Spar (воздухоплавание) - Википедия - Spar (aeronautics)

Главный лонжерон de Havilland DH.60 Мотылек

В самолет, то лонжерон часто является основным конструктивным элементом крыла, работающим по размаху под прямым углом (или около того, в зависимости от стреловидность крыла ) к фюзеляж. Лонжерон несет полетные нагрузки и вес крыльев при нахождении на земле. Другие конструктивные и формовочные элементы, такие как ребра может крепиться к лонжерону или лонжеронам, с стрессовая кожа конструкция также распределяет нагрузки там, где она используется. В крыле может быть больше одного лонжерона или вообще не быть. Однако там, где большая часть сил приходится на одиночный лонжерон, он известен как главный лонжерон.[1]

Лонжероны также используются в других самолетах. крыло поверхности, такие как хвостовой оперение и плавник и выполняют аналогичную функцию, хотя передаваемые нагрузки могут отличаться от нагрузок на лонжерон крыла.

Нагрузки на лонжероны

Лонжерон крыла обеспечивает большую часть весовой поддержки и целостности динамических нагрузок. консоль монопланы, часто в сочетании с прочностью самого D-бокса крыла. Вместе эти два конструктивных элемента в совокупности обеспечивают жесткость крыла, необходимую для безопасного полета самолета. Бипланы использование летящие провода имеют большую часть полетных нагрузок, передаваемых по проводам и межплоскостные стойки позволяя использовать меньшее сечение и, следовательно, более легкие лонжероны за счет увеличения лобового сопротивления.

Силы

Основная статья: Механика полета самолетов

Некоторые силы, действующие на лонжерон крыла:[2]

  • Изгибающие вверх нагрузки от крыла поднимать сила, поддерживающая фюзеляж в полете. Эти силы часто компенсируются перевозкой топлива в крыльях или использованием топливных баков, установленных на концах крыла; то Cessna 310 является примером этой особенности дизайна.
  • Изгибающие вниз нагрузки в неподвижном состоянии на земле из-за веса конструкции, топлива, находящегося в крыльях, и установленных на крыльях двигателей, если они используются.
  • Перетаскивание грузов в зависимости от скорость полета и инерция.
  • Прокатка инерция нагрузки.
  • Хордовый скручивающие нагрузки из-за аэродинамический эффекты на высоких скоростях, часто связанные с вымывание, и использование элероны в результате чего разворот управления. Дальнейшие скручивающие нагрузки вызваны изменениями толкать настройки подкрыльевых двигателей.[3] В Коробка "D" конструкция способствует уменьшению скручивания крыла.

Многие из этих нагрузок резко меняются в полете с самолетом, таким как Экстра 300 при выполнении экстремальных пилотажный маневры; лонжероны этих самолетов спроектированы так, чтобы безопасно выдерживать большие факторы нагрузки.

Материалы и конструкция

Деревянная конструкция

Ранние самолеты использовали лонжероны, часто вырезанные из цельного ель или же пепел. Были использованы и экспериментированы несколько различных типов деревянных лонжеронов, например лонжероны коробчатого сечения; и ламинированные лонжероны, сложенные в джиг, и компрессионное склеивание, чтобы удерживать крыло двугранный. Деревянные лонжероны до сих пор используются в легких самолетах, таких как Робин DR400 и его родственники. Недостатком деревянного лонжерона является ухудшение воздействия атмосферных условий, как сухих, так и влажных, и биологических угроз, таких как заражение древесными насекомыми и грибковая атака может иметь компонент; следовательно, регулярные проверки часто требуются для поддержания летная годность.[4]

Деревянные лонжероны крыла составной конструкции обычно состоят из верхней и нижней частей, называемых лонжероны, и вертикальные элементы из листовой древесины, известные как перерезанные полотна или проще сети, охватывающих расстояние между крышками лонжеронов.

Даже в наше время «самодельные реплики самолетов», такие как реплики Spitfires, используют ламинированные деревянные лонжероны. Эти лонжероны обычно ламинируют из ели или пихты дугласовой (путем зажима и склеивания). Ряд энтузиастов строят «точные копии» Спитфайров, которые будут летать с использованием различных двигателей, соответствующих размеру самолета.[5]

Металлические лонжероны

Базовое крыло с металлическими лонжеронами с использованием соты Коробка 'D' передний край

Типичный металлический лонжерон в авиация общего назначения самолет обычно состоит из листа алюминий стенка лонжерона с приваренными крышками лонжерона L- или T-образной формы или прикованный сверху и снизу листа, чтобы предотвратить коробление под действием приложенных нагрузок. На более крупных самолетах, использующих этот метод конструкции лонжерона, крышки лонжеронов могут быть закрыты для обеспечения встроенные топливные баки. Усталость металлических лонжеронов крыла было выявлено причинным фактором авиационных происшествий, особенно в старых самолетах, как это было в случае с Рейс 101 авиакомпании Chalk's Ocean Airways.[6]

Лонжероны металлические трубчатые

Немец Юнкерс Дж. бронированный фюзеляж штурмовика полуторный 1917 года использовали Хьюго Юнкерс -проектирована многотрубная сеть из нескольких трубчатых лонжеронов крыла, размещенных прямо под гофрированным покрытием. дюралюминий обшивки крыла и с каждым трубчатым лонжероном, соединенным с соседним пространственным каркасом из треугольных дюралюминиевых полос - обычно в виде Ферма Уоррена компоновка - приклепана к лонжеронам, что привело к значительному увеличению прочности конструкции в то время, когда большинство других конструкций самолетов почти полностью строились с крыльями из дерева. Формат конструкции цельнометаллического крыла с гофрированным гофрированным покрытием и нескольких трубчатых лонжеронов Junkers был эмулирован после Первая Мировая Война американского авиаконструктора Уильям Стаут для его 1920-х годов Ford Trimotor авиалайнера, а также от российского авиакосмического конструктора Андрей Туполев для такого самолета, как его Туполев АНТ-2 1922 года, увеличившись по размеру до тогдашнего гигантского Максим Горький 1934 г.

Аспект дизайна Супермарин Спитфайр Крыло, которое во многом способствовало его успеху, - это инновационная конструкция лонжерона стрелы, состоящая из пяти квадратных концентрических труб, которые вставлялись друг в друга. Две из этих стрел были связаны между собой легкосплавной перемычкой, создавая легкий и очень прочный главный лонжерон.[7]

Вариант этого метода строительства лонжерона также используется в БД-5, который был разработан и построен Джим Беде в начале 1970-х гг. Лонжерон, использованный в BD-5 и последующих проектах BD, в основном представлял собой алюминиевую трубу диаметром примерно 2 дюйма (5,1 см), соединенную в корневой части крыла с алюминиевой трубой гораздо большего внутреннего диаметра для обеспечения структурной целостности крыла.

Геодезическое строительство

В самолетах, таких как Викерс Веллингтон, а геодезический Была использована конструкция лонжерона крыла, преимущества которой заключались в легкости и способности выдерживать тяжелые боевые повреждения с частичной потерей прочности.

Композитная конструкция

Многие современные самолеты используют углеродное волокно и Кевлар в их конструкции, начиная от больших авиалайнеры к маленькому самодельный самолет. Следует отметить разработки, сделанные Масштабированные композиты и немецкий планер производители Schempp-Hirth и Schleicher.[8] В этих компаниях изначально работали солидные стекловолокно лонжеронов в своих конструкциях, но теперь они часто используют углеродное волокно в своих высокоэффективных планерах, таких как ПГС 29. Повышение прочности и снижение веса по сравнению с более ранними самолетами с лонжеронами из стекловолокна позволяет увеличить количество водяной балласт быть заботливым.[9]

Многолонжеронная конструкция

Самолеты с тремя и более лонжеронами считаются многолонжеронный самолет. Использование нескольких лонжеронов обеспечивает эквивалентную общую прочность крыла, но с несколькими лонжеронами меньшего размера, что, в свою очередь, позволяет получить более тонкую конструкцию крыла или хвостового оперения (за счет увеличения сложности и сложности упаковки дополнительного оборудования, такого как топливные баки, пушки. , элерон домкраты и др.). Хотя крылья с несколькими лонжеронами использовались, по крайней мере, с 1930-х годов (например, времен Второй мировой войны Curtiss P-40 имел 3 лонжерона на крыло), они приобрели большую популярность, когда увеличение скорости реактивных истребителей потребовало более тонких крыльев для уменьшения сопротивления на высоких скоростях. В Мах 2 Истребитель F-104 использовались многочисленные тонкие лонжероны, чтобы крыло получилось необычно тонким; то F-16 Боевой сокол использует аналогичную конструкцию. Другой самолет, такой как F-4 Фантом, F-15 Eagle а другие используют 3 или более лонжеронов для обеспечения достаточной прочности относительно тонкого крыла и, таким образом, квалифицируются как самолет с множеством лонжеронов.[10]

Ложные лонжероны

Ложные лонжероны, как и главные лонжероны, являются несущими конструктивными элементами, проходящими по размаху, но не присоединенными к фюзеляжу. Их наиболее частая цель - переносить движущиеся поверхности, в основном элероны.[11]

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Том 1988, стр. 152.
  2. ^ Тейлор 1990, стр. 72.
  3. ^ Тейлор 1990, стр. 146.
  4. ^ FAA 1988, стр. 25.
  5. ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала 31.05.2012. Получено 2012-10-11.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ Отчет NTSB - Grumman Turbo Mallard, N2969 В архиве 2008-09-10 на Wayback Machine Дата обращения: 1 февраля 2009 г.
  7. ^ Тейлор 1990, стр. 80.
  8. ^ Тейлор 1990, стр. 95.
  9. ^ Харди 1982, стр. 86.
  10. ^ "DatWiki.net - Авиационный словарь, представленный Aviation Supplies and Academics, Inc.". www.datwiki.net. В архиве из оригинала от 22.12.2015. Получено 2015-12-15.
  11. ^ Кума 2005 стр.265

Библиография

  • Федеральная авиационная администрация, Приемлемые методы, методы и практика - Осмотр и ремонт воздушных судов, AC43.13.1A, изменение 3. Министерство транспорта США, Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1988.
  • Харди, Майкл. Планеры и планеры мира. Лондон: Ян Аллан, 1982. ISBN  0-7110-1152-4.
  • Кумар, Бхарат (2005). Иллюстрированный авиационный словарь. Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN  0 07 139606 3.
  • Тейлор, Джон В. Знания о полете, Лондон: Universal Books Ltd., 1990. ISBN  0-9509620-1-5.
  • Том, Тревор. Руководство воздушного пилота 4-Самолет-Техника. Шрусбери, Шропшир, Англия. Эйрлайф Паблишинг Лтд, 1988 г. ISBN  1-85310-017-X

внешняя ссылка