Kde je kýl letadla? Letecký kýl: design

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Dokonce i člověk, který nikdy neviděl moře, pravděpodobně zná slovo na rozloučenou: "Sedm stop pod kýlem." A tady nejsou žádné otázky. Kýl lodi je nejdůležitější konstrukční částí, na kterou je připevněno mnoho částí jejího trupu. Ale ví někdo, kde se nachází kýl letadla a k čemu slouží?

Co je to?

Toto je „orgán“stability, který vám umožňuje udržet letadlo v daném kurzu. Na rozdíl od lodí je kýl letadla nedílnou součástí svislé ocasní ploutve. Ve spodní části trupu není žádný kýl pro letadla! Ale je tu jedna jemnost. Faktem je, že tato část je pevně spojena s energetickými prvky trupu, a proto je v námořních a leteckých podmínkách stále něco společného. Kde je tedy kýl letadla? Jednoduše řečeno, toto je vertikální část ocasu.

Je umístěn nehybně, upevněn ve třech bodech, symetricky ke středové linii letadla. Vzhledově má tento detail tvar ideálního lichoběžníku. Kýl letadla se zpravidla skládá z nosníků, žeber a kůže. Toto schéma je klasické, málo změněnéod vzhledu prvního letadla. Přední nosník je umístěn šikmo (zpravidla).

Layouts

Kýl je nejčastěji jednoduchý, ale v některých případech se vyrábí dvojitý nebo dokonce trojitý (u vrtulových bombardérů). V druhém případě je to nutné pro zajištění vysoké směrové stability těžkého stroje. Mimochodem, všechna letadla jsou rozdělena do tří typů podle umístění kýlu:

• Postaveno v normálním vzoru. Takový je například kýl letadla A321.
• "Kachny", to jest letadla, ve kterých je horizontální ocas kýlu umístěn před křídly.
• "Bez ocasu". Z kýlu zůstala pouze vertikální ocasní plocha, horizontální křidélka zcela chybí.

Samozřejmě, poslední dvě varianty jsou charakteristické spíše pro „komunitu“vojenských letadel, protože takové umístění kýlu je nezbytné, aby letadlo získalo obzvláště vysokou manévrovatelnost.

V některých případech se používají ještě složitější návrhy. Například podkýlové hřebeny (jsou to také břišní kýly). Používají se na některých nadzvukových letounech, kde je udržení dokonalé stability během letu životně důležité. Pod kýlem letadla (tady jsme již zjistili) tedy dochází k dodatečnému a masivnímu přílivu. Častější situace je, když horizontální opeření ocasu obecně musí být přeneseno na samý vrchol kýlu. K tomu dochází, pokud jsou motory instalovány v zadní části letadla. Takové schéma lze vidět např. vvnitrostátní nákladní a osobní letadlo "Il".

K čemu to je?

Jak víte, klidné počasí je neuvěřitelná rarita, která se nevyskytuje častěji než několikrát do roka. Ve většině případů fouká vítr a jeho síla a směr se mohou dramaticky lišit. Když letadlo letí, poryvy větru mohou výrazně ovlivnit směr a kurz. Letadlo musí být navrženo tak, aby se samo vrátilo do stabilní polohy. Pouze v tomto případě je možný bezpečný let.

Hlavní účel

Hlavním pravidlem pro navrhování kýlu je umístit jej tak, aby za žádných okolností nespadl do brázdy z křídla. Jinak je možné prudké narušení směrové stability a v nejtěžších situacích fyzická deformace a zničení celé ocasní jednotky. Hlavním účelem kýlu je tedy udržovat směrovou stabilitu.

Konstrukce mnoha letadel je taková, že tato část je pohyblivá. Úpravou výchylky kýlu řídí posádka směr kurzu. Výjimkou jsou vojenská letadla, u kterých jsou za změnu směru letu zodpovědné motory s řízeným vektorem tahu. Udělat pohyblivý kýl letadla (v článku je jeho fotka) je v jejich případě hloupost, protože přetížení při manévrování jsou taková, že se prostě zhroutí.

Jaký druh stability poskytuje kýl?

Existují tři typy stability, kvůli kterým je kýl součástí konstrukce letadla:

• Track.
• Podélné.
• Příčný.

Pojďme se všemi těmito odrůdami zabývat podrobněji. Takže směrová stabilita. Je třeba připomenout, že v případě ztráty podélné stability trupu za letu bude letoun stále ještě nějakou dobu letět vpřed vlivem setrvačné síly. Poté proud vzduchu začne stékat do zadní části letadla, která leží za těžištěm. Kýl v tomto případě zabraňuje vzniku rotační síly, která nutí letadlo otáčet se kolem své osy.

Podélná stabilita. Předpokládejme, že letadlo letí v normálním režimu, těžiště se shoduje se středem působení tlaku na jeho trup. Na jeho trup v tuto chvíli působí i vícesměrné síly, které mají tendenci rozvinout trup letounu. Zdvih a gravitace působí současně. Kýl letadla (foto této části uvidíte v článku) zajišťuje rovnováhu, která je v tomto konkrétním případě velmi nestabilní. Normální let bez ocasu, kýlu a stabilizátorů je nemožný.

Jiná udržitelnost

Stabilita ve smyku. Obecně je tento faktor logickým pokračováním předchozí vlastnosti. Když na křídlo a boční stabilizátory kýlu působí vícesměrné síly, „snaží se“letoun převrátit. Tvar křídel tomu brání: když se na ně podíváte z dálky, připomínají písmeno „U“se silně oddělenými horními „rohy“. Tento formulář poskytuje sebeopravu polohyletadla ve vesmíru. Kýl pomáhá udržovat boční stabilitu.

Všimněte si, že letadla se šikmým křídlem nepotřebují tolik kýlu…při vysokých rychlostech. Pokud klesne, pak růst protiakčních sil nastává exponenciálně. Proto je pro tyto stroje velmi důležitý co nejodolnější a nejlehčí kýl, který odolá tak vysokému zatížení. A jak to můžete získat? Pojďme si o tom promluvit.

Funkce vytváření moderních letadel

V současné době se specialisté Rosaviation a jejich zahraniční kolegové zaměřují na tvorbu leteckých dílů (včetně kýlu) z velkých dílů vyrobených z nejnovějších kompozitních materiálů.

Podíl těchto sloučenin v konstrukci moderních letadel neustále roste. Podle informací odborníků jejich objemový podíl již dosahuje od 25 % do 50 % a malá nekomerční letadla se mohou skládat z plastu a kompozitů dokonce ze 75 %. Proč je tento přístup v letectví tak rozšířený? Faktem je, že stejný kýl letadla Boeing, vyrobený z polymerových „slitin“, má velmi nízkou hmotnost, velmi vysokou pevnost a zdroje, kterých je jednoduše nereálné dosáhnout pomocí standardních materiálů.

Hlavní materiály

Nejodůvodněné použití kompozitů při konstrukci nejen ocasu, ale i křídel a nosných prvků trupu, které musí být nejen velmi pevné, ale i dostatečněflexibilní. V opačném případě nelze vyloučit pravděpodobnost destrukce konstrukce působením letového zatížení.

Ale nebylo tomu tak vždy. Takže chlouba sovětského leteckého průmyslu, letoun Tu-160, známý také jako Bílá labuť nebo Blackjack, má kýl vyrobený z … slitin titanu. Takto specifický a extrémně drahý materiál byl zvolen kvůli enormnímu namáhání kladenému na konstrukci tohoto stroje, který si dodnes uchovává titul nejtěžšího bombardéru ve službě. Ale přesto je takto radikální přístup k vytvoření kýlu vzácný, a proto se dnes konstruktéři musí mnohem častěji potýkat s jednoduššími kompozitními materiály.

Jakým výzvám čelíte při vytváření kompozitního kýlu?

Během procesu vývoje museli tuzemští designéři vyřešit celou řadu složitých úkolů:

• Vytvoření velkých částí kýlu a dalšího vybavení z uhlíkových vláken pomocí infuzní metody bylo vypracováno.
• Také bylo nutné téměř úplně přehodnotit a předělat hlavní fáze výroby, které nebyly navrženy pro použití kompozitních materiálů.

Další funkce

Do výrobního procesu byl zaveden nejnovější software (FiberSim), který umožňuje dosáhnout nejvyššího stupně automatizace. Navíc nyní kýl letadla, jehož konstrukce je popsána v článku, lze vyrobit pomocí technologií, kde prakticky neexistují žádné výkresy. Výroba této části s tímto přístupem je následujícízpůsob:

• Navrhování nebo výběr hotového modelu. Dnes je kýl (většinou) navržen v plně automatickém režimu, bez účasti „lidských“vývojářů.
• Řezání použitých materiálů, také prováděné v automatickém režimu.
• V automatickém režimu se rozloží suroviny použité k vytvoření kýlu a jeho konstrukčních částí.
• Pokládku vrstev provádějí robotické mechanismy řízené počítačovým programem.

Moderní přístup k výrobě kýlů navíc navrhuje následující:

• Nepřetržité vytváření prototypů, které jsou testovány v těch nejnáročnějších podmínkách.
• Vyvíjejí se technologie nedestruktivního testování, které umožňují nepřetržité sledování stavu kýlu na letadle.

Pokročilé metody pro vytvoření ocasní jednotky letounu MS-21

V ne tak vzdálené minulosti byl letecký průmysl doslova ohromen oznámením domácích vývojářů, že vyvíjejí zcela nový letoun MS-21. Jeho nezvyklostí je, že téměř za poslední tři desetiletí jde o první tuzemský vůz pro lety v rámci země. Při jeho výrobě bylo testováno mnoho nejnovějších technologií, které do značné míry ovlivnily inovativní vlastnosti kýlu a celé ocasní části.

Při vývoji a výrobě kesonu kýlu letadla MS-21 byli domácí specialisté schopni dosáhnout následujícího:

• Plná automatizace řezání všech dílů a surovin používaných ve výrobě. Díky tomu bylo možné dosáhnout minimálně 50% snížení celkových nákladů na celou ocasní jednotku a zejména kýl.
• Při výrobě ocasní jednotky se používá software ProDirector, který umožňuje dosáhnout dokonalé přesnosti při zpracování dílů. To umožňuje vytvořit nejen pevné, ale také extrémně lehké kýly.
• Kýl moderního letadla je také vytvořen pomocí technik dvojitého zakřivení. Díky nim je možné dosáhnout vícesměrné tloušťky v těch oblastech, kde je potřeba dodatečné konstrukční vyztužení (pod kýlem letadla).
• Dokonce i velké části kýlu lze dnes „smažit“ve speciálních autoklávech. Výsledkem jsou extrémně pevné a tuhé komponenty, které vydrží zatížení jakéhokoli stupně.
• Řízení geometrie dílů je také řízeno složitými počítačovými systémy.

Další funkce

Díky použití nových technologií a technik byla pracnost při vytváření ocasní jednotky a kýlu snížena o 50-70%. Dnes prošlo státními zkouškami více než čtyři tisíce dílů kýlu a ocasu.

Hlavním úspěchem je vývoj spolehlivé a jednoduché technologie pro výrobu dílů kýlových skříní o rozměrech 7,6 x 2,5 m. V současné době se již začaly dodávat do Irkutského leteckého závodu. Jsou vyrobeny z moderních kompozitních materiálů a vlastnosti tohoto procesu již přitáhly zájem předních zahraničních výrobců letecké techniky.

Moderní problémy

Proč jsme strávili tolik času diskusí o moderních způsobech navrhování a stavby kýlu? Faktem je, že od 60. let minulého století je zcela jasné, že další zvyšování rychlostních výkonů letadel je možné pouze za předpokladu zvýšení jejich pevnosti a zavedení zcela nových typů polymerních materiálů do výroby. Problém letadel nejnovějších generací je v tom, že jejich konstrukce (a kýl zvláště) je velmi náchylná k „únavě“. Z tohoto důvodu byly přibližně v 70. letech minulého století vyvinuty četné metody pro sledování stavu křídla a ocasu.

Výrobní požadavky jsou také vysoké. Každá série dílů je vystavena nejtěžšímu přetížení na vibračních stojanech, testovaných teplotami a tlakem. A to není překvapivé, protože sebemenší trhlina je následně plná smrti stovek cestujících.

Takže jste zjistili, kde je kýl letadla a k čemu slouží!