Drak letadla - Airframe
Mechanická konstrukce z letadla, je známý jako draku letadla. Tato struktura je obvykle považována za trup , podvozek , ocasní plochu a křídla a vylučuje pohonný systém .
Airframe design je obor leteckého inženýrství, který kombinuje aerodynamiku , materiálovou technologii a výrobní metody se zaměřením na hmotnost, pevnost a aerodynamický odpor , stejně jako spolehlivost a náklady.
Dějiny
.PNG)
Moderní historie draku začala ve Spojených státech, když dřevěný dvouplošník z roku 1903 od Orvilla a Wilbura Wrighta ukázal potenciál návrhů s pevnými křídly .
V roce 1912 byl Deperdussin Monocoque průkopníkem lehkého, silného a efektivního monokokového trupu vytvořeného z tenkých vrstev překližky přes kruhový rám, dosahující 210 km/h (130 mph).
První světová válka
Mnoho raných vývojů bylo urychleno vojenskými potřebami během první světové války . Dobře známý letadla od té doby patří nizozemský designér Anthony Fokker je bojový letoun pro německé říše 's Luftstreitkräfte a US Curtiss létajících člunů a německý / rakouský Taube jednoplošníky . Ty používaly hybridní dřevěné a kovové konstrukce.
V časovém rámci 1915/16 německá firma Luft-Fahrzeug-Gesellschaft navrhla plně monokokovou celodřevěnou strukturu pouze s kosterním vnitřním rámem s použitím pásů překližky pracně „zabalených“ diagonálně až ve čtyřech vrstvách, kolem betonové samčí formy v „levé“ a „pravé“ polovině, známé jako konstrukce Wickelrumpf (zabalené tělo) -toto se poprvé objevilo na letounu LFG Roland C.II z roku 1916 a později bude licencováno společnosti Pfalz Flugzeugwerke pro jeho dvouplošníky stíhačů řady D. .
V roce 1916 německé dvouplošníky Albatros D.III uváděly polomonokové trupy s nosnými překližkovými panely přilepenými k podélným podélníkům a přepážkám ; to bylo nahrazeno převládající strukturou namáhané struktury kůže, protože kov nahradil dřevo. Podobné metody jako koncept firmy Albatros byly použity jak Hannoversche Waggonfabrik pro jejich lehká dvoumístná provedení CL.II až CL.V , tak společností Siemens-Schuckert pro jejich pozdější dvouplošník Siemens-Schuckert D.III a výkonnější D.IV stíhací návrhy. Konstrukce Albatros D.III byla mnohem méně složitá než patentovaný koncept LFG Wickelrumpf pro jejich vnější stahování.
Německý inženýr Hugo Junkers poprvé letěl s celokovovými draky v roce 1915 s celokovovým, konzolovým křídlem a namáhaným jednoplošníkem Junkers J 1 z oceli . Vyvinul se dále s lehčím duralem , který vynalezl Alfred Wilm v Německu před válkou; v draku letounu Junkers DI z roku 1918, jehož techniky byly po válce téměř beze změny přijaty jak americkým inženýrem Williamem Bushnellem Stoutem, tak sovětským leteckým inženýrem Andrejem Tupolevem , což se ukázalo jako užitečné pro letadla do 60 metrů v rozpětí křídel do 30. let 20. století.
Mezi světovými válkami
Po J 1 z roku 1915 a stíhačce DI z roku 1918 následoval v roce 1919 první celokovový transportní letoun, Junkers F.13 vyrobený z Duraluminu jako DI; 300 byly postaveny, spolu s prvním čtyř motorů celokovový dopravních letadel , podešvi Zeppelin-Staaken E-4/20 . Vývoj komerčních letadel ve 20. a 30. letech se zaměřoval na návrhy jednoplošníků využívajících radiální motory . Některé byly vyrobeny jako jednotlivé kopie nebo v malém množství, jako jsou Spirit of St. Louis letěl přes Atlantik od Charlese Lindbergha v roce 1927. William Stout navrhl celokovové Ford Trimotors v roce 1926.
Hall XFH námořní stíhací prototyp letěl v roce 1929 byl první letadlo s nýtovanou kovovou trupu: hliníkovou kůži nad ocelových trubek, Hall také propagoval splachovací nýty a tupých spojů mezi sendvičové panely v Hall PH hydroplán také létání v roce 1929. Na základě italský Savoia-Marchetti S.56 , experimentální létající člun Budd BB-1 Pioneer z roku 1931 byl vyroben z nerezavějící oceli odolné proti korozi, sestavené s nově vyvinutým bodovým svařováním od amerického výrobce železničních vozů Budd Company .
Původní filozofie draku Junkers zvlněná duralovým drakem vyvrcholila trimotorovým letadlem Junkers Ju 52 z roku 1932, které po celou dobu druhé světové války používala nacistická německá Luftwaffe pro potřeby transportu a parašutismu. Návrhy Andreje Tupoleva v Sovětském svazu Josepha Stalina navrhly sérii celokovových letadel s neustále rostoucí velikostí, která vyvrcholila největším letadlem své doby, osmimotorovým Tupolevem ANT-20 v roce 1934 a firmou Donalda Douglase vyvinula kultovní Dvoumotorové letadlo Douglas DC-3 v roce 1936. Byly jedním z nejúspěšnějších návrhů, které se z éry objevily díky použití celokovových draků.
V roce 1937 byl Lockheed XC-35 prvním letadlem speciálně konstruovaným s přetlakováním kabiny, které prošlo rozsáhlými letovými zkouškami ve vysokých nadmořských výškách a vydláždilo cestu pro první přetlakové dopravní letadlo Boeing 307 Stratoliner .
.png)
Druhá světová válka
Během druhé světové války opět dominovaly vojenské konstrukce letadel. Mezi nejznámější patřily americké letouny C-47 Skytrain , B-17 Flying Fortress , B-25 Mitchell a P-38 Lightning a British Vickers Wellington, které používaly geodetickou konstrukci, a Avro Lancaster , všechny předělávky původních návrhů z 30. léta 20. století. První tryskáče byly vyrobeny během války, ale nebyly vyrobeny ve velkém množství.
Kvůli válečnému nedostatku hliníku byl stíhací bombardér de Havilland Mosquito postaven ze dřeva-překližkových obkladů spojených s jádrem z balsawoodu a vytvořen pomocí forem k výrobě monokokových struktur, což vedlo k vývoji spojování kovů s kovem použitého později pro de Havilland Comet a Fokker F27 a F28 .
Poválečný
Poválečný komerční design draku se zaměřil na dopravní letadla , na turbovrtulové motory a poté na proudové motory : proudové a později turboventilátory. Obecně vyšší rychlosti a tahová napětí turbovrtulových strojů a proudových letadel představovaly velké výzvy. Nově vyvinuté slitiny hliníku s mědí , hořčíkem a zinkem byly pro tyto konstrukce zásadní.
Flown v roce 1952 a je navržen pro plavbu na Mach 2, kde tření kůže vyžaduje její tepelný odpor je Douglas X-3 byl první titanu letadlo, ale bylo to poddimenzované a sotva nadzvukový ; Mach 3.2 Lockheed A-12 a SR-71 byly také převážně titanové, stejně jako zrušený nadzvukový transport Boeing 2707 Mach 2.7 .
Protože je žáruvzdorný titan těžko svařitelný a obtížně se s ním pracuje, byla pro stíhačku Mach 2.8 Mikoyan-Gurevich MiG-25 poprvé použita svařovaná niklová ocel , poprvé vzlétl v roce 1964; a Mach 3.1 North American XB-70 Valkyrie používaly pájené voštinové panely z nerezové oceli a titan, ale byly zrušeny v době, kdy letěly v roce 1964.
Počítačem podporovaný konstrukční systém byl vyvinut v roce 1969 pro McDonnell Douglas F-15 Eagle , který poprvé letěl v roce 1974 podél Grumman F-14 Tomcat a oba používali ocasy kompozity z boronových vláken ; levnější polymer vyztužený uhlíkovými vlákny byl použit pro křídlové skiny na McDonnell Douglas AV-8B Harrier II , F/A-18 Hornet a Northrop Grumman B-2 Spirit .
Moderní éra
Airbus a Boeing jsou dominantními montéry velkých proudových letadel, zatímco ATR , Bombardier a Embraer vedou regionální trh s letadly ; mnoho výrobců vyrábí součásti draku.
Svislý stabilizátor Airbusu A310 -300, poprvé vzlétl v roce 1985, byl první primární strukturou z uhlíkových vláken používanou v komerčních letadlech ; Od té doby se v letadlech Airbus stále více používají kompozity: horizontální stabilizátor A320 v roce 1987 a A330 / A340 v roce 1994 a středový křídlový box a zadní trup A380 v roce 2005.
Cirrus SR20 , typ certifikovány v roce 1998, byl první široce vytvořený obecné letecké letadlo vyrobeno se všemi-kompozitní konstrukce, následuje několik dalších lehkých letadel v 2000s.
Boeing 787 , poprvé vzlétl v roce 2009, byl první komerční letadlo s 50% jeho struktury hmotnosti z kompozitu uhlíkových vláken, podél 20% hliníku a 15% titanu: materiál umožňuje nižší-táhnout, vyšší poměr stran křídlo a vyšší přetlakování kabiny; konkurenční Airbus A350 , letěl v roce 2013, je 53% uhlíkových vláken podle hmotnosti konstrukce. Má jednodílný trup z uhlíkových vláken, který údajně nahradí „1 200 hliníkových plechů a 40 000 nýtů“.
2013 Bombardier CSeries mají infuzní křídlo pro přenos pryskyřice ze suchých vláken s lehkým trupem ze slitiny hliníku a lithia pro odolnost proti poškození a opravitelnost, což je kombinace, kterou lze použít pro budoucí letadla s úzkým tělem . V roce 2016 se Cirrus Vision SF50 stal prvním certifikovaným světelným paprskem vyrobeným výhradně z kompozitů z uhlíkových vláken.
V únoru 2017, Airbus instalovala tiskový 3D stroj pro titanium letadel konstrukčních dílů pomocí elektronového paprsku aditivní výroby z SCIAKY, Inc. .
| Materiál | B747 | B767 | B757 | B777 | B787 | A300B4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Hliník | 81% | 80% | 78% | 70% | 20% | 77% |
| Ocel | 13% | 14% | 12% | 11% | 10% | 12% |
| Titan | 4% | 2% | 6% | 7% | 15% | 4% |
| Kompozity | 1% | 3% | 3% | 11% | 50% | 4% |
| jiný | 1% | 1% | 1% | 1% | 5% | 3% |
Bezpečnost
Výroba draku se stala náročným procesem. Výrobci pracují pod přísnou kontrolou kvality a vládními předpisy. Odchody ze zavedených standardů se stávají předmětem vážného zájmu.
Mezník v leteckém designu, první tryskové dopravní letadlo na světě , de Havilland Comet , poprvé vzlétlo v roce 1949. První modely trpěly katastrofální únavou kovu draku letadla , což způsobilo řadu široce propagovaných nehod. Royal Aircraft Establishment vyšetřování na Farnborough Airport založil vědu rekonstrukci havárie letadla. Po 3000 cyklech natlakování ve speciálně konstruované tlakové komoře bylo zjištěno, že selhání draku je způsobeno koncentrací napětí, což je důsledek čtvercových oken. Okna byla navržena tak, aby byla lepená a nýtovaná, ale byla pouze nýtovaná. Na rozdíl od vrtacího nýtování může nedokonalá povaha otvoru vytvořeného nýtováním děrováním způsobit začátek únavových trhlin kolem nýtu.
Lockheed L-188 Electra turbovrtulový, poprvé vzlétl v roce 1957 se stal nákladný hodina při kontrole kmitání a plánování kolem kovového únavu . Jeho 1959 crash of Braniff Flight 542 ukázala obtíže, že draku průmysl a jeho letecké zákazníci mohou setkat při přijímání nových technologií .
Incident nese srovnání s havárií letadla Airbus A300 při vzletu letu 587 společnosti American Airlines v roce 2001, poté, co se jeho vertikální stabilizátor odtrhl od trupu letadla , upozornil na problémy s provozem, údržbou a konstrukcí zahrnující kompozitní materiály, které se používají v mnoha nedávných drakech letadel. A300 měl jiné strukturální problémy, ale nic takového.
Viz také
Reference
Další čtení
- Michael Gubisch (9. července 2018). "Analýza: Jsou kompozitní draky možné pro úzká těla?" . Flightglobal .