Drak letadla - Airframe

K románu Michaela Crichtona viz Drak (nový).
Van RV-14 výřez ukazující jeho drak

The mechanická struktura z letadlo je známý jako drak letadla. Tato struktura je obvykle považována za součást trup, podvozek, ocasní plocha a křídla a vyloučit pohonný systém.[1]

Návrh draku je obor letecké inženýrství který kombinuje aerodynamika, technologie materiálů a výrobní metody se zaměřením na hmotnost, sílu a aerodynamický odpor, stejně jako spolehlivost a náklady.

Dějiny

Čtyři typy konstrukce draku: (1) krov s plátnem, (2) krov s vlnitou deskou, (3) Monokok konstrukce, (4) Semi-monocoque konstrukce.

Moderní historie draku začala v Spojené státy když 1903 dřevo dvojplošník od Orville a Wilbur Wright ukázal potenciál vzory s pevnými křídly.

V roce 1912 Deperdussin Monocoque propagoval světlo, silný a efektivní monokok trup tvořen tenkým překližka vrstev přes kruhový rám a dosahuje 210 km / h (130 mph).[2][3]

První světová válka

Mnoho počátečních vývojů bylo urychleno válečný potřeby během první světová válka. Dobře známé letadlo z té doby patří nizozemský designér Anthony Fokker bojové letadlo pro Německá říše je Luftstreitkräfte a USA Curtiss létající čluny a německo-rakouskou Taube jednoplošníky. Používali hybridní dřevěné a kovové konstrukce.

V časovém rámci 1915/16 německý Luft-Fahrzeug-Gesellschaft firma vymyslela plně monokok celodřevěná konstrukce s pouze skeletovým vnitřním rámem, používající pruhy překližky pracně „zabalené“ diagonálně až ve čtyřech vrstvách, kolem betonových samčích forem v „levé“ a „pravé“ polovině, známé jako Wickelrumpf (zabalené tělo) konstrukce[4] - toto se poprvé objevilo v roce 1916 LFG Roland C.II, a později měl licenci Pfalz Flugzeugwerke pro své dvojplošníky typu D.

V roce 1916 Němec Albatros D.III dvouplošník bojovníci představoval semi-monocoque trupy s nosnými překližkovými panely nalepenými v podélném směru longons a přepážky; byl nahrazen převládajícím namáhaná kůže strukturální konfigurace jako kov vyměnit dřevo.[2]Oba použili podobné metody jako koncept firmy Albatros Hannoversche Waggonfabrik pro jejich lehké dvoumístné sedadlo CL.II přes CL.V designy a podle Siemens-Schuckert pro jejich pozdější Siemens-Schuckert D.III a vyšší výkon D.IV konstrukce dvojplošníku. Stavba Albatrosu D.III byla mnohem méně složitá než patentovaná LFG Wickelrumpf koncept pro jejich vnější stahování.[původní výzkum? ]

Německý inženýr Hugo Junkers poprvé letěl celokovovými draky v roce 1915 s celokovem, konzola - křídlový jednoplošník se stresovanou kůží Junkers J 1 vyroben z ocel.[2] Vyvíjel se dále s nižší hmotností dural, vynalezl Alfred Wilm v Německu před válkou; v draku letadla Junkers D.I z roku 1918, jehož techniky byly po válce téměř beze změny přijaty oběma americkými inženýry William Bushnell Stout a sovětský letecký inženýr Andrei Tupolev, což se ukázalo jako užitečné pro letadla rozpětí křídel až 60 metrů třicátými léty.

Mezi světovými válkami

Na J 1 z roku 1915 a stíhačku D.I z roku 1918 následovalo v roce 1919 první celokovové dopravní letadlo, Junkers F.13 vyroben z Dural jako byl D.I; 300 bylo postaveno, spolu s prvními čtyřmimotor, celokovové osobní letadlo, jediným Zeppelin-Staaken E-4/20.[2][3] Obchodní letadlo vývoj ve 20. a 30. letech se zaměřil na použití jednoplošníků Hvězdicové motory. Některé byly vyrobeny jako jednotlivé kopie nebo v malém množství, jako například Duch St. Louis letěl přes Atlantik podle Charles Lindbergh v roce 1927. William Stout navrhl celokov Ford Trimotors v roce 1926.[5]

The Hala XFH námořní bojovník prototyp letěl v roce 1929 jako první letadlo s nýtovaný kovový trup: hliníkový plášť přes ocelové trubky, průkopníkem byl také Hall zapuštěné nýty a tupé klouby mezi panely kůže v Hala PH hydroplán také létání v roce 1929.[2] Založeno na italštině Savoia-Marchetti S.56, 1931 Budd BB-1 Pioneer experimentální létající člun byl vyroben z korozivzdorného materiálu nerezová ocel smontováno s nově vyvinutým bodové svařování americký výrobce železničních vozů Budd Company.[2]

Původní filozofie draku vlnitého duralu pokrytá duralem vyvrcholila v roce 1932 Junkers Ju 52 trimotorové letadlo, používané během druhé světové války nacistickým Německem Luftwaffe pro potřeby dopravy a parašutismu. Designy Andreje Tupoleva v Joseph Stalin Sovětský svaz navrhl řadu celokovových letadel neustále se zvětšujících rozměrů, které vyvrcholily největším letadlem své doby, osmimotorovým Tupolev ANT-20 v roce 1934 a Donald Douglas „firma vyvinula kultovní Douglas DC-3 dvoumotorové dopravní letadlo v roce 1936.[6] Byli mezi nejúspěšnějšími designy, které vznikly z doby pomocí celokovových draků.

V roce 1937 Lockheed XC-35 byl první letoun speciálně konstruovaný s přetlakování kabiny podstoupit rozsáhlé letové testy ve vysokých nadmořských výškách a připravit tak cestu pro první přetlakový dopravní letoun, Boeing 307 Stratoliner.[3]

Wellington Mark X ukazující geodetický drak letadla konstrukce a úroveň trestu, které by vydržel při zachování letové způsobilosti

Druhá světová válka

V době druhá světová válka, vojenským potřebám opět dominovaly návrhy draku. Mezi nejznámější patřily USA C-47 Skytrain, B-17 Flying Fortress, B-25 Mitchell a P-38 Lightning a Britové Vickers Wellington který používal geodetickou konstrukční metodu a Avro Lancaster, všechny předěly originálních návrhů z 30. let. První trysky byly vyrobeny během války, ale nebyly vyrobeny ve velkém množství.

Kvůli válečnému nedostatku hliníku, de Havilland Mosquito stíhací bombardér byl postaven ze dřeva - překližkových obkladů vázané do a balsawood jádro a vytvořené pomocí formy vyrábět monokokové struktury, což vede k vývoji kovu na kov lepení později použit pro de Havillandská kometa a Fokker F27 a F28.[2]

Poválečný

Poválečný komerční design draku zaměřen na dopravní letadla, na turbovrtulový motory a pak dále Proudové motory : proudové a později turboventilátory. Obecně vyšší rychlosti a tahová napětí turbovrtulových motorů a trysek byly hlavní výzvy.[7] Nově vyvinuté hliník slitiny s měď, hořčík a zinek byly pro tyto návrhy kritické.[8]

Letěl v roce 1952 a byl navržen k plavbě na Mach 2, kde kožní tření vyžadováno jeho teplo odpor, Douglas X-3 Stiletto byl první titan letadlo, ale bylo poddimenzované a sotva nadzvukový; Mach 3.2 Lockheed A-12 a SR-71 byly také hlavně titan, jak bylo zrušeno Boeing 2707 2,7 nadzvukový transport.[2]

Protože žáruvzdorný titan je obtížně svařitelný a obtížně se s ním pracuje, svařuje se niklová ocel byl použit pro Mach 2.8 Mikojan-Gurevič MiG-25 bojovník, poprvé vzlétl v roce 1964; a Mach 3.1 Severoamerická XB-70 Valkyrie použitý pájený nerezová ocel plástev panely a titan, ale byl zrušen v době, kdy letěl v roce 1964.[2]

Počítačem podporovaný design systém byl vyvinut v roce 1969 pro McDonnell Douglas F-15 Eagle, který poprvé vzlétl v roce 1974 podél Grumman F-14 Tomcat a oba použité Borové vlákno kompozity v ocasech; levnější polymer vyztužený uhlíkovými vlákny byly použity pro křídlové kůže na McDonnell Douglas AV-8B Harrier II, F / A-18 Hornet a Northrop Grumman B-2 Spirit.[2]

Moderní éra

Drsný interiér a Boeing 747 drak letadla
Konstrukce křídla s žebra a jeden živec

Airbus a Boeing jsou dominantní montéři velkých trysková dopravní letadla zatímco ATR, Bombardier a Embraer vést regionální dopravní letadlo trh; mnoho výrobců vyrábí komponenty draku.[relevantní? – diskutovat]

Svislý stabilizátor Airbus A310 -300, poprvé vzlétl v roce 1985, byla první primární struktura z uhlíkových vláken použitá v a komerční letadla; kompozity se stále více používají, protože v dopravních letadlech Airbus: horizontální stabilizátor A320 v roce 1987 a A330 /A340 v roce 1994, a střední křídlo-box a zadní část trupu A380 v roce 2005.[2]

The Cirrus SR20, typově certifikováno v roce 1998 byla první široce vyráběná všeobecné letectví letadlo vyrobené s celokompozitní konstrukcí, následované několika dalšími lehké letadlo v roce 2000.[9]

The Boeing 787, poprvé vzlétl v roce 2009, byl prvním komerčním letadlem s 50% své konstrukční hmotnosti vyrobeným z kompozitů z uhlíkových vláken, spolu s 20% hliníku a 15% titanu: materiál umožňuje nižší odpor, vyšší poměr stran křídla a vyšší natlakování kabiny; konkurenční Airbus A350, nalétáno v roce 2013, je 53% uhlíkových vláken podle konstrukční hmotnosti.[2] Má jednodílný trup z uhlíkových vláken, který nahradil „1200 hliníkových plechů a 40 000 nýtů“.[10]

2013 Bombardier CSeries mít infuzní křídlo pro přenos pryskyřice ze suchých vláken s nízkou hmotností slitina hliníku a lithia trup pro odolnost proti poškození a opravitelnost, což je kombinace, která by mohla být použita pro budoucnost letadla s úzkým trupem.[2] V roce 2016 Cirrus Vision SF50 se stal prvním certifikovaným světelný paprsek vyrobeno výhradně z kompozitů z uhlíkových vláken.

V únoru 2017 nainstaloval Airbus a 3D tisk stroj pro použití titanových konstrukčních dílů letadel aditivní výroba elektronového paprsku z Sciaky, Inc..[11]

Hmotnostní složení dopravního letadla[12]
MateriálB747B767B757B777B787A300B4
Hliník81%80%78%70%20%77%
Ocel13%14%12%11%10%12%
Titan4%2%6%7%15%4%
Kompozity1%3%3%11%50%4%
jiný1%1%1%1%5%3%

Bezpečnost

Výroba draku se stala náročným procesem. Výrobci pracují pod přísnou kontrolou kvality a vládními předpisy. Odchylky od zavedených standardů se stávají předmětem velkého zájmu.[13]

DH106 Comet 3 G-ANLO demonstrating at the 1954 Farnborough Airshow

Mezník v leteckém designu, první na světě tryskové letadlo, de Havillandská kometa, poprvé vzlétl v roce 1949. Brzy modely trpěly katastrofickým drakem únava kovu, což způsobilo řadu široce propagovaných nehod. The Royal Aircraft Establishment vyšetřování v Letiště Farnborough založila vědu o rekonstrukci havárie letadla. Po 3000 cyklech natlakování ve speciálně konstruované tlakové komoře bylo zjištěno, že porucha draku byla způsobena koncentrací napětí, což je důsledkem čtvercových oken. Okna byla zkonstruována k lepení a nýtování, ale byla pouze nýtovaná. Na rozdíl od nýtování vrtáním může nedokonalá povaha díry vytvořená nýtováním způsobit začátek únavových trhlin kolem nýtu.

The Lockheed L-188 Electra turboprop, poprvé vzlétl v roce 1957, se stal nákladnou lekcí v ovládání kmitání a plánování kolem únava kovu. Jeho havárie z roku 1959 Braniff Flight 542 ukázal obtíže, které drakový průmysl a jeho letecká linka zákazníci mohou zažít při přijímání nových technologie.

Incident nese srovnání s Airbus A300 srážka při vzletu Let společnosti American Airlines 587 v roce 2001, po jeho vertikální stabilizátor se odtrhl od trup, upozornil na problémy spojené s provozem, údržbou a konstrukcí kompozitní materiály které se používají v mnoha nedávných drakech.[14][15][16] A300 zažil další strukturální problémy, ale nic takového.

Viz také

Reference

  1. ^ „Definice FAA“. Citováno 2020-04-30.
  2. ^ A b C d E F G h i j k l m Graham Warwick (21. listopadu 2016). „Designy, které změnily způsob výroby letadel“. Týden letectví a vesmírné technologie.
  3. ^ A b C Richard P. Hallion (červenec 2008). „Letadla, která transformovala letectví“. Vzdušný a vesmírný časopis. Smithsonian.
  4. ^ Wagner, Ray & Nowarra, Heinz (1971). Německá bojová letadla: Komplexní průzkum a historie vývoje německých vojenských letadel v letech 1914 až 1945. New York: Doubleday. 75 a 76.
  5. ^ David A. Weiss (1996). Sága cínové husy. Cumberland Enterprises.
  6. ^ Peter M. Bowers (1986). DC-3: 50 let legendárního letu. Tabulátory.
  7. ^ Charles D. Bright (1978). The Jet Makers: Aerospace Industry v letech 1945 až 1972. Regents Press of Kansas.
  8. ^ Letectví a kosmonautika. Klíč k databázi kovů. INI International. 2005. Archivovány od originál dne 2006-03-08.
  9. ^ „Top 100 Airplanes: Platinum Edition“. Létající. 11. listopadu 2013. str. 11.
  10. ^ Leslie Wayne (7. května 2006). „Boeing vsadí dům na svůj 787 Dreamliner“. New York Times.
  11. ^ Graham Warwick (11. ledna 2017). "Airbus na 3-D tiskové struktury draku letadla". Týden letectví a vesmírné technologie.
  12. ^ Jörg Woidasky; Christian Klinke; Sebastian Jeanvré (listopad 2017). „Materiálová zásoba civilní letecké flotily“ (PDF). Recyklace.
  13. ^ Florence Graves a Sara K. Goo (17. dubna 2006). „Díly a pravidla společnosti Boeing jsou ohnuté, píšťalky říkají“. Washington Post. Citováno 23. dubna 2010.
  14. ^ Todd Curtis (2002). „Vyšetřování pádu letu American Airlines č. 587“. AirSafe.com.
  15. ^ James H. Williams, Jr. (2002). „Let 587“. Massachusetts Institute of Technology.
  16. ^ Sara Kehaulani Goo (27. října 2004). „NTSB uvádí chybu pilota v roce 2001 po havárii N.Y.“. Washington Post. Citováno 23. dubna 2010.

Další čtení