Планер - Airframe
Механическая конструкция из летательного аппарата известна как планер. Обычно считается, что эта конструкция включает фюзеляж , шасси , оперение и крылья и исключает двигательную установку .
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
.PNG)
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).
Первая мировая война
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 наружные опалубки в «левой» и «правой» половинах, известная как конструкция Wickelrumpf (обернутое тело) - она впервые появилась на LFG Roland C.II 1916 года , а позже будет передана Pfalz Flugzeugwerke по лицензии на ее истребители-бипланы серии D. .
В 1916 г. немецкие истребители-бипланы Albatros D.III имели фюзеляжи полумонококовые с несущими панелями обшивки из фанеры, приклеенными к продольным лонжеронам и переборкам ; он был заменен преобладающей структурной структурой напряженной обшивки, поскольку металл заменил дерево. Подобные методы в концепцию 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.IV биплан истребители конструкции. Конструкция Albatros D.III была намного менее сложной, чем запатентованная концепция LFG Wickelrumpf для их внешней обшивки.
Немецкий инженер Hugo Юнкерс первый полет цельнометаллического планеров в 1915 году с цельнометаллической, консольные -wing, подчеркнуто-кожа моноплан Юнкерс J 1 изготовлен из стали . Он получил дальнейшее развитие с использованием более легкого дюралюминия , изобретенного Альфредом Вильмом в Германии перед войной; в планере Junkers DI 1918 года, техника которого была принята почти без изменений после войны американским инженером Уильямом Бушнеллом Стаутом и советским аэрокосмическим инженером Андреем Туполевым , что доказало свою пригодность для самолетов с размахом крыльев до 60 метров к 1930-м годам.
Между мировыми войнами
За J 1 1915 года и истребителем DI 1918 года в 1919 году 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 . Разработка коммерческих самолетов в 1920-х и 1930-х годах была сосредоточена на конструкциях монопланов с радиальными двигателями . Некоторые из них были произведены в единственном экземпляре или в небольшом количестве, как Дух Сент - Луиса пролетел через Атлантику на Чарльза Линдберга в 1927 году Уильям Стаут разработал цельнометаллические Форд Trimotors в 1926 году.
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 г. На основании итальянская 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 компанией-производителем железнодорожных вагонов Budd Company .
Первоначальная философия планера Юнкерс с гофрированным дюралюминиевым покрытием привела к появлению 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 разработана серия цельнометаллических самолетов, постоянно увеличивающихся в размерах, кульминацией которых стал самый большой самолет того времени, восьмимоторный Туполев АНТ-20 в 1934 году, а фирма Дональда Дугласа разработала культовый самолет. Двухмоторный авиалайнер Douglas DC-3 в 1936 году. Они были одними из самых успешных проектов того времени благодаря использованию цельнометаллических планеров.
В 1937 году Lockheed XC-35 был первым самолетом, специально сконструированным с наддувом кабины, который прошел обширные летные испытания на большой высоте, проложив путь для первого транспортного самолета с наддувом - Boeing 307 Stratoliner .
.png)
Вторая мировая война
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 британские Vickers Wellington , в которых использовался геодезический метод строительства, и Avro Lancaster , все модификации оригинальных конструкций из 1930-е гг. 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 .
Послевоенный
Послевоенный коммерческий дизайн планера сосредоточился на авиалайнерах , на турбовинтовых двигателях, а затем на реактивных двигателях : турбореактивных, а затем и турбореактивных. Как правило, более высокие скорости и растягивающие напряжения турбовинтовых и реактивных двигателей были серьезной проблемой. В этих конструкциях решающее значение имели недавно разработанные алюминиевые сплавы с медью , магнием и цинком .
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 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 .
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 Mach 3,1 North American XB-70 Valkyrie использовал паяные сотовые панели из нержавеющей стали и титана, но был отменен к тому времени, когда он полетел в 1964 году.
Система автоматизированного проектирования была разработана в 1969 году для McDonnell Douglas F-15 Eagle , который впервые совершил полет 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 .
Современная эра
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.
Вертикальный стабилизатор Airbus A310 -300, первый полет которого состоялся 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.
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.
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. У него цельный фюзеляж из углеродного волокна, который, как говорят, заменяет «1200 листов алюминия и 40 000 заклепок».
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 . В 2016 году Cirrus Vision SF50 стал первым сертифицированным лёгким реактивным двигателем, полностью сделанным из композитного 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. .
| Материал | B747 | B767 | B757 | B777 | B787 | A300B4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий | 81% | 80% | 78% | 70% | 20% | 77% |
| Сталь | 13% | 14% | 12% | 11% | 10% | 12% |
| Титан | 4% | 2% | 6% | 7% | 15% | 4% |
| Композиты | 1% | 3% | 3% | 11% | 50% | 4% |
| Другой | 1% | 1% | 1% | 1% | 5% | 3% |
Безопасность
Производство планера стало сложным процессом. Производители работают под строгим контролем качества и государственными постановлениями. Отступление от установленных стандартов становится предметом серьезной озабоченности.
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 расследования в аэропорту Фарнборо основал науку о реконструкции аварии самолета. После 3000 циклов повышения давления в специально сконструированной барокамере было обнаружено, что отказ планера вызван концентрацией напряжений, что является следствием окон квадратной формы. Окна были спроектированы так, чтобы их можно было приклеивать и заклепывать, но их использовали только клепки. 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 может столкнуться индустрия планеров и ее 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 откололся от фюзеляжа , что привлекло внимание к вопросам эксплуатации, технического обслуживания и проектирования с использованием композитных материалов , которые используются во многих последних планерах. У A300 были другие структурные проблемы, но не такого масштаба.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Михаил Губиш (9 июля 2018 г.). "Анализ: возможны ли составные планеры для узкофюзеляжных самолетов?" . Flightglobal .