Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для романа Майкла Крайтона см Планер (роман) .
Фургон RV-14 в разрезе, показывающий его планер

Механическая конструкция из летательного аппарата известна как планер. Обычно считается, что эта конструкция включает фюзеляж , шасси , оперение и крылья и не включает двигательную установку . [1]

Конструкция планера - это область аэрокосмической техники, которая сочетает в себе аэродинамику , технологии материалов и методы производства с акцентом на вес, прочность и аэродинамическое сопротивление , а также надежность и стоимость.

История [ править ]

Четыре типа конструкции планера: (1) ферма с брезентом, (2) ферма с гофрированной пластиной, (3) конструкция монокока , (4) конструкция полумонокока .

Современная история планера началась в Соединенных Штатах, когда деревянный биплан 1903 года, сделанный Орвиллом и Уилбуром Райтами, продемонстрировал потенциал конструкций с неподвижным крылом .

В 1912 году Deperdussin Monocoque впервые представил легкий, прочный и обтекаемый фюзеляж в виде монокока, образованный из тонких слоев фанеры на круглой раме, со скоростью 210 км / ч (130 миль в час). [2] [3]

Первая мировая война [ править ]

Многие ранние разработки были вызваны военными потребностями во время Первой мировой войны . Хорошо известно , самолет из той эпохи , включает голландский дизайнер Энтони Фоккер «боевые самолеты с для Германской империи » S Имперской военно-воздушных сил Германии и США Curtiss летающих лодок и немецких / австрийский Таубе монопланов . В них использовались гибридные конструкции из дерева и металла.

К 1915/16 годам немецкая фирма Luft-Fahrzeug-Gesellschaft изобрела полностью монококовую цельнодеревянную конструкцию с каркасным внутренним каркасом, используя полосы фанеры, тщательно «обернутые» диагонально в четыре слоя вокруг бетонные охватываемые формы в «левой» и «правой» половинах, известные как конструкция Wickelrumpf (обернутое тело) [4] - это впервые появилось на LFG Roland C.II 1916 года , и позже будет лицензировано для Pfalz Flugzeugwerke для его D- серия истребителей-бипланов.

В 1916 году немецкие истребители-бипланы Albatros D.III имели фюзеляжи полумонококовые с несущими панелями обшивки из фанеры, приклеенными к продольным лонжеронам и переборкам ; она была заменена преобладающей структурной структурой напряженной обшивки, поскольку металл заменил дерево. [2] Подобные методы к концепции фирмы Albatros были использованы как Hannoversche Waggonfabrik для их легкого двухместный CL.II через CL.V конструкцию, и Siemens-Schuckert для их последующего Siemens-Schuckert D.III и выше производительности D .IVконструкции истребителей-бипланов. Конструкция Albatros D.III была намного менее сложной, чем запатентованная концепция LFG Wickelrumpf для их внешней обшивки. [ оригинальное исследование? ]

Немецкий инженер Hugo Юнкерс первый полет цельнометаллического планеров в 1915 году с цельнометаллической, консольные -wing, подчеркнуто-кожа моноплан Юнкерс J 1 изготовлен из стали . [2] Он получил дальнейшее развитие с помощью более легкого дюралюминия , изобретенного Альфредом Вильмом в Германии перед войной; в планере Junkers DI 1918 года, чья техника была принята почти без изменений после войны американским инженером Уильямом Бушнеллом Стаутом и советским аэрокосмическим инженером Андреем Туполевым , что оказалось полезным для самолетов с размахом крыла до 60 метров к 1930-м годам.

Между мировыми войнами [ править ]

За J 1 1915 г. и истребителем DI 1918 г. в 1919 г. последовал первый цельнометаллический транспортный самолет, Junkers F.13, сделанный из дюралюминия, как и DI; 300 были построены, вместе с первым четырех- двигателем , цельнометаллические пассажирскими самолетами , подошвами Цеппелин-Штакен Е-4/20 . [2] [3] Разработка коммерческих самолетов в 1920-е и 1930-е годы была сосредоточена на конструкции монопланов с радиальными двигателями . Некоторые из них были произведены в единственном экземпляре или в небольшом количестве, как Дух Сент - Луиса пролетел через Атлантический океан от Чарльза Линдбергав 1927 году. Уильям Стаут разработал цельнометаллический Ford Trimotors в 1926 году [5].

Зал XFH морской истребитель прототип пролетел в 1929 году был первым самолетом с приклепанным металлом фюзеляжем: кожами алюминия над стальными трубами, Холл также впервые Промывочные заклепки и стыки между панелями кожи в зале PH летающей лодки и полет в 1929 году [2 ] Основанная на итальянской Savoia-Marchetti S.56 , экспериментальная летающая лодка Budd BB-1 Pioneer 1931 года была построена из коррозионно-стойкой нержавеющей стали, собранной с помощью недавно разработанной точечной сварки американской железнодорожной компанией Budd Company . [2]

Первоначальная философия Junkers, покрытая гофрированным дюралюминиевым корпусом, завершилась созданием в 1932 году тримоторного авиалайнера Junkers Ju 52 , который на протяжении Второй мировой войны использовался нацистской немецкой Люфтваффе для транспортных и парашютных нужд. По проектам Андрея Туполева в Советском Союзе Иосифа Сталина была спроектирована серия цельнометаллических самолетов, постоянно увеличивающихся в размерах, кульминацией которых стал самый большой самолет своей эпохи, восьмимоторный Туполев АНТ-20 в 1934 году, а фирма Дональда Дугласа разработала культовый самолет. Двухмоторный авиалайнер Douglas DC-3 в 1936 году. [6] Они были одними из самых успешных проектов той эпохи благодаря использованию цельнометаллических планеров.

В 1937 году Lockheed XC-35 был первым самолетом, специально сконструированным с герметичной кабиной, который прошел обширные летные испытания на большой высоте, проложив путь для первого герметичного транспортного самолета - Boeing 307 Stratoliner . [3]

Wellington Mark X показывает конструкцию геодезического планера и уровень наказания, который он может выдержать при сохранении летной годности

Вторая мировая война [ править ]

Во время Второй мировой войны военные потребности снова преобладали в конструкции планера. Среди наиболее известных были американские C-47 Skytrain , B-17 Flying Fortress , B-25 Mitchell и P-38 Lightning и британский Vickers Wellington , в которых использовался геодезический метод строительства, и Avro Lancaster , все модификации оригинальных конструкций из 1930-е годы. Первые самолеты были произведены во время войны, но не массово.

Из - за нехватки военного времени алюминия, де Хэвилленд Москито истребитель-бомбардировщик был построен из древесно-фанерных обшивок , соединенных с balsawood сердечника и формируют с использованием пресс - форм для получения Monocoque структуры, что приводит к развитию металл-к-металлу склеивания использоваться в дальнейшем для de Havilland Comet и Fokker F27 и F28 . [2]

Послевоенное [ править ]

Послевоенный коммерческий дизайн планера сосредоточился на авиалайнерах , на турбовинтовых двигателях, а затем на реактивных двигателях  : турбореактивных, а затем и турбореактивных. В целом более высокие скорости и растягивающие напряжения турбовинтовых и реактивных двигателей были серьезной проблемой. [7] Недавно разработанные алюминиевые сплавы с медью , магнием и цинком имели решающее значение для этих конструкций. [8]

Выпущенный в 1952 году и предназначенный для полета на скорости 2 Маха, где трение кожи требовало его термостойкости , Douglas X-3 Stiletto был первым титановым самолетом, но он был маломощным и едва ли сверхзвуковым ; Lockheed A-12 и SR-71 с Маха 3,2 также были в основном из титана, как и отмененный сверхзвуковой самолет Boeing 2707 Маха 2,7 . [2]

Поскольку жаропрочный титан трудно сваривать и с ним трудно работать, сварная никелевая сталь использовалась для истребителя МиГ-25 Маха 2,8 Микояна-Гуревича , впервые взлетевшего в 1964 году; и Североамериканский XB-70 Valkyrie с Маха 3,1 использовал паяные сотовые панели из нержавеющей стали и титана, но был отменен к моменту его полета в 1964 году. [2]

Система автоматизированного проектирования была разработана в 1969 году для McDonnell Douglas F-15 Eagle , который впервые пролетел в 1974 году на Grumman F-14 Tomcat, и оба использовали композитные волокна бора в хвостовой части; менее дорогой полимер, армированный углеродным волокном , использовался для обшивки крыльев McDonnell Douglas AV-8B Harrier II , F / A-18 Hornet и Northrop Grumman B-2 Spirit . [2]

Современная эпоха [ править ]

Грубый интерьер планера Боинг 747
Конструкция крыла с нервюрами и одним лонжероном

Airbus и Boeing являются доминирующими сборщиками больших реактивных авиалайнеров, в то время как ATR , Bombardier и Embraer лидируют на рынке региональных авиалайнеров ; многие производители производят компоненты планера. [ актуально? - обсудить ]

Вертикальный стабилизатор Airbus A310 -300, впервые взлетевший в 1985 году, был первой основной конструкцией из углеродного волокна, использованной в коммерческом самолете ; С тех пор в авиалайнерах Airbus все чаще используются композиты: горизонтальный стабилизатор A320 в 1987 году и A330 / A340 в 1994 году, а также центральный кессон крыла и кормовая часть фюзеляжа A380 в 2005 году [2].

Cirrus SR20 , тип сертифицирована в 1998 году, был первым широко производимым авиации общего назначения самолетов производства со всеми-композитной конструкции, а затем несколько других легких самолетов в 2000 - е годы. [9]

Боинг 787 , первый полет в 2009 году, был первым коммерческим самолетом с 50% от его структуры массы , изготовленной из углеродного волокна композитных материалов , а также 20% алюминия и 15% титана: материал позволяет более низкого сопротивления, выше крыла соотношение сторон и повышенная герметичность кабины; конкурирующий Airbus A350 , совершенный в 2013 году, на 53% состоит из углеродного волокна по массе конструкции. [2] Он имеет цельный фюзеляж из углеродного волокна, заменяющий «1200 листов алюминия и 40 000 заклепок». [10]

У Bombardier CSeries 2013 года есть крыло с переносом смолы из сухого волокна с легким фюзеляжем из алюминиево-литиевого сплава для устойчивости к повреждениям и ремонтопригодности - комбинация, которая может быть использована для будущих узкофюзеляжных самолетов . [2] В 2016 году Cirrus Vision SF50 стал первым сертифицированным лёгким реактивным двигателем, полностью сделанным из композитов из углеродного волокна.

В феврале 2017 года, Airbus установлен печатный 3D машина для титана авиационных конструкционных деталей с использованием электронно - лучевой добавки изделий из Sciaky, Inc. . [11]

Массовый состав авиалайнера [12]
МатериалB747B767B757B777B787A300B4
Алюминий81%80%78%70%20%77%
Стали13%14%12%11%10%12%
Титан4%2%6%7%15%4%
Композиты1%3%3%11%50%4%
Другой1%1%1%1%5%3%

Безопасность [ править ]

Производство планера стало сложным процессом. Производители работают под строгим контролем качества и государственными постановлениями. Отступление от установленных стандартов становится предметом серьезной озабоченности. [13]

DH106 Comet 3 G-ANLO на авиашоу в Фарнборо в 1954 году

Знаковым в авиационной конструкции, первый в мире реактивный пассажирский самолет , то де Havilland Comet , первый полет в 1949 году Ранние модели пострадали от катастрофического планера усталости металла , в результате чего ряд широко разрекламированных несчастных случаев. Royal Aircraft Создание исследования в аэропорту Фарнбороосновал науку о реконструкции авиакатастроф. После 3000 циклов повышения давления в специально сконструированной барокамере было обнаружено, что отказ планера произошел из-за концентрации напряжений, как следствие квадратных окон. Окна были спроектированы так, чтобы их можно было клеить и заклепывать, но были только заклепаны пробойниками. В отличие от клепки сверлом, несовершенный характер отверстия, созданного при клепке с пуансоном, может привести к появлению усталостных трещин вокруг заклепки.

Lockheed L-188 Electra турбовинтовых, первый полет в 1957 году стал дорогостоящим уроком контроля колебаний и планирования вокруг усталости металла . Крушение самолета Braniff Flight 542 в 1959 году показало, с какими трудностями могут столкнуться производители планеров и их клиенты- авиаперевозчики при внедрении новых технологий .

Инцидент можно сравнить с крушением Airbus A300 при взлете рейса 587 American Airlines в 2001 году, после того как его вертикальный стабилизатор оторвался от фюзеляжа , что привлекло внимание к вопросам эксплуатации, технического обслуживания и проектирования с использованием композитных материалов , которые используются во многих последних планерах. [14] [15] [16] У A300 были другие структурные проблемы, но не такого масштаба.

См. Также [ править ]

  • Лонжерон
  • Бывший
  • Аккорд (воздухоплавание)
  • Обтекатель самолета
  • Вертикальный стабилизатор

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Определения FAA» . Проверено 30 апреля 2020 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m Грэм Уорвик (21 ноября 2016 г.). «Конструкции, изменившие способ постройки самолетов» . Авиационная неделя и космические технологии .
  3. ^ a b c Ричард П. Холлион (июль 2008 г.). «Самолеты, изменившие авиацию» . Журнал авиации и космонавтики . Смитсоновский институт.
  4. ↑ Вагнер, Рэй и Новарра, Хайнц (1971). Немецкие боевые самолеты: всесторонний обзор и история развития немецких военных самолетов с 1914 по 1945 год . Нью-Йорк: Doubleday. С. 75 и 76.
  5. ^ Дэвид А. Вайс (1996). Сага о жестяном гуся . Cumberland Enterprises.
  6. ^ Питер М. Бауэрс (1986). DC-3: 50 лет легендарного полета . Вкладка Книги.
  7. ^ Чарльз Д. Брайт (1978). Создатели реактивных двигателей: аэрокосмическая промышленность с 1945 по 1972 год . Regents Press Канзаса.
  8. ^ Авиационные и аэрокосмические приложения . Ключ к базе данных металлов . INI International. 2005. Архивировано из оригинала на 2006-03-08.
  9. ^ «100 лучших самолетов: платиновое издание» . Летающий . 11 ноября 2013 г. с. 11.
  10. ↑ Лесли Уэйн (7 мая 2006 г.). «Боинг делает ставку на свой 787 Dreamliner» . Нью-Йорк Таймс .
  11. ↑ Грэм Уорвик (11 января 2017 г.). «Аэробус для трехмерной печати конструкций планера» . Авиационная неделя и космические технологии .
  12. ^ Йорг Woidasky; Кристиан Клинке; Себастьян Жанвре (ноябрь 2017 г.). «Материальный фонд гражданского авиастроения» (PDF) . Переработка .
  13. ↑ Флоренс Грейвс и Сара К. Гу (17 апреля 2006 г.). «Детали и правила Боинга изменяются, говорят информаторы» . Вашингтон Пост . Проверено 23 апреля 2010 года .
  14. ^ Тодд Кертис (2002). «Расследование крушения рейса 587 American Airlines» . AirSafe.com .
  15. ^ Джеймс Х. Уильямс младший (2002). «Рейс 587» . Массачусетский Институт Технологий.
  16. ^ Sara Kehaulani Goo (Oct 27, 2004). "NTSB цитирует ошибку пилота в аварии 2001 г. в Нью-Йорке" . Вашингтон Пост . Проверено 23 апреля 2010 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Михаил Губиш (9 июля 2018 г.). "Анализ: возможны ли составные планеры для узкофюзеляжных самолетов?" . Flightglobal .