Войти
Фургон RV-14 в разрезе, показывающий его планер механическая конструкция из самолета известен как планер. Эта конструкция обычно включает в себя фюзеляж, шасси, оперение и крылья, и искл. луд двигательная установка.
конструкция планера - это область аэрокосмической техники, которая объединяет аэродинамику, технологии материалов и производство методы с акцентом на вес, прочность и аэродинамическое сопротивление, а также надежность и стоимость.
Четыре типа конструкции планера: (1) ферма с брезентом, (2) ферма с гофрированной пластиной, (3) монокок конструкция, (4) полумонокок конструкция. Современная история планера началась в Соединенных Штатах, когда в 1903 году был изготовлен деревянный биплан, изготовленный Орвилл и Уилбур Райт продемонстрировали потенциал конструкций с неподвижным крылом.
В 1912 году Deperdussin Monocoque впервые представил легкий, прочный и обтекаемый монокок фюзеляж, состоящий из тонких фанера покрывает круглую раму со скоростью 210 км / ч (130 миль в час).
Многие ранние разработки были инициированы военными нуждался во время Первой мировой войны. Хорошо известные самолеты той эпохи включают боевые самолеты голландского конструктора Энтони Фоккера для Германской империи Luftstreitkräfte и США. Curtiss летающие лодки и немецко-австрийские монопланы Taube . В них использовались гибридные конструкции из дерева и металла.
К периоду 1915/16 года немецкая Luft-Fahrzeug-Gesellschaft разработала полностью монокок цельнодеревянную конструкцию только с каркасным внутренним каркасом, используя полосы фанеры, кропотливо «обернутые» по диагонали в четыре слоя вокруг бетонных охватываемых форм в «левой» и «правой» половинах, известная как конструкция Wickelrumpf (обернутое тело) - это впервые появилось в 1916 году LFG Roland C.II, а позже будет лицензировано для Pfalz Flugzeugwerke для своих истребителей-бипланов серии D.
В 1916 году немецкие истребители-бипланы Albatros D.III имели фюзеляжи полумонокока с несущими панелями обшивки из фанеры, приклеенными к продольным лонжеронам и переборки ; она была заменена преобладающей структурной конфигурацией напряженной кожи, поскольку металл заменил дерево. Методы, аналогичные концепции фирмы Albatros, использовались как Hannoversche Waggonfabrik для своих легких двухместных моделей CL.II - CL.V, так и Siemens-Schuckert для их более поздних проектов Siemens-Schuckert D.III и более эффективных D.IV истребителей-бипланов. Конструкция Albatros D.III была намного менее сложной, чем запатентованная концепция LFG Wickelrumpf для их внешней обшивки.
Немецкий инженер Хьюго Юнкерс впервые пилотировал цельнометаллические планеры в 1915 году с цельнометаллическими планерами. металл, свободнонесущий крыло, моноплан с напряженной обшивкой Junkers J 1 из стали. Он получил дальнейшее развитие с помощью более легкого дюралюминия, изобретенного Альфредом Вильмом в Германии перед войной; в планере Junkers DI 1918 года, техника которого была принята почти без изменений после войны как американским инженером Уильямом Бушнеллом Стаутом, так и советским авиакосмическим инженером Андреем Туполевым, что оказалось полезным для самолетов с размахом крыльев до 60 метров к 1930-м годам.
J 1 1915 года и истребитель DI 1918 года, в 1919 году последовал первый цельнометаллический транспортный самолет Junkers F.13 изготовлен из дюралюминия, как раньше DI; Было построено 300, а также первые четыре - двигателя, цельнометаллический пассажирский самолет, единственный Zeppelin-Staaken E-4/20. . Разработка коммерческих самолетов в течение 1920-х и 1930-х годов была сосредоточена на конструкции монопланов с использованием радиальных двигателей. Некоторые из них были выпущены в виде единичных экземпляров или в небольших количествах, например, Spirit of St. Louis, перелетевший через Атлантику Чарльзом Линдбергом в 1927 году. цельнометаллический Ford Trimotors в 1926 году.
Морской истребитель Hall XFH прототип, который летал в 1929 году, был первым самолетом с заклепанный металлический фюзеляж: алюминиевая обшивка поверх стальных труб, Холл также впервые применил заклепки заподлицо и стыковые соединения между панелями обшивки в Hall PH летающая лодка также летала в 1929 году. На основе итальянской Savoia-Marchetti S.56 экспериментальная летающая лодка Budd BB-1 Pioneer 1931 года была построена из коррозионно-стойких нержавеющая сталь, собранная с помощью недавно разработанной точечной сварки американским производителем вагонов Budd Company.
Первоначальная философия Junkers с гофрированным дюралюминиевым покрытием достигла высшей точки в 1932 году Junkers Ju 52 авиалайнер с тримотором t Вторая мировая война нацистской Германии люфтваффе для нужд транспорта и парашютистов. По проектам Андрея Туполева в Советском Союзе Иосифа Сталина была спроектирована серия цельнометаллических самолетов, постоянно увеличивающихся в размерах, кульминацией которых стал самый большой самолет той эпохи - восьмимоторный Туполев АНТ-20 <234.>в 1934 году, а фирма Дональда Дугласа разработала культовый двухмоторный авиалайнер Douglas DC-3 в 1936 году. Они были одними из самых успешных проектов, появившихся в то время благодаря использованию изготовление цельнометаллических планеров.
В 1937 году Lockheed XC-35 был первым самолетом, специально сконструированным с наддувом кабины, который прошел обширные высотные летные испытания, проложив путь для первых герметичный транспортный самолет, Boeing 307 Stratoliner.
Wellington Mark X, демонстрирующий конструкцию геодезического планера и уровень наказания, который он может выдержать при сохранении летной годности Во время Второй мировой войны военные потребности снова преобладали в конструкции планера. Среди наиболее известных были американские C-47 Skytrain, B-17 Flying Fortress, B-25 Mitchell и P-38 Lightning <234.>и британский Vickers Wellington, который использовал геодезический метод построения, и Avro Lancaster, все модификации оригинальных конструкций 1930-х годов. Первые самолеты были произведены во время войны, но не массово.
Из-за нехватки алюминия в военное время истребитель-бомбардировщик de Havilland Mosquito был построен из дерева - фанерные покрытия соединены с сердечником из бальзама. и сформированы с использованием форм для изготовления монококовых структур, что привело к развитию соединения металл-металл , которое позже использовалось для de Havilland Comet и Fokker F27 и F28.
Послевоенный коммерческий дизайн планера сосредоточился на авиалайнерах, на турбовинтовых двигателях, а затем на Jet двигатели : турбореактивные, а затем и турбовентиляторные. В целом более высокие скорости и растягивающие напряжения турбовинтовых и реактивных двигателей были серьезными проблемами. Недавно разработанные алюминиевые сплавы с медью, магнием и цинком имели решающее значение для этих конструкций.
Совершенный в 1952 году и предназначенный для крейсерского полета со скоростью 2 Маха, где трение кожи требовало его термостойкости, Douglas X-3 Stiletto был первым титановый самолет, но он был маломощным и почти сверхзвуковым ; 3,2 Маха Lockheed A-12 и SR-71 также были в основном титановыми, как и отмененный Boeing 2707 Mach 2.7 сверхзвуковой транспортный.
Поскольку жаропрочный титан трудно сваривать и с ним трудно работать, сварная никелевая сталь использовалась для истребителя Mach 2.8 Микоян-Гуревич МиГ-25, впервые взлетевшего в 1964 году; а в Mach 3.1 North American XB-70 Valkyrie использовались паяные нержавеющая сталь сотовые панели и титан, но к тому времени, когда он полетел в 1964 году, от него отказались.
Система автоматизированного проектирования была разработана в 1969 году для самолета McDonnell Douglas F-15 Eagle, который впервые совершил полет в 1974 году на самолете Grumman F-14 Tomcat и оба использовали Композиты бороноволокна в хвостах; менее дорогой полимер, армированный углеродным волокном, использовался для обшивки крыла на McDonnell Douglas AV-8B Harrier II, F / A-18 Hornet и Northrop Grumman B-2 Spirit.
Грубый интерьер Boeing 747 планера 
Конструкция крыла с нервюрами и одним лонжероном Airbus и Boeing являются доминирующими сборщиками больших реактивных авиалайнеров, а ATR, Bombardier и Embraer возглавляют рынок региональных авиалайнеров ; многие производители производят компоненты планера.
Вертикальный стабилизатор самолета Airbus A310 -300, первый полет которого состоялся в 1985 году, был первой основной структурой из углеродного волокна, использованной в коммерческом самолете ; композиты все чаще используются в авиалайнерах Airbus: горизонтальный стабилизатор A320 в 1987 году и A330 / A340 в 1994 году, а также центральный кессон крыла и кормовая часть фюзеляж самолета A380 в 2005 году.
Cirrus SR20, тип, сертифицированный в 1998 году, был первым широко производимым авиационным самолетом общего назначения. самолет, изготовленный полностью из композитных материалов, за которым последовали несколько других легких самолетов в 2000-х.
Boeing 787, первый полет в 2009 году, был первый коммерческий самолет, вес конструкции которого на 50% состоит из композитных материалов из углеродного волокна, на 20% из алюминия и 15% из титана: этот материал обеспечивает более низкое лобовое сопротивление, более высокое удлинение крыла и более высокую герметизацию кабины; Конкурирующий Airbus A350, выпущенный в 2013 году, на 53% состоит из углеродного волокна по массе. Он имеет цельный фюзеляж из углеродного волокна, который, как утверждается, заменяет «1200 листов алюминия и 40 000 заклепок».
Bombardier CSeries 2013 года выпуска имеет крыло для переноса смолы из сухого волокна с легкий фюзеляж из алюминиево-литиевого сплава для устойчивости к повреждениям и ремонтопригодности, комбинация, которая может быть использована для будущих узкофюзеляжных самолетов. В 2016 году Cirrus Vision SF50 стал первым сертифицированным легким реактивным двигателем, полностью изготовленным из композитных материалов из углеродного волокна.
В феврале 2017 года Airbus установил машину для 3D-печати титановых деталей конструкции самолетов с использованием аддитивного производства электронным лучом от Sciaky, Inc..
| Материал | B747 | B767 | B757 | B777 | B787 | A300B4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий | 81% | 80% | 78% | 70% | 20% | 77 % |
| Сталь | 13% | 14% | 12% | 11% | 10% | 12% |
| Титан | 4% | 2% | 6% | 7% | 15% | 4% |
| Композиты | 1% | 3% | 3% | 11% | 50% | 4% |
| Другое | 1% | 1% | 1% | 1% | 5% | 3% |
Производство планера стало сложным процессом. Производители работают под строгим контролем качества и государственными постановлениями. Отступление от установленных стандартов становится предметом серьезной озабоченности.
DH106 Comet 3 G-ANLO демонстрирует на авиашоу в Фарнборо в 1954 г. вехой в авиационном дизайне, первый в мире реактивный авиалайнер, de Havilland Comet, впервые полетела в 1949 году. Ранние модели пострадали от катастрофической усталости металла планера , что привело к серии широко разрекламированных аварий. Расследование Royal Aircraft Establishment в аэропорту Фарнборо основало науку о реконструкции авиационных катастроф. 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.
Турбовинтовой Lockheed L-188 Electra, впервые взлетевший в 1957 году, стал дорогостоящим уроком в управлении колебаниями и планировании действий в отношении усталости металла. Крушение самолета рейса 542 компании Браниффа в 1959 году продемонстрировало трудности, с которыми могут столкнуться производители планеров и их клиенты авиакомпании при внедрении новой технологии .
Этот инцидент можно сравнить с Крушение Airbus A300 при взлете рейса 587 American Airlines в 2001 году после того, как его вертикальный стабилизатор оторвался от фюзеляжа, что привлекло внимание к операции, техническое обслуживание и вопросы проектирования, связанные с композитными материалами, которые используются во многих последних планерах. У A300 были другие структурные проблемы, но не такого масштаба.
