Распорка (аэронавтика)
В аэронавтике придавая распорка включает в себя дополнительные элементы конструкции, которые придают жесткость функциональному планеру, ему жесткость и прочность под нагрузкой. Раскосы могут применяться как внутри, так и снаружи и могут иметь форму стоек , которые действуют на сжатие или растяжение по мере необходимости, и/или тросов , которые действуют только на растяжение.
В целом, распорки позволяют создать более прочную и легкую конструкцию, чем нераскрепленная, но внешняя распорка, в частности, увеличивает сопротивление , которое замедляет самолет и вызывает значительно больше проблем при проектировании, чем внутренние распорки. Еще одним недостатком раскосов является то, что они требуют регулярной проверки и регулировки или установки , даже если они расположены внутри.
В первые годы авиации раскосы были универсальной особенностью всех типов самолетов, включая монопланы и бипланы , которые тогда были одинаково распространены. Сегодня распорки в виде подъемных стоек по-прежнему используются в некоторых легких коммерческих конструкциях, где высокое крыло и легкий вес важнее, чем максимальная производительность.
Принцип конструкции [ править ]
Раскосы работают путем создания треугольной ферменной конструкции, устойчивой к изгибу и скручиванию. Для сравнения, консольная конструкция без раскосов легко сгибается, если она не имеет большого количества тяжелой арматуры. Углубление конструкции позволяет сделать ее намного легче и жестче. Для уменьшения веса и сопротивления воздуха конструкцию можно выполнить полой, с раскосами, соединяющими основные части планера. Например, моноплан с высоким крылом может иметь диагональную подъемную стойку, идущую от нижней части фюзеляжа до положения, далекого от законцовки крыла. Это увеличивает эффективную глубину основания крыла до высоты фюзеляжа, делая его намного жестче при небольшом увеличении веса.
Обычно концы распорок присоединяются к основным внутренним компонентам конструкции, таким как лонжерон крыла или переборка фюзеляжа, а раскосы прикрепляются рядом.
Раскосы могут использоваться для сопротивления всем различным силам, возникающим в планере, включая подъемную силу, вес, сопротивление, скручивание или кручение. Стойка — это элемент жесткости, достаточно жесткий, чтобы противостоять этим силам, независимо от того, подвергают ли они его сжатию или растяжению. Проволока — это распорный компонент, способный сопротивляться только растяжению, провисая при сжатии, и, следовательно, почти всегда используется вместе со стойками.
Методы крепления [ править ]
Квадратная рама из цельных брусьев не является жесткой, но имеет тенденцию прогибаться по углам. Крепить его дополнительной диагональной перекладиной было бы тяжело. Проволока была бы намного легче, но предотвратила бы ее разрушение только в одну сторону. Чтобы удержать его жестко, необходимы две поперечные расчалки. Этот метод поперечных распорок хорошо виден на ранних бипланах, где крылья и межплоскостные стойки образуют прямоугольник, скрепленный поперечными распорками.
Другой способ создания жесткой конструкции — сделать поперечины достаточно прочными, чтобы действовать на сжатие, а затем соединить их концы с внешним ромбом, действующим на растяжение. Этот метод когда-то был распространен на монопланах, где крыло и центральная кабина или пилон образуют поперечины, а проволочные раскосы образуют внешний ромб.
Стяжные тросы [ править ]
Чаще всего встречается на бипланах и других многопланных самолетах, проволочные раскосы также были распространены на ранних монопланах .
В отличие от стоек, раскосы всегда действуют на растяжение.
Толщина и профиль проволоки влияют на вызываемое ею сопротивление, особенно на более высоких скоростях. Провода могут быть изготовлены из многожильного кабеля, одножильного рояльного провода или с аэродинамическим стального сечения профилем.
Растяжные тросы в основном делятся на подвесные тросы, которые удерживают крылья внизу во время полета, и посадочные тросы , которые удерживают крылья вверх, когда они не создают подъемную силу. (Провода, соединяющие корзину или гондолу с воздушным шаром, также называются летающими проводами.) Более тонкие тросы наклона иногда прокладываются по диагонали между носовыми и задними межплоскостными стойками, чтобы предотвратить скручивание крыла и изменение угла наклона на фюзеляж. [1] В некоторых самолетах-первопроходцах тросы расчалки крыла также прокладывались по диагонали вперед и назад, чтобы предотвратить деформацию при боковых нагрузках, например, при повороте. Помимо основных нагрузок, создаваемых подъемной силой и силой тяжести, раскосы должны также нести мощные инерционные нагрузки, возникающие во время маневров, например повышенную нагрузку на посадочные тросы в момент приземления. [2]
Такелаж [ править ]
Стяжные тросы должны быть тщательно закреплены, чтобы обеспечить правильную длину и натяжение. В полете тросы имеют тенденцию растягиваться под нагрузкой, а при приземлении некоторые из них могут провиснуть. Перед каждым полетом необходимы регулярные проверки такелажа и внесение любых необходимых корректировок. Регулировку такелажа также можно использовать для установки и поддержания двугранного угла крыла и угла падения , обычно с помощью клинометра и отвеса . Отдельные тросы снабжены талрепами или резьбовыми фитингами, чтобы их можно было легко регулировать. После установки регулятор фиксируется на месте. [3]
Внутреннее крепление [ править ]
Внутреннее крепление было наиболее важным на заре воздухоплавания, когда планеры представляли собой буквально каркасы, в лучшем случае покрытые легированной тканью, не обладавшей собственной прочностью. Для придания жесткости таким планерам широко использовались проволочные поперечные раскосы, как в обтянутых тканью крыльях, так и в фюзеляже, который часто оставался открытым.
Для сохранения жесткости конструкции против изгиба и кручения требовалось регулярное крепление тросов. Особой проблемой для внутренних проводов является доступ в тесные внутренние помещения фюзеляжа.
Внешнее крепление [ править ]
Часто обеспечение достаточной внутренней жесткости делает конструкцию слишком тяжелой, поэтому, чтобы сделать планер одновременно легким и прочным, распорки устанавливаются снаружи. Это было обычным явлением для первых самолетов из-за ограниченной мощности двигателя и необходимости легкого веса, чтобы вообще летать. Поскольку мощность двигателей неуклонно росла в течение 1920-х и 30-х годов, стало возможным использование гораздо более тяжелых планеров, и большинство конструкторов отказались от внешних распорок, чтобы обеспечить увеличение скорости.
Бипланы [ править ]
Почти у всех самолетов- бипланов верхняя и нижняя плоскости соединены межплоскостными стойками, при этом верхнее крыло проходит над фюзеляжем и соединено с ним более короткими стойками кабана. Эти стойки делят крылья на отсеки , скрепленные диагональными тросами. Летающие тросы идут вверх и наружу от нижнего крыла, а посадочные тросы идут вниз и наружу от верхнего крыла. В результате комбинация стоек и тросов представляет собой жесткую коробчатую балочную конструкцию, независимую от ее креплений на фюзеляже.
Межплоскостные стойки [ править ]
Межплоскостные стойки раздвигают крылья биплана или мультиплана, а также помогают поддерживать правильный угол падения соединенных панелей крыла.
Параллельные стойки . Наиболее распространенной конфигурацией является размещение двух стоек параллельно, одна за другой. Эти стойки обычно скрепляются «проводами падения», проходящими между ними по диагонали. Эти провода противостоят скручиванию крыла, которое может повлиять на угол его падения на воздушный поток.
N-образные стойки заменяют тросы падения третьей стойкой, идущей по диагонали от верха одной стойки к низу другой в паре.
V-образные стойки сходятся из отдельных точек крепления на верхнем крыле в одну точку на нижнем крыле. Их часто используют для полуторапланного нижнего крыла значительно меньшая, крыла, у которого хорда чем у верхнего.
I-образные стойки заменяют обычную пару стоек одной, более толстой обтекаемой стойкой, концы которой вытянуты вперед и назад вдоль крыла.
Бэйс [ править ]
Размах крыла между двумя наборами межплоскостных или кабанных стоек называется пролетом . Крылья характеризуются количеством отсеков с каждой стороны. Например, биплан с кабинными стойками и одним комплектом межплоскостных стоек на каждом борту самолета является одностоечным бипланом.
Для небольшого типа, такого как разведчик времен Первой мировой войны, такой как Fokker D.VII , обычно достаточно одного отсека. Но для более крупных крыльев, несущих большую полезную нагрузку, можно использовать несколько отсеков. Двухместный Curtiss JN-4 Jenny представляет собой двухотсекальный биплан, тогда как крупные тяжелые типы часто представляли собой многоотсекальные бипланы или трипланы — самые ранние образцы немецкого Albatros BI и все серийные образцы самолета DFW BI. двухместного невооруженного Наблюдательные бипланы 1914 года были двумя из очень немногих одномоторных трехотсекальных бипланов, использовавшихся во время Первой мировой войны.
Некоторые крылья биплана подкреплены наклоненными вбок стойками с пролетами, образующими зигзагообразную ферму Уоррена . Примеры включают Ansaldo SVA серию одномоторных высокоскоростных разведывательных бипланов времен Первой мировой войны и Fiat CR.42 Falco начала Второй мировой войны .
Использовались и другие варианты. Истребитель SPAD S.XIII , хотя и выглядит как двухсекционный биплан, имеет только один отсек, но средние точки такелажа подкреплены дополнительными стойками; однако структурно они не смежны от верхнего до нижнего крыла. Сопвит 1 + 1 ⁄ 2 Распорка имеет кабину W-образной формы; однако, поскольку он не соединяет крылья друг с другом, он не увеличивает количество отсеков.
Галерея межплоскостных стоек [ править ]
Параллельные стойки на Sopwith Camel
V-struts on a Nieuport 10
N-образные стойки на Boeing-Stearman Model 75
I-образные стойки на Fokker Dr.1 триплане
Стойки фермы Уоррена на Fiat CR42
Стойки кабины [ править ]
Если у самолета крыло проходит свободно над основным фюзеляжем, эти два компонента часто соединяются стойками, идущими от верхней части фюзеляжа или кабины экипажа к центроплану крыла. Такое крыло обычно также подкрепляется в другом месте, при этом стойки кабаны составляют часть общей схемы распорок.
Поскольку стойки кабана часто переносят тягу двигателя на верхнее крыло для преодоления его сопротивления, нагрузки по каждой диагонали между носовыми и задними стойками неравны, и они часто имеют N-образную форму. Они также могут иметь поперечные торсионные тросы, помогающие предотвратить скручивание крыла. В некоторых конструкциях бипланов, например, в британском двухместном истребителе-эскорте Bristol Fighter 1917 года , фюзеляж был отделен от нижнего и верхнего крыла, а использовались подфюзеляжные для достижения такой конструктивной особенности стойки кабины.
Монопланы [ править ]
Ранние монопланы полностью полагались на внешние проволочные распорки либо непосредственно на фюзеляже, либо на шкворнях над ним и стойках шасси внизу, чтобы противостоять тем же силам подъемной силы и силы тяжести. Во многих более поздних монопланах, начиная с 1915 года , использовались свободнонесущие крылья с подъемными распорками внутри крыла, чтобы избежать штрафов за лобовое сопротивление внешних тросов и стоек .
Cabanes[editкаюты
с проволочными расчалками Во многих ранних монопланах , например, Blériot XI и Fokker Eindecker (оба конструкции с короблением крыла ), спинные, а иногда и подфюзеляжные стойки или кабины размещались либо над, либо над и под фюзеляжем. Это можно было использовать как для обеспечения некоторой защиты пилота в случае опрокидывания корабля на земле, так и для крепления посадочных тросов, которые выходили под слегка наклоненным V-образным углом к носовой и кормовой точкам возле законцовок крыла. В монопланах с зонтичным крылом крыло проходит над фюзеляжем и соединяется с фюзеляжем подкосами кабана, как и верхнее крыло биплана. [4]
На некоторых типах кабана заменена одним толстым пилоном обтекаемой формы.
Подъемные стойки [ править ]
На самолете с высокорасположенным крылом подъемная стойка соединяет внешнюю точку крыла с нижней точкой фюзеляжа, образуя жесткую треугольную конструкцию. В полете стойка действует на растяжение, передавая подъемную силу крыла к фюзеляжу и удерживая крыло в горизонтальном положении, а когда снова на земле, она действует на сжатие, удерживая крыло вверх. [5]
Для самолетов с умеренной мощностью двигателя и скоростью подъемные стойки представляют собой компромисс между высоким лобовым сопротивлением полностью поперечной конструкции и большим весом полностью консольного крыла. Они распространены на типах с высоким крылом, таких как Cessna 152 , и почти универсальны на типах с зонтичным крылом, таких как Consolidated PBY Catalina .
Реже некоторые низкопланы, такие как Piper Pawnee, имели подъемные стойки, установленные над крылом, действующие на сжатие в полете и на растяжение на земле.
Иногда каждое крыло имеет только одну подъемную стойку, как на Cessna 152, но они часто бывают парами, иногда параллельными, как на Catalina, иногда развернутыми или в виде V-образных пар (например, Auster Autocrat ), соединенных с фюзеляжем за один раз. точка. Использовались многие более сложные конструкции, часто с двумя основными подъемными стойками, дополненными вспомогательными соединениями, известными как специальные стойки, между собой, с крылом или фюзеляжем. Например, каждая пара перевернутых V-образных стоек Pawnee опирается на пару вертикальных опорных стоек. [6]
С давних времен эти подъемные стойки имели обтекаемую форму , часто за счет заключения металлических несущих элементов в фасонные кожухи. дюралевыми трубами Например, у Farman F.190 высокие крылья соединялись с нижней частью фюзеляжа параллельными , заключенными в обтекаемые еловые обтекатели. [7] а на Westland Lysander использовались прессованные двутавровые балки из легкого сплава, к которым привинчивались носовая и кормовая пара дюралевых обтекателей. [8] Более поздние самолеты имели обтекаемые стойки, изготовленные непосредственно из профилированного металла, как, например, стойки из экструдированного легкого сплава Auster AOP.9 . [9] или из композитов, например, углеродного волокна подъемные стойки из Remos GX eLITE . [10] Конструкторы приняли на вооружение различные методы улучшения аэродинамики соединений стойка-крыло и стойка-корпус, используя подходы, аналогичные тем, которые применяются в межплоскостных стойках. Иногда обтекаемость сужается ближе к крылу, как на Farman F.190; [7] другие конструкции имеют удлиненную ножку с обтекателем, например Skyeton K-10 Swift . [11]
Подъемные стойки иногда сочетаются с другими функциями, например, помогая поддерживать двигатели, как на Westland IV , или ходовую часть, как на Scottish Aviation Twin Pioneer . [12] [13]
Подъемные стойки по-прежнему распространены на небольших (2/4-местных) легких высокопланах сверхлегких и легких спортивных самолетов . Более крупные примеры включают 36-местный самолет Short 360 и 19-местный самолет de Havilland Twin Otter . [14] [15] [16] [17]
Жюри стоит [ править ]
Подъемная стойка может быть настолько длинной и тонкой, что слишком легко сгибается. Юрийские стойки — это небольшие вспомогательные стойки, используемые для придания ему жесткости. [18] Они предотвращают такие проблемы, как резонансная вибрация и коробление под сжимающими нагрузками.
Стойки жюри бывают разных конфигураций. На монопланах с одной основной стойкой может быть только одна дополнительная стойка, соединяющая главную стойку с промежуточной точкой крыла. Подкосный моноплан с V-образными стойками, такой как Fleet Canuck, может иметь сложную сборку специальных стоек.
История [ править ]
Распорки, как внутренние, так и внешние, широко использовались в первых самолетах для поддержки легких планеров, которые требовались из-за низкой мощности двигателей и низких скоростей полета, которые тогда были доступны. Начиная с первого летательного аппарата Райта 1903 года, фюзеляж представлял собой не более чем расчалочный каркас, и даже диагональные распорки в носовой части использовались для удержания крыльев под прямым углом к нему.
Некоторые очень ранние самолеты использовали стойки из бамбука . В большинстве конструкций использовались обтекаемые стойки из ели или ясеня , выбранные из-за их прочности и легкого веса. [2] Также использовались металлические стойки, и сегодня продолжают использоваться как дерево, так и металл.
Потребность в носовой распорке крыла исчезла с появлением более мощных двигателей в 1909 году, но распорка оставалась необходимой для любой практической конструкции, даже на монопланах вплоть до Первой мировой войны, когда они стали непопулярными и безраздельно господствовали подкосные бипланы.
С 1911 года британский исследователь Харрис Бут, работавший в Национальной физической лаборатории , и инженер Ричард Фейри , работавший тогда в Синдикате самолетов Блэра Атолла Дж. В. Данна , начали разрабатывать и применять инженерный анализ отдельных отсеков в биплане, чтобы рассчитать структурные силы и использовать минимальное количество материала в каждом отсеке для достижения максимальной прочности. [19] Подобные аналитические методы привели к созданию более легких и прочных самолетов и получили широкое распространение.
В то же время количество распорок можно постепенно уменьшать. На низких скоростях тонкий провод вызывает очень небольшое сопротивление, и первые летательные аппараты иногда называли «птичьими клетками» из-за количества присутствующих проводов. Однако по мере увеличения скорости проволоку необходимо делать тоньше, чтобы избежать сопротивления, в то время как силы, которые она несет, увеличиваются. Постоянное увеличение мощности двигателя привело к столь же устойчивому увеличению веса, что потребовало меньшего количества распорок. В попытках еще больше снизить сопротивление были также разработаны специальные распорные тросы с плоскими или аэродинамическими секциями.
Немецкий профессор Хуго Юнкерс был серьезно заинтересован в отказе от аэродинамических стоек и такелажа в начале Первой мировой войны, и к середине 1915 года его фирма спроектировала Junkers J-1 цельнометаллический моноплан , являющийся «демонстратором технологий», не имевший никаких внешние распорки для свободнонесущего крыла с толстым профилем, которое могло летать со скоростью чуть более 160 км/ч с рядным шестипоршневым двигателем мощностью всего 120 лошадиных сил.
К концу Первой мировой войны мощность двигателей и скорость полета возросли настолько, что сопротивление, вызванное расчалками на типичном биплане, значительно влияло на летно-технические характеристики, в то время как более тяжелый, но более изящный моноплан-зонтик с подкосами становился практичным. На какое-то время этот тип моноплана стал предпочтительной конструкцией.
Хотя в 1930-х годах моноплан с высоким крылом на подкосах уступил место истинно свободнонесущему моноплану, он продолжал использоваться на протяжении всей послевоенной эпохи в тех случаях, когда легкий вес более важен, чем высокая скорость или дальность полета. К ним относятся самолеты с легкой кабиной, для которых также важна видимость вниз, и небольшие транспортные средства.
После Второй мировой войны [ править ]
Подкосные крылья с большим удлинением использовались французской компанией Hurel-Dubois (ныне частью Safran ) с демонстратором Hurel-Dubois HD.10 в 1948 году, а затем с авиалайнерами HD.31 /32/34, до сих пор используемыми французским институтом. Geographique National до начала 1980-х годов. HD.45 с турбореактивным двигателем был безуспешно предложен для конкуренции с Sud Aviation Caravelle , возможно, из-за несоответствия высокоскоростного турбореактивного двигателя более медленному планеру.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ Авиационная компания де Хэвилленд. De Havilland DH82A Tiger Moth — Руководство по техническому обслуживанию и ремонту, третье издание . Хэтфилд, Хартфордшир. The de Havilland Aircraft Company Ltd. (дата неизвестна)
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Тейлор, 1990. стр.71.
- ^ Холливелл 1919, стр.107.
- ^ Крейн 1997, стр. 379
- ^ Кумар, Бхарат (2005). Иллюстрированный словарь авиации . Нью-Йорк: МакГроу Хилл. ISBN 0-07-139606-3 .
- ^ Тейлор, Джон В.Р. (1966). Jane's All the World's Aircraft 1966-67 . Лондон: Sampson Low, Marston & Co. Ltd., с. 309.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Барьер, Майкл. «Фарман 190 и его производные». Архив Air-Britain (декабрь 2010 г.): 187.
- ^ Джеймс, Дерек (1991). Westland Aircraft с 1915 года . Лондон: Издательство Патнэм. п. 236. ИСБН 0-85177-847-Х .
- ^ Бриджмен, Леонард (1956). Jane's All the World's Aircraft 1956-57 . Лондон: Jane's All the World's Aircraft Publishing Co. Ltd., с. 47.
- ^ «Новый Ремос GX eLITE» . 13 апреля 2011 года . Проверено 15 апреля 2011 г.
- ^ Джексон, Пол (2010). Jane's All the World's Aircraft 2010-11 . Колсдон, Суррей: IHS Jane's. стр. 613–4. ISBN 978-0-7106-2916-6 .
- ^ Джексон, Эй Джей (1960). Британские гражданские самолеты 1919-59 гг . Том. 2. Лондон: Издательство Патнэм. п. 327.
- ^ Джексон, Эй Джей (1960). Британские гражданские самолеты 1919-59 гг . Том. 2. Лондон: Издательство Патнэм. п. 227.
- ^ Симпсон, Род (2001). Мировые самолеты Airlife . Шрусбери: Airlife Publishing Ltd., с. 427. ИСБН 1-84037-115-3 .
- ^ «Пилатус ПК-6» . Проверено 14 апреля 2011 г.
- ^ «De Havilland Twin Otter Series 400» . Архивировано из оригинала 24 февраля 2011 г. Проверено 15 апреля 2011 г.
- ^ Симпсон, Род (2001). Мировые самолеты Airlife . Шрусбери: Airlife Publishing Ltd., с. 186. ИСБН 1-84037-115-3 .
- ^ Крейн 1997, стр. 294.
- ^ Ледебур, Дж. Х.; Аэронавтика , Vol. 18, 1920, стр. 81.
Библиография [ править ]
- Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание , Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
- Холливелл, Ф.В. « Такелаж: монтаж и регулировка самолетов ». Рейс , 23 января 1919 г. с. 107.
- Кумар, Б. Иллюстрированный словарь авиации . Нью-Йорк МакГроу Хилл, 2005 г. ISBN 0-07-139606-3
- Стивентон, HWB; «Теоретические соображения при проектировании соединений стоек крыла», The Aircraft Engineer: Приложение к полету , 30 мая 1930 г., страницы 33–35 ( страницы полета 586a-586c).
- Тейлор, Джон В.Р. Знания о полете , Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 .