Крепление (воздухоплавание) - Bracing (aeronautics)

В воздухоплавание, укрепляющий содержит дополнительные элементы конструкции, которые усиливают функциональную планер чтобы придать ему жесткость и прочность под нагрузкой. Связи могут применяться как внутри, так и снаружи, и могут иметь форму стойка, которые действуют в сжатие или же напряжение по мере необходимости и / или провода, которые действуют только в напряжении.

В целом, распорки позволяют получить более прочную и легкую конструкцию, чем несвязанные, но, в частности, внешние связи добавляют тащить который замедляет самолет и вызывает значительно больше проблем с дизайном, чем внутренние распорки. Еще одним недостатком стяжных тросов является то, что они требуют регулярной проверки и регулировки, или оснастка, даже если он находится внутри.

В первые годы развития авиации распорки были универсальной чертой 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 максимальной производительности.

Принцип конструкции

Распорка работает за счет создания триангулированной ферма структура, которая сопротивляется изгибу или скручиванию. Для сравнения, непринужденный консоль конструкция легко сгибается, если она не имеет большого количества тяжелой арматуры. Делая структуру глубже, она становится намного легче и жестче. Для уменьшения веса и сопротивления воздуху конструкция может быть выполнена полой с подкосами, соединяющими основные части планера. Например, моноплан с высокорасположенным крылом может иметь диагональную подъемную стойку, идущую от нижней части фюзеляжа до положения далеко от законцовки крыла. Это увеличивает эффективную глубину основания крыла до высоты фюзеляжа, делая его намного более жестким при небольшом увеличении веса.

Обычно концы распорок подключаются к основным внутренним элементам конструкции, таким как лонжерон крыла или переборка фюзеляжа, а стяжные тросы прикрепляются рядом.

Крепление может использоваться для противодействия всем различным силам, возникающим в планере, включая подъемную силу, вес, сопротивление, скручивание или скручивание. Стойка - это элемент жесткости, достаточно жесткий, чтобы противостоять этим силам, подвергаются ли они сжатию или растяжению. Проволока - это элемент жесткости, способный только противостоять растяжению, провисая при сжатии, и, следовательно, почти всегда используется вместе со стойками.

Способы крепления

Межплоскостные распорки и стяжки на де Хэвилленд Тигровый мотылек

Квадратный каркас из сплошных стержней не является жестким, но имеет свойство изгибаться по углам. Укрепить его дополнительной диагональной перекладиной было бы тяжело. Проволока была бы намного легче, но могла бы предотвратить ее разрушение только в одну сторону. Чтобы удерживать его жестко, необходимы две поперечные стяжки. Этот метод поперечных распорок можно было ясно увидеть на ранних двухплоскостных самолетах, где крылья и межплоскостные стойки образуют прямоугольник, скрепленный проволокой.

Другой способ создания жесткой конструкции - сделать поперечины достаточно твердыми, чтобы действовать при сжатии, а затем соединить их концы с внешним алмазом, действующим при растяжении. Этот метод когда-то был распространен на монопланах, где крыло и центральная кабина или пилон образуют поперечины, а проволочные связи образуют внешний ромб.

Крепежные провода

Чаще всего встречается на биплан и другие многоплановость самолет, проволочные связи также были распространены на ранних монопланы.

В отличие от распорок, растяжки всегда действуют на растяжение.

Толщина и профиль проволоки влияют на сопротивление, которое она вызывает, особенно на высоких скоростях. Провода могут быть многожильными, одножильными из струна для фортепиано, или же крыло секционная сталь.

Стяжки в основном делятся на летящие провода которые удерживают крылья при полете и посадочные тросы которые удерживают крылья, когда они не создают подъемной силы. (Провода, соединяющие корзину или гондолу с воздушный шар также называются летучими проводами.) провода падения иногда проходят по диагонали между передними и задними межплоскостными стойками, чтобы предотвратить скручивание крыла и его изменение. угол падения к фюзеляжу.[1] В некоторых самолетах-первопроходцах тросы жесткости крыла также проложены по диагонали вперед и назад, чтобы предотвратить деформацию при боковых нагрузках, например, при поворотах. Помимо основных нагрузок, создаваемых подъемом и силой тяжести, стяжные тросы должны также нести мощные инерционные нагрузки образуются во время маневров, например, повышенная нагрузка на посадочные тросы в момент приземления.[2]

Такелаж

Стяжные тросы должны быть тщательно закреплены, чтобы обеспечить правильную длину и натяжение. В полете тросы имеют тенденцию растягиваться под нагрузкой, а при посадке некоторые из них могут провисать. Перед каждым полетом требуются регулярные проверки оснастки и все необходимые регулировки. Регулировка оснастки также может использоваться для установки и обслуживания крыла. двугранный и угол падения, обычно с помощью клинометр и отвес. Отдельные провода снабжены талрепы или резьбовые концевые фитинги, чтобы их можно было легко регулировать. После установки регулятор фиксируется на месте.[3]

Внутренние распорки

Внутренние распорки были наиболее важны на заре авиации, когда планеры были буквально каркасами, в лучшем случае покрытыми легированной тканью, которая не имела собственной прочности. Проволочные поперечные распорки широко использовались для придания жесткости таким планерам, как в обтянутых тканью крыльях, так и в фюзеляже, который часто оставляли открытым.

Для сохранения жесткости конструкции на изгиб и скручивание требовалось обычное крепление проводов. Особой проблемой для внутренних проводов является доступ в тесную внутреннюю часть фюзеляжа.

Внешние распорки

Зачастую, обеспечивая достаточные внутренние распорки бы сделать дизайн слишком тяжелым, поэтому для того, чтобы планер и свет, и сильная распорка устанавливается снаружи. Это было обычным явлением в ранних самолетах из-за ограниченной мощности двигателя и необходимости легкого веса, чтобы вообще летать. По мере того, как мощность двигателей неуклонно росла в течение 1920-х и 30-х годов, стали возможны гораздо более тяжелые планеры, и большинство конструкторов отказались от внешних креплений, чтобы обеспечить более высокую скорость.

Бипланы

Биплан с межпланетным и кабельным подкосами, скрепленными тросами.

Почти все биплан самолеты имеют верхнюю и нижнюю плоскости, соединенные межплоскостные стойки с верхним крылом, проходящим над фюзеляжем и соединенным с ним более короткими распорками кабана. Эти стойки разделяют крылья на заливы которые скреплены диагональными тросами. В летящие провода бегут вверх и наружу от нижнего крыла, в то время как посадочные тросы бегите вниз и наружу от верхнего крыла. Полученная комбинация подкосов и проводов представляет собой жесткую коробчатая балка -подобная конструкция, независимая от опор фюзеляжа.

Межпланетные стойки

Межплоскостные стойки разделяют крылья биплана или многоплана, а также помогают поддерживать правильное положение. угол падения для соединенных панелей крыла.

Параллельные стойки: Наиболее распространенная конфигурация - это две стойки, которые размещаются параллельно, одна за другой. Эти стойки обычно будут скрепляться «проволокой падения», проходящей между ними по диагонали. Эти провода сопротивляются скручиванию крыла, которое может повлиять на угол его падения на воздушный поток.

N-распорки замените натяжные тросы третьей стойкой, идущей по диагонали от верха одной стойки к низу другой в паре.

V-образные распорки сходятся от отдельных точек крепления на верхнем крыле к одной точке на нижнем крыле. Их часто используют для полуторный крыло, у которого нижнее крыло имеет значительно меньшую аккорд чем верхнее крыло.

I-распорки заменяет обычную пару стоек одной более толстой обтекаемой стойкой с удлиненными концами вперед и назад вдоль крыла.

Заливы

Хэндли Пейдж V / 1500 многоцелевой биплан

Размах крыла между двумя наборами межплоскостных стоек или стоек кабана называется залив. Крылья описываются количеством отсеков с каждой стороны. Например, биплан с распорками кабана и одним комплектом межпланетных распорок с каждой стороны самолета представляет собой одноместный биплан.

Для небольшого типа, такого как разведчик времен Первой мировой войны, как Фоккер Д.VII, обычно достаточно одной бухты. Но для больших крыльев, несущих большую полезную нагрузку, можно использовать несколько отсеков. Двухместная Curtiss JN-4 Jenny - двухсекционный биплан, в то время как большие тяжелые типы часто представляли собой многозарядные бипланы или трипланы - самые ранние образцы немецкой техники. Альбатрос Б.И, и все производственные образцы DFW B.I двухместные невооруженные бипланы-наблюдатели 1914 года были двумя из очень немногих однодвигательных бипланов с тремя отсеками, использовавшихся во время Первой мировой войны.

Крылья некоторых бипланов скреплены подкосами, наклоненными вбок, при этом отсеки образуют зигзаг. Ферма Уоррена. Примеры включают Ансальдо СВА серия однодвигательных высокоскоростных разведывательных бипланов времен Первой мировой войны и начала Второй мировой войны Fiat CR.42 Falco.

Также использовались другие варианты. В SPAD S.XIII истребитель, хотя и выглядит как двухсекционный биплан, имеет только один отсек, но имеет средние точки такелажа, скрепленные дополнительными распорками, однако конструктивно они не являются смежными сверху вниз крыла. В Сопвит1 1⁄2 Strutter имеет W-образную перемычку, однако, поскольку он не соединяет крылья друг с другом, он не увеличивает количество отсеков.

Галерея межпланетных стоек

Стойки Cabane

Британцы времен Первой мировой войны Бристоль F.2 один из немногих бипланов, которые когда-либо были вентральный стойки кабана.
Cabane N-распорки и торсионные тросы на де Хэвилленд Тигровый мотылек

Если у самолета есть крыло, идущее прямо над основным фюзеляжем, два компонента часто соединяются стойки кабана поднимается от верхней части фюзеляжа или кабины экипажа к центроплану крыла. Такое крыло обычно крепится и в другом месте, при этом подкосы кабины являются частью общей схемы крепления.

Поскольку стойки кабины часто передают тягу двигателя к верхнему крылу, преодолевая его сопротивление, нагрузки по каждой диагонали между передними и задними стойками неравны, и они часто образуются в виде N-образных стоек. Они также могут иметь скрученные торсионные проволоки, чтобы предотвратить скручивание крыла. Несколько конструкций бипланов, как у британского 1917 года. Бристоль Истребитель двухместный истребитель / эскорт, фюзеляж которого не касался нижнего крыла, а также верхнего крыла, используя вентральный стойки кабана для достижения такой особенности дизайна.

Монопланы

Проволочный моноплан с проводами от центральных опор к крыльям, т.е. Fokker Eindecker

Рано монопланы полностью полагались на внешние крепления проводов, либо непосредственно к фюзеляжу, либо к столбы над ним и стойки шасси внизу, чтобы противостоять тем же силам подъема и тяжести. Многие более поздние монопланы, начиная с 1915 г., было использовано консоль крылья с их подъемной связкой внутри крыла, чтобы избежать потери сопротивления внешних проводов и стойки,

Cabanes

Во многих ранних проволочных скобках монопланы, например то Блерио XI и Fokker Eindecker (обе искривление крыла конструкции), спинные, а иногда и вентральные системы распорок или кабаны размещались либо над, либо над и под фюзеляжем. Это можно было использовать как для обеспечения некоторой защиты пилота в случае опрокидывания аппарата на земле, так и для крепления посадочных тросов, которые выходили слегка наклонным клином к носовой и кормовой точкам возле законцовок крыла. В крыло от солнца У монопланов крыло проходит над фюзеляжем и присоединяется к фюзеляжу подкосами кабины, аналогично верхнему крылу биплана.[4]

На некоторых типах кабана заменяется одной толстой обтекаемой пилоном.

Подъемные стойки

А Cessna 152 с одинарной подъемной стойкой, соединяющей фюзеляж с высокорасположенным крылом
А Консолидированный PBY Catalina с крылом от солнца с двойными параллельными распорками и центральной опорой

На самолете с высоким крылом подъемная стойка соединяет внешнюю точку на крыле с точкой ниже на фюзеляже, образуя жесткую треугольную конструкцию. В полете стойка действует как натяжение, чтобы поднять подъемную силу крыла к фюзеляжу и удерживать крыло в горизонтальном положении, в то время как при возвращении на землю она действует как сжатие, чтобы удерживать крыло вверх.[5]

Для самолетов с умеренной мощностью двигателя и скоростью подъемные стойки представляют собой компромисс между высоким лобовым сопротивлением полностью скрепленной конструкции и большим весом полностью консольного крыла. Они распространены на типах с высокими крыльями, таких как Cessna 152 и почти универсален для зонт-крылатых типов, таких как Консолидированный PBY Catalina.

А Пайпер Пауни низкоплан с V-образной подъемной стойкой

Реже некоторые низкокрылые монопланы, такие как Пайпер Пауни 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 идут парами, иногда параллельными, как на Catalina, иногда расширенными или парами V-образной формы (например, Auster Autocrat ) соединены с фюзеляжем в одной точке. Было использовано много более сложных схем, часто с двумя основными подъемными стойками, дополненными вспомогательными соединениями, известными как стойки жюри между собой, между крылом или фюзеляжем. Каждой паре перевернутых V-образных стоек Pawnee, например, помогает пара вертикальных опорных стоек.[6]

С давних времен эти подъемные стойки были обтекаемый, часто заключая металлические несущие элементы в фасонные кожухи. В Фарман F.190, например, его высокие крылья соединялись с нижней частью фюзеляжа параллельными дюралюминий трубы заключены в обтекаемые ель обтекатели[7] и Westland Lysander использовались экструдированные балки двутаврового сечения из легкого сплава, на которые были навинчены носовые и кормовые пары дюралюминиевых обтекателей.[8] В более поздних самолетах были обтекаемые стойки, сформированные непосредственно из профилированного металла, такие как экструдированные стойки из легкого сплава. Auster AOP.9,[9] или из композитов, например углеродное волокно подъемные стойки Remos GX eLITE.[10] Конструкторы приняли различные методы улучшения аэродинамики крыла подкоса и корпуса подкоса, используя подходы, аналогичные тем, которые используются в межплоскостных стойках. Иногда обтекаемость сужается ближе к крылу, как на Farman F.190;[7] другие модели имеют удлиненную обтекаемую ножку, например Скайетон К-10 Свифт.[11]

Подъемные стойки иногда сочетаются с другими функциями, например, помогают поддерживать двигатели, как на Вестленд IV или ходовая часть, как на Шотландский Авиационный Твин Пионер.[12][13]

Подъемные стойки остаются обычным явлением для небольших (2/4-местных) легковых самолетов с высоким крылом в сверхлегкий и легкий спорт категории. Более крупные примеры включают Пилатус Портер 10-местный STOL пассажирский самолет и de Havilland Twin Otter 19-местный.[14][15][16][17]

Стойки жюри

Сложные стойки жюри на Флот Кэнак

Подъемная стойка может быть настолько длинной и тонкой, что слишком легко гнуться. Стойки жюри небольшие вспомогательные распорки, используемые для его жесткости.[18]

Проблемы, которые предотвращают опорные стойки, включают резонансную вибрацию и коробление под сжимающими нагрузками.

Распорки Jury бывают разных конфигураций. На монопланах с одной главной стойкой может быть только одна подкосная стойка, соединяющая главную стойку с промежуточной точкой на крыле. Подкрепленный моноплан с V-образными стойками, такими как Флот Кэнак может иметь сложную сборку распорок жюри.

История

Связи, как внутренние, так и внешние, широко использовались в ранние самолет для поддержки легких планеров, требуемых в то время низкой мощностью двигателя и малой скоростью полета. С самого первого Флаер Райта В 1903 году фюзеляж представлял собой не более чем скрепленный каркас, и даже продольные диагональные связи использовались, чтобы удерживать крылья под прямым углом к ​​нему.

На некоторых очень ранних самолетах использовались стойки, изготовленные из бамбук. Большинство используемых дизайнов обтекаемый стойки, сделанные либо из ель или же пепел древесина, подобранная за ее прочность и легкий вес.[2] Также использовались металлические стойки, а дерево и металл продолжают использоваться и сегодня.

Необходимость в продольных распорках крыла исчезла с появлением более мощных двигателей в 1909 году, но распорки оставались необходимыми для любой практической конструкции, даже на монопланах вплоть до Первой мировой войны, когда они стали непопулярными, и бипланы с подкосами воцарились.

С 1911 г. британский исследователь Харрис Бут, работавший в Национальная физическая лаборатория и инженер Ричард Фэйри, а затем работаю на J.W. Dunne Компания Blair Atholl Airplane Syndicate начала разрабатывать и применять инженерный анализ отдельных отсеков в биплане для расчета структурных сил и использования минимального количества 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 малых скоростях тонкая проволока вызывает очень небольшое сопротивление, и первые летательные аппараты иногда называли «птичьими клетками» из-за количества проводов. Однако по мере увеличения скорости проволоку необходимо делать тоньше, чтобы избежать сопротивления при увеличении силы, которую он переносит. Постоянное увеличение мощности двигателя позволило не менее стабильно увеличивать вес, что потребовало меньшего количества распорок. Также были разработаны специальные стяжные тросы с плоскими или профильными секциями, чтобы еще больше уменьшить сопротивление.

Происхождение середины 1915 г., цельнометаллический Юнкерс Дж 1 впервые разработал свободную свободную конструкцию крыла.

Немецкий профессор Хьюго Юнкерс был серьезно заинтересован в отказе от распорок, вызывающих сопротивление и такелаж в начале Первой мировой войны, и к середине 1915 года его фирма спроектировала Юнкерс Дж 1 цельнометаллический моноплан «демонстратор технологий», не имеющий внешних подкосов из-за своей консольной конструкции крыла с толстым профилем, который мог 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 воздушная скорость выросли настолько, что сопротивление, вызванное растяжками на типичном биплане, значительно ухудшало характеристики, в то время как более тяжелый, но более гладкий моноплан с зонтиками на стойках становился практически возможным. На какое-то время этот тип моноплана стал предпочтительной конструкцией. Несмотря на то, что в 1930-х годах он уступал истинному свободнонесущему моноплану, он продолжал использоваться с тех пор, когда максимальная производительность не была проблемой.

Послевоенный

Крылья с высоким удлинением использовались французами. Hurel-Dubois (теперь часть Safran ) с Hurel-Dubois HD.10 демонстратор в 1948 г., а затем HD.31 / 32/34 авиалайнеры, до сих пор используются французами Institut Geographique National до начала восьмидесятых. ТРД HD.45 безуспешно предлагали составить конкуренцию Sud Aviation Caravelle, может быть, из-за того, что высокоскоростной турбореактивный двигатель не соответствует более медленному планеру.

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Де Хэвилленд Эйркрафт Компани. De Havilland DH82A Tiger Moth - Руководство по техническому обслуживанию и ремонту, третье издание . Хатфилд, Хартфордшир. Де Хэвилленд Эйркрафт Компани Лтд. (Дата неизвестна)
  2. ^ а б Тейлор, 1990. стр.71.
  3. ^ Холливелл 1919, стр.107.
  4. ^ Кран 1997, стр. 379
  5. ^ Кумар, Бхарат (2005). Иллюстрированный авиационный словарь. Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN  0-07-139606-3.
  6. ^ Тейлор, Джон В. Р. (1966). Самолеты всего мира Джейн 1966-67. Лондон: Sampson Low, Marston & Co. Ltd., стр. 309.
  7. ^ а б Баррьер, Майкл. «Фарман 190 и его производные». Архив Air-Britain (Декабрь 2010 г.): 187.
  8. ^ Джеймс, Дерек (1991). Westland Aircraft с 1915 года. Лондон: Putnam Publishing. п. 236. ISBN  0-85177-847-X.
  9. ^ Бриджмен, Леонард (1956). Самолеты всего мира Джейн 1956-57. Лондон: Джейнс "Все мировые авиастроительные издательства", с. 47.
  10. ^ "Новый Remos GX eLITE". 13 апреля 2011 г.. Получено 2011-04-15.
  11. ^ Джексон, Пол (2010). Самолеты всего мира Джейн 2010-11. Колсдон, Суррей: IHS Jane's. С. 613–4. ISBN  978-0-7106-2916-6.
  12. ^ Джексон, А.Дж. (1960). Британский гражданский самолет 1919-59 гг.. 2. Лондон: Putnam Publishing. п. 327.
  13. ^ Джексон, А.Дж. (1960). Британский гражданский самолет 1919-59 гг.. 2. Лондон: Putnam Publishing. п. 227.
  14. ^ Симпсон, Род (2001). Самолеты мира Эйрлайф. Шрусбери: Эйрлайф Паблишинг Лтд., Стр. 427. ISBN  1-84037-115-3.
  15. ^ «Пилатус ПК-6». Получено 2011-04-14.
  16. ^ "de Havilland Twin Otter Series 400". Архивировано из оригинал на 2011-02-24. Получено 2011-04-15.
  17. ^ Симпсон, Род (2001). Самолеты мира Эйрлайф. Шрусбери: Эйрлайф Паблишинг Лтд., Стр. 186. ISBN  1-84037-115-3.
  18. ^ Кран 1997, стр. 294.
  19. ^ Ledeboer, J.H .; Аэронавтика, Vol. 18, 1920, стр. 81.

Библиография

  • Крейн, Дейл: Словарь авиационных терминов, третье издание, Авиационные материалы и академические науки, 1997. ISBN  1-56027-287-2
  • Холливелл, Ф.В. "Такелаж: монтаж и доводка самолетов ". Полет, 23 января 1919 г. с. 107.
  • Кумар, Б. Иллюстрированный авиационный словарь. Нью-Йорк Макгроу Хилл, 2005. ISBN  0-07-139606-3
  • Стивентон, HW.B .; «Теоретические соображения при проектировании шарниров стойки крыла», Авиационный инженер: дополнение к полету, 30 мая 1930 г., страницы 33–35 (Полет Страницы 586a-586c).
  • Тейлор, Джон В. Знания о полете, Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN  0-9509620-1-5.