Планер - Airframe

О романе Майкла Крайтона см. Планер (роман).
Ван РВ-14 разрез, показывающий его планер

В механическая конструкция из самолет известен как планер. Обычно считается, что эта структура включает фюзеляж, ходовая часть, оперение и крылья, и исключить силовая установка.[1]

Конструкция планера это область аэрокосмическая техника это объединяет аэродинамика, технология материалов и производство методы с акцентом на вес, силу и аэродинамическое сопротивление, а также надежность и стоимость.

История

Четыре типа конструкции планера: (1) ферма с брезентом, (2) ферма с гофрированной пластиной, (3) Монокок строительство, (4) Полумонокок строительство.

История современного планера началась в Соединенные Штаты когда дерево 1903 года биплан сделан Орвилл и Уилбур Райт показал потенциал конструкции с неподвижным крылом.

В 1912 г. Deperdussin Monocoque первооткрыватель легких, прочных и обтекаемых монокок фюзеляж из тонких фанера слоев над круглой рамой, достигая 210 км / ч (130 миль в час).[2][3]

Первая мировая война

Многие ранние разработки были вызваны военный потребности во время Первая Мировая Война. Хорошо известный самолет с той эпохи включают голландского дизайнера Энтони Фоккер боевой самолет для Германская Империя с Luftstreitkräfte, и нас. Curtiss летающие лодки и немецкий / австрийский Таубе монопланы. В них использовались гибридные конструкции из дерева и металла.

К периоду 1915/16 гг. Luft-Fahrzeug-Gesellschaft фирма разработала полностью монокок цельнодеревянная конструкция с каркасным внутренним каркасом, с использованием полос фанеры, кропотливо «намотанных» диагонально в четыре слоя вокруг бетонных охватываемых форм в «левой» и «правой» половинах, известных как Викельрампф (обернутое тело) конструкция[4] - это впервые появилось в 1916 г. LFG Roland C.II, и позже получит лицензию на Pfalz Flugzeugwerke для истребителей-бипланов серии D.

В 1916 г. Альбатрос Д.III истребители-бипланы полумонокок фюзеляжи с несущими панелями обшивки из фанеры, приклеенными к продольным лонжероны и переборки; его заменили преобладающие стрессовая кожа структурная конфигурация как металл заменил дрова.[2]Методы, аналогичные концепции фирмы Альбатрос, использовали оба Hannoversche Waggonfabrik за их легкие двухместные CL.II через CL.V дизайны, и Сименс-Шукерт для их более поздних Сименс-Шукерт Д.III и более высокая производительность D.IV конструкции истребителя-биплана. Конструкция Albatros D.III была гораздо менее сложной, чем запатентованный LFG. Викельрампф концепция их внешней обшивки.[оригинальное исследование? ]

Немецкий инженер Хьюго Юнкерс впервые поднял в воздух цельнометаллические планеры в 1915 году с цельнометаллическими, консоль крыло-моноплан с напряженной обшивкой Юнкерс Дж 1 сделано из стали.[2] Он получил дальнейшее развитие с меньшим весом. дюралюминий, изобретенный Альфред Вильм в Германии до войны; в планере Юнкерс Д.И. 1918 года, чьи методы были приняты почти без изменений после войны американскими инженерами Уильям Бушнелл Стаут и советский авиакосмический инженер Андрей Туполев, доказав свою полезность для самолетов до 60 метров в размахе крыльев к 1930-м годам.

Между мировыми войнами

За J 1 1915 года и истребителем D.I 1918 года в 1919 году последовал первый цельнометаллический транспортный самолет Юнкерс F.13 сделано из Дюралюминий как D.I был; 300 были построены вместе с первыми четырьмядвигатель, цельнометаллический пассажирский самолет, единственным Цеппелин-Стаакен Е-4/20.[2][3] Коммерческий самолет разработки в течение 1920-х и 1930-х годов были сосредоточены на конструкции монопланов с использованием Радиальные двигатели. Некоторые из них были выпущены как единичные экземпляры или в небольших количествах, например, Дух Сент-Луиса пролетел через Атлантический к Чарльз Линдберг в 1927 году. Уильям Стаут разработал цельнометаллический Ford Trimotors в 1926 г.[5]

В Зал XFH военно-морской истребитель прототип совершил полет в 1929 г., был первым самолетом с прикованный металлический фюзеляж: алюминиевая обшивка поверх стальных труб, Холл также впервые заклепки заподлицо и стыковые соединения между панелями обшивки в Зал PH летающая лодка также летал в 1929 году.[2] На основе итальянского Савойя-Маркетти S.56, 1931 г. Бадд BB-1 Пионер экспериментальная летающая лодка построена из коррозионно-стойких нержавеющая сталь собран с недавно разработанными точечная сварка от американского производителя вагонов Компания Budd.[2]

Первоначальная философия планера Junkers с гофрированным дюралюминиевым покрытием достигла высшей точки в 1932 году. Юнкерс Ju 52 авиалайнер с тримотором, использовавшийся нацистскими немцами во время Второй мировой войны Люфтваффе для транспортных и десантных нужд. Эскизы Андрея Туполева в Иосиф Сталин Советский Союз разработал серию цельнометаллических самолетов, постоянно увеличивающихся в размерах, кульминацией которой стал самый большой самолет своей эпохи - восьмимоторный. Туполев АНТ-20 в 1934 г. и Дональд Дуглас Фирма разработала культовую Дуглас DC-3 Двухмоторный авиалайнер в 1936 году.[6] Они были одними из самых успешных разработок того времени благодаря использованию цельнометаллических планеров.

В 1937 г. Локхид XC-35 был первым самолетом, специально сконструированным с герметизация кабины прошли обширные высотные летные испытания, подготовив почву для первого транспортного самолета с наддувом, Боинг 307 Стратолайнер.[3]

Веллингтон Марк X показывая геодезический планер конструкция и уровень наказания, который он мог выдержать при сохранении летной годности

Вторая мировая война

В течение Вторая Мировая Война Военные нужды снова преобладали в конструкции планера. Среди наиболее известных были США. C-47 Skytrain, Б-17 Летающая крепость, Б-25 Митчелл и П-38 Молния, и британский Викерс Веллингтон который использовал геодезический метод построения, и Авро Ланкастер, все переделки оригинального дизайна 1930-х годов. Первый струи производились во время войны, но не массово.

Из-за нехватки алюминия в военное время de Havilland Mosquito истребитель-бомбардировщик был построен из дерева - фанеры. связанный к Balsawood сердечник и сформирован с использованием формы для производства монококовых конструкций, что привело к развитию технологии металл-металл. связь используется позже для de Havilland Comet и Fokker F27 и F28.[2]

Послевоенный

Послевоенное проектирование коммерческого планера сосредоточено на авиалайнеры, на турбовинтовой двигатели, а затем на Реактивные двигатели : турбореактивные двигатели, а затем и турбовентиляторные двигатели. Обычно более высокие скорости и растягивающие напряжения турбовинтовых и реактивных двигателей были серьезными проблемами.[7] Недавно разработанный алюминий сплавы с медь, магний и цинк были важны для этих проектов.[8]

Совершил полет в 1952 году и предназначен для крейсерского полета на скорости 2 Маха, где трение кожи требовал своего высокая температура сопротивление, Douglas X-3 Стилет был первым титан самолет, но он был маломощен и едва сверхзвуковой; 3,2 Маха Локхид А-12 и СР-71 также были в основном титановые, так как был отменен Боинг 2707 2,7 Маха сверхзвуковой транспорт.[2]

Поскольку жаропрочный титан трудно сваривать и с ним трудно работать, сваривайте никелевая сталь использовался для Маха 2,8 Микоян-Гуревич МиГ-25 истребитель, первый полет в 1964 году; и Маха 3,1 Североамериканский XB-70 Valkyrie б / у паяный нержавеющая сталь соты панели и титана, но отменили к тому времени, когда он полетел в 1964 году.[2]

Системы автоматизированного проектирования система была разработана в 1969 году для McDonnell Douglas F-15 Eagle, который впервые пролетел в 1974 г. по Грумман F-14 Tomcat и оба использовали Борное волокно композиты в хвостах; менее дорогой полимер, армированный углеродным волокном использовались для обшивки крыльев на McDonnell Douglas AV-8B Harrier II, F / A-18 Hornet и Northrop Grumman B-2 Spirit.[2]

Современная эра

Грубый интерьер Боинг 747 планер
Конструкция крыла с ребра и один лонжерон

Airbus и Боинг являются доминирующими сборщиками больших реактивные авиалайнеры пока ATR, Бомбардье и Embraer возглавить региональный авиалайнер рынок; многие производители производят компоненты планера.[соответствующий? – обсуждать]

Вертикальный стабилизатор Airbus A310 -300, первый полет в 1985 году, был первой основной структурой из углеродного волокна, используемой в коммерческий самолет; композиты все чаще используются, поскольку в авиалайнерах Airbus: горизонтальный стабилизатор A320 в 1987 г. и A330 /A340 в 1994 году, а центральное крыло-кессон и хвостовая часть фюзеляжа A380 в 2005 году.[2]

В Cirrus SR20, сертифицированный тип в 1998 г. был первым широко производимым авиация общего назначения самолеты, изготовленные полностью из композитных материалов, за которыми следуют несколько других легкий летательный аппарат в 2000-е гг.[9]

В Боинг 787, первый полет в 2009 году, был первым коммерческим самолетом, вес конструкции которого на 50% был составлен из композитного углеродного волокна, а также на 20% алюминия и 15% титана: этот материал обеспечивает более низкое сопротивление и более высокое сопротивление. удлинение крыла и повышенная герметичность кабины; конкурирующий Airbus A350, совершенный в 2013 году, на 53% состоит из углеродного волокна по массе конструкции.[2] У него цельный фюзеляж из углеродного волокна, который, как говорят, заменяет «1200 листов алюминия и 40 000 заклепок».[10]

2013 год Bombardier CSeries крыло для переноса смолы из сухих волокон с легким алюминиево-литиевый сплав фюзеляж на устойчивость к повреждениям и ремонтопригодность, комбинация, которая может быть использована в будущем узкофюзеляжный самолет.[2] В 2016 г. Cirrus Vision SF50 стал первым сертифицированным легкий реактивный самолет полностью сделан из композитного углеродного волокна.

В феврале 2017 года Airbus установил 3D печать станок для изготовления деталей конструкции самолетов из титана с использованием электронно-лучевое аддитивное производство из Sciaky, Inc..[11]

Состав авиалайнера по массе[12]
МатериалB747B767B757B777B787A300B4
Алюминий81%80%78%70%20%77%
Стали13%14%12%11%10%12%
Титана4%2%6%7%15%4%
Композиты1%3%3%11%50%4%
Другой1%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.[13]

DH106 Comet 3 G-ANLO на выставке 1954 г. Авиашоу в Фарнборо

Знаковый знак в авиационном дизайне, первый в мире реактивный авиалайнер, то de Havilland Comet, первый полет в 1949 году. Ранние модели пострадали от катастрофических повреждений планера. усталость металла, вызвав серию широко разрекламированных аварий. В Royal Aircraft Establishment расследование в Фарнборо аэропорт основал науку о реконструкции авиакатастроф. 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 клеить и заклепывать, но были только заклепаны пробойниками. В отличие от клепки сверлом, несовершенный характер отверстия, созданного при клепке с пуансоном, может привести к появлению усталостных трещин вокруг заклепки.

В Локхид L-188 Электра турбовинтовой, первый полет в 1957 г. стал дорогостоящим уроком колебание и планирование вокруг усталость металла. Крушение в 1959 г. Бранифф, рейс 542 показали трудности, с которыми промышленность планеров и ее авиакомпания клиенты могут испытать на себе новые технологии.

Инцидент можно сравнить с Airbus A300 крушение при взлете Рейс 587 American Airlines в 2001 году, после вертикальный стабилизатор оторвался от фюзеляж, обратил внимание на вопросы эксплуатации, технического обслуживания и проектирования, связанные с композитные материалы которые используются во многих последних планерах.[14][15][16] У A300 были другие структурные проблемы, но не такого масштаба.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Определения FAA». Получено 2020-04-30.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Грэм Уорвик (21 ноября, 2016). «Конструкции, изменившие способ постройки самолетов». Авиационная неделя и космические технологии.
  3. ^ а б c Ричард П. Холлион (июль 2008 г.). «Самолеты, изменившие авиацию». Журнал авиации и космонавтики. Смитсоновский институт.
  4. ^ Вагнер, Рэй и Новарра, Хайнц (1971). Немецкие боевые самолеты: всесторонний обзор и история развития немецких военных самолетов с 1914 по 1945 год. Нью-Йорк: Doubleday. С. 75 и 76.
  5. ^ Дэвид А. Вайс (1996). Сага о жестяном гусе. Cumberland Enterprises.
  6. ^ Питер М. Бауэрс (1986). DC-3: 50 лет легендарного полета. Вкладка Книги.
  7. ^ Чарльз Д. Брайт (1978). Создатели реактивных двигателей: аэрокосмическая промышленность с 1945 по 1972 год. Regents Press Канзаса.
  8. ^ Авиационные и аэрокосмические приложения. Ключ к базе данных металлов. INI International. 2005. Архивировано с оригинал на 2006-03-08.
  9. ^ "100 лучших самолетов: платиновое издание". Летающий. 11 ноября 2013 г. с. 11.
  10. ^ Лесли Уэйн (7 мая 2006 г.). "Boeing делает ставку на свой 787 Dreamliner". Нью-Йорк Таймс.
  11. ^ Грэм Уорвик (11 января, 2017). «Аэробус для трехмерной печати конструкций планера». Авиационная неделя и космические технологии.
  12. ^ Йорг Видаски; Кристиан Клинке; Себастьян Жанвре (ноябрь 2017 г.). «Материальный фонд гражданского авиастроения» (PDF). Переработка отходов.
  13. ^ Флоренс Грейвс и Сара К. Гу (17 апреля 2006 г.). "Детали и правила Boeing изменяются, говорят информаторы". Вашингтон Пост. Получено 23 апреля, 2010.
  14. ^ Тодд Кертис (2002). "Расследование крушения рейса 587 American Airlines". AirSafe.com.
  15. ^ Джеймс Х. Уильямс младший (2002). «Рейс 587». Массачусетский Институт Технологий.
  16. ^ Сара Кехаулани Гу (27 октября 2004 г.). «NTSB ссылается на ошибку пилота в 2001 году в Нью-Йорке». Вашингтон Пост. Получено 23 апреля, 2010.

дальнейшее чтение