Как устроен самолет?

Планер

Основная статья: Планер самолёта

Обычно планер самолёта включает фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, шасси и гондолы, куда помещают двигательные установки или другие агрегаты. Этот набор элементов характерен для классической конструктивной схемы. Некоторые элементы могут отсутствовать в других конструктивных схемах.

Компоновочные схемы

На сегодняшний день различают следующие компоновочные схемы самолётов:

  • классическая компоновка
  • бесхвостка
  • утка
  • летающее крыло
  • продольный триплан (с передним и хвостовым горизонтальным оперением)
  • тандем (два крыла расположены друг за другом)
  • конвертируемая (Ту-144)

Фюзеляж

Основная статья: Фюзеляж

Различные типы фюзеляжей

Фюзеляж является «телом» самолёта. В нём располагаются кабина экипажа, основные топливные баки, системы управления и контроля, пассажирские салоны и багажные отсеки (в пассажирских самолётах) или грузовые отсеки (в грузовых самолётах), оружие (в боевых самолётах) и так далее. Конструктивно-силовая схема фюзеляжа, как правило, состоит из продольных элементов (лонжеронов и стрингеров), поперечных элементов (шпангоутов) и обшивки (металлических (чаще дюралюминиевых) листов).

Пассажирские самолёты разделяют на узко- и широкофюзеляжные. У первых диаметр поперечного сечения фюзеляжа составляет в среднем 2-3 метра. Диаметр широкого фюзеляжа — не менее шести метров. Все широкофюзеляжные самолёты — двухпалубные: на верхней палубе располагаются пассажирские места, на нижней — багажные отсеки. Существуют самолёты с двумя пассажирскими палубами — Airbus A380 и Боинг 747.

Крыло

Основная статья: Крыло самолёта

Ил-76, высокоплан с Т-образным оперением

Крыло является ключевой частью в конструкции самолёта, оно создаёт подъёмную силу: профиль крыла устроен таким образом, что консоль разделяет набегающий на самолёт поток воздуха. Над верхней кромкой крыла образуется область низкого давления, одновременно под нижней — область высокого давления, крыло «выталкивается» наверх, и самолёт поднимается.

Крыло чаще всего крепится к фюзеляжу:

  • через центроплан, расположенный в нижней части фюзеляжа у низкопланов (Ил-96, Ту-96, Airbus A380 и Боинг 747)
  • или — у высокопланов — в верхней части фюзеляжа (Ил-76, Ан-22, Ан-124-Руслан, Ан-225-Мрия, C-130 Hercules).

Крепление крыла непосредственно к центральной части фюзеляжа без центроплана характерно для боевых самолётов (Ту-22М).
Самолёт также может иметь два, три и более крыла. Чаще всего у самолётов, имеющих два крыла — бипланов — одно крыло крепится к верхней части фюзеляжа, а другое — к нижней (Ан-2).

На крыле установлено множество отклоняющихся меньших консолей (механизации): закрылки, предкрылки, , элероны, интерцепторы и другие. Они позволяют регулировать перемещение самолёта в трёх плоскостях, путевую скорость и некоторые другие параметры полёта. На современных самолётах на крыльях часто устанавливаются вертикальные законцовки, уменьшающие завихрения воздуха на кончиках крыла, снижая уровень вибрации, и, как следствие, экономя топливо. Внутри крыльев (у крупных самолётов), как правило, установлены топливные баки. У самолётов-истребителей дополнительные топливные баки нередко подвешиваются к специальным вертикальным консолям-креплениям.

Аэродинамические свойства крыла определяются его геометрией: размахом, площадью, а также углом и направлением стреловидности. Существуют самолёты с изменяемой геометрией крыла (самолёты с крылом изменяемой стреловидности).

Оперение

Основная статья: Оперение (авиация)

Оперение устанавливается в хвостовой или носовой части фюзеляжа. Хвостовое оперение в большинстве случаев представляет собой вертикально расположенный киль (или несколько килей — как правило два киля) и горизонтальный стабилизатор, близкие по конструкции к крылу. Киль регулирует путевую устойчивость самолёта (по оси движения), а стабилизатор — продольную (т. е. устойчивость по тангажу).

Горизонтальное оперение устанавливается на фюзеляже (Ил-86) или на верху киля (T-образная схема (Ту-154, Ил-76)). Киль устанавливается на фюзеляж или в двухкилевой схеме — на обоих кончиках цельного стабилизатора (Ан-225). На некоторых боевых самолётах дополнительное оперение устанавливается в носовой части фюзеляжа (Су-35). Для обеспечения достаточной путевой устойчивости на высоких скоростях, сверхзвуковые самолёты имеют непропорционально большой киль (Ту-22М3) или два киля (Су-27, МиГ-25, F-15).

Крепление основных агрегатов к фюзеляжу самолета

Крепление крыльев

Особенность соединения крыла и корпуса заключается в уравновешивании моментов изгиба крыльевых консолей в месте крепления. Наиболее эффективным уравновешиванием является соединение между собой крыльев через фюзеляж. В лонжеронных крыльях это сделать довольно просто, стоит только пустить через корпус от одного крыла лонжерон к другому крылу.

Что касается кессонных крыльев, то через фюзеляж пускают все силовые панели. В случае когда пропуск через корпус невозможен, используют замыкание колебаний на силовых шпангоутах. К силовым шпангоутам так часто крепятся и бортовые нервюры от крыла.

Крепление киля

Крепление киля, так же как и крыла, требует передачи изгибающего момента на корпус. Для получения этого используется рамный или сеточный силовой шпангоут. В большинстве случаев используется крепление лонжеронов в двух точках, которые разнесены по силовому шпангоуту. В точке, где пересекается лонжерон со шпангоутом, лонжерон киля имеет излом, именно здесь необходимо усиление конструкции с помощью дополнительной нервюры.

Силовые установки могут крепиться как к самому силовому каркасу, так и к пилонам на крыльях.

Гермоотсеки в самолете

За счет наличия герметических кабин и отсеков современные самолеты имеют возможность летать и перевозить пассажиров на очень больших высотах. При этом в кабинах создается особый микроклимат с избыточным давлением в 45-60 КПа. Гермоотсеки могут иметь различную форму, но наиболее рациональной считается сферическая или цилиндрическая.

Стык сферического сегмента с гермоотсеком цилиндрической формы должен быть усилен шпангоутом, поскольку здесь возникают очень высокие сжимающие нагрузки.

В конструкции отсеков должна быть обеспечена отличная герметизация по швам заклепок и других соединений. Для абсолютной герметизации швов используют специальные ленты, которые пропитываются герметиком. Кроме этого, швы промазывают жидким герметиком с дальнейшей горячей сушкой. Также небольшой шаг между заклепками позволяет повысить надежность обшивки и герметизации отсеков.

Конструкторы отдельное внимание уделяют герметизации люков, дверей, фонарей, окон. Для этого используют специальные прокладки, ленты и жгуты. . https://www.youtube.com/embed/mQCnhLiVWWk

Фюзеляж

Фрагмент каркаса истребителя МиГ-1

Тело самолета без крыла, оперения, мотогондолы и шасси называется фюзеляжем. Внутри него находятся экипаж самолета, его оборудование, грузовой или пассажирский отсеки — иными словами, все, что должно подниматься и переноситься на крыле.

Бывают, впрочем, и фюзеляжи, размещенные внутри самого крыла. Такая конструкция называется летающим крылом. Чаще всего фюзеляж представляет собой тело вращения, имеющее осесимметричную форму, которая позволяет достичь наименьшего веса и минимального сопротивления воздушному трению. Конструктивно фюзеляж представляет собой скелет из ребер, обтянутых снаружи тонкостенной оболочкой — обшивкой. На языке науки такая форма называется коробчатой балкой, а вся конструкция — балочной.

Фюзеляж авиалайнера

Устройство самолета по схеме «утка»

При данной конструкции основные части самолета размещаются иначе, чем в «классических» моделях. Прежде всего, изменения коснулись компановки горизонтального оперения. Оно располагается перед крылом. По этой схеме построили свой ​​первый самолет братья Райт.

Преимущества:

  • Вертикальное оперение работает в невозмущенном потоке, что повышает его эффективность.
  • Для обеспечения устойчивости полета оперение создает положительную подъемную силу, то есть она добавляется к подъемной силе крыла. Это позволяет уменьшить его площадь и, соответственно, массу.
  • Естественная «противоштопорная» защита: возможность перевода крыльев на закритические углы атаки для «уток» исключена. Стабилизатор устанавливается так, что он получает больший угол атаки по сравнению с крылом.
  • Перемещение фокуса самолета назад при увеличении скорости при схеме «утка» происходит в меньшей степени, чем при классической компоновке. Это приводит к меньшим изменениям степени продольной статической устойчивости самолета, в свою очередь, упрощает характеристики его управления.

Недостатки схемы «утка»:

  • При срыве потока на оперениях происходит не только выход самолета на меньшие углы атаки, но и его «проседания» вследствие уменьшения его общей подъемной силы. Это особенно опасно в режимах взлета и посадки из-за близости земли.
  • Наличие в носовой части фюзеляжа механизмов оперения ухудшает обзор нижней полусферы.
  • Для уменьшения площади переднего ГО длина носовой части фюзеляжа делается значительной. Это приводит к увеличению дестабилизирующего момента относительно вертикальной оси, и, соответственно, к увеличению площади и массы конструкции.

Силовой набор фюзеляжа

Как правило, продольные части каркаса, такие как стрингеры и лонжероны, проходят через всю длину летательного аппарата. Они представлены как гнутый профиль с разным сечением среза. Основной задачей стрингера является распределение нагрузок. Что касается лонжеронов, то они обеспечивают общую жесткость конструкции.

Поперечные детали каркаса состоят из простых и усиленных шпангоутов. Они позволяют сохранить форму фюзеляжа при внешних и внутренних воздействиях. Усиленные шпангоуты устанавливают возле больших вырезов в корпусе или в месте крепления узлов.

Обшивка летательных аппаратов изготовляется из листового металла, который и формирует поверхности фюзеляжа. Обшивка самолета крепится к силовому каркасу. Стыки листов обшивки расположены на поперечных и продольных частях силового каркаса. В современном авиастроении для снижения массы летательных аппаратов все больше используют композиционные материалы.

Представители семейства 777

Чтобы обозначить виды самолетов этого семейства, берутся за основу две характеристики — длина фюзеляжа и дальность. Первая из них определяет, сколько груза и пассажиров способен взять самолет. Выпущенные версии 777-200 — это основные типы, а 777-300 была разработана в 98ом году, как удлиненный вариант.

Если рассматривать дальность полетов, то тут самолеты подразделяются на три группы или сегмента:

  • А — до 4200 морских миль;
  • В — до 6600;
  • С — до 7800.

Boeing 777-200

Это была первая модель самолета для сегмента А. Он создавался преимущественно для перелетов внутри США.

Boeing 777-200.

Boeing 777-200ER

Буквы ER обозначают Extended Range, что с английского означает “повышенная дальность”. Из названия понятно для каких именно целей его разрабатывали. Он может принимать больше топлива. Способен перевозить тяжелый груз, до сотен тонн.

Boeing 777-200ER.

Он установил рекорд, когда смог пролететь на одном двигателе 177 минут. Это не смог совершить ни один пассажирский лайнер в мире, кроме Боинга!

Boeing 777-200LR

Добавленные буквы имеют значение Longer Range или большую дальность. Он может долететь практически до любого, самого отдаленного аэропорта в мире. Его специально проектировали для очень продолжительных перелетов.

Boeing 777-200LR.

У него три топливных бака, а принимать на свой борт он может еще больше груза. Другими его особенностями являются скошенные законцовки крыльев. У него обновили стойки шасси и укрепили планер.

Boeing 777-300

Это более длинная модель, призванная заменить варианты 747-100 и 747-200. От этих самолетов он отличается экономичностью по расходу топлива и прочих материалов.

Boeing 777-300.

Boeing 777-300ER

Две дополнительные буквы обозначают то, что самолет способен летать на более дальние расстояния. Законцовки крыльев у него скошенные и удлинённые. Передняя стойка укреплена. Есть дополнительные баки для топлива. У этой модели двигатели опережают все остальные, установленные на самолетах, по мощности.

Boeing 777-300ER.

Boeing 777-Freighter

Это самолет для перевозки грузов в данном семействе. Он способен брать на борт почти 103 тонны, а летать может на расстояния до 9 047 км.

Boeing 777-Freighter.

Boeing 777Х

В 2013 году корпорация Боинг начала разработку этой новой модели. Ее еще не запустили на серийное производство, но планируется это сделать к 2020 году. Это будет очень большой, но экономичный самолет.

Его вместимость составит 353 пассажира. Он будет длиннее предыдущих моделей. Планируется изменить у него крутки крыла и зализов, чтобы повысить аэродинамические характеристики самолета. Это даст ему преимущество перед всеми другими лайнерами в мире.

Требования к летному составу

Определившись с тем, кто входит в состав экипажа самолета, рассмотрим профессии более детально.

В советский период непосредственно за полет отвечало три или четыре члена экипажа. Сегодня с этой задачей справляются два-три члена экипажа. За счет развития технических средств полностью вытеснена профессия штурмана из летного состава. Также в кабинах современных летных пассажирских средств редко есть место для бортинженера. Как правило, состав экипажа самолета состоит лишь из капитана корабля и второго пилота, не считая бортпроводников.

В качестве основного требования к пилотам предъявляют так называемый «налет». Этим термином обозначается количество часов, проведенное им в воздухе. Чем выше «налет», тем опытнее он считается. Для капитана воздушного судна минимумом при приеме на работу будет значиться 4000 часов налета. При этом на руках у него обязательно должно быть действующее свидетельство пилота. Командир воздушного судна единолично отвечает за безопасность гражданского борта и принимает любые ответственные решения.

Требования по налету в гражданской авиации применимы и ко второму пилоту. Его должность также называется помощник командира экипажа. В случае прохождения тренировки им на борту, он не может называться вторым пилотом. В кабине обычно второй пилот размещается в правом кресле, а капитан — в левом. Все обязанности между двумя профессионалами четко распределены. Каждый выполняет только свою часть задачи.

Выручит жидкий азот

«Электрический самолет предоставляет множество возможностей для оптимизации, — говорит Сергей Гальперин. — Можно экспериментировать, например, с комбинированием тянущего и толкающего винтов. Электродвигатели гораздо выигрышней по сравнению с ГТД в конвертопланах, так как безопасный поворот электромотора в горизонтальное положение не представляет такой сложной инженерной проблемы, как в случае с традиционными двигателями. В электросамолете можно обеспечить полную интеграцию всех систем, создать новую систему управления. Даже гибридные машины будут производить меньше шума и вредных выбросов».

Как и аккумуляторы, электромоторы по мере увеличения мощности наращивают массу, объем и тепловыделение. Требуются новые технологии, которые сделали бы их более мощными и легкими. Для отечественных разработчиков гибридных силовых установок настоящим прорывом стало сотрудничество с российской компанией «СуперОкс» — одним из пяти крупнейших в мире поставщиков материалов со свойствами высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Сейчас «СуперОкс» разрабатывает электродвигатели со статором из сверхпроводящих материалов (охлаждаемых жидким азотом). Эти моторы с хорошими для авиации характеристиками станут основой гибридной силовой установки для регионального самолета, который, возможно, поднимется в небо в середине будущего десятилетия. В этом году на авиасалоне «МАКС» специалистами ЦИАМ был представлен демонстратор такой установки мощностью 10 кВт. Планируемый самолет будет оснащен гибридной силовой установкой с двумя двигателями мощностью 500 кВт каждый.

«Прежде чем говорить о гибридном электросамолете, — рассказывает Гальперин, — необходимо испытать нашу установку на земле, а затем в летающей лаборатории. Мы надеемся, что это будет Як-40. В нос машины вместо радара мы сможем поставить 500-киловаттный ВТСП-электродвигатель. В хвост вместо центрального двигателя установим турбогенератор. Двух оставшихся двигателей «Яка» будет вполне достаточно, чтобы испытать наше детище в большом диапазоне высот (до 8000 м) и скоростей (до 500 км/ч). И даже если гибридная установка откажет, самолет спокойно сможет завершить полет и приземлиться». Лаборатория-демонстратор по плану будет оборудована в 2019 году. Цикл испытаний предварительно назначен на 2020 год.

Умные небеса

Электрическая и гибридная тяга занимает значительное место в планах крупнейших мировых авиапроизводителей. Вот так выглядят основные черты пассажирской авиации середины нынешнего века согласно программе Smarter Skies компании AIRBUS.

«Зеленый» полет

Самолеты будущего сконструируют таким образом, чтобы максимально уменьшить углеводородный след в атмосфере. Распространение получат газотурбинные двигатели на водороде, гибридные схемы и полностью электрические самолеты на батареях. Предполагается, что батареи будут подзаряжаться от экологически чистых источников электричества. Возможно появление в районе аэродромов крупных ветропарков или солнечных электростанций.

Свобода в небе

Интеллектуальные лайнеры будут самостоятельно прокладывать маршруты исходя из параметров экологичности и топливной эффективности на основе анализа данных о погоде и состоянии атмосферы. Также они смогут собираться в формации наподобие птичьих стай, что позволит снизить лобовое сопротивление для отдельных входящих в формацию ЛА и уменьшить энергозатраты на полет.

Скорее от земли

Новые силовые установки и аэродинамика лайнеров позволят им взлетать по максимально возможной крутой траектории, чтобы уменьшить шум в районе аэропортов и как можно скорее достичь крейсерского эшелона, где самолет демонстрирует оптимальные экономические характеристики.

Посадка без двигателя

Самолеты будущего смогут заходить на посадку в планирующем режиме. Это сэкономит топливо, уменьшит уровень шума в районе аэропортов. Также снизится посадочная скорость. Это позволит сократить длину взлетно-посадочных полос.

Никакого выхлопа

Аэропорты будущего полностью откажутся от ДВС, сжигающих топливо. Для руления лайнеры будут оснащены электрическими мотор-колесами. Как альтернатива — скоростные беспилотные электротягачи, которые смогут быстро доставлять самолеты от перрона к ВПП и наоборот.

Статья «Вверх на электричестве» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№1, Январь 2018).

Конструкция оперения

Рассмотрим среднестатистический самолет, хвостовая часть которого выполнена по классической схеме, характерной для большинства военных и гражданских моделей. В этом случае горизонтальное оперение будет включать неподвижную часть – стабилизатор (от латинского Stabilis, устойчивый) и подвижную – руль высоты.

Стабилизатор служит для придания устойчивости ЛА относительно поперечной оси. Если нос летательного аппарата опустится, то, соответственно, хвостовая часть фюзеляжа вместе с оперением поднимется вверх. В этом случае давление воздуха на верхней поверхности стабилизатора увеличится. Создаваемое давление вернет стабилизатор (соответственно, и фюзеляж) в исходное положение. При подъеме носа фюзеляжа вверх давление потока воздуха увеличится на нижней поверхности стабилизатора, и он снова вернется в исходное положение. Таким образом, обеспечивается автоматическая (без вмешательства пилота) устойчивость ЛА в его продольной плоскости относительно поперечной оси.

Задняя часть самолета также включает вертикальное оперение. Аналогично горизонтальному, оно состоит из неподвижной части – киля, и подвижной – руля направления. Киль придает устойчивость движения самолету относительно его вертикальной оси в горизонтальной плоскости. Принцип действия киля подобен действию стабилизатора – при отклонении носа влево киль отклоняется вправо, давление на его правой плоскости увеличивается и возвращает киль (и весь фюзеляж) в прежнее положение.

Таким образом, относительно двух осей устойчивость полета обеспечивается оперением. Но осталась еще одна ось – продольная. Для предоставления автоматической устойчивости движения относительно этой оси (в поперечной плоскости) консоли крыла планера размещают не горизонтально, а под некоторым углом относительно друг друга так, что концы консолей отклонены вверх. Такое размещение напоминает букву «V».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector