Лонжероны самолета это: Лонжерон крыла самолета

2 февраля, 2019 by admin

Содержание

Лонжерон крыла самолета

Лонжероны – это стыковые узлы крыльев, которые являются частью компенсаторных узлов. Помимо лонжеронов, к компенсаторам также относят подмоторные рампы, различные подвески и прочее. Это продольный основной элемент силового набора самолета. Он выполняет функцию передачи растягивающих, изгибающих, сжимающих и других типов нагрузок. Существует несколько видов лонжеронов – балочные, ферменно-балочные, ферменные, коробчатые. Кроме того, лонжероны принимают участие в восприятии перерезывающей силы. Коробчатого и круглого сечения лонжероны способны воспринимать крутящийся момент.

У летательных аппаратов лонжероны совмещаются со стрингерами и создают продольный набор крыла, оперения, фюзеляжа, элеронов и рулей.

Конструкция

С конструктивной точки зрения лонжероны бывают сборными или монолитными. Сборный лонжерон обладает нижним и верхним поясом и стенкой. Коробчатое сечение имеет только две стенки. Со стенкой пояса соединяются путем клепки, точечной электросварки, болтовых соединений или склейки. Пояса работают от изгибающего момента на растяжение-сжатие. Они составляют большую часть всей площади сечения лонжерона.

Моноблочное крыло – это тип конструкции крыла, у которого при изгибе продольные силы воспринимаются стрингерами и обшивкой по всему поперечному контуру. В таких крыльях лонжеронов нет, но вместо них устанавливаются продольные стенки.

Пояса лонжерона создаются из высококачественных материалов:

сталь;
титан;
алюминиевые сплавы.

При создании формы сечения конструкторы руководствуются определенной задачей – обрести максимальный момент инерции при заданной площади сечения, простотой изготовления, удобством выдерживания профиля, экономии и удобств закрепления к обшивке и стенкам.

По ширине вытянутая форма сечения профиля повышает момент инерции лонжерона. Благодаря присутствию лапок площадь поясов, которая занята отверстиями под заклепки, становится небольшой, а крепление стенки и обшивки к поясу значительно упрощается. Профиль крыла держится за счет малой ковки профилей и их лапок, но в том случае, если это возможно. В других вариациях на пояса устанавливают накладки из мягкого материала.

Применяя профили разного сечения, можно измерить площадь самого сечения поясов в длину. Разрушение пояса при сжатии образовывается от напряжений, равных прочностному пределу материала. При этом пояс работает далеко не всей площадью, а только ее частью, которая равна площади пояса.

Критические напряжения сжатия поясов балочного лонжерона

В двух плоскостях пояс балочного лонжерона подкреплен жесткими элементами – стенкой и обшивкой. Они препятствуют искривлению оси пояса, что приводит к отсутствию потери устойчивости. Критические напряжения определяются так же, как и у стрингеров.

Стенки балочных лонжеронов создают в основном из листовых материалов. Тонкие стенки подкрепляют стойками, как правило, уголкового сечения. Основная задача стойки – разделить стенку на несколько панелей и повысить касательные критические напряжения потери устойчивости, зависящей от соотношения h/a и толщины стенки.

В конструкции лонжерона бывает одна или две стенки. Критические напряжения сдвигания стенок намного меньше, чем толстых. По этой причине одна толстая стенка выгоднее в весовом отношении, чем две тонкие, которые рассчитаны на ту же нагрузку.

Лонжерон крыла самолета — О самолётах и авиастроении

Лонжероны – это стыковые узлы крыльев, каковые являются частью компенсаторных узлов. Кроме лонжеронов, к компенсаторам кроме этого относят подмоторные рампы, разные подвески и другое. Это продольный главный элемент силового комплекта самолета. Он делает функцию передачи растягивающих, изгибающих, сжимающих и других типов нагрузок.

Существует пара видов лонжеронов – балочные, ферменно-балочные, ферменные, коробчатые. Помимо этого, лонжероны принимают участие в восприятии перерезывающей силы. Коробчатого и круглого сечения лонжероны способны принимать крутящийся момент.

У летательных аппаратов лонжероны совмещаются со стрингерами и создают продольный комплект крыла, оперения, фюзеляжа, рулей и элеронов.

Конструкция

С конструктивной точки зрения лонжероны бывают сборными либо монолитными. Сборный лонжерон владеет нижним и стенкой и верхним поясом. Коробчатое сечение имеет лишь две стены. Со стенкой пояса соединяются методом клепки, точечной электросварки, болтовых соединений либо склейки.

Пояса трудятся от изгибающего момента на растяжение-сжатие. Они составляют солидную часть всей площади сечения лонжерона.

Моноблочное крыло – это тип конструкции крыла, у которого при изгибе продольные силы воспринимаются обшивкой и стрингерами по всему поперечному контуру. В таких крыльях лонжеронов нет, но вместо них устанавливаются продольные стены.

Пояса лонжерона создаются из отличных материалов:

сталь;
титан;
алюминиевые сплавы.

При создании формы сечения конструкторы руководствуются определенной задачей – получить большой момент инерции при заданной площади сечения, простотой изготовления, удобством выдерживания профиля, удобств и экономии закрепления к стенкам и обшивке.

По ширине вытянутая форма сечения профиля повышает момент инерции лонжерона. Благодаря присутствию лапок площадь поясов, которая занята отверстиями под заклепки, делается маленькой, а обшивки и крепление стенки к поясу существенно упрощается. Профиль крыла держится за счет малой их лапок и ковки профилей, но в том случае, если это вероятно.

В других вариациях на пояса устанавливают накладки из мягкого материала.

Используя профили различного сечения, возможно измерить площадь самого сечения поясов в длину. Разрушение пояса при сжатии образовывается от напряжений, равных прочностному пределу материала. Наряду с этим пояс трудится далеко не всей площадью, а лишь ее частью, которая равна площади пояса.

Критические напряжения сжатия поясов балочного лонжерона

В двух плоскостях пояс балочного лонжерона подкреплен твёрдыми элементами – обшивкой и стенкой. Они мешают искривлению оси пояса, что ведет к отсутствию утраты устойчивости. Критические напряжения определяются равно как и у стрингеров.

Стены балочных лонжеронов создают преимущественно из листовых материалов. Узкие стены подкрепляют стойками, в большинстве случаев, уголкового сечения. Главная задача стойки – поделить стенку на пара панелей и повысить касательные критические напряжения утраты устойчивости, зависящей от соотношения h/a и толщины стены.

В конструкции лонжерона не редкость одна либо две стены. Критические напряжения сдвигания стенок значительно меньше, чем толстых. По данной причине одна толстая стена удачнее в весовом отношении, чем две узкие, каковые вычислены на ту же нагрузку.

Самолет Ф-007 испытание лонжерона №1 крыла

Увлекательные записи:

Изготовление лонжеронов для легкого самолёта KR2S

Строительство лонжеронов для деревянной авиамодели KR2-S Дареном Клутенг — Кромптоном из Австралии стало настоящим открытием для него самого. То количество изобретательских задач, которые ему пришлось решить могут вас рассмешить, может быть он и занимался периодически изготовлением «велосипеда», вместо рациональной работы, но это был его путь проб и ошибок. Каждый может поставить себя на его место и найти творческое и мотивирующее начало в его рассказе. Статьи на тему строительства KR2S можно найти на английском сайте kr2s.r-farley.com.

Лонжероны центроплана

Изготовление лонжерона начинается с изготовление его полок. Для этого необходимо соединить два бруска и две фанерные рейки. Для того чтобы соединение было прочным, бруски в центральной части соединяются внахлест. Другое название соединения – «на ус». Для обеспечения прочности полки изготавливаются под углом 10 – 12°, а в месте стыка обязательно находятся опоры нервюр и поперечного набора крыльев. Соединение лонжеронов встык чаще всего выполняются потому, что волокна древесины должны располагаться поперечно, а не так как у березового шпона, где волокна находятся преимущественно в продольном направлении.

Изготовление фанерной стенки

Фанерная стенка изготавливается из авиационного березового шпона. Его разрезают на полосы. Для получения прямого реза я использую лобзик с качественной пилкой и алюминиевый профиль в качестве шаблона.

Склейка лонжеронов центральной части крыла

Следующий шаг – склейка двух частей шпона. Для этого потребуются струбцины, который могут быть пружинными и резьбовыми. Пружинные струбцины использовать для данной операции предпочтительнее всего, поскольку даже в том случае, когда весь клей вытечет, и высота пакета станет меньше, они будут продолжать давить. Резьбовые струбцины ослабнут, и рейки в пакете могут сместиться относительно друг от друга. Перед склейкой лонжерона клей наносится на поверхности обеих соединяемых частей. Такой порядок склейки позволит клею впитаться в поверхность и обеспечит прочность соединения. Должен отметить, что на фотографии сверху показана чрезмерно пустая трата клея, но также стоит признать, что пустоты между половинками нет и это важнее. Кстати, я пользуюсь эпоксидным клеем Т-88 потому, что он считается лучшим для склеивания дерева и схватывается при +10 °С.

Кроме того, я пользуюсь алюминиевым C – образным профилем в качестве направляющей линейки. С его помощью я склеил все лонжероны и обеспечил прямолинейность лонжерона во всех направлениях. А также закрыл его клейкой летной для предотвращения прилипания эпоксидки к нему.

Используйте как можно больше эпоксидки, не экономьте её. Если вместо пружинных струбцин используются резьбовые струбцины, то через некоторое время их нужно докрутить, пока клей полностью не выйдет из места стыка. Для надежности я также закрепил обе части лонжерона в середине, в начале и в конце.

Чтобы получить поперечные элементы лонжерона и подогнать ширину полки к нужным размерам пропустите склеенные лонжероны через отрезную пилу. Для правильного отреза необходимо убедиться, чтобы рез был перпендикулярен плоскости стола, сделать это проще всего с помощью угольника. Все резы я выполняю с запасом 1/32”. Запас по ширине позволяет убрать рубанком следы от фрезы и сделать форму поперечин прямоугольной и ровной.

Одинаковая ширина всех поперечин обеспечивается стопором на ограждении пилы. Также для точности реза можно отмечать красным штрихом места отреза. Если все это применить, то все вертикальные поперечины могут быть смонтированы в одном направлении и любые проблемы с прямыми углами будут устранены. Сборка лонжерона выполняется за несколько этапов. Самое главное – использовать как можно больше клещей и зажимов. Ведь чем больше клещевых зажимов вы будете использовать, тем меньше вероятность появления щелей между фанерами, полками и поперечинами, и выше прочность стыка. Появление любых зазоров — повод для того, чтобы все начать заново. В моём случае нормальная клейка получилась со второго раза. Первый раз я был шокирован количеством видимого «непроклея» на следующее утро, что был вынужден повторить операцию.

При сборке лонжерона первым делом в пояс монтируются и приклеиваются все поперечины. Важно, чтобы все перекладины были расположены красной полоской вверх, в этом случае все ошибки угла фрезы будут смотреть в одну сторону. Не забудьте в каждой поперечине просверлить отверстие, чтобы уравнять давление при изменении высоты полёта. Не исключаю, что вы сможете найти другой способ сбросить воздушное давление.

Затем я накрываю противоположную поверхность лонжерона клейкой лентой (в качестве антиадгезива) и использую её в качестве плоскости для приложения дополнительного усилия к поперечинам. Обратите внимание на алюминиевую плиту под лонжероном, используется для приложения дополнительного усилия к поясу и поперечинам. Это особенно критично, первое время я пытался использовать степлер для фиксации поперечин, но в результате у меня появилось много зазоров и куча скобок, которые надо было убирать.

Я отработал следующую технологию клейки:
сначала поперечины приклеиваются с правой стороны к лонжерону (на фотографии). Одновременно пояс лонжерона (справа) и поперечины приклеиваются к стенке из авиационной березовой фанеры толщиной 2,5 мм. Эпоксидки было слишком много, большая часть оказалась на полу. Заметьте, что использование алюминиевого профиля (на фотографии слева) обеспечило прямолинейность всей конструкции во время сушки. Для того чтобы конструкция схватилась, а клей затвердел, потребовался целый день.

На этом этапе эпоксидный клей наносится на обратную сторону поперечин, а также на другой пояс. Далее лонжерон устанавливается на поверхность, промазанную клеем, и закрепляется также, как на предыдущем этапе.

После отверждения получается картинка с множественными подтеками эпоксидки. С помощью такой эпоксидки можно заполнять зазоры до 1/16”. Да, это лишний вес, но без сомнений, что полная проклейка стыка будет обеспечена. Можно либо убрать излишки, либо покрыть этим лаком внутреннюю поверхность лонжерона. Теперь самое время закрыть все внутренние поверхности (кроме тех, которые будут приклеиваться к фанерной стенке) с помощью полиуретана или эпоксидки. Полиуретан при затвердевании занимает меньше места и потому легче. Используйте его везде, где нет ультрафиолета, особенно внутри лонжерона. Излишки клея можно убрать с помощью скребка и пылесоса.

Точность соединения лонжерона с фанерой и прямолинейность всей конструкции определяет алюминиевый лист, а он достаточно жесткий, чтобы обеспечить всё как надо. Прямолинейность лонжерона в другом направлении определяется I – образным 1,32 метровый швеллер. Вообще, чем массивнее швеллер, тем выше прямолинейность конструкции.

Вот где стоит установить больше струбцин. Конечным результатом станет лонжерон, в надежности которого не будет повода сомневаться. Обратите внимание на небольшие образцы на верхнем листе лонжерона. Это часть пояса лонжерона, оставленная склеенной и разрезанная на части. Для проверки качества стыка нижнюю часть закрепляют в тиски и ломают соединение с помощью кувалды. Качество схватывания видно по характеру слома: слом идет либо по клею (худший вариант), либо по дереву (лучший вариант). Рекомендуется сделать два образца: один для себя, другой для инспекторов при сертификации летной годности.

Доведение формы лонжеронов

Для доведения лонжеронов используется кромкострогальный станок. Если у вас нет профессионального оборудования, можете использовать мой метод срезания кромок. Для этого вам понадобиться настольная пила и твердая опорная поверхность. В качестве опоры может подойти стол сверлильного или фрезерного станка, а также стол слесарного верстака.

Создание уклона лучше всего делать с помощью настольной пилы, если вы используете специальную фрезу, предназначенную для фанеры. В противном случае, вы рискуете раскрошить стенки фанеры. Также можно пользоваться рубанком с регулировкой вылета лезвия. Не забывайте, что часть лонжерона, которая находится внутри фюзеляжа, не имеет конуса. Также нет конуса у части лонжерона, выступающего за фюзеляж на несколько дюймов. Эта часть является местом приложения высоких нагрузок, поэтому уклоны там недопустимы. Чем массивнее в этом месте лонжерон, тем лучше. Уклоны и скругления позволяют облегчить вес.

Изготовление заднего лонжерона консоли крыла

Задний лонжерон имеет конструкцию подобную главному лонжерону, за исключением уклона по всей длине. Для получения уклона я пользуюсь пилой, показанной на фотографии. Фреза прямая с размерами 2,5 на 15,2 мм с планками, прикрученными к ней для того, чтобы держать лонжерон на месте. Пропустите фанеру через пилу, отрезав небольшой кусок фанеры с левого края и оставив ограждение в порядке. Теперь зажмите пояс и кромку доску, где был выполнен рез.

Во время резания уклона также можно отрегулировать настольную пилу для доведения профиля. Чистота и идеальная прямолинейность реза будет вам гарантирована, и не будет необходимости ошкуривать.

Изготовление переднего лонжерона консоли крыла

На этом рисунке показан I – образный алюминиевый профиль с размерами 10 см на 15,2 см, который я использовал для обеспечения правильности формы и прямолинейности размеров. Вот так лонжерон был зафиксирован для лучшей склейки.

Здесь показан отличный способ склейки и возможность убедиться, что все ваши поперечины и лонжероны склеились на 100%, и вы уверены в надежности склейки после всех процедур.

Пояс лонжерона прижимается сверху к фанере, алюминиевый профиль снизу обеспечивает плоскостность. Зазор между склеиваемыми поверхностями остается постоянным, а качество склейки просто феноменальное. Все что остается довести – это уклоны на задних лонжеронах и лонжероны у вас в руках.

Доведение профиля и создание скоса на лонжероне

Для того чтобы сделать уклоны на лонжеронах мне потребовалась настольная пила и минимальный набор приспособлений. В качестве наладки я использовал прямой брус 2,5 на 20 см, у которого одна из сторон использовалась в качестве направляющей. Брус я обработал предварительно, подогнав угол одной из его сторон по углу аэродинамического профиля. Закрепив лонжерон на брусе, и прогнав его через пилу, я перенес скос бруса на лонжерон.

Наладка для скоса несет в себе одну функцию – главное, чтобы заготовка не скользила во время обработки. Такой способ обработки гораздо более точный, чем ошкуривание, и помогает снять с заготовки гораздо больше материала. Конечно, обращение с настольной пилой требует определенного внимания и осторожности, но при определенной сноровке и навыке позволяет получить лонжероны, которые идеально будут соответствовать аэродинамическому профилю при экономии общего времени обработки.

Установка лонжеронов и угла заклинения крыльев

Я изготовил этот кондуктор из остатков цельного куска дерева, когда делал детям часы на Рождество. Они примерно 5 сантиметров в толщину, 10 в высоту и 15 в ширину. Через всю ширину кондуктора я просверлил отверстие сверлом Ø6 – 30, в центральной части кондуктора я просверлил два отверстия Ø30, а затем вклеил трубку с размерами Ø6 – 25 из нержавеющей стали в отверстие. После того как я это сделал, я вырезал ножовкой центральную часть периметра квадрата. И финал – мой кондуктор был готов!

Для того чтобы пользоваться кондуктором, первым делом я закрепил крепежные кронштейны на лонжеронах. Важно, чтобы отверстия и расположение кронштейнов совпали. Не забыл немного выставить вперед нижнюю пару креплений для получения двугранного профиля крыла. Всего на 0,32 сантиметра. Затем с помощью сверла Ø5 мм я начал сверлить отверстия через весь лонжерон с кронштейнами в качестве кондукторов. Всего в тот же день я осилил 32 отверстия на главном лонжероне.

Одной из проблем в чертежной документации KR2S является отсутствие нормальных видов в плане, из которых можно было замерить углы заклинения крыльев и стабилизатора. После скручивания лонжеронов в форму «лодочки», их геометрия становится трудно воспринимаемой. И всё ничего, но скрещивающиеся плоскости сложно привести к одному знаменателю. Я решил эту проблему с помощью сведения всех расчетов к среднему между положением высоты главного и заднего лонжерона. Как только вы начнете пользоваться этим обобщенным параметром в качестве «уровня» все ваши трудности будут позади.

Лично для себя я определил в качестве «уровня» верхнюю часть лонжерона между главным и задним лонжеронами. Вот описание процесса определения «уровня»:

1) В продольном отношении – использование шестидесяти сантиметрового строительного уровня вдоль верха верхнего лонжерона, закрепленного на вертикальном штативе по центру между главным и задним лонжеронами. Для этого подоприте снизу заднюю часть фюзеляжа фанерной распоркой. Свою опору я собрал из двух 15 сантиметровых частей фанерного листа толщиной ¾”, скрепленных в виде перевернутого Т – образного поперечного сечения. Перед выверкой стоит убедиться, что длины опоры будет достаточно для поддержки нижнего лонжерона без опоры на фанерную обшивку. Когда самолёт будет установлен на опоры, ребра жесткости лонжеронов также будут находиться в вертикальном положении. Переверните уровень и рассчитайте среднее значение между прямым положением и обратным, если они не одинаковые. Эта операция поможет вам убрать все ошибки, связанные с уровнем.

2) В поперечном направлении фюзеляж устанавливается с помощью 130 сантиметрового уровня, лежащего поперек верхних лонжеронов прямо над главным лонжероном. Используйте строительный клин, либо другую подкладку, чтобы установить фюзеляж горизонтально, если он перекошен. Далее перепроверьте показания уровнем и откорректируйте их при необходимости.

3) Теперь, когда фюзеляж выставлен по уровню в обоих направлениях, я обычно рекомендую запомнить для себя эту комбинацию для быстрого восстановления. Сделайте себе «уровень» из чистой пластиковой трубки Ø10 мм – 9 метров. В строительных магазинах можно найти отличный полиуретановый шланг, который будет одновременно и гибким, и чистым. Согните этот шланг в U-образную форму и добавьте в него несколько капель красного пищевого красителя, ещё немного воды, несколько капель, опять воды и т.д. до тех пор, пока трубка не станет полностью заполненной (можно оставить свободными по 20 см с каждой стороны).

Выберите для себя место на фюзеляже самолета, которое будет находиться в зоне видимости даже после того, как самолет будет построен. Я выбрал для этого верхнюю часть лонжерона в районе противопожарной перегородки. Закрепите здесь один конец трубки так, чтобы у шланга была возможность скользить вверх – вниз. Для этого я подвесил деревянный брусок размерами 2,5x5x2,0 см с пропилом под шланг.

Другой конец шланга закрепляется в задней части самолёта в том месте, где должны быть стойки шасси. У противопожарной перегородки устанавливается уровень воды на уровне верха верхнего лонжерона, теперь возвращайтесь к задней части фюзеляжа и делайте отметку на том же уровне, где должна быть стойка шасси. Эта точка будет второй справочной отметкой. Здесь стоит либо просверлить отверстие, либо прибить гвоздик, либо, что-то третье так, чтобы эта отметка всегда была видна, даже после финиша сборки.

Сейчас у вас есть координаты правильного расположения узлов самолёта, которые легко воспроизвести. Точность подобного уровня – около 8 мм. Размер больше 360 см от противопожарной перегородки до стойки хвостового колеса дает погрешность в 0,12 градуса. Это на 0,04 градуса больше 130 см размера основания крыла. Когда настанет время устанавливать крыльевые лонжероны, и задавать угол их заклинения, всё, что будет нужно – это использовать водный уровень для установки фюзеляжа. Также можно пользоваться простой геометрией для расчета высоты подъема крыльев. Например, если вы хотите, чтобы у ваших крыльев был наклон угла 3,5 градуса, то возьмите тангенс 3,5 градуса, что соответствует 0,0612 и умножьте это значение на всю длину крыла. Если хорда крыла в основании 120 см, то 0,0612 x 120 = 7,34 см. Именно на эту величину задняя кромка будет располагаться ниже передней кромки крыла. На законцовке крыла tag(0,5°) равняется 0,008, что на длине 72,5 см даёт величину 0,63 см.

Если вы фанат высоких скоростей и хотите в корневой части крыла 1 градус, а в консольной – 3°, то в этом случае передняя кромка будет на 2 см выше задней. На законцовке же все будет наоборот – задняя кромка будет выше передней кромки на 3,8 см. Звучит нелепо, но даже в том случае, если угол аэродинамического профиля будет отрицательным, он будет создавать подъемную силу. Если вы задаете отрицательный угол в 1°, то вам нужно так же будет задать отрицательный угол на стабилизаторе вниз на градус или больше. Определение точного угла не так просто, поэтому я сделал стабилизатор регулируемым и после летных испытаний устанавливаю его по оптимальной крейсерской скорости. Для простой регулировки я пользуюсь простым приспособлением. Оно состоит из куска фанеры толщиной 2 см, длиной 60 см, с сечением в виде формы стабилизатора и законцовки киля. Размер хорды крыла – 60 см. После летных испытаний, когда все углы и аэродинамические профиля известны, я возвращаюсь к инженерным расчетам фюзеляжа, оснастки и пропеллера. Такой подход может помочь внести изменения в углы заклинивания крыльев для получения более хороших летных качеств.

Когда приходит время устанавливать угол заклинения крыльев, уровень – это классная вещь, которая может выручить. Лучшее место для привязки – верх верхнего главного лонжерона. Законцовка крыла обычно на 12,5 см выше корневой части.

Метаморфозы «Тимки»

Автор — Сергей Павлов (Граф)

Если хочется сделать что-то хорошее, надо это сделать.

После публикации статьи «Советы начинающим моделистам-конструкторам», которая неожиданно (по крайней мере, для меня) получила некоторый резонанс, мне стали задавать практические вопросы вроде этого: «Вот вы пишете, что разрабатывать модели с чистого листа по книжкам – дело бессмысленное, что конструировать надо на основе прототипа. А как конкретно это делается? Пример приведите».

Ну, во-первых, насчет бессмысленности я ничего такого не говорил, а что касается примера, то вот, пожалуйста – пример.

Но имейте в виду, творческий процесс – процесс сугубо индивидуальный. И если я строю свои самолеты приблизительно так, как описано ниже, то у вас могут быть совсем другие подходы. Это всего лишь пример.

Пролог

Достал я как-то КМД-2,5, который лежал у меня без движения лет 15. Завел. Работает, блин… И хорошо работает. Дай, думаю, построю под него учебно-тренировочную модель. Простую, без наворотов, для души, ну и моторчик чтобы был при деле. «Изобретать велосипед» не стал, пошел в магазин и купил «Тимку». Я и в голове не держал, чем эта затея обернется. А обернулась она серией самолетов на тему «Тимки» под моторы небольшой кубатуры. Я ее называю «Гороховой серией». Почему гороховой? Да потому, что обтянуты все эти модели, начиная с прародителя «Тимки», пленкой в серебристый горошек на зеленом фоне. Выбрана такая расцветка была прикола ради, но оказалось, что модели прекрасно видны в небе и имеют веселый, праздничный вид.

В серии, кроме самого «Тимки», еще два самолета – «Гороховая рамка» и «Гороховый вертолетный хвост» или сокращенно «Вертихвост».

Гороховая рамка

Вертихвост

Названия «Гороховая рамка» и «Гороховый вертолетный хвост» связаны с особенностями конструкции самолетов. Ну, «Рамка» она и в Африке рамка, а вот у «Вертихвоста» хвостовая часть фюзеляжа действительно сделана из хвостовой балки вертолета.

Классификация хоббийных RC моделей – вещь весьма условная. По мне, так все модели, что не для соревнований – учебно-тренировочные. Однако в последние годы в авиамоделизме сформировался и стремительно развивается класс моделей, предназначенных исключительно для хобби. Это паркфлаеры. Паркфлаер должен иметь небольшой размер, взлетать с рук, иметь презентабельный внешний вид и красиво летать.

Раньше паркфлаерами я никогда не занимался, но когда «Вертихвост» был на стапеле, я вдруг обнаружил, что он вполне подходит под это определение. Получается такая штука – «Рамка» задумывалась как типичный учебный самолет, а «Вертихвост» из учебки превратился в паркфлаер. Говорить, что оба самолета являются модификациями «Тимки», нельзя. Но «Тимка» дал толчок, поэтому для меня «Рамка» и «Вертихвост» всегда будут самолетами из серии на тему «Тимки».

Принимаясь за эту статью, я долго думал, какой самолет описывать. С одной стороны, статья адресована моделистам, делающим первые шаги в проектирования своих собственных самолетов. В этом смысле «Рамка», как самолет более простой, предпочтительней. Но с другой стороны, в «Вертихвосте» заложено несколько конструктивных идей, которые могут показаться интересными не только начинающим. Я выбрал «Вертихвоста», он и будет главным героем статьи. Но «Рамка» тоже не останется за кадром. Очень много у этих самолетов общего, а в аэродинамическом смысле «Рамка» с «Вертихвостом» и вовсе близнецы-братья.

Тимка

«Тимка» как таковой — самолет хороший. Простой и летает хорошо. А вот kit Тимки…. Наш он, кит, отечественный. Главное его достоинство – относительная дешевизна по сравнению с зарубежными аналогами, а в остальном — убогость в лучших советских традициях. Но есть от наших китов и польза — они способствуют развитию творческой мысли. Например, построить «Тимку» именно так, как задумал автор, совершенно невозможно. Во-первых, свою задумку он удачно замаскировал примитивным чертежом и полным отсутствием каких бы то ни было инструкций. Во-вторых, некоторые технические решения просто изумляют, и повторить их – рука не поднимается. Например, как вам нравится решение применить зашивку крыла от лонжерона до передней кромки липовым шпоном? И это притом, что фюзеляж, а также каркасы крыла и хвостового оперения, сделаны из бальзы? Представляете, бальзовый самолет с тяжелой липовой зашивкой крыла? Ради чего?

Ну да речь не о наборе, а о самом самолете.

Итак, «Тимка». Свободнонесущий низкоплан традиционной самолетной схемы под двигатель 2,5 ссm. Прямоугольное в плане крыло с элеронами на всю консоль и приличным поперечным V. Коробчатый фюзеляж. Легкое хвостовое оперение рамочной конструкции с рулем высоты, но без руля направления. Самолет под дизельный движок и два канала управления. Для тех, кто забыл, как выглядит «Тимка», или никогда его не видел, привожу эскиз.

Эскиз Тимки

Обращают на себя внимание удачные пропорции самолета и технологичность. По конструкции «Тимка» прост, как правда. Основа прямоугольного в сечении фюзеляжа – длинная моторама из 6 мм фанеры, на которой установлены 3 шпангоута из фанеры 3 мм. Стенки фюзеляжа склеены из бальзовых пластин 3 мм. Без стрингеров. Стойки шасси с подкосами из стальной проволоки диаметром 3мм. Неразъемное крыло – традиционный бальзовый набор.

Построил я «Тимку» довольно быстро – снаружи похож, конструктивно несколько другой. Зашивку из липы я заменил бальзовой, толщиной 1,5 мм. Количество нервюр показалось мне большим, и я сократил его до шести на консоль. Крыло должно было крепиться к фюзеляжу при помощи резинового жгута, но я сделал крепление на штыре и двух винтах. В остальном – как на чертеже.

Уже во время постройки у меня возникло несколько идей по модернизации «Тимки» (не считая количества нервюр, зашивки и крепления крыла). Так и подмывало кое-что радикально переделать. Но есть правило, которому я стараюсь следовать. Прототип нужно сделать от начала до конца по возможности так, как он есть. Иначе не узнаешь, каков он на самом деле, и не с чем будет сравнивать следующие самолеты. Так что от радикальных переделок я удержался.

И не зря! В воздухе «Тимка» оказался хорош. Летал легко и устойчиво. С одной стороны, прощал дрожание рук начинающего пилота, а с другой, не производил впечатления тупой и неповоротливой машины. Если в воздухе двигатель неожиданно выходил из режима и начинал работать с перебоями (что для дизелей не такая уж редкость), «Тимка» продолжал летать, как ни в чем не бывало, только медленней. Зато на хорошо отлаженном КМД-2,5 самолет носился как ненормальный, и в этом заключался его основной недостаток. Не должна модель для начинающих летать слишком быстро, тем более, что в двухканальной модели управление двигателем не предусмотрено, и летать в полгаза нет никакой возможности, как нет никакой возможности заглушить мотор и посадить самолет, когда пилот устал или у него закружилась голова.

По мере эксплуатации список замечаний к модели рос. Повторюсь, «Тимка» — самолет хороший, но… хотелось что-то этакое. Позатейливей, что ли… Поэтому когда «Тимка» потерпел серьезную аварию, то из двух «зол» — восстанавливать или сделать новый такой же, но с учетом…, я выбрал – сделать новый. Так и лежит у меня бедный «Тимка» с одним крылом.

Список

Прежде чем приступать к проектированию новой модели, не мешает сформулировать, что в прототипе требуется изменить. Именно изменить, а не улучшить. Мы не делаем второго «Тимку», а строим другой самолет. Пусть по аэродинамике похожий, но все-таки другой.

Вот список, который у меня получился

Уменьшить скорость полета.
Низкоплан трудно запускать с рук.
Шасси неустойчивое и, опять же мешает запуску с рук.
Поставить калилку, и добавить третий канал управления.

Теперь можно приступать.

Проектирование. Компоновка. Дизайн.

Что в самолете является основным несущим элементом? Некоторые думают, что силовая основа модели — это фюзеляж, к которому крепятся другие агрегаты – крыло, винтомоторная установка, хвостовое оперение. На самом деле, основной силовой элемент самолета — лонжерон крыла. Это лонжерон воспринимает аэродинамические нагрузки в полете, а вовсе никакой не фюзеляж. Это на лонжероне самолет держится в воздухе. Именно поэтому лонжерон проходит вблизи фокуса модели – точки приложения результирующей аэродинамических сил, действующих на все части самолета.

Если лонжерон — это основа, то функция фюзеляжа естественным образом распадается на две независимые задачи – надежного крепления винтомоторной установки (или установок, если моторов много) к лонжерону с одной стороны, и жесткого крепления хвостового оперения к тому же лонжерону — с другой. Для решения этих задач фюзеляжу вовсе не обязательно составлять единое целое. В схеме самолета типа «рама» это особенно очевидно.

Теперь следите за превращением банального «Тимки» в оригинальную «Рамку».

Обрежем фюзеляж «Тимки» по заднюю кромку крыла.
Перенесем крыло в верхнюю часть получившейся мотогондолы и организуем его крепление за лонжерон при помощи шпилек.
Стабилизатор повис в воздухе. Но ненадолго. Строим две хвостовые балки от концов стабилизатора до крыла.
Делим один большой киль на два поменьше и крепим к балкам.
Встраиваем стойки шасси в крыло в местах заделки хвостовых балок.

Вот и все. Кроме пункта 1, все остальные пункты списка оказались выполнены.

Обратите внимание, я не трогал аэродинамическую схему прототипа (если не считать килей). Поэтому если «Тимка» летал хорошо, то нет оснований полагать, что «Рамка» полетит хуже.

Проект Рамки

Проект «Рамки» был сделан в 2002 году, когда «Тимка» был еще живой. Реально построенная «Рамка» отличается от этого проекта крылом.

Рамка

Ничто не мешает разделить фюзеляж на носовую и хвостовую части и в традиционной схеме самолета. Причем в хвостовой части никакой полезный объем не нужен. Модель в отличие от настоящего самолета несет на себе только то, что ей необходимо для собственного функционирования. Ничего лишнего. Кукольный пилот и примочки типа дымовых шашек – не в счет. Все, что нужно, с успехом размещается в носовой части. А раз так, то хвостовую часть фюзеляжа можно заменить хвостовой балкой. Главное, чтобы она была жесткой на изгиб и на кручение. Никакой Америки я не открываю. Планера испокон веков так делают.

Теперь попробуем сконструировать фюзеляж для «Вертихвоста».

Берем мотогондолу и крыло от «Рамки», а хвостовую балку от вертолета.
Делаем коробку для крепления хвостовой балки. Размещаем в ней машинку привода руля высоты (а если захочется, то и руля направления) и закрываем все это фонарем.
Шпильки в лонжероне продлеваем внутрь крыла.
На шпильки с одной стороны насаживаем мотогондолу, а с другой коробку с хвостовой балкой.
Все это стягиваем винтами, которые должны пройти сквозь мотогондолу, заднюю кромку крыла, усиленную в этом месте, и ввернуться в коробку. Крыло, таким образом, оказывается зажатым между мотогондолой и хвостовой частью фюзеляжа.

Теперь порисуем и посмотрим, что из всего этого может получиться.

Эскиз фюзеляжа Вертихвоста

Для чего такие навороты? Да хотя бы для удобства транспортировки и хранения. А еще можно с легкостью менять моторы, хвосты и крылья (что актуально для воздушных бойцов). В каждой части такого составного фюзеляжа размещается свое оборудование. В носовой части мотор, бачок, машинка газа и отсек для аппаратуры. В хвостовой, под фонарем – машинки управления рулями. Настраивать удобно. Да мало ли…

Решение с вертолетной балкой не ново. Такие самолеты уже строились. В Интернете легко можно найти несколько аналогов. Вообще, технические решения, использованные в конструкции обоих самолетов, не блещут оригинальностью, они применялись раньше, будут применяться и в будущем. Чтобы сделать оригинальный самолет (да и не только самолет), совершенно не обязательно изобретать уникальные узлы и агрегаты. Достаточно оригинальным образом скомпоновать то, что уже давно известно.

Подробнее о крыле.

Для решения задачи уменьшения скорости полета есть несколько путей. Первый путь, так сказать, в лоб – увеличить масштаб прототипа процентов на 10. Очевидно, что скорость самолета при этом уменьшится. Попутно изменится нагрузка на крыло, изменятся и другие аэродинамические характеристики. Можно посчитать, что и на сколько изменится, но стоит ли? «Тимка» и так летает хорошо. Кроме того, увеличивать габариты самолета совсем не хочется.

Уменьшить скорость полета можно за счет увеличения лобового сопротивления крыла, путем увеличения сопротивления давления – составляющей профильного сопротивления. Так и поступим.

График коэффициента профильного сопротивления

Сопротивления давления – это разность давлений перед крылом и за задней кромкой. Зависит от толщины и кривизны профиля. Чем больше относительная толщина профиля, тем больше эта разность, а значит, тем больше сопротивление давления. Сопротивление давления — только одна из составляющих лобового сопротивления, к тому же величина его невелика и изменяется она медленно.

Для чего вся эта наукообразность? Да чтобы объяснить, почему я хочу увеличить толщину крыла на 50%, а не на 20%. Здесь как раз тот случай, когда, как говорится – бери больше, не ошибешься. При изменении толщины крыла на 10…15% изменение скорости полета на глаз вообще не определишь, хотя оно, конечно, будет. У нас задача обратная обычной, когда для достижения каких-то заданных характеристик приходится выжимать из аэродинамической схемы все, и где «ловля аэродинамических блох» не только оправдана, а и просто необходима. Мы-то тренер делаем, а не спортивную модель и критерии у нас на уровне ощущений: высоко — низко, быстро — медленно, комфортно — не очень….

Профиль крыла «Тимки» неизвестен. Можно только догадываться, что автор проекта применил нечто похожее на Clark Y, но достоверно это не известно. Можно снять геометрические характеристики и убедиться в этом, но опять же зачем? Мы не копируем «Тимку», а строим свой самолет. Поэтому примем решение — Clark Y. Почему именно этот? Да потому что, для тренера он самый подходящий. Запускаем Profili2 и выбираем. При хорде 210 мм толщина крыла получается 35 мм (у «Тимки» — 195 и 23). Получилось увеличение толщины крыла на 53%.

Сравнение профилей Тимки и Рамки

Пошли дальше.

Эскиз крыла Рамки

При размахе 1200 мм прямоугольное крыло такой ширины и толщины — явный перебор. Напрашивается трапеция. Прикинем на бумажке вариант.

У «Тимки» нагрузка на крыло 50…55 г/дм2. Нет необходимости ее менять. Нагрузка на крыло определяется весом модели и площадью ее крыла, т.е. двумя параметрами. Поэтому необязательно строго соблюдать соответствие площади крыла модели и прототипа. Главное, контролируя вес модели во время постройки, попасть в заданный диапазон нагрузок.

Форма крыла в плане во многом зависит от общего дизайна модели. Так как крыло проектировалось для «Рамки», то размер центроплана определялся положением хвостовых балок, несущих стабилизатор. Стабилизатор «Тимки» имеет размах 400 мм. Крыло, таким образом, разделилось на три равные части – центроплан и две консоли, которые и будут иметь форму трапеции. САХ (средняя аэродинамическая хорда) получилась равной 196 мм. Практически как у «Тимки».

Консоли можно сделать съемными.

Для законцовок я применил профиль Clark YH. Ясное дело, никакую аэродинамическую крутку я в виду не имел. Clark YH был использован исключительно из конструктивных соображений. Толщина профиля в районе законцовок получилась 23 мм.

Так как крыло переместилось в верхнюю часть фюзеляжа, поперечная устойчивость самолета несколько улучшилась. Поэтому большое «V» крыла, как у «Тимки», можно и не делать. Если верхнюю полку лонжерона консоли сделать горизонтальной, тогда нижняя полка встанет под углом за счет изменения толщины профиля крыла с 35 мм до 23. Вот и получится небольшое «V».

Что касается продольной устойчивости, то она во многом определяется эффективностью стабилизатора, которая, в свою очередь, зависит от площади стабилизатора и его плеча — расстояния от фокуса крыла (приблизительно 25% САХ) и точкой, расположенной на расстоянии 1/4 хорды стабилизатора. Можно поиграть этими параметрами. Например, уменьшить площадь стабилизатора и одновременно увеличить плечо, или наоборот. Но чтобы избежать проверочных расчетов на продольную устойчивость, площадь и плечо стабилизатора лучше оставить как у «Тимки». Тогда и центровку для первого испытательного полета можно установить как на прототипе – 25% САХ.

На этом процесс проектирования самолетов можно считать законченным. Осталось нарисовать более-менее подробные эскизы общих видов моделей и можно приступать к постройке.

Вот эскизы «Рамки».

Эскиз Рамки

А вот и «Вертихвост».

Эскиз Вертихвоста

Строим, а попутно конструируем «Вертихвоста»

Кладем перед собой эскиз «Вертихвоста» и приступаем.

Тут кое-кто скажет: «Как? Уже?! А где чертеж в «Автокаде» один к одному? Где модные объемные модели?». Модели будут, но исключительно для иллюстрации данной статьи. А вычерчивать 1:1 мы будем только отдельные формообразующие детали, и то по мере возникновения в них надобности. Именно так на практике чаще всего и происходит, особенно если строится небольшая модель, не представляющая собой ничего выдающегося.

О материалах. Почти все свои самолеты я построил из бальзы. Из нее же думаю строить и дальше. Это мой любимый материал. Причин тому две. Во-первых, бальза легкая, а во- вторых, строить из нее легко и просто. Не стал исключением и «Вертихвост».

Центроплан

Первая и, пожалуй, главная формообразующая деталь, которую надо начертить — это нервюра крыла. Вернее, две нервюры – центроплана и законцовки. Поможет в этом программа Profili2, из которой рисунки контуров нервюр можно распечатать на принтере один к одному.

Эскиз центроплана

Сами нервюры лучше делать в пакете, но можно и вырезать по одной.

Берем сосновую рейку 3х10х400 и размечаем на ней места установки нервюр. Это будет нижняя полка лонжерона центроплана. Почему 3х10? Да потому, что у меня такие рейки были. Можно взять 3х8 или 4х6. Однако, чем больше сечение лонжерона будет похоже на швеллер, тем лучше. А еще лучше, если лонжерон будет похож на двутавр. При изгибе крутящий момент у двутавра не возникает, поэтому на изгиб он работает лучше.

Вообще, жесткость крыла на изгиб – вещь в себе. С одной стороны, крыло должно быть пожестче, а с другой – не очень. Полет самолета с абсолютно жестким крылом сродни езде на машине по кочкам без рессор. Чем больше по размеру автомобиль и чем он жестче — тем быстрее развалится. В самолете рессорой является лонжерон крыла. Чем больше относительное удлинение крыла, тем больше лонжерон работает как рессора. А рессоры, как известно, бывают мягкие и жесткие…. И пошло – поехало в дебри….

Хорошо, что в нашем случае все это неактуально. Не те абсолютные размеры крыла, да и само крыло толстое, а конструкция его — дубовая. Поэтому в консолях я вообще не собираюсь ставить стенку между полками лонжерона.

Лонжерон

Собираем центроплан. Устанавливаем нервюры. Нервюры, прилегающие к фюзеляжу и крайние, имеют толщину 3 мм, средние – 2 мм.

Сборка каркаса крыла

Ставим верхнюю полку лонжерона. К носикам и задним концам нервюр приклеим стенки. Они нужны для опоры листов зашивки.

Эскиз центроплана

Ставим стенки лонжерона. Стенки сделаны из бальзы 2 мм. Лучше, если направление волокон будет вертикальным. Лонжерон между крайними и средними нервюрами делается с двумя стенками. Потом в образовавшуюся полость будет вставляться прямоугольный штырь, служащий для крепления консоли к центроплану.

Приклеиваем верхнюю часть зашивки от лонжерона до передней стенки. Очень ответственный момент. Главное — не допустить крутки. Исправить ее потом будет нельзя.

Зашивка центроплана

Приклеиваем остальную зашивку и накладки на нервюры.

Собранный центроплан

Между полками лонжерона в средней части центроплана вклеиваем брусок из твердой бальзы. Сквозь него должны пройти две шпильки, на которых будет держаться передняя и задняя части фюзеляжа. Шпильки сделаны из буковых стержней диаметром 6 и длиной 30 мм. Поверхность лонжерона, примыкающую к передней части фюзеляжа, необходимо усилить пластиной из 1 мм фанеры.

Узел крепления фюзеляжа к центроплану

Устанавливаем переднюю и заднюю кромки центроплана, а также бруски усиления задней кромки. Сквозь усиление пройдут винты, стягивающие переднюю и заднюю части фюзеляжа.

Готовый центроплан

Поговорим о шасси

Пункт 3 списка, который я составил, приступая к проектированию, касается шасси. Там написано, что шасси у «Тимки» неустойчивое и к тому же мешает запуску модели с рук. И это правда. Почему я так прицепился к удобству запуска с рук? Казалось бы, ну неудобно с рук – пускай с полосы. Дело вот в чем. «Вертихвост» (как и «Рамка») – модель без действующего руля направления, поэтому запускать ее следует строго против ветра. Подправить направление разбега рулем нельзя. С другой стороны, ситуация, когда направление полосы совпадает с направлением ветра – редкостная удача. Вот и приходится запускать модель с рук.

Конструкций узлов крепления стоек шасси к лонжерону много. Они давно известны. Мне больше всего нравятся стойки с большим плечом, примыкающим к лонжерону. Плечо распределяет нагрузку.

Чертеж стойки шасси

Колеса применим легкие, с поролоновыми шинами, диаметром 42 мм. Отверстие под ось у них 3 мм. Поэтому и стойки согнем из проволоки диаметром 3 мм. Так как крыло переместилось в верхнюю часть фюзеляжа, то высота стоек получилась значительная, и их жесткости может не хватить. Возможно, потребуется организовать подкосы. Оставим решение этого вопроса на потом — там видно будет.

На оси колесо можно закрепить кусочками силиконовой трубки на циакрине. Такое крепление я впервые увидел на самолетах фирмы Great Plans. Меня тогда это очень удивило, но ничего, держится, однако. Правда, как выяснилось, плохо держится. Может быть потому, что ось тонкая. После первого выезда в поле с «Вертихвостом» я заменил такое крепление колеса на обычное – припаял на ось шайбы.

Возвращаемся к центроплану.

Вклеиваем узлы крепления стоек шасси. Стойки не должны болтаться в пазах, но и сниматься должны без проблем. На этом этапе можно освободить полости для штырей крепления консолей.

Крепление стоек шасси

Последний штрих – вклейка бумажных трубок. Поскольку машинки привода элеронов планируется установить в консоли крыла, а сами консоли предполагается сделать съемными, то кабель от машинок нужно будет пропускать сквозь центроплан. Трубки будут служить направляющими для кабелей. Внутренний диаметр трубки 10 мм – достаточный для просовывания сквозь нее разъемчика от машинки.

Трубки для проводов рулевых машинок

Вот и все с центропланом.

Консоли крыла собираются по этой же технологии, поэтому описывать их постройку – только время тратить. Единственное, на что стоит обратить внимание, это на конструкцию привода элеронов, да и на сами элероны.

Привод элеронов

Тренеров строят не только для того, чтобы учиться летать, но и для того, чтобы учиться строить самолеты, а также для проверки тех или иных технических решений — в основном спорных. Привод элеронов, который я решил проверить на «Рамке» — решение очень спорное. Затей я обсуждение этой идеи на форуме, меня, скорее всего, стали бы дружно отговаривать. И были бы правы, так как минусов у такой конструкции хватает.

Привод элеронов

По идее, промежуточные стержни должны работать на кручение в режиме торсиона. В принципе, торсион можно рассчитать таким образом, что при резкой даче элеронов момент от сервомашинки будет демпфироваться торсионом, и угол отклонения элерона будет нарастать постепенно. По сути, получается некое механическое подобие экспоненциальной функции чувствительности ручек передатчика, которая имеется в серьезных аппаратах. На самом деле, достоверно такая система не рассчитывается. Слишком много факторов, не поддающихся учету, начиная от истинных механических характеристик материала торсиона и заканчивая нежесткостью крыла.

Вот некоторые «за» и «против» такой схемы.

ЗА:

кроме «экспоненты», о которой уже говорилось, это установка одной машинки на оба элерона. Больше никаких «за» нет.

ПРОТИВ:

Сложнятина. Много деталей, много шарниров и, как следствие, много люфтов, с которыми придется бороться.
Возникнут проблемы с неопределенностью крутящего момента торсиона при малых углах скручивания.
При резком изменении угла атаки крыла самолет будет махать элеронами наподобие флаперонов (непонятно, хорошо это или плохо), а так как на практике правый и левый торсионы неизбежно получатся разными, то самолет будет валиться на крыло.
Флаттер при такой схеме обеспечен.
Вообще работать не будет, потому что идея – полный бред. Но интересно же. А вдруг….

Привод элеронов Рамки

В конце концов, поразмыслив, я отказался от идеи с торсионами, оставив кинематическую схему привода, потому что отступать было уже некуда. Стержни я постарался сделать как можно более жесткими, из березы диаметром 8 мм, хотя лучше было бы применить карбоновые или тонкостенные алюминиевые трубки. А еще лучше — проложить от машинки к элерону изогнутый боуден. Применять в приводах рулей и элеронов элементы, работающие на кручение – не лучшее решение.

Вот почему в «Вертихвосте» я сделал по рабоче-крестьянски – поставил по машинке на каждый элерон. Просто и сердито, правда, не дешево.

Для привода элеронов оптимально было бы применить сервомашинки типоразмера «mini», но у меня под рукой были стандартные. Толщина крыла «Вертихвоста» достаточна, чтобы спрятать в него стандартную машинку целиком. Это совсем не трудно, особенно если встроить машинку намертво, прикрепив ее к нервюре. Но то, что приемлемо, например, для фирмы Pica (а именно она частенько так делает), для нас, «бедных», совершенно не приемлемо.

Можно закрепить машинку на крышке люка, организованного в консоли крыла. Подобным образом встраивает машинки фирма Kuosho в своих ARF полукопиях. Так поступим и мы.

Крепление машинок в крыле Вертихвоста

Крепление машинки к крылу Вертихвоста

Элероны

Элероны являются частью профиля крыла, и в сечении имеют переменную толщину. Проще всего выстругать их из монолитных брусков бальзы, а потом облегчить, сделав отверстия. Но даже после облегчения они оказываются тяжеловатыми. Лучше сделать элероны наборными. Возни больше, но это оправдано. Лишний вес в консолях ни к чему. Там и так стоят тяжелые стандартные машинки. Хотя на имеющемся у меня самолете ARF биплане Super Stеаrman от Kyosho и машинки в консолях стандартные, и элероны монолитные, а летает он все равно здорово.

Конструкция элерона

Хвостовое оперение

О стабилизаторе и киле «Вертихвоста» говорить нечего. Чертим чертежи 1:1 и прямо на них выклеиваем детали из бальзовых пластин толщиной 6 мм.

Чертеж стабилизатора

Чертеж киля

Носовая часть фюзеляжа

Ширина фюзеляжа «Тимки» 70 мм. На чертеже он выглядит вполне адекватно, но в живом виде – широковат. В промышленном дизайне есть правило – изделие должно обладать функциональной целесообразностью. Так вот, с позиции функциональной целесообразности полезный объем фюзеляжа явно завышен — этакий просторный гробик, в котором «болтается» одинокая машинка привода руля высоты (машинка привода элеронов стоит в крыле). КМД 2,5 тоже выглядит лилипутом в моторном отсеке.

Ширина фюзеляжа определяется габаритами установленного в нем основного агрегата, в нашем случае — двигателя. С самого начала я планировал использовать для «Вертихвоста» OS MAX .25 LA. Возможно, мощность этого моторчика для такого самолета будет избыточна, но больше – не меньше. Ширина двигателя по лапкам 44 мм. Прибавляем по 8 мм на сторону для стенок, получаем 60 мм. Конструктивную схему фюзеляжа оставляем как у «Тимки». Лучше все равно не придумаешь. Мотораму делаем из фанеры 7 мм, а шпангоуты из строительной фанеры 4 мм. Теперь можно рисовать чертежи моторамы, шпангоутов и боковой стенки.

Чертежи моторамы и шпангоутов

Чертеж боковой стенки фюзеляжа

Отверстие в шпангоуте диаметром 23 мм сделано под горлышко имеющегося у меня бачка. То есть сначала надо приобрести бачок, а потом чертить шпангоут. Иначе будет куча проблем с подгонкой этого отверстия на готовом фюзеляже.

Собираем.

Ставим на мотораму шпангоуты.

Моторама в сборе

Крышка и боковые стенки – бальза 3 мм. Бруски – бальза сечением 10х10 мм. Заготовки для боковых стенок нужно вырезать с небольшим запасом по длине, имея в виду плавное сужение фюзеляжа к носу. Лишнее потом можно обрезать. Вообще, известный закон Мэрфи: «Длинная труба, отрезанная по размеру, всегда оказывается короче» действует в моделизме, как нигде. Поэтому везде нужно оставлять припуски на обработку. Когда все высохнет, состругиваем лишнее.

Фюзеляж

Примеряем бачок. Делаем небольшой полушпангоут для поддержки бачка, а главное, для дополнительной опоры крышки фюзеляжа. Крышка получается большая, а приемник с батареей тяжелые. При резких эволюциях модели крышку запросто может вырвать. Случаи такие бывали. Вклеиваем фанерные косынки для крепления крышки.

Крепление бака в фюзеляже

Вклеиваем дно и брусок, в котором делаем два отверстия. Сквозь них пройдут винты, стягивающие переднюю часть фюзеляжа, крыло и коробку хвостовой части.

Носовая часть фюзеляжа

Приложим машинку газа приблизительно к тому месту, где она будет стоять, но закреплять не будем. Лучше это сделать одновременно с установкой двигателя и прокладкой боудена газа.

Машинка управления газом

Кстати, о двигателе. Вы, наверно, уже обратили внимание, что отверстия в мотораме под крепежные винты двигателя я пока не сверлил. Это сделано специально. Когда весь самолет будет собран, можно будет подвигать мотор по мотораме туда-сюда для обеспечения центровки самолета.

Хвостовая часть фюзеляжа

Несмотря на свою кличку, в полете «Вертихвост» хвостом не вертит. Наоборот, держит его уверенно. Вертолетная хвостовая балка из дюралевой трубки диаметром 21 мм и толщиной стенки 0,4 мм — штука очень жесткая как на изгиб, так и на кручение. Специально я ее не покупал. Вертолет, на котором она стояла, потерпел небольшую аварию, и балка помялась. Но отрезок длиной 450 мм остался цел и невредим. Его-то я и использовал для хвостовой части модели. Собственно, наличие вертолетной балки и подвигло меня на строительство «Вертихвоста». Очень хотелось ее куда-нибудь пристроить. Дорогая, зараза, жалко было выкидывать.

Первым делом подумаем, как закрепить на конце балки стабилизатор и киль. Если бы балка была подлиннее, то можно было сделать в трубке пазы крест-накрест и вставить в них хвостовое оперение. Но длины балки еле-еле хватает для того, чтобы создать нужное плечо стабилизатора. Поэтому сделаем небольшую площадку длиной 50 мм для опоры передней части стабилизатора и вставим в трубку усиленную миллиметровой фанерой пластину для опоры задней части. Заодно в пластину вмонтируем хвостовой костыль.

Хвостовое колесо

Хвостовая часть фюзеляжа

Я не настаиваю на таком решении. Если подумать, можно найти еще пару-тройку способов крепления хвостового оперения. Как бы то ни было, делаем чертеж пластины.

Чертеж пластины крепления хвостового оперения

Хвостовая балка вставляется в коробку, которая внешне должна напоминать кабину пилота. Ось хвостовой балки проходит выше плоскости крыла. Конструкция такая. А вот насколько выше — для тренера (да и для паркфлаера) не принципиально. Расстояние между плоскостями крыла и стабилизатора выберем из соображений общего дизайна модели, но с таким расчетом, чтобы оно не слишком отличалось от соответствующего расстояния у «Тимки».

Другой важный момент – конец балки, подлежащий заделке в коробку. Хорошая практика конструирования подсказывает, что у стержня, работающего на изгиб, длина участка, подлежащего глухой заделке, должна составлять 2,5…3 диаметра стержня. В нашем случае это 50 мм.

Чертим чертежи коробки.

Детали коробки крепления хвостовой балки

Каркас коробки собираем из фанеры 3 мм. Как собираем – понятно из рисунков.

Коробка крепления хвостовой балки

Устанавливаем в коробку машинку привода руля высоты.

Рулевая машинка руля высоты

Места в коробке достаточно, чтобы установить две машинки – на руль высоты и руль направления. До последнего момента я все думал, делать руль направления действующим или нет? Если делать, то и хвостовой костыль нужно было делать поворотным. С другой стороны, так ли уж много прибавит руль направления к летным свойствам модели, имея в виду задачи, которые должен решать паркфлаер? Для полетов «на ноже», висения на хвосте и других выкрутасов с самого начала надо было строить небольшой фанфлай, а уж никак не паркфлаер. Короче, я мог сделать руль направления, но делать не стал. Бесполезно спрашивать, почему. Не стал и все.

Для привода руля высоты я применил модный боуден с витым стальным тросиком внутри. В принципе, подошел бы любой, но этот лучше. Проложить боуден можно как внутри хвостовой балки, так и снаружи. Главное, исключить возможность его изгиба во время работы. Если прокладывать боуден внутри, в трубку нужно вставить пробки из пенопласта.

Установка боудена руля высоты

Последний штрих – изготовление фонаря. Делается он из пластиковой бутылки по болвану.

Болван для изготовления фонаря кабины

Хвостовая часть фюзеляжа в сборе

На этом изготовление основных узлов самолета можно считать законченным.

Готовые части Вертихвоста

Посмотрим, что получилось

Вертихвост

Проведем контрольную сборку модели.

Контрольная сборка Вертихвоста

В принципе, все получилось, как и задумывалось. Но. Стойки шасси оказались «дохлыми». Пришлось все-таки сделать подкосы из проволоки диаметром 2 мм. На места пайки подкосов к стойкам я надел кусочки термоусадочной трубки. Это больше для красоты, чем для пользы дела

Крылья Вертихвоста

После определения положения двигателя на мотораме, сверлим в ней отверстия и вклеиваем втулки с буртиком на эпоксидной смоле под крепежные винты. Главное — не забыть организовать выкос оси двигателя вправо, градуса на два. Это важно, так как модель небольшая, а двигатель я применил мощный и момент от винта — значительный. Выкос двигателя вниз тоже может оказаться полезным, особенно, если крыло установить с углом атаки 1…1,5 град. Но это уже относится к настройке самолета во время испытательных полетов.

Теперь проложим тягу для управления заслонкой карбюратора и окончательно определим положение машинки газа.

Носовая часть фюзеляжа

А теперь сложим части самолета стопочкой и посмотрим, ради чего надо было делать складной фюзеляж.

Вертихвост в сложенном виде

Для самолета размахом 1200 мм совсем неплохо.

Займемся взвешиванием.

Надо сказать, что во время постройки контроль веса составных частей ведется постоянно. Было бы странно – все построить, а потом хвататься за голову, если вес модели вдруг окажется слишком большим. А с чем сравнивать при контроле? Само собой, с весом соответствующих частей прототипа, если прототип под рукой. А если его под рукой нет, то выручить может только опыт моделиста. Главное — не забывать прибавлять вес установленного оборудования, который составляет значительную часть полетного веса модели. Это не только двигатель, глушитель, приемник, машинки и батарея. Это и пропеллер с коком, и бачок, и стойки шасси с колесами. А также тяги, качалки, вилки, кабанчики, петли, трубки, винты и гайки. А еще провода, выключатель и индикатор заряда, если он есть. Ну и, конечно, пленка. По отдельности все эти штучки — дрючки легкие, но все вместе дают хорошую прибавку к весу голого планера. Особенно это заметно, если полетный вес модели меньше полутора килограмм. В нашем случае вес голого планера получился около 600 гр., остальное мы на него навесили.

Весовые характеристики сборочных единиц (обтянутых пленкой):

Центроплан крыла – 100 гр.
Консоль с элеронами без машинки и тяги – 100 гр.
То же с машинкой и тягой – 165 гр.
Крыло в сборе – 475 гр.
Носовая часть фюзеляжа без мотора и аппаратуры – 145 гр.
То же с мотором и аппаратурой – 500 гр.
Хвостовая часть фюзеляжа — 200 гр.

Итого. Собранный пустой самолет весит 845 гр. Полетный вес составил 1200 гр. Делим полетный вес на площадь крыла и получаем нагрузку на крыло 53,6 г/дм2. Приемлемо.

Поместим аппаратуру в предназначенном для нее отсеке, и установим в удобном месте выключатель.

Установка аппаратуры радиоуправления

Вот, собственно, и все.

Как видите, спроектировать новую модель на основе прототипа не так уж сложно, как может показаться на первый взгляд. Таким способом можно превратить в «Рамку» или «Вертихвоста» любой другой подходящий самолет, например, «Шерифа». Конечно, задача у нас была предельно проста – из одного тренера сделать другой. Такой же, но как я выразился в начале – позатейливей. Между нами, почти все тренеры классической схемы в аэродинамическом смысле на одно лицо, и различаются только размерами.

Внешняя простота превращения одного самолета в другой не должна создавать впечатления вседозволенности при конструировании новой модели. Хочу предостеречь начинающих проектировщиков от излишней конструкторской эквилибристики. Всему должна быть мера. И еще надо помнить, что даже при точном соответствии аэродинамики нового самолета и прототипа гарантировать можно только одно – самолет полетит. А вот насколько хорошо полетит, покажет практика полетов, и уж совсем не факт, что модель будет летать лучше своего прототипа.

Строился «Вертихвост» долго. Заложен он был летом 2003 г, а готов был весной 2004. Не был он для меня актуален, поэтому и строился так долго.

Сколько чего ушло на постройку модели, сказать не могу. Я не стеснялся в выборе материалов и сами материалы не экономил. Я не подгонял детали под строительные размеры заготовок, не занимался оптимизацией раскроя бальзовых листов, не ставил себе задачи минимизации отходов. Я строил самолет, как хотел. Можно ли было сделать проще, и, как следствие, дешевле? Наверно, можно, но это был бы уже другой самолет.

Что касается стоимости, то мое отношение к дешевым «народным самолетам» известно — оно отрицательное. Во-первых, я не понимаю что это такое – «народный самолет», а во- вторых, все в нашем мире относительно. И цена модели тоже. Штучный, ручной работы товар, коим, несомненно, является модель самолета, дешевым быть не может по определению. Если применить общепринятую шкалу ценовых категорий, то «Рамку» я бы поместил в учебно-тренировочные самолеты класса экономического, в то время как «Вертихвост» все-таки ближе к бизнес-классу.

Вертихвост готов летать

Вместо эпилога

При написании статьи, события приходится излагать по порядку. Нельзя написать – выпилим мотораму и отложим ее на недельку, потому что бачка нет и начертить шпангоут нельзя, а пока покупаем бачек, склеим стабилизатор. А вот в жизни, как раз так и происходит. Принимаешься за одно, откладываешь, принимаешься за другое, возвращаешься к первому и т.д. На то есть объективные причины – чего-то не хватает, а есть и прямая необходимость. В самолете 2/3 деталей делаются путем подгонки заготовок к раннее изготовленным и собранным в узлы деталям. В технике такая сборка называется адаптивной. Живой пример адаптивной сборки — сборка фюзеляжа «Вертихвоста».

Постройка новой модели отличается от процесса сборки kit-ов, где адаптивность менее выражена. Но ведь там и самолеты серийные. К чему я веду? А к тому, что при изготовлении нового самолета все основные части делаются одновременно. Самолет надо строить как бы сразу со всех сторон, постоянно приспосабливая (адаптируя) составные части друг к другу. Внутренняя логика такой адаптации диктует направление дальнейших действий, а значит, влияет на ход конструирования в процессе постройки. Как тут не вспомнить принца датского: «И начинанье, вознесшееся мощно, сворачивая в сторону свой ход, меняет имя действия!». То есть задумываем мы одно, а в процессе, внося изменения, получаем нечто другое. Похожее, но другое. Попытки заранее, на этапе проектирования, детально продумать конструкцию, а потом буквально следовать разработанному чертежу, ни к чему хорошему не приводят. Если конструктор, задумывая новый самолет, решает, что модель будет иметь традиционную, классическую конструкцию, ему нет надобности досконально эту конструкцию прочерчивать. Но при условии, что конструктор традиции знает, и классику изучил.

Так что же, совсем чертеж не чертить?

Можно и не чертить, если у вас за плечами не один десяток построенных вами самолетов, а в проектируемой модели нет уникальных особенностей, требующих детальной проработки. А особенностей этих, как правило, и не бывает. И это хорошо. Самолет, напичканный новациями и изобретениями – не жилец. Если посчастливится внедрить в конструкцию хотя бы один оригинальный узел, который себя стопроцентно оправдает — это уже большая удача. И случается она не часто. Поэтому степень детализации чертежа проекта зависит главным образом от квалификации разработчика. Чем выше квалификация, тем скромнее может быть чертеж.

По сути, новый самолет – это макетный образец, который по конструкции (но не по аэродинамике!) редко точно соответствует первоначальному чертежу проекта. Главное — удержаться в рамках конструктивных принципов, заложенных в проект.

Так вот. Поразительное сходство готового самолета и компьютерных 3D моделей, использованных в статье в качестве иллюстраций, говорит о том, что модели эти построены ПОСЛЕ изготовления самолета, но никак не ДО. Я никого не хочу вводить в заблуждение – вот, дескать, как надо — сначала сконструировать модель с использованием новейших САПР, а потом построить ее один к одному. Все как раз наоборот. Зато теперь, имея компьютерные модели и действующий образец (макет), я легко могу оптимизировать раскрой материалов, минимизировать отходы, а главное, автоматически получить рабочие чертежи ЛЮБОЙ степени подробности. И уже по ним печь «Вертихвостов» как пирожки, используя лазерную резку и другие чудеса технического прогресса. Другое дело, надо мне это или нет.

Залогом успешного проектирования и строительства новых самолетов является квалификация моделиста-конструктора и его профессиональное мастерство, а вовсе не виртуозное владение CAD/CAM системами, которые, по сути, являются всего лишь инструментами, одними из многих в арсенале моделиста. Поэтому повышайте квалификацию, овладевая теорией, строя свои самолеты и изучая самолеты коллег. Это в первую очередь, а уж САПР во вторую.

Обсудить на форуме

В Ленинградской области поисковики обнаружили легендарный самолет Ил-2

В Ленинградской области, там, где в Великую Отечественную шли тяжелейшие бои, поисковики обнаружили легендарный самолет Ил-2, его еще называли летающим танком. Причем большая удача, сразу же удалось установить личности погибших пилотов. Сейчас ищут родственников героев, которые защищали блокадный Ленинград.

От разбитой дороги, где и проехать-то можно с большим трудом, до места падения «Ила» пешком полкилометра. Точку в лесу указал местный егерь. У Сергея Русева за плечами четверть века службы, и это уже пятый найденный самолет: «Я сразу определил, что это наш штурмовик. У него характерное железо, вот такие листы броневые».

То, что это легендарный «летающий танк» или «черная смерть», как называли Ил-2 фашисты за огневую мощь, подтвердили поисковики Западного военного округа, на деталях читаются серийные номера. Но главной удачей считают эти находки.

— Орден Красной звезды. Видите, как согнулся орден. Вся эмаль с него слезла. Но есть номер. Так же, как и на медали. Вот она серебряная, погнута, но номер есть, — поясняет Владимир Мансуров, командир 90-го отдельного специального поискового батальона Западного военного округа.

Запросы в архив дали результат. Награжденный Владимир Усков. Медаль «За отвагу» тогда еще старшина он получил в январе 43-го во время прорыва блокады: «Групповым налетом с участием товарища Ускова было подавлено две артбатареи трехорудийного состава, одна двухорудийного состава и две батареи зенитной артиллерии. Уничтожена одна автомашина, 4-5 повозок и до 30-40 человек живой силы противника. Несмотря на прямые попадания и ранения в обе руки товарищ Усков все-же привел самолет на свой аэродром и отлично посадил его».

Очередной вылет был 22 марта. В экипаже двое, летчик-командир и стрелок-радист Александр Беляков. Штурмовики тогда поддерживали с воздуха пехоту Ленинградского фронта. Но на аэродром вернулся только один самолет из четырех. Это лонжерон, часть крыла самолета, одна из самых крупных деталей, что нашли на месте падения. Ил-2 младшего лейтенанта Ускова был сбит огнем неприятеля, и летчики, вероятнее всего, погибли еще в воздухе. Вот это замок парашютной системы, он закрыт. А по части стекла бронированной кабины можно понять, насколько серьезным был удар. Она оплавилась с двух сторон.

Вот так буквально вручную бойцы батальона перебирают каждую горсть болотной глины. Поднять погибших летчиков — дело чести, и для Никиты Староверова особая задача. Ведь он, как и командир Ила — тоже родом с Тамбовщины.

— Ему было 22 года. Мне 20, то есть считай, на два года меня старше, и уже такие медали. Члены моего поискового отряда уже ищут родственников, — делится Никита Староверов, участник 90-го отдельного специального поискового батальона Западного военного округа.

Идут поиски родных второго члена экипажа Александра Белякова. О нем пока известно меньше, только что призван был в Ивановской области. Даже фотографии обнаружить не удалось. Если семьи красноармейцев найдут, они решат, где погибшие герои обретут покой. На малой родине или здесь, на мемориальном кладбище небольшого городка Никольское, у самой черты блокадного Ленинграда, за который они сражались до конца.

Авторские права на данный материал принадлежат телеканалу «Первый канал». Цель включения данного материала в дайджест — сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.

Внешний лонжерон консоли крыла пенолета. — Паркфлаер

Хочу рассказать о варианте реализации лонжерона для консоли пенолета.

Я вырезал консоли крыла из цельного куска пеноплекса и встал вопрос повышения прочности крыла. Посмотрел обзоры в Сети – практически все лонжероны выполнены в виде трубок и брусков различного сечения внутри консоли. В принципе все просто….. когда собираешь пустотелое крыло. У меня же, по сути, цельная консоль, и делать глубокие вырезы под усиливающие элементы не хотелось бы. Остановился на внешнем лонжероне из дерева. ‌
‌
Суть такова: для консоли длиной L и шириной B берем две деревянные пластины размером (Д х Ш х В) = 2/3L х 0.1B х 2мм и приклеиваем их к верхней и нижней плоскостям консоли строго напротив друг друга. Пластины скрепляем друг с другом сквозь консоль деревянными штифтами. Получается что-то вроде «облегченной» двутавровой балки (на рисунке ниже помечено: черным цветом – штифты, серым — материал консоли, желтым — полки лонжерона): ‌

Деревянные пластины — полки лонжерона — можно клеить как к наружным поверхностям консоли, так и в специально сделанные в консолях углубления. ‌
‌ ‌
‌ В качестве полок лонжерона для консоли размером 850х210мм я использовал деревянные линейки, купленные в магазине канцтоваров. Штифты делал из березовых шампуров диаметром 3мм, ‌ заостренный конец которых хорошо помогает «попасть» в отверстие в полке лонжерона на другой стороне консоли при монтаже. ‌

Для полок лонжерона я сделал углубления в верхней и нижней плоскостях консоли на длину предполагаемого лонжерона. ‌

‌ На нижней плоскости консоли в углублении для полки лонжерона я сделал пазы и уложил в них провода для сервопривода элерона. ‌

Углубления для полки лонжерона вырезал П-образной пенорезкой, выставленной в размер = (толщина линейки – 0.5мм). ‌

Далее, к верхней и нижней плоскостям консоли я приклеил соответственно верхнюю и нижнюю полки будущего лонжерона.

После полного высыхания клея я просверлил сквозные отверстия диаметром 3мм на равном расстоянии друг от друга по всей длине лонжерона и вклеил в них деревянные штифты. Всего получилось по шесть штифтов на каждой консоли. ‌У корня консоли штифтов нет — там будет крепление консоли к фюзеляжу и стыковка консолей.

‌
После полного высыхания клея я срезал выступающие из полок лонжерона части штифтов заподлицо с полками. ‌

‌ (На фото газета к линейке прилипла случайно – не подумав как следует, я постелил газету, чтобы не испачкать клеем стол)))))

Все элементы клеил «Титано»-подобным клеем «Элитанс-супер».

Вместо деревянных линеек можно использовать бальзу толщиной 2-3мм. К сожалению, магазинов авиамодельной тематики у нас нет, а заказанная бальза выйдет в десятки раз дороже обычных линеек в канцтоварах….. ‌
Клей также можно использовать любой, способный склеить дерево и пеноплекс — на Паркфлаере такой клей есть наверняка.

Последний штрих — испытание лонжерона на прочность.
Для проведения испытаний консоль установлена крайними точками лонжерона на опоры. Расстояние между опорами — 680мм.

Фото метки на консоли с ненагруженным лонжероном:

‌Вес испытательного груза (банка с водой) 2900гр, груз устанавливается сверху на лонжерон по центру между опорами. ‌ ‌
Фото метки на консоли с нагруженным лонжероном (в полете нагрузка распределится иначе, более равномерно):

Прогиб консоли в центре лонжерона под грузом составил около 3мм

Теперь консоли укреплены и готовы к дальнейшей обработке – шлифовке и покраске или оклейке пленкой, что конкретно будет пока не решил, точнее – пленка еще не пришла.
Работа продолжается, хочется успеть к маю……………

Упрочнение конструкционных деталей и крыльев

Технологии упрочнения, формообразования и снятия краски компании Wheelabrator составляют важный этап в производственных процессах всех основных компаний авиакосмической отрасли и их поставщиков второго и третьего уровня, обеспечивая точность, надежность и повторяемость результата.

Компания Wheelabrator специализируется на производстве оборудования для упрочнения и подготовки поверхностей по техническим условиям заказчика, предлагая оптимальные технические решения, соответствующие Вашим требованиям.

С помощью внедрения инноваций (пять технологических центров по всему миру) и всемирной сети обслуживания оборудования мы можем выполнить любые Ваши требования,связанные с дробеструйным упрочнением и подготовкой поверхности.

Упрочнение и Формообразование

Конструкционные узлы самолетов, такие как лонжероны, ребра, хорды и стрингеры, могут подвергаться упрочнению в дробеметных установках и дробеструйных камерах. Целью этого является создание остаточных сжимающих напряжений для повышения усталостной прочности, снижения искажения формы после других производственных процессов и/или формирования и изменения кривизны. Технология дробеметной обработки может использоваться в массовом производстве, где геометрия конструкций не является очень сложной. Технологии дробеструйной обработки применяются для более определенных и точных производственных задач.

В дробеметных установках устанавливается несколько дробеметных турбин, каждая из которых приводится в действие с помощью электродвигателя, а скорость вращения регулируется частотными преобразователями.

В дробеструйных установках детали обрабатывают одновременно со всех сторон при помощи сопел, перемещающихся вдоль всей конструкции.Упрочнение крыла и фюзеляжа с помощью технологии дробеметной обработки

Дробеметное упрочнение осуществляется на установках подвесного типа

Турбины устанавливаются на колеблющихся панелях, что позволяет изменять угол турбины для получения оптимальных положений для абразивной обработки. Там, где факел дроби не может достать до заданных зон, подлежащих упрочнению, в качестве опции может быть добавлена тележка с несколькими группами сопел.

Spars — Сердце крыла

Я встретил свой первый лонжерон крыла, когда мне было 13 лет. Я присоединился к группе мальчиков, которые собирались в FBO, чтобы восстановить пару J-3 Cubs — владелец FBO получил бесплатную рабочую силу, а мы получили образование, которое в конечном итоге включало уроки полета, что было беспроигрышным для всех. В ту первую ночь мне вручили кисть и банку лакового лака и сказали покрыть эту длинную деревянную плиту. Это было сердце крыла J-3, которым мы в конечном итоге должны были летать. На мой взгляд, это выглядело как длинная доска, но мне сказали, что это сделано из особого вида дерева, ситкинской ели, известной своими длинными, прямыми и однородными волокнами.Мне это показалось красивым, но потребовалось еще много лет, чтобы строить самолеты и учиться на авиационного инженера, чтобы действительно понять, насколько особенным на самом деле является главный лонжерон крыла. Это больше, чем просто место для крепления ребер — это ядро конструкции, поддерживающей полет.

Мы собираемся начать эту серию из трех частей, посвященных лонжеронам, с обсуждения нагрузок, воспринимаемых лонжеронами, их конструкции и способов использования различных материалов для изготовления различных типов лонжеронов.В следующих статьях мы рассмотрим конструкцию лонжеронов типичного цельнометаллического крыла — в данном случае основные лонжероны для мотоплана Xenos, хороший пример типичного металлического лонжерона с множеством различных компонентов, работающих вместе, чтобы сформировать единое целое. Блок. Мы покажем, как соединяется лонжерон и как различные компоненты работают вместе, чтобы выдерживать полетные нагрузки на длинные тонкие крылья планера. Эти статьи должны дать вам понимание, необходимое для принятия решения о том, хотите ли вы строить собственные лонжероны или покупать их в собранном виде, что сегодня является обычным вариантом для комплектных самолетов.

Один из лонжеронов мотоплана Xenos. Обратите внимание на Т-образную форму — вертикальная часть сопрягается с лонжероном, а прочность находится в пределах верхней части буквы «Т».

Топоры для гибки

Большинство крыльев, с которыми вы встретитесь, имеют один главный лонжерон, а также задний лонжерон меньшего размера. Они действуют вместе, вместе с нервюрами и стойками, чтобы создать жесткий, прочный, но легкий космический каркас, который поддерживает самолет в полете. Главный лонжерон сопротивляется изгибу, прежде всего, в направлении вектора подъемной силы, то есть вверх и вниз.В сочетании с остальной конструкцией крыла он противостоит силам в продольном и продольном направлениях, но сам по себе лонжерон на этой оси является немного слабым. Типичный лонжерон больше высоты, чем ширины, и это связано с этой основной осью изгиба — крыло в первую очередь хочет изгибаться в направлении вверх и вниз, и, следовательно, оно должно быть толще в этом измерении.

Спонсор освещения авиашоу:

Если вы возьмете кусок пиломатериала размером 1 × 1 дюйм из местного хозяйственного магазина, вы обнаружите, что можете согнуть его так же далеко практически в любом направлении (будьте осторожны — эти палки могут внезапно сломаться!).Но если вы возьмете пиломатериал 2 × 4 дюйма аналогичной длины, вы обнаружите, что если вы попытаетесь согнуть его по 2-дюймовой поверхности, он даст немного, но загрузите его по 4-дюймовому размеру, и он будет довольно жестким и жестким. Если вы никогда не строили дом, взгляните на тот, который находится в стадии строительства, и вы увидите, что все балки перекрытия ориентированы таким образом, что нагрузка приходится на пиломатериалы по длине. Это просто заставит большую часть материала работать на вас, выдерживая изгибающие нагрузки и сохраняя жесткость конструкции.

Если бы вы измерили фактическую деформацию лонжерона (или длину 2 × 4) под действием изгибающих нагрузок, вы бы обнаружили, что деревянные пряди на верхней части лонжерона сжимаются, то есть сдвигаются вместе в длинная ось. При этом растягиваются пряди на нижней части лонжерона — они растянуты. Это легко увидеть на прилагаемом рисунке. Интересно отметить, что чем ближе вы подходите к центру (между верхом и низом), тем меньше становятся нагрузки — сжимающие нагрузки сверху и растягивающие нагрузки снизу уменьшаются по мере приближения к центру или нейтральной оси, лонжерона.

На этом изображении корневого конца лонжерона Xenos показано, как полка крышки «Т» лонжерона входит в слои лонжерона. На корневом конце используются болты, чтобы закрепить колпачок; когда вы двигаетесь подвесным двигателем, это все заклепки.

Это вряд ли кажется справедливым, не так ли? Волокна в нижней части изо всех сил стараются удерживаться вместе под натяжением, а волокна наверху изо всех сил стараются не раздавиться, но те, что в середине, получают бесплатный проезд! Это осознание того, что мы подошли к первой модификации конструкции «лонжерона плиты», которая представляет собой просто сплошной прямоугольник из дерева.Если средние волокна не берут на себя свою долю нагрузки, что они там делают? Они просто прибавляют в весе, не так ли? Нет ли способа уменьшить эту часть лонжерона и облегчить конструкцию?

Ну, конечно, есть — и так родилась «двутавровая балка». Поскольку большая часть нагрузок приходится на верхний и нижний края, а середина просто слоняется по сторонам, разделяя края, почему бы не сделать среднюю часть тоньше? Это именно то, что вы видите, глядя на стальную конструкцию, такую как здание или мост: основные элементы конструкции имеют форму буквы «I» в поперечном сечении.Края (крышки) широкие и несущие нагрузку, в то время как середина (или перемычка) предназначена в основном для того, чтобы крышки не сжимались друг к другу.

Лонжерон, выполненный в виде двутавровой балки, подвергает толстый и тяжелый материал крышек нагрузке (сжатие сверху, растяжение снизу) и сводит к минимуму материал там, где нагрузка мала (в стенке).

Полет на двутавровой балке

Поскольку мы начали с дерева, нет причин, по которым мы не можем какое-то время продолжать этот ход мыслей.Деревянные двутавровые балки обычно используются для перекрытий пола и потолка в деревянных конструкциях, при этом заглушки часто изготавливаются из материала 2 × 4, уложенного на бок, а перемычки — из относительно тонкой фанеры. Лонжероны самолетов могут быть сделаны и делались таким же образом — с силой крыла, находящейся в колпаках, а перемычка просто была там, чтобы удерживать их друг от друга.

Нет причин, по которым мы не можем применить ту же концепцию к металлическим конструкциям. Типичный алюминиевый лонжерон в наши дни будет построен с отдельными крышками лонжерона — обычно с большим поперечным сечением — и гораздо более тонкими перемычками, часто ламинированными из нескольких листов алюминия.Крышки часто представляют собой алюминиевые стержни или профили определенной формы для распределения изгибающих нагрузок на верхнюю и нижнюю части лонжерона. Некоторые старые цельнометаллические лонжероны, предназначенные для самодельного строительства, были построены из слоев толстого листового металла, который был легко доступен (например, 1/8 дюйма), так что не требовалось специальных профилей или тяжелых клепок. Если у вас есть один из этих ламинированных лонжеронов, он будет достаточно прочным, но, возможно, не таким легким и эффективным по весу, как новая конструкция со специальными крышками.

Сплошной лонжерон равномерного поперечного сечения (обычно деревянный) имеет переменную нагрузку сверху вниз. Нижние волокна древесины находятся под напряжением, а верхние — под давлением.

Во многих случаях оптимизированной конструкции лонжероны не являются однородными от корня до кончика. Это потому, что чем ближе вы подходите к кончику крыла, тем меньше нагрузка, которую несет эта часть крыла, и, следовательно, тем меньше вам требуется силы. Крыло Xenos, которое мы используем в качестве примера в этой и будущих статьях, похоже на это.Для очень длинного крыла было бы существенное снижение веса, если бы вы сохраняли одинаковое поперечное сечение от корня до кончика, поэтому при перемещении наружу и перепонка, и колпачки становятся менее прочными. Колпачки представляют собой конические экструзии, и полотно использует все меньше и меньше слоев по мере продвижения к кончику. Фактически, полотно у основания состоит из шести слоев материала толщиной до 3/16 дюйма, и это сужается до единственного слоя 0,032-дюймового листового металла к тому времени, когда вы дойдете до середины пролета.

Слово о композитах

Композитные крылья подчиняются тем же законам физики и механики, что и металлические конструкции, и то же самое относится к их лонжеронам, но они могут выглядеть немного иначе.Вы по-прежнему будете видеть составные лонжероны, которые выглядят как двутавровые балки, встроенные в крылья, но, поскольку конструктор обладает большой гибкостью при наложении слоев ткани, которая идет в крылья, иногда структура лонжерона сливается с обшивкой крыла, и это не совсем так. очевидный. Интегрированный структурный дизайн помещает прочность именно там, где она нужна проектировщику, и вы найдете конструкции без очевидного лонжерона, но вы можете поспорить, что они спроектированы с необходимым слоем, чтобы обеспечить желаемую прочность в правильном направлении.

Когда лонжероны становятся особенно толстыми возле корня, фланцы нервюр необходимо приклепать к узлу при его сборке. Зажимы на этом лонжероне будут удерживать внутренние нервюры.

Интернет

Возвращаясь к алюминию: Как упоминалось ранее, материал лонжерона служит в первую очередь для удержания крышек и предотвращения их разрушения. С чисто структурной точки зрения это верно, но в реальном мире он делает гораздо больше.Наверное, наиболее очевидным является то, что ребра можно прикрепить к полотну. В старых самолетах из каркаса и ткани обычно используются цельные нервюры, которые скользят вниз по лонжерону (некоторые металлические самолеты также используют эту конструкцию) к своим местам, где они крепятся. В наши дни нервюры чаще всего состоят из нескольких частей: одна перед лонжероном, другая — сзади. Эти две детали приклепаны к лонжерону в месте их пересечения.

Перегородка типичного металлического лонжерона состоит из нескольких слоев, количество которых уменьшается по мере приближения к кончику, где меньше нагрузки.У Xenos ножка колпака лонжерона входит в прорезь наверху.

Стену также можно использовать для крепления таких вещей, как шкивы троса управления или коленчатые рычаги. В этом случае полотно часто усиливается удвоенной пластиной, чтобы сделать его локально более жестким, чтобы выдерживать боковые нагрузки, создаваемые элементами управления. Лента может также поддерживать монтажную конструкцию топливного бака, а также кабелепроводы или зажимы.

Говоря о проводке, строители нередко спрашивают, могут ли они пропустить проводку через крыло спереди назад, пробив лонжерон.Это хороший вопрос для дизайнера, но к настоящему моменту вы должны понять, что, поскольку центр полотна обычно не несет нагрузок сжатия или растяжения, отверстия в полотне около середины обычно не являются проблемой. Опять же, посоветуйтесь со своим дизайнером, чтобы убедиться в этом, но если вы не можете понять, почему допускаются отверстия в лонжероне, понимание пути нагрузки должно вас утешить. Это, конечно, не дает вам карт-бланш на просверливание столько отверстий, сколько вы хотите, в любом месте вашего лонжерона, но объясняет, как и где это нормально.

Колпачки

Как уже упоминалось, колпаки лонжерона

могут быть выполнены из профилей особой формы с конусом или из простых прямоугольных алюминиевых блоков, в зависимости от того, как проектировщик хочет оптимизировать вес лонжерона и насколько доступны детали. Для самолетов, построенных по плану, строители обычно хотят иметь возможность покупать стандартное сырье. Для комплектов можно использовать нестандартные материалы, если строители понимают, что завод, вероятно, будет единственным источником запасных частей.Колпачки лонжеронов, как правило, непрерывны от корня до кончика, поэтому испортить одну во время строительства может означать дорогостоящую доставку при длительной замене. На Xenos каждая крышка имеет длину около 25 футов. Доставка по стране обходится недешево, так как его нужно хорошо упаковать, чтобы не погнуть.

Важно осторожно обращаться с колпаками лонжеронов, так как они являются конструктивными элементами, которые действительно удерживают вас в воздухе. Растянутые элементы растягиваются и не подвержены короблению, но сжатые (обычно верхняя стенка в горизонтальном полете) сжимаются.Если вы когда-либо опирались на пустую банку из-под газировки, а затем стучали по сторонам, чтобы она мгновенно схлопывалась, вы испытали отказ из-за деформации сжатия. Подумайте об этом в следующий раз, когда увидите вмятину на лонжероне. Может быть, эта дорогая стоимость доставки не так уж и плоха… а?

Просверливание отверстий в крышках, отличных от тех, которые требует дизайнер, запрещено. Обращайтесь с ними осторожно и проделайте все отверстия в соответствии с чертежами и спецификациями. Следует просверлить плотно прилегающие отверстия и развернуть их до нужного размера.Увеличенные или продолговатые отверстия — повод для отказа. Точно так же зазубрины и впадины — держите эти крышки в чистом виде, и вы сможете быть уверенными в 3 (или более) G, когда вы летите.

Скрепляем вместе

Большинство алюминиевых лонжеронов склепаны вместе, при этом болты часто добавляются в толстых местах, потому что установка заклепок диаметром более 5/32 дюйма затруднена, а в некоторых местах требуется прочность стального болта. Чаще всего болты используются возле корня, где нагрузки наиболее высоки.Деревянные лонжероны часто имеют стальные стыковые пластины и болты возле корней по тем же причинам: общая нагрузка на лонжероны велика у основания, и материал должен быть усилен, чтобы обеспечить достаточный запас прочности. В любом случае важно использовать крепеж, указанный дизайнером, и не допускать замен без явного разрешения.

Конечно, крылья в конечном итоге должны быть прикреплены к фюзеляжу, чтобы они работали вместе с хвостом и двигателем, создавая летающий самолет.Лонжероны являются основными точками крепления, поскольку они несут нагрузку, и многих новичков удивляет, сколько болтов нужно, чтобы удерживать крылья. Или, в случае некоторых самолетов, сколько! У старого Cub обычно есть только один болт, удерживающий корневой конец основного лонжерона для каждого крыла, а также один болт для заднего лонжерона. Затем стойки крыла прикручиваются болтами к середине размаха на верхних концах и к нижнему лонжерону фюзеляжа на внутреннем, нижнем конце. Эта треугольная ферма довольно прочна при положительной нагрузке (не так сильно при отрицательном G), а болты довольно большие.

Типичный самолет с низкорасположенным крылом будет иметь укороченный лонжерон как часть конструкции фюзеляжа — секция, построенная, как и остальная часть основного лонжерона, такая же толстая и массивная, как корневая секция, но надежно является частью конструкции фюзеляжа. Ножки лонжеронов крыла затем будут перекрывать лонжерон центральной секции цоколя и прикрепляться к нему болтами большого размера, достаточными для жесткой фиксации крыла на месте. Это устанавливает двугранный угол конструктора и создает консольную конструкцию, не требующую распорок. Многие металлические самолеты не имеют такой массивной центральной секции, но корни лонжеронов доходят до центра фюзеляжа и крепятся болтами к металлической коробке со стальными стыковочными пластинами и множеством болтов, которые по сути образуют единое целое. крыло от кончика до кончика, когда все крепления установлены.

Планеры и другие летательные аппараты часто имеют лонжероны, которые не только входят в фюзеляж, но и переходят на другую сторону фюзеляжа, перекрываясь своим крылом и соединяясь болтами, снова образуя то, что по сути представляет собой единое целое. крыло, с прикрепленной конструкцией фюзеляжа. Xenos такой же, и для его скрепления требуется всего пара (больших) болтов.

Конструкция — это конструкция, а методы проектирования включают вычисление нагрузок — и иногда пилот просто должен доверять расчетам проектировщика, когда поднимается в воздух, когда видит, как конструкция кажется скрепленной вместе с небольшой видимой прочностью.Я был удивлен, когда снял крылья с оригинального RV-1 Ван, и обнаружил, что между крыльями и центральной секцией нет никакого перекрытия — верхняя и нижняя крышки имели отверстия на концах, которые входили в проушины в центральной секции стальной фермы. , и закреплялись (сверху и снизу) с помощью одного стального конусного штифта. Задний лонжерон крепился к фюзеляжу одним болтом — вот и все. И это был полностью пилотажный самолет, рассчитанный на выдержку 9 G.

Сборка грузовых самолетов

Главный лонжерон — это то, о чем мы говорили до сих пор, но он работает не один.Не менее важное значение имеет задний лонжерон. Меньший по размеру, чем основной лонжерон, задний лонжерон удерживает выравнивающие нервюры и обшивку и крепится к фюзеляжу, чтобы предотвратить скручивание конструкции крыла. Он также создает коробчатую конструкцию с передним лонжероном, чтобы реагировать на нагрузки, которые заставят крылья стремиться назад. Для деревянных крыльев нередко можно увидеть компрессионные стойки и проволоку, предотвращающую лобовое сопротивление, между передним и задним лонжероном, чтобы придать жесткость конструкции, создавая небольшие треугольные фермы в раме, чтобы сделать конструкцию очень прочной, но легкой.

Консольные крылья являются обычным явлением в наши дни в высокопроизводительных самолетах, потому что отказ от подкосов избавляет от большого сопротивления, но строители по-прежнему строят множество самолетов в форме Cub с выступающими подкосами — и они являются неотъемлемой частью уравнения прочности любое крыло. Вы не могли бы использовать деревянный лонжерон крыла Cub в консольной конструкции, потому что он просто не может выдерживать нагрузку без помощи подкосов. Точно так же консольные деревянные крылья имеют очень глубокие и прочные лонжероны, которые компенсируют отсутствие распорок.И как только мы попадаем в составной мир, у нас нет предела: поскольку нагрузки могут распределяться по интегрированной структуре, требуется совершенно новый взгляд на нагрузки.

Типичная часть лонжерона Xenos показывает колпаки лонжерона (желтым цветом), перемычку лонжерона (послойно посередине) и зажимы, которые будут действовать как точки крепления нервюр во время сборки крыла.

Xenos Spar

Эта статья наклонена в сторону металлических крыльев и лонжеронов, потому что в следующий раз мы начнем подробно рассматривать конструкцию типичного металлического лонжерона, предназначенного для мотоплана Xenos.Он длиннее, чем вы ожидаете от типичного спортивного самолета, он достаточно велик, чтобы показать примеры различных деталей, которые вы найдете на любом металлическом лонжероне, и является хорошим примером того, как нагрузки — и, следовательно, структура — изменяются при вы идете от корня к кончику. Паутина тщательно состоит из разных слоев, которые уменьшаются от корня до кончика, и в ней есть специальные места для установки органов управления и большие рычаги для тормозов. Он также сконструирован с тщательно суженными крышками лонжеронов сверху и снизу.Вся конструкция скрепляется 5/32-дюймовыми заклепками, их длина и тип меняются по мере движения вниз по конструкции. Заклепки заподлицо необходимы около корня, где два лонжерона перекрываются в фюзеляже, а заклепки с полукруглой головкой используются в других местах, поскольку их можно быстро установить без необходимости зенковки и углублений.

В лонжеронах Xenos есть всего понемногу (кроме композитных материалов), и мы приглашаем вас следовать за нами, поскольку мы продолжаем исследовать сердце крыла — главный лонжерон.

Wings — Конструкции самолетов | Авиационные системы

Крылья — это аэродинамические поверхности, которые при быстром движении по воздуху создают подъемную силу. Они бывают разных форм и размеров. Конструкция крыла может изменяться для обеспечения определенных желаемых летных характеристик. Управление на различных рабочих скоростях, величина создаваемой подъемной силы, баланс и устойчивость — все это изменяется по мере изменения формы крыла. И передняя кромка, и задняя кромка крыла могут быть прямыми или изогнутыми, или одна кромка может быть прямой, а другая изогнутой.Один или оба края могут быть скошенными, так что крыло на вершине уже, чем у основания, где оно соединяется с фюзеляжем. Кончик крыла может быть квадратным, закругленным или даже заостренным. На рис. 1 показан ряд типичных форм передней и задней кромки крыла.

Конструкция крыла

Крылья самолета предназначены для подъема его в воздух. Их конкретная конструкция для любого данного самолета зависит от ряда факторов, таких как размер, вес, использование самолета, желаемая скорость в полете и при посадке, а также желаемая скорость набора высоты.Крылья самолета обозначаются левым и правым, что соответствует левой и правой сторонам оператора, сидящего в кабине. [Рисунок 3]

Рис. 3. «Левая» и «правая» на самолете ориентированы на перспективу пилота, сидящего в кабине

Часто крылья имеют полностью свободнонесущую конструкцию. Это означает, что они построены так, что не требуется никаких внешних распорок.Они поддерживаются изнутри конструктивными элементами, которым помогает обшивка самолета. В крыльях других самолетов используются внешние подкосы или тросы для поддержки крыла и несения аэродинамических и посадочных нагрузок. Опорные тросы и стойки крыла обычно изготавливаются из стали. Многие стойки и их крепежные детали имеют обтекатели для уменьшения сопротивления. Короткие, почти вертикальные опоры, называемые подкосами, находятся на подкосах, которые крепятся к крыльям на большом расстоянии от фюзеляжа. Это служит для подавления движения и колебаний стойки, вызванных воздушным потоком вокруг стойки в полете.На рис. 4 показаны образцы крыльев, использующих внешние распорки, также известные как крылья полукантилевера. Также показаны консольные крылья, построенные без внешних распорок.

Рис. 4. Крылья с внешними подкосами, также называемые полукантилеверными крыльями, имеют тросы или распорки для поддержки крыла.

Полностью свободнонесущие крылья не имеют внешних распорок и поддерживаются изнутри

Алюминий является наиболее распространенным материалом для изготовления крыльев, но это может быть дерево, покрытое тканью, а иногда и магниевый сплав.Более того, современные самолеты стремятся использовать более легкие и прочные материалы в конструкции планера и крыла. Существуют крылья, полностью изготовленные из углеродного волокна или других композитных материалов, а также крылья, сделанные из комбинации материалов, обеспечивающих максимальную прочность и вес.

Внутренние конструкции большинства крыльев состоят из лонжеронов и стрингеров, идущих по размаху, и нервюр и шпангоутов или переборок, идущих по хорде (от передней кромки к задней кромке). Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла.Они выдерживают все распределенные нагрузки, а также сосредоточенные веса, такие как фюзеляж, шасси и двигатели. Обшивка, прикрепленная к конструкции крыла, несет часть нагрузок, возникающих во время полета. Он также передает напряжения на нервюры крыла. Ребра, в свою очередь, передают нагрузки на лонжероны крыла. [Рисунок 5]

Рисунок 5. Номенклатура конструкции крыла

В целом конструкция крыла основана на одном из трех основных проектов:

Моношар
Мультиспар
Коробчатая балка

Модификации этих базовых конструкций могут быть приняты различными производителями.

Односкатное крыло включает в себя только один основной продольный или размах крыльев. Ребра или переборки придают аэродинамический профиль необходимого контура или формы. Хотя строгое крыло с моноширинным двигателем не является распространенным, иногда используется этот тип конструкции, модифицированный добавлением ложных лонжеронов или легких поперечных перемычек вдоль задней кромки для поддержки рулевых поверхностей.

Многоступенчатое крыло включает в себя более одного главного лонжерона в своей конструкции. Чтобы придать крылу контур, часто включают нервюры или переборки.

В конструкции крыла коробчатого типа используются две основные лонжероны с соединительными переборками для придания дополнительной прочности и придания контура крылу. [Рис. 6] Гофрированный лист может быть помещен между переборками и гладкой внешней обшивкой, чтобы крыло могло лучше выдерживать нагрузки растяжения и сжатия. В некоторых случаях гофрированные листы заменяют тяжелые продольные ребра жесткости. Иногда используется комбинация гофрированных листов на верхней поверхности крыла и ребер жесткости на нижней поверхности.Самолеты авиатранспортной категории часто используют коробчатую конструкцию крыла.

Рисунок 6. Конструкция коробчатой балки

Лонжероны крыла

Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла. Они соответствуют лонжеронам фюзеляжа. Они проходят параллельно поперечной оси самолета, от фюзеляжа к законцовке крыла, и обычно прикрепляются к фюзеляжу с помощью фитингов крыла, гладких балок или фермы.

Лонжероны могут быть изготовлены из металла, дерева или композитных материалов в зависимости от критериев конструкции конкретного самолета. Деревянные лонжероны обычно делают из ели. В целом их можно разделить на четыре различных типа по их конфигурации поперечного сечения. Как показано на рисунке 7, они могут быть (A) сплошными, (B) коробчатой, (C) частично полой или (D) в виде двутавровой балки. Для увеличения прочности часто применяют ламинацию лонжеронов из массива дерева. Клееный брус также встречается в лонжеронах коробчатой формы.Из лонжерона на Рисунке 7E был удален материал для уменьшения веса, но он сохраняет прочность прямоугольного лонжерона. Как можно видеть, большинство лонжеронов крыла в основном имеют прямоугольную форму с большим размером поперечного сечения, ориентированным вверх и вниз в крыле.

Рис. 7. Типичные поперечные сечения деревянного лонжерона крыла

В настоящее время большинство производимых самолетов имеют лонжероны крыла, изготовленные из цельного экструдированного алюминия или алюминиевых профилей, склепанных вместе для образования лонжерона.Более широкое использование композитов и комбинирование материалов должно заставить пилотов бдительно относиться к лонжеронам крыльев, сделанным из самых разных материалов. На рис. 8 приведены примеры металлических поперечных сечений лонжеронов крыла.

Рис. 8. Примеры металлических форм лонжеронов крыла

В лонжероне двутавровой балки верх и низ двутавра называют заглушками, а вертикальное сечение — стенкой. Лонжерон целиком может быть изготовлен методом экструзии из цельного куска металла, но часто его изготавливают из нескольких профилей или углов.Перегородка образует основную глубину лонжерона, и к ней прикреплены полосы крышки (выступы, профилированные углы или фрезерованные участки). Вместе эти элементы несут нагрузки, вызванные изгибом крыльев, а колпачки служат основой для крепления обшивки. Хотя формы лонжерона на Рисунке 8 являются типичными, фактические конфигурации лонжеронов крыла могут принимать разные формы. Например, стенка лонжерона может быть пластиной или фермой, как показано на рисунке 9. Она может быть изготовлена из легких материалов с использованием вертикальных ребер жесткости для повышения прочности.[Рисунок 10]

Рис. 9. Ферменный лонжерон крыла

Рис.
Он также может не иметь ребер жесткости, но может содержать фланцевые отверстия для уменьшения веса, но сохранения прочности. Некоторые металлические и композитные лонжероны крыла сохраняют концепцию двутавровой балки, но используют стенку синусоидальной волны.[Рисунок 11]

Рис. 11. Синусоидальный лонжерон крыла может быть изготовлен из алюминия или композитных материалов
Кроме того, существует безотказный веб-дизайн лонжеронов. Отказоустойчивость означает, что в случае выхода из строя одного элемента сложной структуры какая-либо другая часть структуры принимает на себя нагрузку отказавшего элемента и позволяет продолжать работу. Лонжерон с отказоустойчивой конструкцией показан на рисунке 12.Этот лонжерон состоит из двух частей. Верхняя часть состоит из крышки, приклепанной к верхней пластине. Нижняя часть представляет собой единый профиль, состоящий из нижней крышки и перегородки. Эти две секции соединены вместе, образуя лонжерон. Если одна из секций лонжерона этого типа сломается, другая секция все равно сможет нести нагрузку. Это безотказная функция.

Рис. 12. Отказоустойчивый лонжерон с заклепанной стенкой лонжерона
Как правило, у крыла два лонжерона.Один лонжерон обычно расположен около передней части крыла, а другой — примерно на двух третях расстояния по направлению к задней кромке крыла. Независимо от типа, лонжерон — самая важная часть крыла. Когда другие элементы конструкции крыла подвергаются нагрузке, большая часть возникающего напряжения передается на лонжерон крыла.

В конструкции крыла обычно используются ложные лонжероны. Они представляют собой лонжероны, подобные лонжеронам, но не проходят по всей длине крыла по размаху. Часто они используются в качестве точек крепления шарниров для рулевых поверхностей, таких как лонжерон элеронов.
Ребра крыла
Нервюры представляют собой структурные поперечины, которые в сочетании с лонжеронами и стрингерами составляют каркас крыла. Обычно они простираются от передней кромки крыла до заднего лонжерона или до задней кромки крыла. Неровности придают крылу изогнутую форму и передают нагрузку от обшивки и стрингеров на лонжероны. Подобные нервюры также используются в элеронах, рулях высоты, рулях направления и стабилизаторах.

Ребра крыла обычно изготавливаются из дерева или металла.Самолеты с деревянными лонжеронами крыла могут иметь деревянные или металлические нервюры, в то время как большинство самолетов с металлическими лонжеронами имеют металлические нервюры. Деревянные ребра обычно изготавливаются из ели. Три наиболее распространенных типа деревянных ребер — это фанерное полотно, облегченное фанерное полотно и фермы. Из этих трех типов фермы являются наиболее эффективными, поскольку они прочные и легкие, но также являются наиболее сложными в строительстве.

На рис. 13 показаны ребра стенки деревянной фермы и облегченное ребро стенки фанеры. Деревянные ребра имеют заглушку ребра или полоску, закрепленную по всему периметру ребра.Обычно он изготавливается из того же материала, что и само ребро. Крышка нервюры придает жесткость и укрепляет нервюру и обеспечивает поверхность крепления обшивки крыла. На Фигуре 13A показано поперечное сечение нервюры крыла с перегородкой ферменного типа. Темные прямоугольные секции — это лонжероны переднего и заднего крыла. Обратите внимание, что для усиления фермы используются косынки. На рисунке 13B показано ребро стенки фермы с непрерывной косынкой. Он обеспечивает большую поддержку всего ребра при очень небольшом дополнительном весе.Сплошная вставка придает жесткости полосе колпачка в плоскости выступа. Это помогает предотвратить коробление и помогает улучшить стыки ребер и кожи в местах приклеивания гвоздей. Такое ребро может лучше противостоять движущей силе гвоздей, чем другие типы.

Рисунок 13. Примеры деревянных нервюр
Непрерывные косынки также легче обрабатывать, чем многие небольшие отдельные косынки, которые в противном случае потребовались бы.На Фигуре 13С показано ребро с более светлым фанерным полотном. Он также содержит косынки для поддержки интерфейса полотна / заглушки. Полоса крышки обычно приклеивается к полотну, особенно на передней кромке.

Ребро крыла также может называться простым или основным нервюром. Ребра крыла со специальным расположением или функциями получают имена, отражающие их уникальность. Например, нервюры, расположенные полностью впереди переднего лонжерона, которые используются для придания формы и усиления передней кромки крыла, называются носовыми нервюрами или ложными нервюрами.Ложные нервюры — это нервюры, которые не охватывают всю хорду крыла, то есть расстояние от передней кромки до задней кромки крыла. Стыковые нервюры крыла можно найти на внутренней кромке крыла, где крыло крепится к фюзеляжу. В зависимости от места расположения и способа крепления стыковое ребро может также называться ребром переборки или ребром сжатия, если оно предназначено для восприятия сжимающих нагрузок, которые стремятся сдвинуть лонжероны крыла вместе.
Поскольку ребра слабы в поперечном направлении, они усилены в некоторых крыльях лентами, которые вплетены над и под секциями ребер для предотвращения бокового изгиба ребер.В крыле также могут быть натянутые и антипробуксовочные тросы. На Рисунке 14 они показаны перекрещенными между лонжеронами, образующими ферму для сопротивления силам, действующим на крыло в направлении хорды крыла. Эти натяжные тросы также называются стяжками. Проволока, предназначенная для противодействия обратным силам, называется волочильной проволокой; проволока для предотвращения торможения сопротивляется силам, действующим в направлении хорды. На рисунке 14 показаны структурные компоненты базового деревянного крыла.

Рисунок 14.Базовая деревянная конструкция крыла и компоненты
На внутреннем конце лонжеронов крыла имеется приспособление для крепления крыла, как показано на рисунке 14. Они обеспечивают надежный и надежный метод крепления крыла к фюзеляжу. Граница между крылом и фюзеляжем часто закрывается обтекателем, чтобы обеспечить плавный воздушный поток в этой области. Обтекатель (и) можно снять для доступа к деталям крепления крыла. [Рисунок 15]

Рисунок 15. Обтекатели корня крыла для плавного обтекания и скрывают детали крепления крыла
Законцовка крыла часто представляет собой съемный блок, прикрепляемый болтами к внешнему концу панели крыла. Одна из причин этого — уязвимость законцовок крыла к повреждениям, особенно во время наземного обслуживания и руления. На рисунке 16 показана съемная законцовка крыла большого самолета. Остальные разные. Конструкция законцовки крыла изготовлена из алюминиевого сплава. Крышка законцовки крыла прикреплена к законцовке с помощью винтов с потайной головкой и прикреплена к конструкции с межшпиндельным соединением в четырех точках с помощью болтов диаметром ¼ дюйма.Чтобы предотвратить образование льда на передней кромке крыльев больших самолетов, горячий воздух от двигателя часто направляется через переднюю кромку от корня крыла к законцовке крыла. Жалюзи на верхней поверхности законцовки крыла позволяют выпускать теплый воздух за борт. Габаритные огни крыла расположены в центре законцовки крыла и не видны непосредственно из кабины. В качестве индикатора того, что световой сигнал на законцовке крыла работает, некоторые законцовки крыла оснащены стержнем Lucite для передачи света на переднюю кромку.

Рис. 16. Съемный металлический наконечник крыла
Крыло обшивки
Часто обшивка крыла предназначена для того, чтобы выдерживать часть полетных и наземных нагрузок в сочетании с лонжеронами и нервюрами. Это известно как дизайн с подчеркнутой кожей. Цельнометаллическая, полностью свободная секция крыла, показанная на Рисунке 17, показывает структуру одной из таких конструкций. Отсутствие дополнительных внутренних или внешних распорок требует, чтобы кожа разделяла часть нагрузки.Обратите внимание, что кожа стала жесткой, чтобы облегчить эту функцию.

Рис. 17. Обшивка является неотъемлемой несущей частью конструкции напряженной обшивки
Топливо часто находится внутри крыльев самолетов с напряженной обшивкой. Стыки в крыле могут быть герметизированы специальным топливостойким герметиком, позволяющим хранить топливо непосредственно внутри конструкции. Это известно как «мокрое крыло».В качестве альтернативы внутри крыла может быть размещен баллон или топливный бак. На рисунке 18 показан профиль крыла со структурной конструкцией коробчатой балки, такой как тот, который можно найти в самолетах транспортной категории. Эта структура увеличивает прочность при одновременном снижении веса. Правильная герметизация конструкции позволяет хранить топливо в коробчатых секциях крыла.

Рис. 18. Топливо часто бывает на крыльях
Обшивка крыла самолета может быть изготовлена из самых разных материалов, таких как ткань, дерево или алюминий.Но не всегда используется один тонкий лист материала. Химически фрезерованная алюминиевая обшивка позволяет получать обшивку различной толщины.

На самолетах с крылом с напряженной обшивкой панели крыла с сотовой структурой часто используются в качестве обшивки. Сотовая структура состоит из основного материала, напоминающего соты пчелиного улья, которые ламинированы или зажаты между тонкими листами внешней оболочки. На рисунке 19 показаны сотовые панели и их компоненты. Сформированные таким образом панели легкие и очень прочные.Они имеют множество применений в самолетах, например, панели пола, переборки и поверхности управления, а также панели обшивки крыла. На рисунке 20 показано расположение панелей крыла сотовой конструкции на реактивном транспортном самолете.

Рис. 19. Сотовая панель является основным элементом авиастроения. Сердечники могут быть постоянной толщины (A) или конусными (B). Ячеистые панели с коническим сердечником часто используются в качестве поверхностей управления полетом и задней кромки крыла
Рисунок 20.Сотовая конструкция крыла большого реактивного транспортного самолета
Сотовая панель может быть изготовлена из самых разных материалов. Соты с алюминиевым сердечником и алюминиевой внешней обшивкой являются обычным явлением. Но сотовые конструкции, в которых сердцевиной является волокно Arimid®, а внешние листы покрыты Phenolic®, также являются обычным явлением. Фактически, существует множество других комбинаций материалов, таких как те, которые используют стекловолокно, пластик, Nomex®, Kevlar® и углеродное волокно. Каждая сотовая структура обладает уникальными характеристиками в зависимости от используемых материалов, размеров и технологий производства.На рисунке 21 показана вся передняя кромка крыла, образованная сотовой структурой.

Рисунок 21. Передняя кромка крыла, сформированная из сотового материала , прикрепленная к алюминиевой лонжеронной конструкции
Гондолы
Гондолы (иногда называемые «гондолами») представляют собой обтекаемые корпуса, используемые в основном для размещения двигателя и его компонентов. Обычно они имеют круглый или эллиптический профиль для ветра, что снижает аэродинамическое сопротивление.На большинстве одномоторных самолетов двигатель и гондола находятся в передней части фюзеляжа. На многомоторных самолетах гондолы двигателей встроены в крылья или прикреплены к фюзеляжу на оперении (хвостовой части). Иногда многодвигательный самолет проектируется с гондолой, расположенной на одной линии с фюзеляжем в кормовой части пассажирского салона. Независимо от местоположения, гондола содержит двигатель и вспомогательное оборудование, опоры двигателя, конструктивные элементы, брандмауэр, а также кожух и кожух на внешней стороне для защиты гондолы от ветра.

Некоторые самолеты имеют гондолы, предназначенные для размещения шасси в убранном состоянии. Убирание шасси для уменьшения сопротивления ветру является стандартной процедурой на высокопроизводительных / высокоскоростных самолетах. Колесная арка — это место крепления и складывания шасси в убранном состоянии. Колесные арки могут быть расположены в крыльях и / или фюзеляже, если они не являются частью гондолы. На рис. 22 показана гондола двигателя с шасси и колесной аркой, проходящей в корень крыла.

Рисунок 22. Колесные арки в гондоле двигателя крыла с понижающейся шестерней (врезка)
Каркас гондолы обычно состоит из конструктивных элементов, аналогичных элементам фюзеляжа. Продольные элементы, такие как лонжероны и стрингеры, в сочетании с горизонтальными / вертикальными элементами, такими как кольца, шпангоуты и переборки, придают гондоле ее форму и структурную целостность.Встроенный брандмауэр изолирует моторный отсек от остальной части самолета. По сути, это переборка из нержавеющей стали или титана, которая сдерживает возгорание в пределах гондолы, а не позволяет ему распространяться по планеру. [Рисунок 23]

Рис. 23. Брандмауэр гондолы двигателя
Подушки двигателя также находятся в гондоле. Это конструктивные узлы, к которым крепится двигатель.Обычно они изготавливаются из труб из хромомолибденовой стали в легких самолетах и из кованых узлов из хрома / никеля / молибдена в более крупных самолетах. [Рисунок 24]

Рис. 24. Различные опоры авиационного двигателя
Гондола снаружи покрыта кожей или снабжена кожухом, который можно открыть для доступа к двигателю и внутренним компонентам. Оба обычно изготавливаются из листового алюминия или магниевого сплава, а нержавеющая сталь или титановые сплавы используются в высокотемпературных областях, например вокруг выхлопного отверстия.Независимо от используемого материала, обшивка обычно крепится к каркасу с помощью заклепок.

Под капотом понимаются съемные панели, закрывающие те области, в которые необходимо регулярно получать доступ, например двигатель и его аксессуары. Он разработан для обеспечения плавного обдува гондолы и защиты двигателя от повреждений. Панели капота обычно изготавливаются из алюминиевого сплава. Однако нержавеющая сталь часто используется в качестве внутренней обшивки в кормовой части силовой части, а также для створок капота и около отверстий створок капота.Он также используется для каналов маслоохладителя. Заслонки капота — это подвижные части капота гондолы, которые открываются и закрываются для регулирования температуры двигателя.
Существует множество конструкций капота двигателя. На рис. 25 в разобранном виде показаны части капота двигателя с горизонтальной опорой легкого самолета. Он крепится к гондоле с помощью винтов и / или быстросъемных креплений. Некоторые большие поршневые двигатели закрыты кожухами «апельсиновой корки», которые обеспечивают отличный доступ к компонентам внутри гондолы.[Рис. 26] Эти панели кожуха прикреплены к переднему брандмауэру с помощью кронштейнов, которые также служат петлями для открывания кожуха. Нижние крепления кожуха крепятся к кронштейнам шарниров с помощью быстросъемных штифтов. Боковые и верхние панели удерживаются открытыми стержнями, а нижняя панель удерживается в открытом положении пружиной и тросом. Все панели обтекателя заблокированы в закрытом положении стальными защелками, расположенными по центру, которые фиксируются в закрытом положении подпружиненными предохранительными защелками.

Конструкция крыла самолета

крылья
Конструкция крыла в основном одинакова у всех типы самолетов.Большинство современных самолетов имеют полностью металлические крылья, но многие старые. Самолет имел деревянное и тканевое крыло. Элероны и закрылки будут изучены позже. эта глава.

рис. 1-5 конструкция крыла из дерева и ткани
Чтобы сохранить свою важнейшую аэродинамическую форму, крыло должно быть спроектированным и изготовленным таким образом, чтобы сохранять свою форму даже при экстремальных нагрузках. В основном, крыло представляет собой каркас, состоящий в основном из лонжеронов, нервюр и (возможно) стрингеры (см. рисунок 1-5). Лонжероны являются основными членами крыла.Они простираться вдоль крыла (поперек фюзеляжа). Вся нагрузка перенесена к крылу в конечном итоге берется лонжерон. В полете сила воздуха действует против кожи. От кожи эта сила передается на ребра и потом к лонжеронам.
Большинство конструкций крыльев имеют два лонжероны, передний лонжерон и задний лонжерон. Передний лонжерон находится возле передняя кромка, а задний лонжерон составляет примерно две трети расстояния до задний край. В зависимости от конструкции полетных нагрузок некоторые из цельнометаллические крылья имеют целых пять лонжеронов.Помимо основных лонжеронов, есть представляет собой короткий конструктивный элемент, называемый лонжероном элеронов.
Ребра — это части крыла, которые поддержать покрытие и придать форму аэродинамического профиля. Эти ребра называются формирующие ребра. и их основная цель — придать форму. Некоторые могут иметь дополнительная цель напряжения полета подшипника, и они называются сжатием ребра.
Самые простые конструкции крыльев будет встречаться на легких гражданских самолетах. Высоконадежные типы военной авиации будет иметь самую сложную и прочную конструкцию крыла.

рис. 1-6 крепления крыла и фюзеляжа
Три системы используются для определения того, как крылья крепятся к фюзеляжу самолета в зависимости от прочности крыла. внутренняя структура. Самая прочная конструкция крыла — это полная консоль, которая крепится непосредственно к фюзеляжу и не имеет каких-либо внешних, несущие конструкции. Полукантилевер обычно имеет один, а может и два, поддерживающие тросы или подкосы, прикрепленные к каждому крылу и фюзеляжу.В крыло с внешними подкосами типично для биплана (два крыла расположены одно над прочее) со стойками, летучими и посадочными тросами (см. рисунок 1-6).
Для предоставления боковых устойчивость к самолету, крылья могут быть наклонены вверх от фюзеляжа в сторону законцовок крыла. Это называется двугранным. Некоторые крылья могут быть наклонены противоположный способ, который называется анедральным и позволяет самолету быть очень маневренный, необходимый для военных или пилотажных самолетов.
Форма и функции: авиационная древесина
Новички в авиации могут быть удивлены, узнав, что основные структурные компоненты некоторых самолетов сделаны из дерева.Использование дерева в новых самолетах становится все реже, но вы все еще видите это. Пилотажные бипланы Pitts, которые обучили бесчисленное количество пилотов высшего пилотажа и завоевали столько высших титулов, имеют деревянные лонжероны и нервюры крыла. Многие из старинных и классических самолетов, которые все еще летают, имеют деревянные конструкции. Не все деревянные самолеты тоже маленькие. De Havilland Mosquito, двухмоторный британский бомбардировщик времен Второй мировой войны, и огромный HK-1, который часто называют «Spruce Goose». оба — полностью деревянные самолеты.
Если бы вы были в авиации до Второй мировой войны, вы были бы знакомы с деревом как основным конструкционным материалом самолета. Флаер Райта был практически полностью деревянным, за исключением фурнитуры, застежек, хлопчатобумажного крыла и кожи утки. Дерево продолжало оставаться чрезвычайно важным конструкционным материалом самолетов до Второй мировой войны, когда производственные мощности, поставки качественной древесины и быстро растущие структурные напряжения сделали деревянные конструкции устаревшими.
Как правило, в самолетах можно встретить два вида дерева? массив дерева и фанера.Из массива дерева изготавливаются такие детали, как лонжероны крыла, планки нервюр и стрингеры фюзеляжа. Из фанеры изготавливают такие вещи, как доски пола, обшивки крыльев и косынки.
Авиационная фанера мало чем похожа? по качеству или цене? к тому, что вы найдете на складе пиломатериалов. На нем нет дефектов, сучков, дырок и щелей. Зерно в каждом слое (или слое) находится под углом 45 или 90 градусов к соседним слоям, и слои скрепляются под высоким давлением и температурой с помощью водостойкого клея.Тонкий лист авиационной фанеры легко может стоить более 100 долларов.
Дерево в применении к конструкциям самолетов имеет существенный положительный эффект а отрицательный? характеристики. С другой стороны, древесина имеет высокое отношение прочности к весу, что означает, что она прочна для своего веса. Древесина также обладает хорошими характеристиками гибкости, так как она будет изгибаться неопределенное количество раз без утомления и, в конечном итоге, разрушаться, как металл.
Гибкость дерева позволяет ему поглощать и гасить вибрацию.Любой, кто когда-либо летал за деревянным винтом, скажет вам, насколько он плавный по сравнению с той же самой комбинацией самолета / двигателя, управляющей металлическим винтом. Наконец, древесине легко придавать форму, и она не требует дорогостоящих и тяжелых инструментов.
С другой стороны, становится трудно получить древесину авиационного качества в размерах, необходимых для таких деталей, как лонжероны крыла, а из-за ее редкости возникает высокая цена. В самолетах, таких как Taylorcraft BC12-D, лонжерон переднего крыла имеет толщину 0,75 дюйма, ширину 6 дюймов и длину более 16 футов.Федеральные правила требуют, чтобы биение волокон по краям древесины было меньше 1:15 (когда волокна параллельны ровной поверхности, волокна не отклоняются от параллели более чем на один дюйм на расстоянии 15 дюймов). Древесина не должна иметь сучков, дефектов текстуры или обесцвечивания, свидетельствующих о каком-либо виде грибковой активности. Заготовка из ели для такого лонжерона будет стоить более 5 долларов за фут.
Поскольку найти авиационную древесину необходимого размера сложно, вы увидите стыки на многих лонжеронах в какой-то момент по их длине.Соединить лонжерон несложно, но соединение должно быть в правильном месте, а качество изготовления и материалов должно быть отличным. Правильно выполненный лонжерон на самом деле будет прочнее, чем цельный кусок дерева.
При 125 ° F древесина теряет примерно 25% своей структурной прочности. Под прямыми летними солнечными лучами внутренняя температура деревянного крыла, привязанного к мощеному пандусу, может легко превысить 180 ° F, если крыло окрашено в темный цвет и не вентилируется должным образом. Деревянные конструкции делают достаточно прочными, чтобы компенсировать эту потерю, но дополнительная говядина означает снижение веса.
Древесина также подвержена поражению грибком, мелкими растениями, которые растут и питаются клетками древесины, когда влажность древесины превышает 20 процентов. В идеале древесина, используемая в конструкциях самолетов, должна иметь влажность от 10 до 12 процентов. Слой лака защитит деревянные детали; но если оставить его без защиты, дерево естественным образом впитает влагу из воздуха. Вы когда-нибудь задумывались, почему деревянные двери в вашем доме прилипают или не закрываются при смене времен года? Если древесина впитывает влагу, она набухает, способствует росту грибка, в конечном итоге становится мягкой (гниет или гниет) и под воздействием стресса разрушается.
Древесина, используемая в качестве элемента конструкции, должна выдерживать напряжения растяжения и сжатия, а это значит, что она должна быть спроектирована соответствующим образом. Когда лонжерон изгибается под нагрузкой, нижняя часть лонжерона находится под напряжением, а верхняя сторона сжимается. Дерево наполовину слабее на сжатие, чем на растяжение, поэтому лонжерон должен выдерживать усилия сжатия, действующие на верхней стороне. Когда приходит время повторно покрывать деревянные крылья пилотажного самолета, лонжероны часто обнаруживают нарушения сжатия.
Прикрепить деревянные детали к другим деревянным деталям не так просто, как найти молоток и гвозди.Клей является предпочтительным соединением, и чтобы получить хорошее соединение, деревянные части должны идеально стыковаться друг с другом. Плохое клеевое соединение может быть слабым звеном конструкции. Даже если соединение хорошее, сам клей со временем может ослабить сцепление.
В прошлые десятилетия казеиновый клей был классикой авиации. Но этот клей, который производится из побочных продуктов молока и воды, уже не годится для использования в самолетах из-за его плохой долговременной адгезии и его тенденции к высыханию и растрескиванию на линии клея. Современные клеи практически устранили проблемы, связанные с устаревшими клеями.Сегодня резорциновые или эпоксидные клеи, которые значительно превосходят все остальное, склеивают деревянные части вместе.
Резорцин и эпоксидные клеи представляют собой двухкомпонентные продукты, состоящие из смолы и отвердителя, и они практически непроницаемы для любого типа влаги или грибка. При правильном смешивании, нанесении на правильно подготовленную поверхность и отверждении клеевое соединение намного прочнее, чем древесина с каждой стороны. Древесина выйдет из строя задолго до того, как выйдет из строя клеевой шов.
Отделка древесины сегодня также превосходит те, которые использовались в прошлом.При правильном применении и уходе сегодняшняя отделка из дерева практически неуязвима для влаги и грибка. Многие старинные и винтажные самолеты погибли задолго до своего времени, потому что вчерашняя некачественная отделка не защитила их конструкции от влаги и грибка.
Если вы летаете или владеете самолетом с деревянными деталями, вам следует обратить внимание на несколько вещей. Древесина в хорошем состоянии издает очень резкий и твердый звук, когда вы стучите по ней (не колотите!) Легким пластмассовым молотком или ручкой отвертки.Дерево, подвергшееся воздействию влаги или грибка, будет казаться пустотелым и мягким, а также будет иметь затхлый или плесневелый запах (если вы можете отличить этот запах от запаха окружающего самолета топлива, масла, краски и т. Д.).
Некоторые самолеты, такие как серия Bellanca Viking, имеют крылья с использованием деревянных конструктивных элементов и деревянной обшивки. Как правило, деревянные обшивки самолетов покрывают авиационной тканью и обрабатывают либо авиационной смазкой, либо одним из более новых и гораздо более качественных полиуретановых покрытий.
Вам следует внимательно осмотреть поверхность на предмет появления трещин на краске или ткани и незначительных повреждений поверхности, которые могут привести к проникновению влаги и грибка в структуру дерева. Выпуклости или рыхлая ткань указывают на то, что влага проникла под поверхность и разъедает древесину. Также проверьте, не выступают ли шляпки гвоздей или винтов над гладкой поверхностью.
Вы должны хранить свой самолет в крытом и хорошо вентилируемом ангаре, где влага и загрязнения, такие как птицы и грязь, не могут попасть на деревянные поверхности.При правильном уходе деревянные конструкции предлагают практически неограниченное обслуживание.
Новый Piper Wing Spar AD затронул 5400 самолетов
Изображение: Пайпер
Владельцы моделей Piper PA-28 и PA-32 за последний год были поражены рядом директив по летной годности, в том числе директивы, связанной с коррозией главного лонжерона, но последняя AD связана с несчастным случаем со смертельным исходом в 2018 году, когда Piper Arrow проводивший летную подготовку потерял крыло и погибли экзаменатор и студент FAA.Стреле было 11 лет, но он наработал более 7600 часов исключительно в тренировочной среде.
Самый последний AD требует проверки нижних крышек лонжеронов на болтовом соединении с сквозной конструкцией внутри кабины для самолетов с наработкой более 5000 часов и применяется к более чем 5400 самолетам. В результате аварии крыло Arrow вышло из строя из-за усталостного перелома в «болтовом соединении» вдоль нижней крышки лонжерона, по мнению следователей. AD вступает в силу с февраля.16, 2021 г., и затрагивает самолеты PA-28 и PA-32 от PA-28-151 Warrior до PA-32RT Saratoga. Он также включает в себя все модели Arrow, но не PA-28-236 Dakota или более легкую серию PA-28 с неконусным крылом.
Согласно FAA: «Поскольку самолеты, используемые для тренировок и в других условиях с высокой нагрузкой, обычно эксплуатируются по найму и имеют программы инспекций, требующие 100-часовых проверок, FAA определило количество 100-часовых проверок, которым подвергся самолет, будет лучший индикатор истории использования самолета.Соответственно, FAA разработало формулу факторизованного рабочего времени, основанную на количестве выполненных 100-часовых проверок самолета. Этот AD требует расчета факторизованных часов работы для каждого лонжерона основного крыла, чтобы определить, когда требуется осмотр, проверки отверстий под болты нижнего основного лонжерона крыла на предмет трещин и замены любого треснувшего лонжерона основного крыла ». Короче говоря, инспекционная часть AD применяется, когда на любом конкретном самолете накоплено более 5000 «учтенных часов эксплуатации», определение, которое необходимо было сделать в течение 30 дней после внедрения AD, просмотрев бортовые журналы и подсчитав количество 100- часовые проверки, определенные как связанные с использованием летных тренировок.Это достаточно сложно, чтобы FAA предоставило блок-схему:
Для самолетов с более чем 5000 учтенных часов эксплуатации необходимо провести вихретоковую проверку в течение следующих 100 часов. Говорят, что испытание обойдется чуть более чем в 1000 долларов за самолет, хотя замена лонжерона крыла оценивается более чем в 12 000 долларов за каждое крыло. Более того, FAA заявляет, что не будет выдавать разрешения на переправу тем самолетам, у которых обнаружены трещины; они должны быть отремонтированы на месте или разобраны и доставлены в соответствующий сервисный центр.Наконец, FAA называет это AD «временной» мерой, предполагая, что данные с мест могут изменить минимальное количество часов обслуживания.
Деревянные крылья
Авиационные журналы в наши дни, кажется, переполнены статьями, в которых бурно превозносятся достоинства одного «быстровозводимого» композитного дома, построенного за другим, с особым уважением к любому недавно выпущенному сверхмощному и гламурному спидстеру. Создается впечатление, что в наши дни они «в ходу», и их создают почти все.Не так.
В конце концов, многие ли из нас могут позволить или готовы потратить от 50 000 до 100 000 долларов на самодельный самолет? Если бы мне пришлось потратить такие деньги, чтобы летать, я бы никогда не оторвался от земли. К счастью, было и остается множество интересных и менее дорогих вариантов.
Тысячи строителей по всему миру создают ошеломляющее множество различных конструкций самолетов, и не все они представляют собой композитные или комплектные проекты. Многие строят свои самолеты из чертежей и сырья.Другие строят с использованием планов, частичных комплектов и нескольких сборных деталей, которые сложно изготовить. Они строят эти самолеты из алюминия, труб, дерева и, да, даже из композитных материалов и стекловолокна, изготавливаемых дома.
Самый дешевый способ построить самолет — начать строить из мелких деталей. Сборка сначала нервюр крыла — очень популярная процедура, потому что вы в значительной степени заменяете свою дополнительную работу и откладываете дорогостоящие детали до тех пор, пока действительно не будете уверены, что хотите построить этот самолет.
Но, если предположить, что вы готовы проделать дополнительную работу, связанную с построением по планам, какой у вас будет выбор при выборе дизайна, который вы хотите построить таким образом? Множество.
Все зависит от того, чего вы хотите. Хотите чего-нибудь медленного и стабильного? Шустрый и пилотажный? А может, что-нибудь быстрое и дерзкое? Выбор за вами. Да, это действительно может быть трудный выбор, потому что, по моему последнему быстрому подсчету, я нашел более 100 дизайнов, планы на которые продавались отдельно.Во многих случаях для них также были доступны частичные и полные комплекты.
Почему деревянное строительство?
Большинство из более чем 500 конструкций самолетов, доступных строителям-любителям, можно приобрести в виде комплектов. Из них около 200 комплектов используют некоторые деревянные компоненты в качестве основной структуры. Но из этого числа у вас все еще есть более 100 конструкций самолетов на выбор, если вы предпочитаете строить по планам и искать или покупать собственные материалы.
Дерево — доступный и прочный строительный материал.С ней легко работать простыми инструментами, и, что удивительно, прочность правильно построенной деревянной конструкции с возрастом увеличивается.
У большинства из нас есть некоторый опыт работы с деревом. . . знаете, такие вещи, как изготовление домиков для птиц, лодок, скамеек, шкафов и, возможно, мебели. Короче говоря, древесина — хороший чистый недорогой строительный материал для начинающего строителя.
Чтобы лучше понять, как выглядят деревянные конструкции самолетов и как они устроены, давайте рассмотрим прилагаемые фотографии и изучим некоторые структурные детали деревянных крыльев.
Между прочим, прочность и надежность деревянных крыльев хорошо известны, потому что они есть на большинстве пилотажных бипланов, в том числе знаменитых конструкций Pitts, EAA Acro Sport, Christen Eagles, Skybolts, One Design и других спортивных домов, хорошо знакомых большинству. EAAers.
Дерево в крыльях дерева
Два наиболее часто используемых вида древесины, используемых в конструкциях самолетов, — это ель Ситкинская и пихта Дугласа. Также используются другие тщательно отобранные лимитированные породы дерева, но руководствуйтесь рекомендациями, которые дизайнер указывает в своих планах и инструкциях.
Специально изготовленное изделие из дерева является наиболее важным элементом конструкции деревянных крыльев. Это фанера. Не просто фанеру, а фанеру «авиационного качества». Фанера из красного дерева и березы — самые распространенные из тех, что используются в самолетах. Оба типа одинаково приемлемы в большинстве конструкций. Фанера из березы несколько прочнее (но тяжелее), чем фанера из красного дерева, и это следует учитывать при выборе размеров фанеры для конкретного применения.
Фанера для самолетов не имеет сучков, пустот и других дефектов.Он изготовлен с использованием водостойких клеев и может быть приобретен толщиной от 1/32 «до 1/16»! Трудно поверить, что тонкий деревянный шпон можно склеить и изготовить в виде трехслойных листов фанеры.
Авиационная фанера большей толщины также доступна в пятислойных листах. Вы можете себе представить, насколько прочнее эта фанера по сравнению с той разновидностью, которую обычно можно увидеть в строительных магазинах.
Конечно, это зависит от конструкции самолета, но, по большей части, толщина фанерной обшивки, используемой в консольных крыльях, колеблется от 1/8 дюйма во внутренних областях крыла до 1/16 дюйма в более легких загруженных внешних частях крыла. крыло.
Некоторые конструкции легких и сверхлегких самолетов требуют ограниченного использования тонкой фанерной обшивки передней кромки крыла и чаще полагаются на тканевое покрытие как средство снижения потребности в широком использовании фанеры. Причина, конечно, в том, что фанера — гораздо более тяжелый материал, чем обычные деревянные элементы и тканевое покрытие.
Фанерные косынки широко используются в типичных деревянных конструкциях для усиления сборных деревянных нервюр крыла и соединений фюзеляжа. Поскольку косынки относительно малы, вы сэкономите деньги, если сначала вырежете большие обшивки крыльев и отложите их до тех пор, пока они не понадобятся.Затем вы можете использовать большие обрезки листа для косынок и других мелких деталей. Интересно отметить, что готовое соединение с косынкой из фанеры будет прочнее отдельных деревянных деталей, составляющих этот узел.
Деревянные конструкции самолетов скрепляются клеем. . . назовите их клеями, если хотите. Гвозди или скобы, если они используются, используются только в процессе сборки и могут быть удалены после отверждения клея.
Если клеи достаточно хороши, чтобы противостоять суровым условиям космического пространства, они, безусловно, должны подходить для использования в жилищном строительстве здесь, на Земле.Лучшие из этих клеев поистине удивительны. Правильно выполненный клеевой шов будет водонепроницаемым и практически нерушимым. Он не развалится. Сначала треснет древесина.
Правительство (FAA) считает, что рескорциновые клеи являются наиболее долговечными и надежными из клеев, подходящих для использования в сертифицированных самолетах. Но у рескорцина есть несколько недостатков. Этот клей не заполняет зазоры, требует плотных стыков и значительного давления при сборке.Кроме того, рабочая температура должна быть выше 70 ° F, иначе соединения могут не затвердеть должным образом, и результаты будут ненадежными.
С другой стороны, есть более щадящие эпоксидные смолы. Это поистине новые чудо-клеи. Несмотря на то, что FAA не с энтузиазмом восприняло их использование, поскольку в нем есть рескорцины, большинство инспекторов примут любой клей, который вы используете, при условии, что вы можете предоставить образцы для испытаний, которые могут быть уничтожены, чтобы доказать, что древесина выйдет из строя, а не клеевые соединения.
Конструкции крыльев имеют две формы. Они либо подкосные, либо консольные.
Крылья с подкосами
Крыло с подкосами обычно легче, чем консольное крыло, потому что его лонжероны не должны быть такими прочными, а крылья не должны обшиваться фанерой. Большинство крыльев с подкосами покрыты тканью, хотя иногда они могут иметь легкую алюминиевую обшивку. Реже для покрытия критических участков используется разумное использование фанерных обшивок.
Лонжероны крыльев с подкосами обычно вырезают из массивной ели или заготовок из пихты Дугласа.Хотя лонжероны вырезаются из единой плиты, они могут быть составлены из двух или более частей, когда трудно получить идеальные заготовки нужной длины и ширины.
Передние кромки покрыты тонким алюминиевым листом или фанерой. . . обычно сверху только для того, чтобы поддерживать правильную форму аэродинамического профиля. Это необходимо, потому что плотно сжатая ткань имеет тенденцию несколько провисать между ребрами. Это, по сути, изменяет аэродинамический профиль на профиль с меньшим изгибом в этих областях и влияет на характеристики.
Крылья с подкосами, обтянутые тканью, требуют внутреннего сопротивления и антиадгезионных подкосов для сохранения геометрической формы крыла в плане. Тормозные и противоскользящие распорки обычно изготавливаются из проволоки 4130 диаметром 1/8 дюйма или 3/16 дюйма с резьбой на обоих концах. Когда растяжки совмещены и затянуты, они будут стягивать передний лонжерон и задний лонжерон. Чтобы этого не происходило, на каждом пересечении проводов необходимо установить ребра сжатия или распорки.
Крылья, обтянутые тканью, обычно состоят из двух частей, хотя цельная секция крыла не редкость.Довольно много бипланов используют верхнее крыло, состоящее из трех частей, для упрощения сборки и монтажа. В этом отношении двухсекционное верхнее крыло или цельное верхнее крыло — не редкость.
Наиболее полезной характеристикой крыла с подкосами является то, что его концы могут иметь преднамеренную деформацию для исправления тяжелого состояния крыла в случае необходимости.
После первых испытательных полетов крыло этого типа можно оснастить легким поворотом, чтобы обеспечить любую размывку или размывку, необходимую для достижения идеального бокового дифферента.С свободнонесущим крылом этого не сделать.
Консольные деревянные крылья
Консольные крылья значительно тяжелее, чем типы с подкосами, поскольку внутренняя конструкция должна быть более прочной, чтобы выдерживать все нагрузки без помощи распорок крыла.
Самым легким вариантом свободнонесущего крыла будет крыло, построенное как единое целое с полным размахом. К сожалению, для строителей это означает, что пространство мастерской должно быть достаточно большим, чтобы вместить весь размах крыла, и при этом оставлять немного рабочего места на каждом конце крыла.По этой причине и для облегчения работы во время строительства многие консольные конструкции предлагают вариант из двух или трех частей. Это, конечно, означает, что крыло должно быть собрано и скреплено прочными металлическими ремнями и болтами. . . что приводит к снижению веса добавленной конструкции на 50 фунтов или больше.
Консольные деревянные крылья собраны вокруг прочного лонжерона коробки. Затем крылья обшивают фанерой. Эта конструкция с напряженной обшивкой устраняет необходимость во внутренних подкосах, препятствующих лобовому сопротивлению, поскольку фанерные обшивки обеспечивают полную жесткость крыла во всех направлениях.
Обшивка свободнонесущего крыла требует тщательной сборки и выравнивания, потому что после установки закрывающей фанерной обшивки (верхней или нижней), в отличие от крыльев с подкосами, будет невозможно повернуть крыло для компенсации перекоса крыла.
Ребра крыла из дерева
Ребра крыла практически любой конструкции могут использоваться с деревянными створками. Это могут быть нарощенные полосы и косынки, или они могут быть вырезаны из листа фанеры. Есть много вариантов двух основных типов. По сути, крылья, покрытые фанерой, требуют более тяжелых нервюр, чем крылья, покрытые тканью.Это связано с тем, что ребра должны выдерживать удары молотком, сопровождающие прикрепление гвоздевых лент в виде зажимов.
Когда требуется большая прочность лонжерона, нервюры крыла состоят из двух или трех частей, чтобы можно было использовать лонжерон на всю глубину. Это усложняет выравнивание ребер и требует гораздо больше работы.
В других случаях нервюры изготавливаются как одно целое и просто надеваются на лонжерон в правильное положение. Выравнивание также упрощается.
Долговечность деревянных крыльев
Не всем известен тот факт, что древесина не портится с возрастом и может со временем стать прочнее. Это, конечно, требует, чтобы древесина была должным образом защищена от проникновения и захвата влаги.
Древесина не подвержена гниению при сухой гнили, если конструкция вентилируется и вода не может попасть внутрь. Это означает, что крыло должно иметь сливные отверстия, расположенные в нижних углах каждого отсека.Металлические самолеты также требуют этой простой меры предосторожности, чтобы минимизировать риск коррозии из-за захваченной влаги.
Бонусная особенность
В отличие от стереотипных составных конструкций крыльев, деревянные крылья предоставляют строителю значительное разнообразие в методах строительства и деталях, с которыми он может столкнуться. Это далеко от монотонных строительных технологий, которые навязывают авиастроителям из композитных материалов. Мало того, быстрый самолет, покрытый фанерой, можно отделывать так же гладко, как композит.. . и вам не нужно красить самолет в белый цвет, чтобы защитить внутреннюю структуру от вредного воздействия солнечного излучения, которое влияет на композитные конструкции.
IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте
IRJET приглашает доклады по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 4 (апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, Апрель 2021 г. Публикация продолжается …
Обзор статей
Получено IRJET «Импакт-фактор научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.
Проверить здесь
IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.
IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуск 4 ( Апрель-2021)
Отправить сейчас
IRJET Vol-8 Выпуск 4, апрель 2021 Публикация в процессе …
Обзор статей
Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.
Comments |0|
Cancel
Remember me
* Name:
* @ Email:
Website:

Legend *) Required fields are marked
**) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Category: Разное
Previous post Next post
Рубрики
Авто
Двигател
Карбюрат
Разное
Ремонт
Своими руками
Советы
Тюнинг
Copyright © 2016 - 2024 Все права защищены.
↑ Вернуться в начало