В неподвижном крыле самолета , то шпат часто является основным конструктивным элемент крыла, бег по размаху под прямым углом (или около того, в зависимости от стреловидности крыла ) к фюзеляжу . Лонжерон несет полетные нагрузки и вес крыльев при нахождении на земле. Другие конструктивные и формирующие элементы, такие как нервюры, могут быть прикреплены к лонжерону или лонжеронам, при этом конструкция напряженной обшивки также разделяет нагрузки там, где она используется. В крыле может быть более одного лонжерона или вообще не быть. Однако там, где большая часть силы приходится на одиночный лонжерон, он известен как основной лонжерон. [1]
Лонжероны также используются на других поверхностях аэродинамических поверхностей самолетов, таких как хвостовое оперение и киль, и выполняют аналогичную функцию, хотя передаваемые нагрузки могут отличаться от нагрузок на лонжерон крыла.
Нагрузки на лонжероны
Лонжерон крыла обеспечивает большую часть весовой поддержки и целостности динамических нагрузок свободнонесущих монопланов , часто в сочетании с прочностью самого D-образного бокса крыла. Вместе эти два конструктивных элемента вместе обеспечивают жесткость крыла, необходимую для безопасного полета самолета. Бипланы с летающими тросами имеют большую часть полетных нагрузок, передаваемых через тросы и межплоскостные стойки, что позволяет использовать меньшее сечение и, следовательно, более легкие лонжероны за счет увеличения лобового сопротивления.
Силы
Некоторые силы, действующие на лонжерон крыла, следующие: [2]
- Изгибающие вверх нагрузки, возникающие в результате подъемной силы крыла , поддерживающей фюзеляж в полете. Эти силы часто компенсируются перевозкой топлива в крыльях или использованием топливных баков, установленных на концах крыла; Цессна 310 является примером этой конструктивной особенности.
- Изгибающие вниз нагрузки в неподвижном состоянии на земле из-за веса конструкции, наличия топлива в крыльях и установленных на крыльях двигателей, если они используются.
- Тяговые нагрузки зависят от скорости и инерции .
- Катящиеся инерционные нагрузки.
- Хордовые скручивающие нагрузки из-за аэродинамических эффектов на высоких скоростях, часто связанных с размывом , и использованием элеронов, приводящих к изменению направления управления . Дальнейшие скручивающие нагрузки вызываются изменением настроек тяги подкрыльевых двигателей. [3] Конструкция коробки "D" способствует уменьшению скручивания крыла.
Многие из этих нагрузок резко меняются в полете на самолетах, таких как Extra 300, при выполнении экстремальных фигур высшего пилотажа ; лонжероны этих самолетов спроектированы таким образом, чтобы безопасно выдерживать большие нагрузки .
Материалы и конструкция
Деревянная конструкция
Ранние самолеты использовали лонжероны, часто вырезанные из цельной ели или ясеня . Было использовано несколько различных типов деревянных лонжеронов, с которыми проводились эксперименты, например, лонжероны коробчатого сечения; и ламинированные лонжероны, уложенные в зажимное приспособление и склеенные на сжатие, чтобы сохранить двугранность крыла . Деревянные лонжероны до сих пор используются в легких самолетах, таких как Robin DR400 и его родственники. Недостатком деревянного лонжерона является ухудшение воздействия атмосферных условий, как сухих, так и влажных, и биологических угроз, таких как заражение древесными насекомыми и грибковое поражение компонента; следовательно, для поддержания летной годности часто требуются регулярные проверки . [4]
Деревянные лонжероны крыла, состоящие из нескольких частей, обычно состоят из верхних и нижних элементов, называемых крышками лонжеронов , и вертикальных элементов из листовой древесины, известных как срезные перемычки или, проще говоря, перемычки , которые охватывают расстояние между крышками лонжеронов.
Даже в наше время в «самодельных копиях самолетов», таких как реплики Spitfires, используются ламинированные деревянные лонжероны. Эти лонжероны обычно ламинируют из ели или дугласовой пихты (зажимом и склеиванием). Ряд энтузиастов строят "точные копии" Спитфайров, которые фактически будут летать с использованием различных двигателей, соответствующих размеру самолета. [5]
Металлические лонжероны
Типичный металлический лонжерон в самолетах авиации общего назначения обычно состоит из листового алюминиевого лонжерона с L- или T-образными крышками лонжерона, приваренными или приклепанными к верхней и нижней части листа для предотвращения коробления под действием приложенных нагрузок. На более крупных самолетах, использующих этот метод конструкции лонжерона, крышки лонжеронов могут быть закрыты, чтобы обеспечить составные топливные баки . Усталость металлических лонжеронов крыла была определенным причинным фактором авиационных происшествий, особенно в старых самолетах, как это было в случае с рейсом 101 Ocean Airways компании Chalk . [6]
Лонжероны металлические трубчатые
Немецкий Юнкерс СО бронированного Фюзеляж штурмового sesquiplane 1917 используется Уго Юнкерс -разработана многотрубчатая сеть из нескольких трубчатых лонжеронов крыла, расположенная непосредственно под гофрированным дюралюминием крыла , охватывающее и с каждым трубчатым лонжероном , соединенным с одной смежными с пространственной рамой триангулированных дюралюминиевых полос - обычно в манере компоновки фермы Уоррена - приклепаны к лонжеронам, что привело к значительному увеличению прочности конструкции в то время, когда большинство других конструкций самолетов строились почти полностью с деревянными крыльями. Формат конструкции цельнометаллического гофрированного крыла / нескольких трубчатых лонжеронов крыла Junkers был скопирован после Первой мировой войны американским авиаконструктором Уильямом Стаутом для его серии авиалайнеров Ford Trimotor 1920-х годов и российским авиакосмическим конструктором Андреем Туполевым для таких самолетов, как его Туполев АНТ-2 образца 1922 года, по размерам больше тогдашнего гиганта Максима Горького 1934 года.
Аспектом конструкции крыла Supermarine Spitfire, который в значительной степени способствовал его успеху, была инновационная конструкция лонжерона стрелы, состоящая из пяти квадратных концентрических труб, которые вставлялись друг в друга. Две из этих стрел были связаны между собой легкосплавной перемычкой, создавая легкий и очень прочный главный лонжерон. [7]
Вариант этого метода конструкции лонжерона также используется в BD-5 , который был спроектирован и построен Джимом Беде в начале 1970-х годов. Лонжерон, использованный в BD-5 и последующих проектах BD, в основном представлял собой алюминиевую трубу диаметром примерно 2 дюйма (5,1 см), соединенную в корневой части крыла с алюминиевой трубой с гораздо большим внутренним диаметром для обеспечения структурной целостности крыла.
Геодезическое строительство
В самолетах, таких как Vickers Wellington , использовалась геодезическая конструкция лонжерона крыла, преимущества которой заключались в легкости и способности выдерживать тяжелые боевые повреждения с лишь частичной потерей прочности.
Композитная конструкция
Многие современные самолеты используют в своей конструкции углеродное волокно и кевлар , начиная от больших авиалайнеров и заканчивая небольшими самодельными самолетами . Следует отметить разработки Scaled Composites и немецких производителей планеров Schempp-Hirth и Schleicher . [8] Эти компании изначально использовали сплошные лонжероны из стекловолокна в своих конструкциях, но теперь часто используют углеродное волокно в своих высокоэффективных парапланах, таких как ASG 29 . Увеличение прочности и снижение веса по сравнению с более ранними самолетами с лонжероном из стекловолокна позволяет перевозить большее количество водяного балласта . [9]
Многолонжеронная конструкция
Самолеты с тремя и более лонжеронами считаются самолетами с несколькими лонжеронами . Использование нескольких лонжеронов обеспечивает эквивалентную общую прочность крыла, но с несколькими лонжеронами меньшего размера, что, в свою очередь, позволяет получить более тонкую конструкцию крыла или хвостового оперения (за счет увеличения сложности и сложности упаковки дополнительного оборудования, такого как топливные баки, пушки. , домкраты элеронов и т. д.). Хотя многолонжеронные крылья использовались, по крайней мере, с 1930-х годов (например, Curtiss P-40 времен Второй мировой войны имел 3 лонжерона на крыло), они приобрели большую популярность, когда увеличение скорости реактивных истребителей потребовало более тонких крыльев для уменьшения тянуть на высоких скоростях. В истребителе Mach 2 F-104 Starfighter использовалось множество тонких лонжеронов, что позволило создать крыло необычно тонкого сечения; F-16 Fighting Falcon использует аналогичную конструкцию. Другие самолеты, такие как F-4 Phantom , F-15 Eagle и другие, используют 3 или более лонжеронов для обеспечения достаточной прочности относительно тонкого крыла и, таким образом, квалифицируются как самолет с множеством лонжеронов. [10]
Ложные лонжероны
Ложные лонжероны, как и основные лонжероны, являются несущими конструктивными элементами, проходящими по размаху, но не присоединенными к фюзеляжу. Чаще всего они предназначены для перевозки движущихся поверхностей, в основном элеронов . [11]
Рекомендации
Заметки
- Перейти ↑ Thom 1988, p. 152.
- Перейти ↑ Taylor 1990, p. 72.
- Перейти ↑ Taylor 1990, p. 146.
- ↑ FAA 1988, стр. 25.
- ^ "Архивная копия" . Архивировано 31 мая 2012 года . Проверено 11 октября 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ NTSB отчет - Grumman Turbo Mallard, N2969 архивации 2008-09-10 в Wayback Machine извлекаться: 1 февраля 2009
- Перейти ↑ Taylor 1990, p. 80.
- Перейти ↑ Taylor 1990, p. 95.
- Перейти ↑ Hardy 1982, p. 86.
- ^ "DatWiki.net - авиационный словарь, представленный Aviation Supplies and Academics, Inc." . www.datwiki.net . Архивировано 22 декабря 2015 года . Проверено 15 декабря 2015 .
- ^ Kuma 2005 p.265
Библиография
- Федеральное управление гражданской авиации , Приемлемые методы, методы и практика - Осмотр и ремонт воздушных судов, AC43.13.1A, изменение 3. Министерство транспорта США, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1988 г.
- Харди, Майкл. Планеры и планеры мира . Лондон: Ян Аллан, 1982. ISBN 0-7110-1152-4 .
- Кумар, Бхарат (2005). Иллюстрированный авиационный словарь . Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN 0 07 139606 3.
- Тейлор, Джон У. Р. Знания о полете , Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 .
- Том, Тревор. Пособие воздушного пилота 4-Самолет-Техника . Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд, 1988 г. ISBN 1-85310-017-X
Внешние ссылки
- Статья 1913 года об испытаниях лонжерона из журнала Flight