Спар (аэронавтика)

Главный лонжерон de Havilland DH.60 Moth

В неподвижным крылом лонжерон самолетах с часто является основным конструктивным элементом крыла, проходящим по размаху под прямым углом (или около того, в зависимости от стреловидности крыла ) к фюзеляжу . Лонжерон несет на себе полетные нагрузки и вес крыльев на земле. другие элементы конструкции и формообразующие элементы, такие как нервюры К лонжерону или лонжеронам могут быть прикреплены , при этом конструкция напряженной обшивки также распределяет нагрузки там, где она используется. В крыле может быть несколько лонжеронов или не быть вообще. Если на один лонжерон приходится большая часть силы, его называют основным лонжероном.

Лонжероны также используются в других аэродинамических поверхностях самолетов, таких как хвостовое оперение и киль , и выполняют аналогичную функцию, хотя передаваемые нагрузки могут отличаться от нагрузок на лонжерон крыла.

Лонжерные нагрузки

Лонжерон крыла обеспечивает большую часть поддержки веса и устойчивость динамической нагрузки свободнонесущих монопланов , часто в сочетании с прочностью самого D-образного короба крыла . Вместе эти два структурных компонента обеспечивают жесткость крыла, необходимую для безопасного полета самолета. В бипланах, в которых используются летающие тросы , большая часть полетных нагрузок передается через тросы и межплоскостные стойки, что позволяет использовать лонжероны меньшего сечения и, следовательно, более легкие за счет увеличения сопротивления .

Силы

Основная статья: Летная механика самолетов

Некоторые из сил, действующих на лонжерон крыла:

• Изгибающие вверх нагрузки, возникающие в результате подъемной силы крыла, поддерживающей фюзеляж в полете. Эти силы часто компенсируются за счет размещения топлива в крыльях или использования топливных баков, установленных на законцовках крыла; Cessna 310 является примером этой конструктивной особенности.
• Изгибающие нагрузки вниз при стоянке на земле из-за веса конструкции, топлива, находящегося в крыльях, и установленных на крыле двигателей, если они используются.
• Перетаскивание грузов зависит от скорости полета и инерции .
• качения . Инерционные нагрузки
• по хорде Скручивающие нагрузки из-за аэродинамических эффектов на высоких скоростях полета, часто связанных с размывом , и использованием элеронов, приводящих к реверсированию управления . Дальнейшие скручивающие нагрузки возникают из-за изменения режима тяги двигателей, расположенных под крылом. Конструкция D-образного короба позволяет уменьшить скручивание крыла.

Многие из этих нагрузок резко меняются местами в полете на таком самолете, 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 и экспериментировано несколько различных типов деревянных лонжеронов, например, лонжероны коробчатого сечения; и ламинированные лонжероны, уложенные в приспособление крыла , и склеенные сжатием, чтобы сохранить двугранность . Деревянные лонжероны до сих пор используются в легких самолетах, таких как Robin DR400 и его родственниках. атмосферных условий, как сухих, так и влажных, а также биологических угроз, таких как заражение древоточными насекомыми и поражение грибками Недостатком деревянного лонжерона является ухудшающее воздействие на компонент часто требуются регулярные проверки ; следовательно, для поддержания летной годности .

Деревянные лонжероны крыльев многосекционной конструкции обычно состоят из верхних и нижних элементов, называемых крышками лонжеронов , и вертикальных деревянных элементов из листового дерева, известных как срезные перегородки или, проще говоря, перегородки , которые перекрывают расстояние между крышками лонжеронов.

Даже в наше время в «самодельных копиях самолетов», таких как реплики «Спитфайров», используются ламинированные деревянные лонжероны. Эти лонжероны ламинируют обычно из ели или пихты Дугласа (путем зажима и склеивания). Ряд энтузиастов создают «копии» «Спитфайров», которые фактически будут летать с использованием различных двигателей в зависимости от размера самолета.

Металлические лонжероны

Базовое крыло с металлическими лонжеронами и сотового D-образного короба. передней кромкой

Типичный металлический лонжерон в самолете гражданской авиации обычно состоит из стенки лонжерона из листового алюминия с L- или Т-образными крышками лонжерона, приваренными или приклепанными к верхней и нижней части листа, чтобы предотвратить коробление под действием приложенных нагрузок. Более крупные самолеты, использующие этот метод конструкции лонжеронов, могут иметь запечатанные крышки лонжеронов, чтобы обеспечить встроенные топливные баки . Усталость металлических лонжеронов крыла была выявленным причинным фактором авиационных происшествий, особенно на старых самолетах, как это было в случае с рейсом 101 компании Chalk Ocean Airways .

Трубчатые металлические лонжероны

Немецкий JI бронированный фюзеляжный полуторапланный штурмовик Юнкерс 1917 года использовал разработанную Хьюго Юнкерсом многотрубную сеть из нескольких трубчатых лонжеронов крыла, размещенных непосредственно под гофрированной дюралюминиевой обшивкой крыла, при этом каждый трубчатый лонжерон соединялся с соседним пространственным шпангоутом. треугольных полос дюралюминия — обычно в виде ферменной конструкции Уоррена — приклепанных к лонжеронам, что приводит к существенному увеличению по прочности конструкции в то время, когда большинство других конструкций самолетов почти полностью имели крылья с деревянной конструкцией. Формат конструкции цельнометаллического гофрированного крыла Юнкерса и нескольких трубчатых лонжеронов после Первой мировой войны был воспроизведен американским авиаконструктором Уильямом Стаутом 1920-х годов для его серии авиалайнеров Ford Trimotor и российским аэрокосмическим конструктором Андреем Туполевым для таких самолетов, как его. Туполев АНТ-2 1922 года, по размеру больше тогдашнего гигантского Максима Горького 1934 года.

Конструктивным аспектом крыла Supermarine Spitfire , который во многом способствовал его успеху, была инновационная конструкция лонжеронной стрелы, состоящая из пяти квадратных концентрических труб, которые вписывались друг в друга. Две из этих стрел были соединены между собой перемычкой из сплава, образуя легкий и очень прочный основной лонжерон.

Версия этого метода изготовления 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, представлял собой в основном алюминиевую трубку диаметром примерно 2 дюйма (5,1 см), соединенную в корне крыла с алюминиевой трубкой гораздо большего внутреннего диаметра для обеспечения структурной целостности крыла.

Геодезическое строительство

В таких самолетах, как Vickers Wellington , использовалась геодезическая конструкция лонжерона крыла, преимущества которой заключались в легкости и способности выдерживать тяжелые боевые повреждения лишь с частичной потерей прочности.

Композитная конструкция

В конструкции многих современных самолетов используется углеродное волокно и кевлар , начиная от больших авиалайнеров и заканчивая небольшими самодельными самолетами . Следует отметить разработки компании Scaled Composites и немецких планеров производителей Schempp-Hirth и Schleicher . Эти компании первоначально использовали в своих конструкциях лонжероны из цельного стекловолокна , но теперь часто используют углеродное волокно в своих высокопроизводительных планерах, таких как ASG 29 . Увеличение прочности и снижение веса по сравнению с более ранними самолетами со стекловолоконными лонжеронами позволяет большее количество водяного балласта . перевозить

Многолонжеронная конструкция

Самолеты, в которых используются три или более лонжеронов, считаются многолонжеронными . Использование нескольких лонжеронов позволяет получить эквивалентную общую прочность крыла, но с несколькими лонжеронами меньшего размера, что, в свою очередь, позволяет сделать крыло или хвостовое оперение более тонкими (за счет увеличения сложности и сложности упаковки дополнительного оборудования, такого как топливные баки, пушки). , элеронов домкраты и т. д.). Хотя многолонжеронные крылья использовались, по крайней мере, с 1930-х годов (например, Curtiss P-40 времен Второй мировой войны имел по три лонжерона на крыло), они приобрели большую популярность, когда растущая скорость реактивных истребителей потребовала более тонких крыльев для уменьшения тянуть на высоких скоростях. В истребителе развивающем скорость 2 Маха F-104 Starfighter, , использовались многочисленные тонкие лонжероны, позволяющие создать крыло необычайно 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, чтобы придать достаточную прочность относительно тонкому крылу и, таким образом, квалифицируются как самолеты с несколькими лонжеронами.

Ложные лонжероны

Ложные лонжероны, как и основные лонжероны, представляют собой несущие элементы конструкции, проходящие по размаху, но не прикрепленные к фюзеляжу. Их наиболее распространенное назначение — нести движущиеся поверхности, в основном элероны .

Ссылки

Библиография

• Федеральное управление гражданской авиации , Приемлемые методы, методы и практика - Проверка и ремонт самолетов, AC43.13.1A, Изменение 3. Министерство транспорта США, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1988.
• Харди, Майкл. Планеры и планеры мира . Лондон: Ян Аллан, 1982. ISBN   0-7110-1152-4 .
• Кумар, Бхарат (2005). Иллюстрированный словарь авиации . Нью-Йорк: МакГроу Хилл. ISBN  0-07-139606-3 .
• Тейлор, Джон В.Р. Знания о полете , Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN   0-9509620-1-5 .
• Том, Тревор. Руководство пилота 4-Аэроплан-Техническое пособие . Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд, 1988. ISBN   1-85310-017-X

Внешние ссылки

• Статья 1913 года об испытаниях лонжерона из Flight . журнала