Drzewce (aeronautyka)
W samolocie o stałym skrzydle dźwigar jest często głównym elementem konstrukcyjnym skrzydła, biegnącym wzdłuż rozpiętości pod kątem prostym (lub w przybliżeniu, w zależności od odchylenia skrzydła ) do kadłuba . Drzewce przenosi obciążenia lotu i ciężar skrzydeł na ziemi. Inne elementy konstrukcyjne i formujące, takie jak żebra , mogą być przymocowane do drzewca lub drzewców, przy czym naprężona konstrukcja poszycia również dzieli obciążenia tam, gdzie jest używana. W skrzydle może być więcej niż jeden dźwigar lub wcale. Tam, gdzie pojedynczy dźwigar przenosi większość siły, jest znany jako główny dźwigar.
Drzewce są również używane w innych powierzchniach płata samolotu , takich jak statecznik poziomy i płetwa , i pełnią podobną funkcję, chociaż przenoszone obciążenia mogą być inne niż w przypadku drzewca skrzydłowego.
Obciążenia dźwigara
Dźwigar skrzydłowy zapewnia większość podparcia ciężaru i dynamiczną integralność obciążenia jednopłatów wspornikowych , często w połączeniu z wytrzymałością samej skrzyni „D” skrzydła. Razem te dwa elementy konstrukcyjne razem zapewniają sztywność skrzydła potrzebną do bezpiecznego lotu samolotu. W dwupłatowcach wykorzystujących latające druty większość obciążeń podczas lotu jest przenoszona przez druty i rozpórki międzypłaszczyznowe, co umożliwia stosowanie mniejszych przekrojów, a tym samym lżejszych drzewców kosztem zwiększonego oporu .
Siły
Niektóre siły działające na dźwigar skrzydła to:
- Obciążenia zginające skierowane w górę wynikające z siły nośnej skrzydła , która podtrzymuje kadłub w locie. Siły te są często kompensowane przez przenoszenie paliwa w skrzydłach lub stosowanie zbiorników paliwa montowanych na końcach skrzydeł; Cessna 310 jest przykładem tej cechy konstrukcyjnej.
- Obciążenia zginające w dół podczas postoju na ziemi ze względu na ciężar konstrukcji, paliwo przenoszone w skrzydłach i silniki zamontowane na skrzydłach, jeśli są używane.
- Przeciągnij obciążenia zależne od prędkości i bezwładności .
- Toczące się obciążenia bezwładnościowe .
- w kierunku cięciwy spowodowane efektami aerodynamicznymi przy dużych prędkościach, często związane z wypłukiwaniem i stosowaniem lotek skutkujących odwróceniem sterowania . Dalsze obciążenia skręcające są wywoływane przez zmiany ciągu w silnikach montowanych pod skrzydłami. Konstrukcja skrzyni „D” jest korzystna dla zmniejszenia skręcania skrzydeł.
Wiele z tych obciążeń jest gwałtownie odwracanych podczas lotu samolotem, takim jak Extra 300, podczas wykonywania ekstremalnych manewrów akrobacyjnych ; drzewce tych samolotów są zaprojektowane tak, aby bezpiecznie wytrzymać duże obciążenia .
Materiały i konstrukcja
Konstrukcja drewniana
We wczesnych samolotach używano drzewców często rzeźbionych z litego świerku lub jesionu . Używano i eksperymentowano z kilkoma różnymi drewnianymi drzewcami, takimi jak drzewce o przekroju skrzynkowym; i laminowane drzewce ułożone w przyrządzie i sklejone kompresyjnie w celu utrzymania dwuściennego skrzydła . Drewniane drzewce są nadal używane w lekkich samolotach, takich jak Robin DR400 i jego krewnych. Wadą drewnianego drzewca jest pogarszający się wpływ warunków atmosferycznych, zarówno suchych, jak i mokrych, oraz zagrożenia biologiczne, takie jak inwazja owadów drążących drewno i atak grzybów może mieć na komponencie; w związku z tym regularne inspekcje są często wymagane w celu utrzymania zdatności do lotu .
Drewniane dźwigary skrzydeł o konstrukcji wieloczęściowej zwykle składają się z górnych i dolnych elementów, zwanych nasadkami dźwigarów , oraz pionowych elementów z blachy, znanych jako wstęgi ścinane lub prościej wstęgi , które rozciągają się na odległość między nasadkami dźwigarów.
Nawet w dzisiejszych czasach „repliki samolotów domowej roboty”, takie jak repliki Spitfire'ów, wykorzystują laminowane drewniane drzewce. Drzewce te są laminowane najczęściej ze świerku lub daglezji (poprzez zaciskanie i klejenie). Wielu entuzjastów buduje „repliki” Spitfire'ów, które faktycznie będą latać przy użyciu różnych silników w stosunku do wielkości samolotu.
Drzewce metalowe
Typowy metalowy dźwigar w samolocie lotnictwa ogólnego zwykle składa się z aluminiowej środnika dźwigara, z nakładkami dźwigara w kształcie litery „L” lub „T” przyspawanymi lub przynitowanymi do górnej i dolnej części arkusza, aby zapobiec wyboczeniu pod przyłożonymi obciążeniami. Większe samoloty korzystające z tej metody budowy dźwigarów mogą mieć uszczelnione nakładki dźwigarów, aby zapewnić integralne zbiorniki paliwa . Zmęczenie metalowych dźwigarów skrzydeł było zidentyfikowanym czynnikiem sprawczym wypadków lotniczych, zwłaszcza w starszych samolotach, jak miało to miejsce w przypadku lotu Chalk's Ocean Airways Flight 101 .
Rurowe metalowe pręty
Niemiecki opancerzony samolot szturmowy Junkers JI z 1917 r. Wykorzystywał zaprojektowaną przez Hugo Junkersa wielorurową sieć kilku rurowych dźwigarów skrzydeł, umieszczonych tuż pod pokryciem skrzydła z falistego duraluminium , z każdym rurowym dźwigarem połączonym z sąsiednim za pomocą ramy przestrzennej z trójkątnych pasków duraluminium - zwykle na wzór kratownicy Warrena - nitowanych do drzewców, co skutkowało znacznym wzrostem wytrzymałości konstrukcyjnej w czasie, gdy większość innych projektów samolotów była budowana prawie całkowicie ze skrzydłami o konstrukcji drewnianej. Po I wojna światowa autorstwa amerykańskiego projektanta lotnictwa Williama Stouta za jego serię samolotów pasażerskich Ford Trimotor z lat 20. XX wieku oraz rosyjskiego projektanta lotnictwa Andrieja Tupolewa za takie samoloty, jak jego Tupolew ANT-2 z 1922 r., w górę do ówczesnego gigantycznego Maksima Gorkiego z 1934 r. .
Aspektem konstrukcyjnym skrzydła Supermarine Spitfire , który w znacznym stopniu przyczynił się do jego sukcesu, była innowacyjna konstrukcja wysięgnika, składająca się z pięciu kwadratowych koncentrycznych rur, które pasowały do siebie. Dwa z tych bomów zostały połączone ze sobą siatką ze stopu, tworząc lekki i bardzo mocny dźwigar główny.
Wersja tej metody konstrukcji dźwigara jest również stosowana w BD-5 , który został zaprojektowany i zbudowany przez Jima Bede'a na początku lat 70. Dźwigar używany w projektach BD-5 i kolejnych BD był głównie aluminiową rurą o średnicy około 2 cali (5,1 cm) i połączoną u nasady skrzydła z aluminiową rurą o znacznie większej średnicy wewnętrznej, aby zapewnić integralność strukturalną skrzydła.
Budownictwo geodezyjne
W samolotach takich jak Vickers Wellington zastosowano geodezyjną konstrukcję dźwigara skrzydłowego, która miała tę zaletę, że była lekka i mogła wytrzymać ciężkie uszkodzenia bojowe przy tylko częściowej utracie wytrzymałości .
Konstrukcja kompozytowa
Wiele nowoczesnych samolotów wykorzystuje do budowy włókna węglowe i kevlar , od dużych samolotów pasażerskich po małe samoloty budowane w domu . Godne uwagi są rozwiązania opracowane przez Scaled Composites i niemieckich producentów szybowców Schempp-Hirth i Schleicher . Firmy te początkowo stosowały w swoich projektach dźwigary z pełnego włókna szklanego , ale obecnie często używają włókna węglowego w swoich szybowcach o wysokich osiągach, takich jak ASG 29 . Wzrost wytrzymałości i zmniejszenie masy w porównaniu z wcześniejszymi samolotami wyposażonymi w włókno szklane pozwala na przenoszenie większej ilości balastu wodnego .
Konstrukcja wielodźwigarowa
Statek powietrzny wykorzystujący trzy lub więcej drzewc jest uważany za statek powietrzny z wieloma drzewcami. Użycie wielu drzewców pozwala uzyskać równoważną ogólną wytrzymałość skrzydła, ale z wieloma mniejszymi drzewcami, co z kolei pozwala na cieńszą konstrukcję skrzydła lub ogona (kosztem zwiększonej złożoności i trudności pakowania dodatkowego wyposażenia, takiego jak zbiorniki paliwa, pistolety , podnośniki lotek itp.). Chociaż skrzydła wielodźwigarowe były używane co najmniej od lat 30. XX wieku (na przykład Curtiss P-40 z czasów II wojny światowej miały 3 drzewce na skrzydło), zyskały większą popularność, gdy rosnąca prędkość myśliwców odrzutowych wymagała cieńszych skrzydeł, aby zmniejszyć opór przy dużych prędkościach. Mach 2 F-104 Starfighter wykorzystywał liczne smukłe drzewce, aby umożliwić skrzydło o niezwykle cienkim przekroju; F -16 Fighting Falcon wykorzystuje podobną konstrukcję. Inne samoloty, takie jak F-4 Phantom , F-15 Eagle i inne, używają 3 lub więcej drzewców, aby zapewnić wystarczającą siłę w stosunkowo cienkim skrzydle, a tym samym kwalifikują się jako samoloty wielodźwigarowe.
Fałszywe słupki
Drzewce fałszywe, podobnie jak drzewce główne, są nośnymi elementami konstrukcyjnymi biegnącymi wzdłuż rozpiętości, ale nie połączonymi z kadłubem. Ich najczęstszym celem jest przenoszenie ruchomych powierzchni, głównie lotek .
Notatki
Bibliografia
- Federalna Administracja Lotnictwa Cywilnego , Akceptowalne metody, techniki i praktyki — kontrola i naprawa statków powietrznych, AC43.13.1A, zmiana 3. Departament Transportu Stanów Zjednoczonych, Drukarnia rządu USA, Waszyngton DC 1988.
- Hardy, Michał. Szybowce i szybowce świata . Londyn: Ian Allan, 1982. ISBN 0-7110-1152-4 .
- Kumar, Bharat (2005). Ilustrowany słownik lotnictwa . Nowy Jork: McGraw Hill. ISBN 0-07-139606-3 .
- Taylor, John WR The Lore of Flight , Londyn: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-1-5 .
- Thom, Trevor. Podręcznik pilota powietrznego 4-Samolot-Techniczny . Shrewsbury, Shropshire, Anglia. Airlife Publishing Ltd, 1988. ISBN 1-85310-017-X