Изобретение самолета позволило не только осуществить древнейшую мечту человечества - покорить небо, но и создать самый быстрый вид транспорта. В отличие от воздушных шаров и дирижаблей, самолеты мало зависят от капризов погоды, способны преодолевать большие расстояния на высокой скорости. Составные части самолета состоят из следующих конструктивных групп: крыла, фюзеляжа, оперения, взлетно-посадочных устройств, силовой установки, управляющих систем, различного оборудования.

Принцип действия

Самолет - летательный аппарат (ЛА) тяжелее воздуха, оборудованный силовой установкой. При помощи этой важнейшей части самолета создается необходимая для осуществления полета тяга - действующая (движущая) сила, которую развивает на земле или в полете мотор (воздушный винт или реактивный двигатель). Если винт расположен перед двигателем, он называется тянущим, а если сзади - толкающим. Таким образом, двигатель создает поступательное движение самолета относительно окружающей среды (воздуха). Соответственно, относительно воздуха движется и крыло, которое создает подъемную силу в результате этого поступательного движения. Поэтому аппарат может держаться в воздухе только при наличии определенной скорости полета.

Как называются части самолета

Корпус состоит из следующих основных частей:

• Фюзеляж - это главный корпус самолета, связывающий в единое целое крылья (крыло), оперения, силовую систему, шасси и другие составляющие. В фюзеляже размещаются экипаж, пассажиры (в гражданской авиации), оборудование, полезная нагрузка. Также может размещаться (не всегда) топливо, шасси, моторы и т. д.
• Двигатели используются для приведения в движение ЛА.
• Крыло - рабочая поверхность, призванная создавать подъемную силу.
• Вертикальное оперение предназначено для управляемости, балансировки и путевой устойчивости самолета относительно вертикальной оси.
• Горизонтальное оперение предназначено для управляемости, балансировки и путевой устойчивости самолета относительно горизонтальной оси.

Крылья и фюзеляж

Основная часть конструкции самолета - крыло. Оно создает условия для выполнения главного требования для возможности полета - наличие подъемной силы. Крыло крепится к корпусу (фюзеляжу), который может иметь ту или иную форму, но по возможности с минимальным аэродинамическим сопротивлением. Для этого ему предоставляют удобно обтекаемую каплеобразную форму.

Передняя часть самолета служит для размещения кабины пилотов и радиолокационных систем. В задней части находится так называемое хвостовое оперение. Оно служит для обеспечения управляемости во время полета.

Конструкция оперения

Рассмотрим среднестатистический самолет, хвостовая часть которого выполнена по классической схеме, характерной для большинства военных и гражданских моделей. В этом случае горизонтальное оперение будет включать неподвижную часть - стабилизатор (от латинского Stabilis, устойчивый) и подвижную - руль высоты.

Стабилизатор служит для придания устойчивости ЛА относительно поперечной оси. Если нос летательного аппарата опустится, то, соответственно, хвостовая часть фюзеляжа вместе с оперением поднимется вверх. В этом случае давление воздуха на верхней поверхности стабилизатора увеличится. Создаваемое давление вернет стабилизатор (соответственно, и фюзеляж) в исходное положение. При подъеме носа фюзеляжа вверх давление потока воздуха увеличится на нижней поверхности стабилизатора, и он снова вернется в исходное положение. Таким образом, обеспечивается автоматическая (без вмешательства пилота) устойчивость ЛА в его продольной плоскости относительно поперечной оси.

Задняя часть самолета также включает вертикальное оперение. Аналогично горизонтальному, оно состоит из неподвижной части - киля, и подвижной - руля направления. Киль придает устойчивость движения самолету относительно его вертикальной оси в горизонтальной плоскости. Принцип действия киля подобен действию стабилизатора - при отклонении носа влево киль отклоняется вправо, давление на его правой плоскости увеличивается и возвращает киль (и весь фюзеляж) в прежнее положение.

Таким образом, относительно двух осей устойчивость полета обеспечивается оперением. Но осталась еще одна ось - продольная. Для предоставления автоматической устойчивости движения относительно этой оси (в поперечной плоскости) консоли крыла планера размещают не горизонтально, а под некоторым углом относительно друг друга так, что концы консолей отклонены вверх. Такое размещение напоминает букву «V».

Системы управления

Рулевые поверхности - важные части самолета, предназначенные для управления К ним относятся элероны, рули направления и высоты. Управление обеспечивается относительно тех же трех осей в тех же трех плоскостях.

Руль высоты - это подвижная задняя часть стабилизатора. Если стабилизатор состоит из двух консолей, то соответственно есть и два руля высоты, которые отклоняются вниз или вверх, оба синхронно. С его помощью пилот может менять высоту полета летательного аппарата.

Руль направления - это подвижная задняя часть киля. При его отклонены в ту или иную сторону на нем возникает аэродинамическая сила, которая вращает самолет относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс, в противоположную сторону от направления отклонения руля. Вращение происходит до тех пор, пока пилот не вернет руль в нейтральное (не отклоненное положение), и ЛА будет осуществлять движение уже в новом направлении.

Элероны (от франц. Aile, крыло) - основные части самолета, представляющие собой подвижные части консолей крыла. Служат для управления самолетом относительно продольной оси (в поперечной плоскости). Так как консолей крыла две, то и элеронов также два. Они работают синхронно, но, в отличие от рулей высоты, отклоняются не в одну сторону, а в разные. Если один элерон отклоняется вверх, то другой вниз. На консоли крыла, где элерон отклонен вверх, подъемная сила уменьшается, а где вниз - увеличивается. И фюзеляж ЛА вращается в сторону поднятого элерона.

Двигатели

Все самолеты оснащаются силовой установкой, позволяющей развить скорость, и, следовательно, обеспечить возникновение подъемной силы. Двигатели могут размещаться в задней части самолета (характерно для реактивных ЛА), спереди (легкомоторные аппараты) и на крыльях (гражданские самолеты, транспортники, бомбардировщики).

Они подразделяются на:

• Реактивные - турбореактивные, пульсирующие, двухконтурные, прямоточные.
• Винтовые - поршневые (винтомоторные), турбовинтовые.
• Ракетные - жидкостные, твердотопливные.

Прочие системы

Безусловно, другие части самолета также важны. Шасси позволяют взлетать и садиться с оборудованных аэродромов. Существуют самолеты-амфибии, где вместо шасси используются специальные поплавки - они позволяют осуществлять взлет и посадку в любом месте, где есть водоем (море, река, озеро). Известны модели легкомоторных самолетов, оснащенных лыжами, для эксплуатации в районах с устойчивым снежным покровом.

Напичканы электронным оборудованием, устройствами связи и передачи информации. В военной авиации используются сложные системы вооружения, обнаружения целей и подавления сигналов.

Классификация

По назначению самолеты делятся на две большие группы: гражданские и военные. Основные части пассажирского самолета отличаются наличием оборудованного салона для пассажиров, занимающего большую часть фюзеляжа. Отличительной чертой являются иллюминаторы по бокам корпуса.

Гражданские самолеты подразделяются на:

• Пассажирские - местных авиалиний, магистральные ближние (дальность меньше 2000 км), средние (дальность меньше 4000 км), дальние (дальность меньше 9000 км) и межконтинентальные (дальность более 11 000 км).
• Грузовые - легкие (масса груза до 10 т), средние (масса груза до 40 т) и тяжелые (масса груза более 40 т).
• Специального назначения - санитарные, сельскохозяйственные, разведывательные (ледовая разведка, рыборазведка), противопожарные, для аэрофотосъемки.
• Учебные.

В отличие от гражданских моделей, части военного самолета не имеют комфортабельного салона с иллюминаторами. Основную часть фюзеляжа занимают системы вооружения, оборудование для разведки, связи, двигатели и другие агрегаты.

По назначению современные военные самолеты (учитывая боевые задачи, которые они выполняют), можно разделить на следующие типы: истребители, штурмовики, бомбардировщики (ракетоносцы), разведчики, военно-транспортные, специальные и вспомогательного назначения.

Устройство самолетов

Устройство летательных аппаратов зависит от аэродинамической схемы, по которой они выполнены. Аэродинамическая схема характеризуется количеством основных элементов и расположением несущих поверхностей. Если носовая часть самолета у большинства моделей похожа, то расположение и геометрия крыльев и хвостовой части могут сильно разниться.

Различают следующие схемы устройства ЛА:

• «Классическая».
• «Летающее крыло».
• «Утка».
• «Бесхвостка».
• «Тандем».
• Конвертируемая схема.
• Комбинированная схема.

Самолеты, выполненные по классической схеме

Рассмотрим основные части самолета и их назначение. Классическая (нормальная) компоновка узлов и агрегатов характерна для большинства аппаратов мира, будь-то военных либо гражданских. Главный элемент - крыло - работает в чистом невозмущенном потоке, который плавно обтекает крыло и создает определенную подъемную силу.

Носовая часть самолета является сокращенной, что приводит к уменьшению требуемой площади (а следовательно, и массы) вертикального оперения. Это потому, что носовая часть фюзеляжа вызывает дестабилизирующий путевой момент относительно вертикальной оси самолета. Сокращение носовой части фюзеляжа улучшает обзор передней полусферы.

Недостатками нормальной схемы являются:

• Работа горизонтального оперения (ГО) в скошенном и возмущенном крылом потоке значительно снижает его эффективность, что вызывает необходимость применения оперения большей площади (а, следовательно, и массы).
• Для обеспечения устойчивости полета вертикальное оперение (ВО) должно создавать негативную подъемную силу, то есть направленную вниз. Это снижает суммарный КПД самолета: из величины подъемной силы, которую создает крыло, надо отнять силу, которая создается на ГО. Для нейтрализации этого явления следует применять крыло увеличенной площади (а, следовательно, и массы).

Устройство самолета по схеме «утка»

При данной конструкции основные части самолета размещаются иначе, чем в «классических» моделях. Прежде всего, изменения коснулись компановки горизонтального оперения. Оно располагается перед крылом. По этой схеме построили свой ​​первый самолет братья Райт.

Преимущества:

• Вертикальное оперение работает в невозмущенном потоке, что повышает его эффективность.
• Для обеспечения устойчивости полета оперение создает положительную подъемную силу, то есть она добавляется к подъемной силе крыла. Это позволяет уменьшить его площадь и, соответственно, массу.
• Естественная «противоштопорная» защита: возможность перевода крыльев на закритические углы атаки для «уток» исключена. Стабилизатор устанавливается так, что он получает больший угол атаки по сравнению с крылом.
• Перемещение фокуса самолета назад при увеличении скорости при схеме «утка» происходит в меньшей степени, чем при классической компоновке. Это приводит к меньшим изменениям степени продольной статической устойчивости самолета, в свою очередь, упрощает характеристики его управления.

Недостатки схемы «утка»:

• При срыве потока на оперениях происходит не только выход самолета на меньшие углы атаки, но и его «проседания» вследствие уменьшения его общей подъемной силы. Это особенно опасно в режимах взлета и посадки из-за близости земли.
• Наличие в носовой части фюзеляжа механизмов оперения ухудшает обзор нижней полусферы.
• Для уменьшения площади переднего ГО длина носовой части фюзеляжа делается значительной. Это приводит к увеличению дестабилизирующего момента относительно вертикальной оси, и, соответственно, к увеличению площади и массы конструкции.

Самолеты, выполненные по схеме «бесхвостка»

В моделях данного типа нет важной, привычной части самолета. Фото летательных аппаратов «бесхвосток» («Конкорд», «Мираж», «Вулкан») показывает, что у них отсутствует горизонтальное оперение. Основными преимуществами такой схемы являются:

• Уменьшение лобового аэродинамического сопротивления, что особенно важно для самолетов с большой скоростью, в частности, крейсерской. При этом уменьшаются затраты топлива.
• Большая жесткость крыла на кручение, что улучшает его характеристики аэроупругости, достигаются высокие характеристики маневренности.

Недостатки:

• Для балансировки на некоторых режимах полета часть средств механизации задней кромки и рулевых поверхностей надо отклонять вверх, что уменьшает общую подъемную силу самолета.
• Совмещение органов управления ЛА относительно горизонтальной и продольной осей (вследствие отсутствия руля высоты) ухудшает характеристики его управляемости. Отсутствие специализированного оперения заставляет рулевые поверхности находятся на задней кромке крыла, выполнять (при необходимости) обязанности и элеронов, и рулей высоты. Эти рулевые поверхности называются элевоны.
• Использование части средств механизации для балансировки самолета ухудшает его взлетно-посадочные характеристики.

«Летающее крыло»

При данной схеме фактически нет такой части самолета, как фюзеляж. Все объемы, необходимые для размещения экипажа, полезной нагрузки, двигателей, топлива, оборудования находятся в середине крыла. Такая схема имеет следующие преимущества:

• Наименьшее аэродинамическое сопротивление.
• Наименьшая масса конструкции. В этом случае вся масса приходится на крыло.
• Так как продольные размеры самолета небольшие (из-за отсутствия фюзеляжа), дестабилизирующий момент относительно его вертикальной оси является незначительным. Это позволяет конструкторам либо существенно уменьшить площадь ВО, либо вообще отказаться от него (у птиц, как известно, вертикальное оперение отсутствует).

К недостаткам относится сложность обеспечения устойчивости полета ЛА.

«Тандем»

Схема «тандем», когда два крыла располагаются один за другим, применяется нечасто. Такое решение используется для увеличения площади крыла при тех же значениях его размаха и длины фюзеляжа. Это уменьшает удельную нагрузку на крыло. Недостатками такой схемы является большое увеличение момента инерции, особенно в отношении поперечной оси самолета. Кроме того, при увеличении скорости полета изменяются характеристики продольной балансировки самолета. Рулевые поверхности на таких самолетах могут располагаться как непосредственно на крыльях, так и на оперении.

Комбинированная схема

В этом случае составные части самолета могут комбинироваться с использованием различных конструкционных схем. Например, горизонтальное оперение предусмотрено и в носовой, и в хвостовой части фюзеляжа. На них может быть использовано так называемое непосредственное управление подъемной силой.

При этом носовое горизонтальное оперение совместно с закрылками создают дополнительную подъемную силу. Момент тангажа, который возникает в этом случае, будет направлен на увеличение угла атаки (нос самолета поднимается). Для парирования этого момента хвостовое оперение должно создать момент на уменьшение угла атаки (нос самолета опускается). Для этого сила на хвостовую часть должна быть направлена ​​также вверх. То есть происходит приращение подъемной силы на носовом ГО, на крыле и на хвостовом ГО (а следовательно, и на всем самолете) без поворота его в продольной плоскости. В этом случае самолет просто поднимается без всякой эволюции относительно своего центра масс. И наоборот, при такой аэродинамической компоновке самолета он может осуществлять эволюции относительно центра масс в продольной плоскости без изменения траектории своего полета.

Возможность осуществлять такие маневры значительно улучшают тактико-технические характеристики маневренных самолетов. Особенно в сочетании с системой непосредственного управления боковой силой, для осуществления которой самолет должен иметь не только хвостовое, а еще и носовое продольное оперение.

Конвертируемая схема

Построенного по конвертируемой схеме, отличается наличием дестабилизатора в носовой части фюзеляжа. Функцией дестабилизаторов является уменьшение в определенных пределах, а то и полное исключение смещения назад аэродинамического фокуса самолета на сверхзвуковых режимах полета. Это увеличивает маневренные характеристики ЛА (что важно для истребителя) и увеличивает дальность или уменьшает расход топлива (это важно для сверхзвукового пассажирского самолета).

Дестабилизаторы могут также использоваться на режимах взлета/посадки для компенсации момента пикирования, который вызывается отклонением взлетно-посадочной механизации (закрылков, щитков) или носовой части фюзеляжа. На дозвуковых режимах полета дестабилизатор скрывается в середине фюзеляжа или устанавливается в режим работы флюгера (свободно ориентируется по потоку).

Рулем высоты и элеронами управляют при помощи ручки управления или штурвальной колонки. Ручка (рис. 10.1) пред­ставляет собой вертикальный неравноплечий рычаг с двумя степе­нями свободы, т. е. поворачивающийся вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. При движении ручки вперед и назад от­клоняется руль высоты, при перемещении ручки влево и вправо (поворот вокруг оси а - а) отклоняются элероны. Независимость действия руля высоты и элеронов достигается размещением шарни­ра О на оси а - а.

На тяжелых самолетах вследствие большой площади рулей высоты и элеронов увеличиваются нагрузки, потребные для откло­нения рулей. В этом случае самолетом удобнее управлять с помо­щью штурвальной колонки (рис. 10.2). Подобных колонок на само­лете две: одной управляет командир корабля, другой - второй пилот. Каждая колонка состоит из дюралюминиевой трубы, головки штурвала и нижнего узла - опоры штурвальной колонки, в торцах которого заделаны шарикоподшипники.

В нижней части колонки имеется рычаг, к которому присоединены тяги управления рулем высоты. Тяги управления элеронами соединены с качалками, уста­новленными на кронштейнах. На каждом штурвале установлены кнопки управления связной радиостанцией, включения и отключе­ния автопилота, самолетного переговорного устройства и нажимной переключатель управления триммером руля высоты.

Рис. 12.3. Пульт ножного управления

Для управления рулем направления предназначены педали двух типов: перемещающиеся в горизонтальной плоскости и пе­ремещающиеся в вертикальной плоскости. Педали в горизонталь­ной плоскости перемещаются по прямолинейным направляющим или на шарнирном параллелограмме, собранном из стальных тонкостенных труб. Параллелограмм обеспечивает прямолинейное перемещание педалей без их поворота, что необходимо для удоб­ного и неутомительного положения ступни ноги пилота. Педали, перемещающиеся в вертикальной плоскости, имеют верхнюю или нижнюю подвеску. Положение педалей можно регулировать, под­гоняя под рост пилота.

Пульт ножного управления (рис. 10.3) состоит из трех щек Щ между которыми на штангах 11, соединенных с трубой 8, подвеше­ны педали 6. Каждая педаль пальцем 13, проходящим внутри оси педали, связана с секторной качалкой 5. Верхняя часть секторных качалок тягами 4 и 3 соединена с рычагами горизонтальной тру­бы 2. На трубе 2 закреплен рычаг 7, к которому присоединена тяга 1, идущая к рулю поворота. При нажатии, например, на левую педаль (от пилота), повернется секторная качалка 5, которая через тягу 3 вызовет поворот трубы 2 против часовой стрелки. Это дви­жение в свою очередь через тягу 4 вызовет поворот секторной ка­чалки правой педали в противоположную сторону. Пальцы служат для регулировки педалей по росту пилота. Регулирование выпол­няют следующим образом: пилот отжимает вбок рычаг защелки 12 и тем самым выводит палец 13 из зацепления с сектором 5. Пружи­на (на рисунке не показана) поворачивает педаль в сторону пилота.

Проводка управления (рис. 9.4) может быть гибкой, жесткой либо смешанной.

Гибкая проводка управления выполняется из тонких стальных тросов, диаметр которых выбирается в зависимости от действующей нагрузки и не превышает 8 мм . Так как тросы могут работать только на растяжение, то управление рулями в таком слу­чае выполняется по двухпроводной схеме. Отдельные участки тро­сов соединяются тандерами. Трос к тандерам и секторам крепится коушами (рис. 9.5). Для уменьшения провисания тросов на прямо­линейных участках используют текстолитовые направляющие, в местах перегиба троса устанавливают ролики с шариковыми под­шипниками.

Жесткая проводка представляет собой систему жестких тяг и качалок. Качалки служат промежуточными опорами, которые необходимы для деления тяг на сравнительно короткие участки. Чем короче тяга, тем меньше вероятность вибраций. Но чем больше разъемов у тяг, тем больше масса проводки.

Рис. 9.4. Схема тросовой (а) и жесткой (б) проводок управления

1 - педаль; 2 - ролик; 3 - трос; 4 - руль поворота; 5 - руль высоты; 6 - качалка; 7 -элерон; 8 - тяги; 9 - штурвал

Для повышения надёжности управления каждая из тяг выполняется из двух труб и вставленных одна в другую. Основная труба - наружная, внутренняя дублер основной. Каждая труба в отдельности может полностью воспринять расчетную нагрузку, приходящуюся на эту тягу. Дос­тоинства жесткой проводки следующие: отсутствие вытяжки про­водки при эксплуатации, что исключает возможность образования люфтов; малые силы трения; высокая живучесть. Недостатки жест­кой проводки по сравнению с гибкой - большая масса и потреб­ность в значительных объемах для ее размещения. Гибкую проводку не следует применять при передаче больших усилий, а также в тех случаях, когда от управления требуется большая точность исполнения

Для поддержания тросов управления и изменения их направления применяют ролики 1 , которые прессуют из текстолита-крошки и для уменьшения трения

монтируют на шарикоподшипниках.

Кронштейны 2 крепления роликов обычно литые и изготавливаются из

магниевых сплавов.

прямая

Тяги жесткой проводки 2 монтируют на качалках 1 и роликовых направляющих 3.

Качалки служат для изменения направления движения рис. 9.7 (а ),а также изменения

усилия в тягах рис. 9.7 (б ). Все качалки имеют шарикоподшипники, обычно допускающие незначительный перекос колец. Подобные подшипники исключают

возможность заеданий от перекосов при неточностях монтажа или при деформациях

(повреждениях) самолёта.

На участках, где тяги совершают прямолинейное движение, ус­танавливают роликовые направляющие. Больше двух роликовых направляющих на одной тяге ставить нельзя, так как при дефор­мациях самолета это приводит к заеданию проводки. Направляю­щие имеют фланцы-крепления к фюзеляжу. В ушки направляющих, расположенных под углом 120° друг относительно друга, вмонтиро­ваны три шарикоподшипника, на наружные кольца которых напрес­сованы бандажные втулки. Между этими подшипниками и пере­мещается тяга. Управление механизацией крыла осуществляется или приводом с механической трансмиссией, или силовыми цилинд­рами гидросистемы самолета. При механической трансмиссии по­верхности управления перемещаются винтовыми механизмами, вращение которых от привода передается через угловые редукторы вращающимися валами. Каждая секция закрылка, интерцептора и другой отклоняющейся поверхности перемещается двумя винто­выми механизмами и силовыми цилиндрами. Приводом пилот уп­равляет дистанционно с помощью механической (тросовой) или электрической проводки.

Для защиты трансмиссии от перегрузки в нее включают ограничители крутящих моментов и эластичные муфты. По концам трансмиссии устанавливают датчики асимметрии поверхности уп­равления. Асимметричное перемещение, например, в случае обрыва вала трансмиссии, может привести к крену самолета, который с помощью элеронов не всегда можно парировать. Система защиты от асимметрии сравнивает положение левых и правых поверхностей управления и при наличии разности отклонения выше допустимой прерывают цепь управления приводами. Валы трансмиссии пустотелые, имеют промежуточные опоры, гермовыводы в местах выхода из фюзеляжа в крыле, карданные соединения для компенсации неточностей сборки и отклонения осей. В систему управления механизацией входит также система сигнализации и контроля положения.

Самолёт – воздушное судно, без которого сегодня представить перемещение людей и грузов на большие расстояния невозможно. Разработка конструкции современного самолета, а также создание отдельных его элементов представляется важной и ответственной задачей. К этой работе допускают только высококвалифицированных инженеров, профильных специалистов, так как небольшая ошибка в расчётах или производственный брак приведут к фатальным последствиям для пилотов и пассажиров. Не представляет секрет, что любой самолёт имеет фюзеляж, несущие крылья, силовой агрегат, систему разнонаправленного управления и взлетно-посадочные устройства.

Ниже изложенная информация об особенностях устройства составных частей самолёта будет интересна для взрослых и детей, занимающихся конструкторской разработкой моделей летательных аппаратов, а также отдельных элементов.

Фюзеляж самолёта

Основной частью самолета является фюзеляж. На нем закрепляются остальные конструктивные элементы: крылья, хвост с оперением, шасси, а внутри размещается кабина управления, технические коммуникации, пассажиры, грузы и экипаж воздушного судна. Корпус самолёта собирается из продольных и поперечных силовых элементов, с последующей обшивкой металлом (в легкомоторных версиях – фанерой или пластиком).

Требования при проектировании фюзеляжа самолёта предъявляется к весу конструкции и максимальным характеристикам прочности. Добиться этого позволяет использование следующих принципов:

1. Корпус фюзеляжа самолёта выполняется в форме, снижающей лобовое сопротивление воздушным массам и способствующей возникновению подъемной силы. Объем, габариты самолёта должны быть пропорционально взвешены;
2. При проектировании предусматривают максимально плотную компоновку обшивки и силовых элементов корпуса для увеличения полезного объема фюзеляжа;
3. Сосредотачивают внимание на простоте и надежности крепления крыловых сегментов, взлётно-посадочного оборудования, силовой установки;
4. Места крепления грузов, размещения пассажиров, расходных материалов должны обеспечивать надёжное крепление и баланс самолёта при различных условиях эксплуатации;

1. Место размещения экипажа должно предоставлять условия комфортного управления самолётом, доступ к основным приборам навигации и управления при экстремальных ситуациях;
2. В период обслуживания самолёта предусмотрена возможность беспрепятственно провести диагностику и ремонт вышедших из строя узлов и агрегатов.

Прочность корпуса самолёта обязана обеспечивать противодействие нагрузкам при различных полётных условиях, в том числе:

• нагрузки в местах крепления основных элементов (крылья, хвост, шасси) в режимах взлёта и приземления;
• в полётный период выдерживать аэродинамическую нагрузку, с учётом инерционных сил веса самолёта, работы агрегатов, функционирования оборудования;
• перепады давления в герметически ограниченных отделах самолёта, постоянно возникающие при лётных перегрузках.

К основным типам конструкции корпуса самолёта относят плоский, одно,- и двухэтажный, широкий и узкий фюзеляж. Положительно зарекомендовали себя и используются фюзеляжи балочного типа, включающие варианты компоновки, которые носят название:

1. Обшивочные – конструкция исключает продольно расположенные сегменты, усиление происходит за счёт шпангоутов;
2. Лонжеронные – элемент имеет значительные габариты, и непосредственная нагрузка ложится именно на него;
3. Стрингерные – имеют оригинальную форму, площадь и сечение меньше, чем в лонжеронном варианте.

Важно! Равномерное распределение нагрузки на все части самолёта осуществляется за счёт внутреннего каркаса фюзеляжа, который представлен соединением различных силовых элементов по всей длине конструкции.

Конструкция крыла

Крыло – один из основных конструктивных элементов самолёта, обеспечивающий создание подъёмной силы для полёта и маневрирования в воздушных массах. Крылья используют для размещения взлётно-посадочных устройств, силового агрегата, топлива и навесного оборудования. От правильного сочетания веса, прочности, жёсткости конструкции, аэродинамики, качества изготовления зависят эксплуатационные и лётные характеристики самолёта.

Основными частями крыла называется следующий перечень элементов:

1. Корпус, сформированный из лонжеронов, стрингеров, нервюров, обшивки;
2. Предкрылки и закрылки, обеспечивающие плавный взлёт и посадку;
3. Интерцепторы и элероны – посредством них осуществляется управление самолётом в воздушном пространстве;
4. Щитки тормозные, предназначенные для уменьшения скорости движения во время посадки;
5. Пилоны, необходимые для крепления силовых агрегатов.

Конструктивно-силовая схема крыла (наличие и расположение деталей при нагрузочном воздействии) должна обеспечивать устойчивое противодействие силам кручения, сдвига и изгиба изделия. К ней относятся продольные, поперечные элементы, а также внешняя обшивка.

1. К поперечным элементам относят нервюры;
2. Продольный элемент представлен лонжеронами, которые могут быть в виде монолитной балки и представлять ферму. Располагаются по всему объёму внутренней части крыла. Участвуют в придании жёсткости конструкции, при воздействии сгибающей и поперечной силы на всех этапах полёта;
3. Стрингер также относят к продольным элементам. Его размещение – вдоль крыла по всему размаху. Работает как компенсатор осевого напряжения нагрузок изгиба крыла;
4. Нервюры – элемент поперечного размещения. В конструкции представлены фермами и тонкими балками. Придаёт профиль крылу. Обеспечивает жесткость поверхности при распределении равномерной нагрузки во время создания полётной воздушной подушки, а также крепления силового агрегата;
5. Обшивка придаёт форму крылу, обеспечивая максимальную аэродинамическую подъёмную силу. Вместе с другими элементами конструкции увеличивает жёсткость крыла и компенсирует действие внешних нагрузок.

Классификация крыльев самолёта осуществляется в зависимости от конструктивных особенностей и степени работы наружной обшивки, в том числе:

1. Лонжеронного типа. Характеризуются незначительной толщиной обшивки, образующей замкнутый контур с поверхностью лонжеронов.
2. Моноблочного типа. Основная внешняя нагрузка распределяется по поверхности толстой обшивки, закреплённой массивным набором стрингеров. Обшивка может быть монолитной или состоять из нескольких слоёв.

Важно! Стыковка частей крыльев, последующее их крепление должны обеспечивать передачу, распределение изгибающего и крутящего моментов, возникающих при различных режимах эксплуатации.

Авиадвигатели

Благодаря постоянному совершенствованию авиационных силовых агрегатов продолжается развитие современного самолётостроения. Первые полёты не могли быть длительными и совершались исключительно с одним пилотом именно потому, что не существовало мощных двигателей, способных развить необходимую тяговую силу. За весь прошедший период авиацией использовались следующие типы двигателей самолёта:

1. Паровые. Принцип работы заключался в преобразовании энергии пара в поступательное движение, передающееся на винт самолёта. Из-за низкого коэффициента полезного действия использовался непродолжительное время на первых авиамоделях;
2. Поршневые – стандартные двигатели с внутренним сгоранием топлива и передачей крутящего момента на винты. Доступность изготовления из современных материалов позволяет их использование до настоящего времени на отдельных моделях самолётов. КПД представлен не более 55.0%, но высокая надежность и неприхотливость в обслуживании делают двигатель привлекательным;

1. Реактивные. Принцип действия основан на преобразовании энергии интенсивного сгорания авиационного топлива в необходимую для полёта тягу. Сегодня такой тип двигателей наиболее востребован в авиастроительстве;
2. Газотурбинные. Работают по принципу пограничного нагрева и сжатия газа сгорания топлива, направленного на вращение турбинного агрегата. Получили широкое распространение в авиации военного назначения. Используются в самолётах типа Су-27, МиГ-29, F-22, F-35;
3. Турбовинтовые. Один из вариантов газотурбинных двигателей. Но полученная при работе энергия преобразовывается в приводную для винта самолёта. Небольшая её часть используется для образования реактивной толкающей струи. Применяют, в основном, в гражданской авиации;
4. Турбовентиляторные. Характеризуются высоким КПД. Применяемая технология нагнетания дополнительного воздуха для полного сгорания топлива обеспечивает максимальную эффективность работы и высокую экологическую безопасность. Такие двигатели нашли своё применение при создании больших авиалайнеров.

Важно! Перечень двигателей, разрабатываемых авиаконструкторами, вышеуказанным перечнем не ограничивается. В разное время неоднократно принимались попытки создавать различные вариации силовых агрегатов. В прошлом веке даже велись работы по конструированию атомных двигателей в интересах авиации. Опытные образцы были опробованы в СССР (ТУ-95, АН-22) и США (Convair NB-36H), но были сняты с испытания в связи с высокой экологической опасностью при авиационных катастрофах.

Органы управления и сигнализации

Комплекс бортового оборудования, командные и исполнительные устройства самолёта называют органами управления. Команды подаются из пилотной кабины, а выполняются элементами плоскости крыла, оперением хвоста. На разных типах самолётов используются различные типы систем управления: ручная, полуавтоматическая и полностью автоматизированная.

Органы управления, независимо от типа системы управления, разделяют следующим образом:

1. Основное управление, включающее в себя действия, отвечающие за регулировку лётных режимов, восстановление продольного баланса самолёта в заранее заданных параметров, они включают:

• рычаги, непосредственно управляемые пилотом (штурвал, рули высоты, горизонта, командные панели);
• коммуникации для соединения управляющих рычагов с элементами исполнительных механизмов;
• непосредственные исполняющие устройства (элероны, стабилизаторы, сполерные системы, закрылки, предкрылки).

1. Дополнительное управление, используемое при взлётном или посадочном режимах.

При применении ручного или полуавтоматического управления воздушным судном пилота можно считать неотъемлемой частью системы. Только он может проводить сбор и анализ информации о положении самолёта, нагрузочных показателях, соответствии направления полёта с плановыми данными, принимать соответствующее обстановке решение.

Для получения объективной информации о лётной обстановке, состоянии узлов самолёта пилот использует группы приборов, назовем основные:

1. Пилотажные и используемые для навигационных целей. Определяют координаты, горизонтальное и вертикальное положение, скорость, линейные отклонения. Контролируют угол атаки по отношению к встречному потоку воздуха, работу гироскопических устройств и многие не менее значимые параметры полёта. На современных моделях самолётов объединены в единый пилотажно-навигационный комплекс;
2. Для контроля работы силового агрегата. Обеспечивают пилота информацией о температуре и давлении масла и авиационного топлива, расход рабочей смеси, количество оборотов коленчатых валов, вибрационный показатель (тахометры, датчики, термометры и подобное);
3. Для наблюдения за функционированием дополнительного оборудования и авиационных систем. Включают в себя комплекс измерительных приборов, элементы которого размещены практически во всех конструктивных частях самолёта (манометры, указателя расходования воздуха, перепада давления в герметических закрытых кабинах, положения закрылков, стабилизирующих устройств и тому подобное);
4. Для оценки состояния окружающей атмосферы. Основными измеряемыми параметрами являются температура наружного воздуха, состояние атмосферного давления, влажность, скоростные показатели перемещения воздушных масс. Используются специальные барометры и другие адаптированные измерительные приборы.

Важно! Измерительные приборы, используемые для мониторинга состояния машины и внешней среды, специально разработаны и адаптированы для сложных условий эксплуатации.

Взлётно-посадочные системы 2280

Взлёт и посадку считают ответственными периодами при эксплуатации самолёта. В этот период возникают максимальные нагрузки на всю конструкцию. Гарантировать приемлемый разгон для поднятия в небо и мягкое касание поверхности посадочной полосы могут только надёжно сконструированные стойки шасси. В полете они служат дополнительным элементом придания жесткости крыльям.

Конструкция наиболее распространённых моделей шасси представлена следующими элементами:

• подкос складной, компенсирующий лотовые нагрузки;
• амортизатор (группа), обеспечивает плавность хода самолёта при движении по взлетно-посадочной полосе, компенсирует удары во время контакта с землёй, может устанавливаться в комплекте с демпферами-стабилизаторами;
• раскосы, выполняющие роль усилителя жесткости конструкции, могут называться стержнями, располагаются диагонально по отношению к стойке;
• траверсы, крепящиеся к конструкции фюзеляжа и крыльям стойки шасси;
• механизм ориентирования – для управления направлением движения на полосе;
• замочные системы, обеспечивающие крепление стойки в необходимом положении;
• цилиндры, предназначенные для выпуска и убирания шасси.

Сколько колес размещено у самолета? Количество колёс определяется в зависимости от модели, веса и назначения воздушного судна. Наиболее распространённым считают размещение двух основных стоек с двумя колёсами. Более тяжёлые модели – трёх стоечные (размещены под носовой частью и крыльях), четырёх стоечные – две основные и две дополнительные опорные.

Видео

Описанное устройство самолета даёт лишь общее представление об основных конструктивных составляющих, позволяет определить степень важности каждого элемента при эксплуатации воздушного судна. Дальнейшее изучение требует глубокой инженерной подготовки, наличия специальных знаний аэродинамики, сопротивления материалов, гидравлики и электрооборудования. На производственных предприятиях авиастроения этими вопросами занимаются люди, прошедшие обучение и специальную подготовку. Самостоятельно изучить все этапы создания самолёта можно, только для этого следует запастись терпением и быть готовым к получению новых знаний.

РГП «Государственный авиационный центр»

«Утверждаю»

Генеральный директор РГП

«Государственный авиационный центр»

______________Ж. Сандыбаев

«_______»____________2011 г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

проведению лекции по учебной дисциплине

РУКОВОДСТВО ПО ЛЕТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ТЕМА № 1.

Разработал: БУТЕНБАЕВ Б.С.

АСТАНА 2011 г.

Тема № 1

Общие данные самолета TL-2000

Описание самолета

1.2.1 Планер самолета

Легкомоторный самолет TЛ-2000 – двухместный самолет, с низкорасположенным крылом, из композиционных материалов, с рулем высоты.

Фюзеляж выполнен из многослойного пластика, в некоторых местах из трехслойного пластика, имеет овальное сечение для достижения оптимального соотношения жесткости, массы и аэродинамического сопротивления. В состав фюзеляжа входит встроенный топливный бак, кресла и основание пульта.

Шасси имеет три колеса и оборудовано гидравлическими дисковыми тормозами. На колесах главной опоры шасси тормоза установлены на пружине из многослойного пластика. Маневры выполняются с помощью колеса передней опоры шасси.

Ножное управление тормозами осуществляется из кабины летчика, управление тормозом каждого колеса является раздельным.

Колесо может быть оборудовано аэродинамическими кожухами.

Кресла в кабине летчика установлены рядом друг с другом. Кабина закрыта колпаком, который может быть прозрачным или более темных тонов, что позволяет обеспечить превосходный обзор. Фиксация колпака кабины осуществляется в трех точках с помощью замков. Принудительная вентиляция в верхней части контролируется с места летчика, кроме этого, вентиляция может быть оборудована нагнетательными окнами или окнами с боковым обдувом.

Пилотажное управление самолетом является спаренным и организовано по классической схеме. Управление рулем высоты осуществляется с помощью тяги, управление рулем направления тросовой проводкой. Управление элеронами и закрылками осуществляется с помощью тяг.

Используется крыло прямоугольной формы. Крыло полностью выполнено из композиционных материалов, основной и вспомогательные лонжероны выполнены из стеклопластика. Пылезащитный чехол имеет трехслойную структуру. Закрылки предусматривают установку в два положения.

Руль высоты также сделан из композиционных материалов. В состав руля высоты входит триммер, с помощью которого обеспечивается балансировка самолета в продольном направлении. Концепция руля высоты обеспечивает низкое аэродинамическое сопротивление самолета. Производителем фюзеляжа является компания TL Ultralight.

Топливная система

Топливная система представлена встроенным топливным баком из композиционных материалов в составе фюзеляжа. Топливная система оборудована топливомером, системой распределения, запорным краном, фильтром и механическим топливным насосом. Все элементы используются на двигателях типа 912 и 921S. Двигатель типа 914 Turbo оборудован электрической системой подачи топлива.

Топливный бак оборудован запираемой крышкой, установленной справа, в передней части фюзеляжа. Производителем топливной системы также является компания TL Ultralight.

Воздушный винт

Предусмотрена возможность использования воздушного винта фиксированного или изменяемого шага. Описание воздушного винта входит в состав поставки самолета и указано в инструкции по сборке и техническому обслуживанию воздушного винта.

Двигатель

Чаще всего используются двигатели типа Rotax 912, 912S и 914, которые обеспечивают превосходные динамические и полетные характеристики самолета. Двигатели типа Rotax 912, 912S и 914 представляют собой четырехтактные, четырехцилиндровые двигатели. Охлаждение головки цилиндров производится с помощью охлаждающей жидкости, охлаждение цилиндров – воздушное.

Двигатель оборудован редуктором с двумя карбюраторами. Подробная информация указана в инструкции по использованию двигателя.

Органы управления самолета и их работа

Ножное управление:

При нажатии на левую ножную педаль, самолет разворачивается влево при нахождении на земле или в воздухе; при нажатии на правую ножную педаль самолет разворачивается вправо при нахождении на земле или в воздухе.

Ручное управление:

При переводе летчиком ручки управления на себя самолет набирает высоту, при переводе ручки управления от себя самолет снижается.

Торможение:

Колеса главной опоры шасси оборудованы тормозами. При нажатии на верхнюю часть левой педали – производится торможение левого колеса; при нажатии на верхнюю часть правой педали – производится торможение правого колеса. При одновременном нажатии на обе верхние части педалей – производится торможение обоих колес главной опоры шасси.

Закрылки:

При нажатии на кнопку на ручном рычаге, установленном между креслами. и подъеме этого рычага вверх закрылки переводятся во второе выдвинутое положение. При нажатии на этот рычаг с одновременным нажатием на кнопку производится уборка закрылков.

Балансировка:

Рычаг балансировки в переднем положении соответствует балансировке «сильно вперед», заднее положение соответствует положению «сильно назад». Среднее положение соответствует балансировке для полета по маршруту.

Сектор газа:

Сектор газа в переднем положении соответствует положению полного газа. Сектор газа в заднем положении соответствует работе на малом газу.

1.4 Определение центра тяжести, допустимые и измеренные значения

1.3 Компоновка самолета На рисунках указаны все размеры. Комментарии к компоновке указаны в пункте 1.4

Материал

Индекс

Измене­ние

Дата

Подпись

Полуфабрикат

Допуск ISO 8015

Да

Точность ISO 2768

м

к

Проектирование

Масштаб

Кол-во шт.

Вес

кг

За чертеж отв.

Инж. М. Иванов

Утвердил

Комплект

Спецификация

Контроль

Т. Свобода

Дата

21.3.2001

Предыдущий чертеж

Название ТЛ-2000 STING

Номер чертежа STING-D-1

ЛИСТОВ

Лист

Самолет - сложный объект управления (рис.1.1). Основным элементом конструкции является планер, состоящий из фюзеляжа, крыла и оперения. Фюзеляж 17 - основная несущая конструкция планера. Он служит для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. Фюзеляж современного самолета представляет собой вытянутое по потоку тело вращения с тупым закругленным носом и заостренной хвостовой частью. Для обеспечения наименьшего сопротивления фюзеляжу придают плавные формы контура.

Рис.1.1.

Крыло 1 - основная несущая поверхность самолета. Оно предназначено для создания силы, удерживающей самолет в воздухе. Важными характеристиками крыла являются его стреловидность, форма сечения и площадь. Крыло обычно имеет плоскость симметрии, совпадающую с плоскостью симметрии самолета.

Оперение представляет собой несущие поверхности, обеспечивающие устойчивость самолета в воздухе. Различают горизонтальное и вертикальное оперение. Основным элементом горизонтального оперения является стабилизатор 11, который на современных пассажирских самолетах выполняется, как правило, подвижным. Стабилизатор обеспечивает балансировку сил, действующих на самолет в полете. По месту расположения горизонтальное оперение бывает низкорасположенным и высокорасположенным.

На рис.1.1 показано низкорасположенное горизонтальное оперение. Основным элементом вертикального оперения является киль 14, обеспечивающий путевую устойчивость самолета в воздухе.

Крыло современного самолета снабжено сложной механизацией, изменяющей его характеристики. По выполняемым функциям средства механизации подразделяют на средства, изменяющие несущую способность крыла, и средства, увеличивающие лобовое сопротивление. По месту расположения на крыле различают средства механизации передней и хвостовой кромок крыла.

Закрылок - профилированная подвижная часть крыла, расположенная в его хвостовой части. Закрылок выполняется в виде внутренней 10, средней 7 и внешней 6 секций. Отклонение закрылка вниз увеличивает несущую способность крыла. Предкрылок 2 - профилированная подвижная часть крыла, расположенная в его носовой части. Предкрылок также выполнен секционным. Он улучшает характеристики крыла.

Интерцептор 5 - подвижный орган, расположенный на верхней поверхности крыла. Интерцепторы выполняют секционными. Они используются для изменения несущей способности крыла и для управления самолетом. Тормозной щиток 9 - подвижный орган, расположенный на верхней поверхности крыла и предназначенный для увеличения лобового сопротивления самолета. Тормозной щиток выполняется секционным. Вертикальные законцовки 3 служат для улучшения устойчивости самолета. К нижней кромке крыла крепятся пилоны 19 и мотогондолы с двигателями 18.

Основными органами управления самолета являются рули высоты, рули направления и элероны. Рули высоты - подвижная часть стабилизатора, расположенная в его хвостовой части. Они выполнены в виде внешней 12 и внутренней 13 секций. Рули направления - подвижная часть киля, расположенная в его хвостовой части. Они выполнены в виде верхней 15 и нижней 16 секций. Элероны - подвижная часть крыла, расположенная в его хвостовой части. Различают элероны внешние 4 и внутренние 8.