בחומרים מרוכבים בעיצוב לא רק של הזנב, אלא גם של הכנפיים ורכיבי הכוח של גוף המטוס, שחייבים להיות לא רק חזקים מאוד, אלא גם מספיקגָמִישׁ. אחרת, לא ניתן לשלול את ההסתברות להרס של המבנה בפעולת עומסי טיסה.

אבל זה לא תמיד היה ככה. אז, לגאווה של תעשיית המטוסים הסובייטית, למטוס ה-Tu-160, הידוע גם בשם הברבור הלבן או בלאק ג'ק, יש קיל עשוי מסגסוגות טיטניום. חומר ספציפי ויקר במיוחד נבחר בגלל הלחצים העצומים שהופעלו על עיצוב המכונה הזו, שעד היום שומרת על התואר המפציץ הכבד ביותר בשירות. אבל עדיין, גישה כל כך רדיקלית ליצירת קיל היא נדירה, ולכן כיום מעצבים צריכים להתמודד עם חומרים מרוכבים פשוטים יותר לעתים קרובות יותר.

אילו אתגרים אתה מתמודד בעת יצירת קיל מרוכב?

במהלך תהליך הפיתוח, מעצבים ביתיים נאלצו לפתור מגוון שלם של משימות מורכבות:

• הושגה יצירת חלקים גדולים מהקליל וציוד אחר של סיבי פחמן בשיטת העירוי.
• נאלץ גם לחשוב מחדש כמעט לחלוטין ולהתאים מחדש את שלבי הייצור העיקריים, שלא תוכננו לשימוש בחומרים מרוכבים.

תכונות אחרות

התוכנה העדכנית ביותר (FiberSim) הוכנסה לתהליך הייצור, המאפשרת להגיע לדרגה הגבוהה ביותר של אוטומציה. בנוסף, כעת ניתן ליצור את קיל המטוס, שעיצובו מתואר במאמר, באמצעות טכנולוגיות שבהן אין כמעט ציורים. ההפקה של חלק זה בגישה זו היא כדלקמןדרך:

• עיצוב או בחירת דגם מוגמר. כיום, הקיל מעוצב (בעיקר) במצב אוטומטי לחלוטין, ללא השתתפות מפתחים "אנושיים".
• חיתוך חומרים משומשים, מתבצע גם במצב אוטומטי.
• במצב האוטומטי, חומרי הגלם המשמשים ליצירת הקיל וחלקיו המבניים מונחים.
• הנחת שכבות מתבצעת על ידי מנגנונים רובוטיים הנשלטים על ידי תוכנת מחשב.

בנוסף, הגישה המודרנית לייצור קילים מציעה את הדברים הבאים:

• בנייה מתמשכת של אבות טיפוס שנבדקים בתנאים הקשים ביותר.
• מפותחות טכנולוגיות בדיקה לא הרסניות המאפשרות ניטור רציף של מצב הקיל במטוס.

שיטות מתקדמות ליצירת יחידת הזנב של מטוס ה-MS-21

בעבר הלא כל כך רחוק, תעשיית התעופה ממש הייתה המומה מהכרזה של מפתחים מקומיים שהם מפתחים מטוס חדש לגמרי, ה-MS-21. החריג שלו הוא שבמשך כמעט שלושת העשורים האחרונים מדובר במכונית הפנים הראשונה לטיסות בתוך המדינה. במהלך ייצורו, נבדקו רבות מהטכנולוגיות העדכניות ביותר, אשר השפיעו במידה רבה על התכונות החדשניות של הקיל ושל מכלול הזנב כולו.

בפיתוח וייצור הקיסון של הקיל של מטוס ה-MS-21, מומחים מקומיים הצליחו להשיג את הפעולות הבאות:

• אוטומציה מלאה של חיתוך כל החלקים וחומרי הגלם המשמשים בייצור.בשל כך, ניתן היה להשיג לפחות 50% הפחתה בעלות הכוללת של כל יחידת הזנב ובמיוחד של הקיל.
• תוכנת ProDirector משמשת בייצור יחידת הזנב, המאפשרת להגיע לדיוק מושלם בעיבוד החלקים. זה מאפשר ליצור לא רק קלילים חזקים, אלא גם קלים במיוחד.
• כמו כן, הקילו של מטוס מודרני נוצר באמצעות טכניקות עקמומיות כפולות. בזכותם ניתן להגיע לעובי רב כיווני באותם אזורים בהם יש צורך בחיזוק מבני נוסף (מתחת לקל המטוס).
• אפילו חלקים גדולים מהקיל כיום ניתן "לטגן" בחיטוי מיוחד. התוצאה היא רכיבים חזקים וקשיחים במיוחד שיכולים לעמוד בעומסים בכל רמה.
• השליטה בגיאומטריה של חלקים נשלטת גם על ידי מערכות ממוחשבות מורכבות.

תכונות אחרות

עקב שימוש בטכנולוגיות וטכניקות חדשות, עוצמת העבודה של יצירת יחידת הזנב והקיל הופחתה ב-50-70%. כיום, יותר מארבעת אלפים חלקים מיחידת הקיל והזנב עברו מבחני מדינה.

ההישג העיקרי הוא פיתוח טכנולוגיה אמינה ופשוטה לייצור חלקי קופסאות קיל בגודל 7.6X2.5 מ'. נכון לעכשיו, הם כבר החלו להיות מועברים למפעל התעופה של אירקוטסק. הם עשויים מחומרים מרוכבים מודרניים, והתכונות של תהליך זה כבר משכו את התעניינותם של יצרנים זרים מובילים של ציוד תעופה.

גליונות מודרניים

למה בילינו כל כך הרבה זמן בדיון על דרכים מודרניות לעיצוב ובניית קיל? העובדה היא שמאז שנות ה-60 של המאה הקודמת התברר לחלוטין כי עלייה נוספת בביצועי המהירות של מטוסים אפשרית רק אם חוזקם גדל וסוגים חדשים לחלוטין של חומרים פולימריים יוכנסו לייצור. הבעיה עם מטוסים מהדורות האחרונים היא שהעיצוב שלהם (והקיל בפרט) רגיש מאוד ל"עייפות". בשל כך, בערך בשנות ה-70 של המאה הקודמת, פותחו שיטות רבות לניטור מצב הכנף והזנב.

דרישות הייצור גם הן גבוהות. כל אצווה של חלקים נתונה לעומסי יתר החמורים ביותר על מעמדי רטט, שנבדקו לפי טמפרטורות ולחץ. וזה לא מפתיע, שכן הסדק הקל ביותר כרוך לאחר מכן במותם של מאות נוסעים.

אז גילית איפה קייל המטוס ולמה הוא מיועד!