Лонжероны это: лонжерон — это… Что такое лонжерон?

Лонжерон — что это?

В конструкции автомобиля лонжерон является деталью основы кузова, обладающей очень высокой прочностью. Это очень крепкая конструкция в виде балки, к которой, как правило, и присоединены все остальные основные детали. Лонжероны являются некой основой кузова авто, и без кузова представляют собой простые коробы.

Лонжерон – это прочный профиль, произведённый из металла, или коробчатая балка прямоугольного сечения. Лонжероны проходят и через переднюю часть кузова и через заднюю. Как правило, они парные, слева и справа, иногда и вовсе сквозные, тянущиеся от самого переднего бампера и до заднего. Именно лонжероны, по сути, призваны постоянно выдерживать на себе все нагрузки от окружающих деталей, весь вес двигателя, кузова и пассажиров. Кроме того, на лонжероны также приходят и усилия от колёс.

Изначально лонжеронами называли те части рамы автомобиля, которые можно тянулись через весь корпус продольно. Такие части для усиления соединялись перемычками. В итоге, получалась конструкция, похожая на лестницу. Таким образом, создавали раму, которой раньше обладали все автомобили. Собственно, полученное установленное на колёса и оснащённое двигателем шасси вполне могло передвигаться самостоятельно даже без кузова. Кузов устанавливался позже сверху.

На сегодняшний день рама подобного лестничного типа отлично просматривается у многих грузовиков, например у той же Газели. Тем не менее, лонжероны грузовиков часто не коробчатого типа, а из профилей в виде положенной на бок буквы «П». Также рамные конструкции включаются в модели многих внедорожников.

Что же касается большинства обычных легковушек, их сегодня строят также на основе продольных лонжеронов, но сегодня эти детали уже давно выполняются встроенными в пол кузова, соответственно, являются уже его частью. В начале применения таких идей с интеграцией лонжеронов в кузов, их называли «интегрированной рамой».

В любом случае, в каком-либо из видов, лонжероны обязательно присутствуют в конструкции любого авто. Тем не менее, чаще всего, вы не сможете их увидеть, по крайней мере, в полностью собранной легковушке, стоящей на колёсах. А вот если посмотреть на автомобиль снизу, тогда их видно очень хорошо.

Касательно технических характеристик, лонжерон обладает очень высокой степенью значимости в общей конструкции автомобиля и может оказывать значительное влияние на массу различных характеристик в случае своей деформации. Как и любая другая деталь, лонжероны также могут быть деформированы в следствие сильных ударов и столкновений, эти детали могут уставать и со временем трескаться. Все эти повреждения будут иметь очень серьёзное значение для конструкции автомобиля в целом. Целостность лонжеронов определяет правильное положение всех ключевых агрегатных узлов, по отношению к кузову, подвески, двигателя, линии всех разъёмов кузовных панелей, крыльев, дверей и прочих деталей.

Так при повреждении двери или крыла, автомобиль может передвигаться дальше, но если повреждён лонжерон, все остальные конструктивные детали могут «поплыть» вслед за ним, могут появиться щели, которые нельзя будет устранить снаружи, геометрия подвески будет также нарушена, машина может совершенно перестать слушаться управления, скорее всего, будет наблюдаться очень быстрый износ резины. Кроме того, возникнет риск окончательного повреждения таких силовых конструкций, и лонжерон лопнет.

У некоторых моделей автомобилей китайского производства, во время краш-тестов, лонжероны иногда просто отрываются от пола. Машины с такими характеристиками, фактически, представляют собой очень большую опасность при эксплуатации.

Поэтому, при осмотре автомобилей, попавших в аварию, специалисты первым делом осматривают лонжероны, на предмет выявления их повреждений. Для того, чтобы точно определить целостность и сохранность формы лонжерона, используется специальная аппаратура в виде стенда для точных измерений. Повреждённый лонжерон можно заменить в принципе, но вряд ли при сварке даже на самом лучшем сервисе, возможно будет достигнуть той же прочности, что и при сборке на заводе.

Одним словом, как правило, если сильный удар значительно повредил лонжерон, скорее всего, это будет означать непригодность кузова для дальнейшей эксплуатации. При желании визуально можно будет всё восстановить, но это будет довольно сложно сделать, и при этом, изначальной прочности точно не будет.

Лонжерон – что это и какие особенности он имеет в автомобиле ? Кузовной ремонт — замена лонжерона

Кузовной ремонт автомобилей любой сложности
Подготовка и покраска автомобилей
Полировка кузова, подбор и поставка автозапчастей, автостекол
г. Томск, ул. Партизанская, 9/5
тел.: (3822) 656-900, 656-800

Что такое лонжерон в автомобиле? Какие последствия ждут автомобиль, если лонжерон «устанет» или «уйдет»? Может ли он лопнуть? Как выглядит лонжерон? И, в конце концов, где находится этот элемент автомобиля? На все эти вопросы мы ответим в этой статье, при чем сделаем мы это так, чтобы понятно было всем водителям.

Лонжерон представляет собой трубу прямоугольного сечения, также его можно назвать продольной балкой набора кузова. Проходят они через заднюю или переднюю часть кузова автомобиля. Конструкции корпуса отличаются по многим признакам, поэтому бывают лонжероны, проходящие насквозь между бамперами.

Лонжероны могут быть как составными (выглядит как набор железных деталей), так и цельными (изготавливаются штамповочным путем или фрезерованием – выглядит как цельная деталь). В стандартной конструкции обычно их два: левый и правый. Каждый делится на условных три части: задний, передний и средний лонжерон. К тому же передний левый, лонжерон крыла и задний находятся выше, относительно.
Относительно друг друга они чаще всего расположены параллельно, но в некоторых рамах кузова автомобиля они находятся под малым углом.

Лонжероны – это неотъемлемая часть любого авто, независимо от типа кузова. На фото вы можете посмотреть наглядно, где они находятся. Что касается материала, то чаще всего изготавливается из титановых или алюминиевых сплавов для кузова автомобиля, а также из композитных слоев. Основное сечение в детали – это швеллер (выглядит как П-образное сечение) – в самых нагруженных местах сечение увеличивается.

Особенности конструкции

Итак, мы разобрались, что лонжерон представляет собой простую трубу с прямоугольным сечением. В зависимости от задумки инженеров, они:

• находятся спереди и сзади автомобиля
• проходят по всей длине конструкции корпуса

Из-за того, что на лонжероны постоянно давят различные силы, они должны выдерживать серьезные нагрузки: сюда входят вес мотора, вес людей в авто, а также масса других автомобильных деталей. Также на данную деталь постоянно действует ударная нагрузка, которая передается от автомобильных колес во время езды.

Если вы посмотрите на фото автомобиля изнутри, то увидите, что лонжерон выглядит как лестничная рама, похожая на букву «П», в том числе и задний. Лестничная рама обычно используется для внедорожников, кроссоверов, а также для грузовых авто. Легковушки чаще всего оснащены несущей конструкцией корпуса.

Задачи автомобильных лонжеронов

Лонжерон в легковом авто служит в качестве усилительной детали для днища кузова, брызговиков и пола багажного отделение. У больших автомобилей он выступает в роли главного силового элемента корпуса. Кроме усиливающей задачи, передний лонжерон работает как дополнительные амортизаторы – располагается в зоне поглощения деформации. Ведь для того, чтобы часть кузова автомобиля, где находятся люди, получала наименьшие удары при движении, нужно смягчить удар – и этот удар на себя берет передний лонжерон.

Чтобы вибрация равномерно распространялась по кузову, в его передних частях инженеры создают «деформируемые» зоны. В продольном направлении они имеют слабую силовую структуру.

Сейчас производители легковых автомобилей стараются сделать его как можно тоньше: толщину сечения или стенок уменьшают, создают специальные отверстия в самых «безопасных» местах, куда поступает меньше нагрузки. Также конструкторами используются складки при штамповке деталей. Они нужны для того, чтобы во время аварии лонжерон сложился в гармошку, а не переломился. При столкновении лонжероны берут основной удар на себя, из-за чего часто деформируются. Но такая жертва оправдана: за счет поглощения кинетической энергии уменьшается сила удара по салону. В грузовых авто страдают и задние лонжероны и передние.

Проблемы автомобиля, связанные с лонжеронами

Под воздействием нагрузок лонжероны с течение времени все же деформируются, особенно страдает передний (нагрузка от двигателя и его систем). Также, как и передние, задние могут трескаться и уставать. Под словом «уставать» предполагается зарождение трещины, которая со временем разрастается по всей детали. Разумеется, что авария тоже может оставить значительный след.

Что влечет за собой эксплуатация автомобиля, где повреждены лонжероны? Некоторые параметры машины нарушаются: незначительно, но меняется положение дверей, разъемов деталей кузова, положение силовой установки. Также страдает геометрия подвески. Из-за всех эти недочетов управляемость авто снижается. Поэтому при повреждении кузова нужно везти авто на диагностику – такое решение будет правильным.

Если лонжерон и вовсе лопнет, то вся конструкция кузова полностью разрушится. Именно из-за этого после ДТП специалисты смотрят на степень деформации этих элементов. Положение, в котором лонжероны находятся в автомобиле, тоже играет важную роль.

Статистика: примерно 90% всех работ, связанных с этой деталью, приходятся на передний лонжерон.
Такое повреждение может решиться быстро только с рамным лонжероном – там его просто меняют. Что касается несущего кузова, то иногда лонжероны замене просто не подлежат. Допустим, его немного помяло при аварии: такое повреждение исправляется при помощи специального стенда-каролинера. К примеру, на стенде находятся лонжерон передний левый и задний – при помощи удобного расположения механики замеряют все параметры, необходимые для исправления проблемы.

Бывает такое, что лонжероны автомобиля находятся в таком состоянии, что остается только замена. Смена деталей влечет за особой изменение свойств всего кузова. Ведь форму, материал и вес рассчитывает компания-производитель – в автомобильных центрах приходится импровизировать. Когда основные части лонжерона находятся в нормальном состоянии, то при помощи дуговой газосварки выполняют частичную замену.

При ремонте нужно настаивать на том, что по размеру и массе новый лонжерон не был больше старого. Некоторые предпочитают упрочнить новый, но нужно помнить, что такое решение может привести к потере амортизирующих свойств при ударе. Постоянные удары приведут к более серьезным последствиям. Не забывайте, что при ДТП первым делом проверяются лонжероны, а уж потом все остальное.

Если вы нуждаетесь в проведении кузовного ремонта или подборе автоэмалей звоните к нам в Центр кузовного ремонта «Колер».

Мы ждем Вас — Центр Кузовного ремонта «Колер»
г. Томск, ул. Партизанская, 9/5, (3822) 656-900, 656-800

Что такое лонжерон в автомобиле

Конструктивные особенности автомобилей постоянно усовершенствуются инженерами отрасли. Несколько десятилетий главным силовым элементом в большинстве авто являлась рама. Позже несущий функционал был перенесен на кузов, что позитивно отразилось на многих параметрах. При этом автомобилисты познакомились с новыми понятиями, например, узнали, что такое лонжерон в автомобиле.

Техническое понятие

Разобраться в понятийной риторике иногда помогает словарь иностранных слов. Искать longer необходимо среди французских слов, где оно расшифровывается как «движение вдоль». Стоит учесть, что данный элемент присутствует не только в машинах, но его можно встретить и в ж/д вагонах, самолетах и даже в конструкции мостов.

Лонжерон автомобиля (что это такое) – базовая силовая деталь кузова, проходящая практически через всю длину.

Подавляющее большинство легковушек, кроссоверов, микроавтобусов наделено парой лонжеронов. Они применяются для удержания массы наиболее тяжелых элементов транспортного средства. Продольные каркасные профили служат базой для двигателя, узлов подвески и прочих систем.

Соединены такие балки специальными поперечными перемычками. В результате конструкция некоторыми специалистами обозначается как лестничная рама.

Где находятся лонжероны

Элементы располагаются на уровне днища транспортного средства. Они являются полыми внутри и обладают высокой прочностью за счет применяемых в сплаве металлов и благодаря особой форме.

Так как выглядят лонжероны частью кузова, то их легче рассмотреть на цветных схемах для конкретной модели авто. В большинстве случаев они выполнены в виде трубы с прямоугольным сечением. Имеющиеся физические характеристики позволяют балкам выдерживать различные типы нагрузок:

• динамические;
• статические;
• продольные;
• поперечные.

Лонжерон в машине является одним из элементов системы безопасности. От качества его исполнения во время экстренных ситуаций зависит здоровье и даже жизнь людей в салоне автомобиля.

Во время движения продольные балки слегка амортизируют, что позволяет перераспределить вибрацию с передней части кузова на остальную часть авто. Также металлические элементы способствуют поглощению деформационных искажений. Для чрезвычайно жестких кузовов сила от потенциальных аварийных ударов мгновенно передается на водителя и пассажиров без гашения. Не допустить этого помогают включения, рассчитанные на частично гасящую усилие деформацию.

Возможные проблемы

Как и все детали конструкции в автомобиле, лонжероны имеют свой предельный срок эксплуатации. После определенного пробега от внешнего силового воздействия они могут деформироваться. В результате от усталости металла возникают растрескивания или ослабления.

Существенным стрессом для балок служит ДТП. Вследствие такого динамического воздействия повышается риск большой деформации. Одновременно происходит смещение деталей относительно кузова, соединенных с продольными элементами, например, ДВС. Из-за аварии меняется вся геометрия конструкции.

В отдельных случаях лонжероны могут лопаться. Это приводит к полному разрушению конструкции. Если есть такая опасность, то необходимо незамедлительно провести мониторинг состояния элементов кузова. По статистике в 9 из 10 случаев повреждениям подвергаются передние части.

В отличие от рамных конструкций изделия, являющиеся частью кузова менять гораздо сложнее. Иногда такая операция оказывается неоправданной по затратам.

Когда повреждения относительно небольшие, то реанимировать состояние балок удастся на стенде-каролинере. Применяется методика вытягивания металла, а также удается с его помощью проконтролировать иные характеристики узла. При большой деформации рекомендуется полная замена.

Самостоятельные работы по восстановлению конструкции нередко приводят к изменению металлической структуры. В результате таких мероприятий понижается прочность и проявляются иные негативные характеристики. Для ремонта и возвращения прочности необходимо использовать дуговую газосварку, а применение всевозможных укрепляющих муфт категорически недопустимо.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Ремонт рамы грузовика Volvo с заменой несущих элементов. Как это было?

Один из способов ремонта — частичная замена несущих элементов. Компания «Белмагистральавтотранс» пригласила журналиста Грузового Ру понаблюдать за всеми этапами ремонта рамы тягача Volvo.

Cедельный тягач Volvo доставлен на участок правки рам

ОАО «Белмагистральавтотранс» — многопрофильная компания из Беларуси, которая более 35 лет работает в сфере международных грузоперевозок, автосервиса и экспедирования. Автосервисный центр включает в себя СТО Volvo и СТО по ремонту полуприцепов.

Установка индукционного нагрева Josam

Участок правки рам, на котором и будет осуществляться ремонт, открылся в 2013 году. Все работы производятся на шведском оборудовании Josam. Сегодня открыта 810-я заявка. Иван Горбель, начальник участка рассказал, что они ремонтируют не только тягачи, но и прицепы, полуприцепы и самосвалы. Приходилось ремонтировать как-то и пикап Toyota Tundra. Гарантия на выполненные работы — полгода.

Инструментальный стенд участка правки рам

Что сломалось и почему?

У пригнанного на ремонт тягача деформирована задняя часть лонжеронов рамы (горизонтальный изгиб), причем правый лонжерон имеет двойной порыв верхней полки, локальную деформацию и кручение. Весь «букет» сконцентрировался на коротком участке от ССУ (седельно-сцепного устройства) до крайней поперечины. Плюс центральная поперечина тоже деформирована. Вышеуказанные повреждения привели к нарушению положения заднего моста, соответственно, и к повышенному износу резины и сайлентблоков. Ко всему прочему из-за этой поломки корму автомобиля тянет на встречную полосу, водителю приходится постоянно подруливать, увеличился расход топлива и т.д. Даже 8-миллиметровые регулировочные шайбы не спасали ситуацию.

Шашки внутренней стороны выедены неравномерно

«Автомобиль попал в ДТП. Его доставали подручными средствами, а не эвакуатором, что и привело к основным поломкам. Затем пытались исправить ситуацию в «кустарных» условиях. Верхнюю часть лонжерона грели автогеном, в результате выжгли содержащийся в стали углерод, без которого материал потерял свои свойства и попросту превратился из конструкционной стали в железо«, — прокомментировал начальник участка. Именно по этой причине лонжерон выровнять невозможно. Специалисты станции приняли решение удалить заднюю часть рамы, заменив ее на другую.

Деформированный правый лонжерон

«Семь раз отмерь…»

Для того чтобы приступить непосредственно к ремонту, у седельного тягача демонтируется вся проводка, снимается седло, топливные баки и блок управления, «выкатывается» задний мост. После чего специалисты приступают к замерам и расчетам.

Топливный бак седельного тягача

В связи с тем, что концерн Volvo выпускает автомобили различных комплектаций, 100% идентичного донора найти весьма проблематично. В нашем случае донорская рама тоже была неидентична по отношению к раме ремонтируемого грузовика. В частности, отверстия для крепления навесного оборудования были разные, отличную форму имели задние поперечины и окончания лонжеронов. Все это усложняло и без того трудную работу по совмещению двух рам. В конце всего ремонта Иван Горбель признается: «Сделать точные замеры и расчеты оказалось самой трудной задачей. Рамы разные, в некоторых местах шаг отверстий другой, приходилось искать базовые точки и от них вымерять. Здесь мы применяли поговорку: семь раз отмерь, один раз отрежь«.

Процесс замеров

Усилители для надежности

Чтобы соблюсти горизонтальное расположение рамы и избежать опрокидывания передней части автомобиля, установили домкраты и подтянули к ним раму ремнями, закрепленными к силовому полу. И только после этого плазморезом удалили ненужную часть рамы.

Установили домкраты

Удаление части рамы при помощи плазмореза

Рама грузовика разрезана

Далее специалисты приступили к совмещению двух рам. Первым делом нужно было закрепить усилители на место стыковки лонжеронов. Это необходимо для большей надежности конструкции.

Усилители

Процесс оказался длительным и кропотливым. Нужно было замерять, размечать, делать точные расчеты, прикреплять донорскую раму, подгонять, снова делать замеры и метки, потом демонтировать раму, сверлить отверстия под монтаж навесного оборудования и топливопроводов. После всех необходимых манипуляций усилители надежно стояли на своем месте.

После нанесения разметки донорская рама вновь демонтируется

Размеченные усилители

Установка усилителей ( в руках специалиста — пневмогайковерт)

Меняем поперечину

Как уже упоминалось ранее, поперечины двух рам были разными, поэтому прежде чем варить части рамы, нужно было заменить поперечину. Извлекли неподходящую, а поперечину от старой части рамы вставили, разжав задние лонжероны гидравлическим цилиндром. Из-за этой вынужденной процедуры расстояние между лонжеронами сзади оказалось шире на 5 мм, чем спереди. Недопустимые искажения вскоре были исправлены при помощи башен. Наконец обе части рамы готовы для воссоединения.

Демонтаж поперечины

Соединение несущих элементов

Чтобы получить цельную раму, рабочие взялись за сварку. После этого зачищались швы и лонжероны, поверхность рамы и усилителей обрабатывалась цинкосодержащими средствами, грунтовалась и окрашивалась.

Фрагмент готового лонжерона

Перед финишной прямой

«Опять-таки из-за того что донорская рама была неточно подобрана, нам пришлось наращивать кормовую часть грузовика, — поделился информацией собеседник. — Это необходимо для того, чтобы машина соответствовала своей идентификации«.

Наращивание кормовой части

Готовая часть кормы

После выполнения всех сварочно-монтажных работ при помощи лазерного оборудования проверили положение заднего моста и выполнили его регулировку (на этот раз хватило миллиметровых шайб). Далее на очереди — поэтапная сборка грузового автомобиля.

Ремонт закончен!

К последнему (шестому) дню не успели только увязать электропроводку. С самого утра приступили к ее сборке и подключению. Когда все было готово, проверили геометрию грузовика. Никаких нарушений не выявлено, а это значит, что тягач Volvo готов к эксплуатации!

Тягач Volvo почти готов к эксплуатации

Грузоподъемность увеличилась, но…

По словам И. Горбеля, «грузоподъемность седельного тягача увеличилась на 20-30%, но по сути это не играет никакой роли, потому что допустимая масса автопоезда осталась неизменной«.

V-образная тяга

Еще на стадии демонтажа были выявлены некоторые неисправности. Шаровое соединение V-образной тяги имело большой люфт, поэтому пришлось заменить тягу. А когда снимали аккумуляторные ящики, обнаружилось, что некоторые клеммы практически сгнили, нужно было менять провода. Все дополнительные работы согласовывались с заказчиком.

Рама как новая!

К слову, ремонт грузового автомобиля обошелся клиенту в 1 500 долларов. В стоимость не входили донорская рама и расходные материалы. Срок выполнения — 6 дней.

Wings — Конструкции самолетов | Aircraft Systems

Конфигурации крыльев

Крылья представляют собой аэродинамические поверхности, которые при быстром движении по воздуху создают подъемную силу. Они бывают разных форм и размеров. Конструкция крыла может изменяться для обеспечения определенных желаемых летных характеристик. Управление на различных рабочих скоростях, величина создаваемой подъемной силы, баланс и устойчивость — все это изменяется по мере изменения формы крыла. И передняя, ​​и задняя кромки крыла могут быть прямыми или изогнутыми, или одна кромка может быть прямой, а другая изогнутой.Один или оба края могут быть скошенными, так что крыло на вершине уже, чем у основания, где оно соединяется с фюзеляжем. Кончик крыла может быть квадратным, закругленным или даже заостренным. На рис. 1 показан ряд типичных форм передней и задней кромки крыла.

Рисунок 1. Различные формы конструкции крыла дают разные характеристики

Крылья самолета могут быть прикреплены к фюзеляжу вверху, в середине фюзеляжа или внизу .Они могут проходить перпендикулярно горизонтальной плоскости фюзеляжа или могут слегка наклоняться вверх или вниз.

Этот угол известен как двугранный угол крыла. Двугранный угол влияет на поперечную устойчивость самолета. На рисунке 2 показаны некоторые общие точки крепления крыла и двугранный угол.

Рис. 2. Точки крепления крыльев и диэдрады крыла

Конструкция крыла

Крылья самолета предназначены для подъема его в воздух.Их конкретная конструкция для любого данного самолета зависит от ряда факторов, таких как размер, вес, использование самолета, желаемая скорость в полете и при посадке, а также желаемая скорость набора высоты. Крылья самолета обозначаются левым и правым, что соответствует левой и правой сторонам оператора, сидящего в кабине. [Рис. 3]

Рис. 3. «Левая» и «правая» на самолете ориентированы на перспективу пилота, сидящего в кабине.

Часто крылья полностью закрыты. консольная конструкция.Это означает, что они сконструированы так, что не требуется никаких внешних распорок. Они поддерживаются изнутри конструктивными элементами, которым помогает обшивка самолета. В крыльях других самолетов используются внешние подкосы или тросы для поддержки крыла и несения аэродинамических и посадочных нагрузок. Опорные тросы и стойки крыла обычно изготавливаются из стали. Многие стойки и их крепежные детали имеют обтекатели для уменьшения сопротивления. Короткие, почти вертикальные опоры, называемые подкосами, находятся на подкосах, которые крепятся к крыльям на большом расстоянии от фюзеляжа.Это служит для подавления движения и колебаний стойки, вызванных воздухом, обтекающим стойку в полете. На рис. 4 показаны образцы крыльев, использующих внешние распорки, также известные как крылья полукантилевера. Также показаны консольные крылья, построенные без внешних распорок.

Рис. 4. Крылья с внешними подкосами, также называемые полукантилеверными крыльями, имеют тросы или распорки для поддержки крыла. Полностью консольные крылья не имеют внешних распорок и поддерживаются изнутри.

Алюминий является наиболее распространенным материалом для изготовления крыльев, но они могут быть деревянными, покрытыми тканью, а иногда и магниевым сплавом.Более того, современные самолеты стремятся использовать более легкие и прочные материалы в конструкции планера и крыла. Существуют крылья, полностью изготовленные из углеродного волокна или других композитных материалов, а также крылья, изготовленные из комбинации материалов, обеспечивающих максимальную прочность и вес.

Внутренние конструкции большинства крыльев состоят из лонжеронов и стрингеров, идущих по размаху, и нервюр и шпангоутов или переборок, идущих по хорде (от передней кромки к задней кромке). Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла.Они выдерживают все распределенные нагрузки, а также сосредоточенные веса, такие как фюзеляж, шасси и двигатели. Обшивка, прикрепленная к конструкции крыла, несет часть нагрузок, возникающих во время полета. Он также передает напряжения на нервюры крыла. Ребра, в свою очередь, передают нагрузки на лонжероны крыла. [Рисунок 5]

Рисунок 5. Номенклатура конструкции крыла

В целом конструкция крыла основана на одной из трех основных конструкций:

1. Monospar
2. Multispar
3. Коробчатая балка

Модификации этих базовых конструкций могут быть приняты различными производителями.

Односкатное крыло включает в себя только один основной продольный или размах крыльев. Ребра или переборки придают профилю необходимый контур или форму. Хотя строго моношерстное крыло не является распространенным явлением, иногда используется этот тип конструкции, модифицированный добавлением ложных лонжеронов или легких поперечных перемычек вдоль задней кромки для поддержки рулевых поверхностей.

В конструкции многоступенчатого крыла используется более одной основной продольной балки. Чтобы придать крылу контур, часто включают нервюры или переборки.

В конструкции крыла коробчатого типа используются две основные лонжероны с соединительными переборками для придания дополнительной прочности и придания контура крылу. [Рис. 6] Гофрированный лист может быть помещен между переборками и гладкой внешней обшивкой, чтобы крыло могло лучше выдерживать нагрузки растяжения и сжатия. В некоторых случаях гофрированные листы заменяют тяжелые продольные ребра жесткости. Иногда используется комбинация гофрированных листов на верхней поверхности крыла и ребер жесткости на нижней поверхности.В самолетах авиатранспортной категории часто используется конструкция крыла с коробчатой ​​балкой.

Рисунок 6. Конструкция коробчатой ​​балки

Лонжероны крыла

Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла. Они соответствуют лонжеронам фюзеляжа. Они проходят параллельно поперечной оси самолета, от фюзеляжа к законцовке крыла, и обычно прикрепляются к фюзеляжу с помощью фитингов крыла, гладких балок или фермы.

Лонжероны могут изготавливаться из металла, дерева или композитных материалов в зависимости от критериев конструкции конкретного самолета. Деревянные лонжероны обычно делают из ели. В целом их можно разделить на четыре различных типа по конфигурации поперечного сечения. Как показано на рисунке 7, они могут быть (A) сплошными, (B) коробчатой, (C) частично полой или (D) в виде двутавровой балки. Для повышения прочности часто применяется ламинация лонжеронов из массива дерева. Ламинированная древесина также встречается в лонжеронах коробчатой ​​формы.Из лонжерона на Рисунке 7E был удален материал для уменьшения веса, но он сохраняет прочность прямоугольного лонжерона. Как можно видеть, большинство лонжеронов крыла в основном имеют прямоугольную форму с большим размером поперечного сечения, ориентированным вверх и вниз в крыле.

Рис. 7. Типичные поперечные сечения деревянного лонжерона крыла

В настоящее время большинство производимых самолетов имеют лонжероны крыла, изготовленные из цельного экструдированного алюминия или алюминиевых профилей, склепанных вместе для образования лонжерона.Более широкое использование композитных материалов и комбинирование материалов должно заставить пилотов бдительно относиться к лонжеронам крыльев, изготовленным из различных материалов. На рисунке 8 показаны примеры металлических поперечных сечений лонжеронов крыла.

Рисунок 8. Примеры форм металлического лонжерона крыла

В лонжероне двутавровой балки верх и низ двутавра называют крышками, а вертикальное сечение называется сетью. Лонжерон целиком может быть изготовлен из цельного куска металла, но часто его изготавливают из нескольких профилей или углов.Перегородка составляет основную глубину лонжерона, и к ней прикрепляются полосы крышки (выступы, профилированные углы или фрезерованные участки). Вместе эти элементы несут нагрузки, вызванные изгибом крыльев, а колпачки служат основой для крепления обшивки. Хотя формы лонжерона на Рисунке 8 являются типичными, фактические конфигурации лонжеронов крыла могут принимать разные формы. Например, стенка лонжерона может быть пластиной или фермой, как показано на рисунке 9. Она может быть изготовлена ​​из легких материалов с использованием вертикальных ребер жесткости для повышения прочности.[Рисунок 10]

Рисунок 9. Ферменный лонжерон крыла

Рисунок 10. Пластинчатый лонжерон перегородки крыла с вертикальными ребрами жесткости

Он также может не иметь ребер жесткости, но может содержать фланцевые отверстия для уменьшения веса, но сохранения прочности. Некоторые металлические и композитные лонжероны крыла сохраняют концепцию двутавровой балки, но используют стенку синусоидальной волны.[Рис. 11]

Рис. 11. Синусоидальный лонжерон крыла может быть изготовлен из алюминия или композитных материалов.

Кроме того, существует отказоустойчивая конструкция перемычки лонжерона. Отказоустойчивость означает, что в случае отказа одного из элементов сложной структуры какая-либо другая часть структуры принимает на себя нагрузку отказавшего элемента и позволяет продолжать работу. Лонжерон с отказоустойчивой конструкцией показан на рисунке 12. Этот лонжерон состоит из двух частей.Верхняя часть состоит из крышки, приклепанной к верхней пластине. Нижняя часть представляет собой единый профиль, состоящий из нижней крышки и перегородки. Эти две секции соединены вместе, образуя лонжерон. Если одна из секций лонжерона этого типа сломается, другая секция все равно сможет нести нагрузку. Это безотказная функция.

Рисунок 12. Отказоустойчивый лонжерон с клепаным лонжероном

Крыло, как правило, имеет два лонжерона.Один лонжерон обычно расположен около передней части крыла, а другой — примерно на двух третях расстояния по направлению к задней кромке крыла. Независимо от типа, лонжерон — самая важная часть крыла. Когда другие конструктивные элементы крыла подвергаются нагрузке, большая часть возникающих напряжений передается на лонжерон крыла.

В конструкции крыла обычно используются ложные лонжероны. Они представляют собой лонжероны, похожие на лонжероны, но не проходят по всей длине крыла по размаху. Часто они используются в качестве точек крепления шарниров для рулевых поверхностей, таких как лонжерон элеронов.

Ребра крыла

Ребра крыла — это структурные поперечины, которые в сочетании с лонжеронами и стрингерами составляют каркас крыла. Обычно они простираются от передней кромки крыла до заднего лонжерона или до задней кромки крыла. Неровности придают крылу изогнутую форму и передают нагрузку от обшивки и стрингеров на лонжероны. Подобные нервюры также используются в элеронах, рулях высоты, рулях направления и стабилизаторах.

Ребра крыла обычно изготавливаются из дерева или металла.Самолеты с деревянными лонжеронами крыла могут иметь деревянные или металлические нервюры, в то время как большинство самолетов с металлическими лонжеронами имеют металлические нервюры. Деревянные ребра обычно изготавливаются из ели. Три наиболее распространенных типа деревянных ребер — это фанерное полотно, облегченное фанерное полотно и фермы. Из этих трех типов фермы являются наиболее эффективными, поскольку они прочные и легкие, но также являются наиболее сложными в строительстве.

На рис. 13 показаны ребра стенки деревянной фермы и облегченная стенка стенки фанеры. Деревянные нервюры имеют заглушку или заглушку, закрепленную по всему периметру выступа.Обычно он изготавливается из того же материала, что и само ребро. Крышка нервюры придает жесткость и укрепляет нервюру и обеспечивает поверхность крепления обшивки крыла. На Фигуре 13A показано поперечное сечение нервюры крыла с перегородкой ферменного типа. Темные прямоугольные секции — это лонжероны переднего и заднего крыла. Обратите внимание, что для усиления фермы используются косынки. На рисунке 13B показано ребро стенки фермы с непрерывной косынкой. Он обеспечивает большую поддержку всего ребра при очень небольшом дополнительном весе.Сплошная вставка придает жесткости полосе колпачка в плоскости выступа. Это помогает предотвратить коробление и помогает улучшить стыки ребер и кожи в местах приклеивания гвоздей. Такое ребро может лучше противостоять движущей силе гвоздей, чем другие типы. Непрерывные косынки также легче обрабатывать, чем многие небольшие отдельные косынки, которые в противном случае потребовались бы. На Фигуре 13С показано ребро с более светлым фанерным полотном. Он также содержит косынки для поддержки интерфейса полотна / заглушки. Полоса крышки обычно приклеивается к полотну, особенно на передней кромке.

Рис. 13. Примеры деревянных нервюр

Ребро крыла может также называться простым или основным нервюром. Ребра крыла со специальным расположением или функциями получают имена, отражающие их уникальность. Например, нервюры, расположенные полностью впереди переднего лонжерона, которые используются для придания формы и усиления передней кромки крыла, называются носовыми нервюрами или ложными нервюрами. Ложные нервюры — это нервюры, которые не охватывают всю хорду крыла, то есть расстояние от передней кромки до задней кромки крыла.Стыковые нервюры крыла можно найти на внутренней кромке крыла, где крыло крепится к фюзеляжу. В зависимости от места расположения и способа крепления стыковое ребро может также называться ребром переборки или ребром сжатия, если оно предназначено для восприятия сжимающих нагрузок, которые стремятся сдвинуть лонжероны крыла вместе.

Поскольку ребра слабы в поперечном направлении, они усилены в некоторых крыльях лентами, которые тканы над и под секциями ребер для предотвращения бокового изгиба ребер. В крыле также могут быть натянутые и антипробуксовочные тросы.На Рисунке 14 они показаны перекрещенными между лонжеронами, образующими ферму для сопротивления силам, действующим на крыло в направлении хорды крыла. Эти натяжные тросы также называются стяжными шпильками. Проволока, предназначенная для противодействия обратным силам, называется волочильной проволокой; проволока для предотвращения торможения сопротивляется силам, действующим в направлении хорды. На рисунке 14 показаны структурные компоненты базового деревянного крыла.

Рис. 14. Основная деревянная конструкция крыла и компоненты

На внутреннем конце лонжеронов крыла имеется какая-то форма крепления крыла, как показано на Рис. 14.Они обеспечивают надежный и надежный способ крепления крыла к фюзеляжу. Граница между крылом и фюзеляжем часто закрывается обтекателем, чтобы обеспечить плавный воздушный поток в этой области. Обтекатель (и) можно снять для доступа к деталям крепления крыла. [Рисунок 15]

Рисунок 15. Корневые обтекатели сглаживают воздушный поток и скрывают детали крепления крыла

Законцовка крыла часто представляет собой съемный блок, прикрепленный болтами к внешнему концу крыла. панель.Одна из причин этого — уязвимость законцовок крыла к повреждениям, особенно во время наземного обслуживания и руления. На рисунке 16 показана съемная законцовка крыла большого самолета. Остальные разные. Конструкция законцовки крыла изготовлена ​​из алюминиевого сплава. Крышка законцовки крыла прикреплена к законцовке с помощью винтов с потайной головкой и прикреплена к конструкции с межшпончатым соединением в четырех точках с помощью болтов диаметром ¼ дюйма. Чтобы предотвратить образование льда на передней кромке крыльев больших самолетов, горячий воздух от двигателя часто направляется через переднюю кромку от корня крыла к законцовке крыла.Жалюзи на верхней поверхности законцовки крыла позволяют выпускать теплый воздух за борт. Габаритные огни крыла расположены в центре носовой части и не видны непосредственно из кабины. В качестве индикатора того, что световой сигнал на законцовке крыла работает, некоторые законцовки крыла оснащены стержнем Lucite для передачи света на переднюю кромку.

Рисунок 16. Съемная металлическая законцовка крыла

Обшивка крыла

Часто обшивка крыла предназначена для того, чтобы выдерживать часть полетных и наземных нагрузок в сочетании с лонжероны и нервюры.Это известно как дизайн с подчеркнутой кожей. Цельнометаллическая, полностью свободная секция крыла, показанная на Рисунке 17, показывает структуру одной из таких конструкций. Отсутствие дополнительных внутренних или внешних распорок требует, чтобы кожа разделяла часть нагрузки. Обратите внимание, что кожа стала жесткой, чтобы облегчить эту функцию.

Рис. 17. Обшивка является неотъемлемой несущей частью конструкции напряженной обшивки

Топливо часто находится внутри крыльев самолетов с напряженной обшивкой.Стыки в крыле могут быть герметизированы специальным топливостойким герметиком, позволяющим хранить топливо непосредственно внутри конструкции. Это известно как «мокрое крыло». В качестве альтернативы внутри крыла может быть размещен баллон или топливный бак. На рисунке 18 показан профиль крыла со структурной конструкцией коробчатой ​​балки, подобной той, которая может быть найдена в самолетах транспортной категории. Эта структура увеличивает прочность при одновременном снижении веса. Правильная герметизация конструкции позволяет хранить топливо в коробчатых секциях крыла.

Рис. 18. Топливо часто переносится в крыльях

Обшивка крыла самолета может быть изготовлена ​​из самых разных материалов, таких как ткань, дерево или алюминий. Но не всегда используется один тонкий лист материала. Химически фрезерованная алюминиевая обшивка позволяет получать обшивку различной толщины. На самолетах с крылом с напряженной обшивкой панели крыла с сотовой структурой часто используются в качестве обшивки. Сотовая структура состоит из основного материала, напоминающего соты пчелиного улья, которые ламинированы или зажаты между тонкими листами внешней оболочки.На рисунке 19 показаны сотовые панели и их компоненты. Сформированные таким образом панели легкие и очень прочные. Они могут использоваться в самолетах по-разному, например, в панелях пола, переборках и поверхностях управления, а также в качестве панелей обшивки крыла. На рисунке 20 показано расположение панелей крыла сотовой конструкции на реактивном транспортном самолете.

Рис. 19. Сотовая панель является основным элементом авиастроения. Сердечники могут быть постоянной толщины (A) или конусными (B).Ячеистые панели с коническим сердечником часто используются в качестве поверхностей управления полетом и задних кромок крыла.

Рис. 20. Сотовая конструкция крыла на большом реактивном транспортном самолете

Сотовая панель могут быть изготовлены из самых разных материалов. Соты с алюминиевым сердечником и алюминиевой внешней обшивкой являются обычным явлением. Но сотовые конструкции, в которых сердцевиной является волокно Arimid®, а внешние листы покрыты Phenolic®, также являются обычным явлением.Фактически, существует множество других комбинаций материалов, таких как те, которые используют стекловолокно, пластик, Nomex®, Kevlar® и углеродное волокно. Каждая сотовая структура обладает уникальными характеристиками в зависимости от используемых материалов, размеров и технологий производства. На рисунке 21 показана вся передняя кромка крыла, образованная сотовой структурой.

Рисунок 21. Передняя кромка крыла, образованная из сотового материала, прикрепленного к алюминиевой лонжеронной конструкции

Гондолы

Гондолы (иногда называемые «гондолами») — это в основном обтекаемые корпуса. для размещения двигателя и его компонентов.Обычно они имеют круглый или эллиптический профиль для ветра, что снижает аэродинамическое сопротивление. На большинстве одномоторных самолетов двигатель и гондола находятся в передней части фюзеляжа. На многодвигательных самолетах гондолы двигателей встроены в крылья или прикреплены к фюзеляжу на оперении (хвостовой части). Иногда многодвигательный самолет проектируется с гондолой, расположенной на одной линии с фюзеляжем в кормовой части пассажирского салона. Независимо от местоположения, гондола содержит двигатель и вспомогательное оборудование, опоры двигателя, конструктивные элементы, брандмауэр, а также кожух и кожух на внешней стороне для защиты гондолы от ветра.

Некоторые самолеты имеют гондолы, предназначенные для размещения шасси в убранном состоянии. Убирание шасси для уменьшения сопротивления ветру является стандартной процедурой на высокопроизводительных / высокоскоростных самолетах. Колесная арка — это место крепления и складывания шасси в убранном состоянии. Колесные арки могут быть расположены в крыльях и / или фюзеляже, если они не являются частью гондолы. На рис. 22 показана гондола двигателя с шасси и колесной аркой, проходящей в корень крыла.

Рисунок 22.Колесные арки в гондоле двигателя крыла с опускающимся редуктором (вставка)

Каркас гондолы обычно состоит из конструктивных элементов, аналогичных элементам фюзеляжа. Продольные элементы, такие как лонжероны и стрингеры, в сочетании с горизонтальными / вертикальными элементами, такими как кольца, шпангоуты и переборки, придают гондоле ее форму и структурную целостность. Встроенный брандмауэр изолирует моторный отсек от остальной части самолета. По сути, это переборка из нержавеющей стали или титана, которая сдерживает возгорание в пределах гондолы, а не позволяет ему распространяться по планеру.[Рисунок 23]

Рисунок 23. Брандмауэр гондолы двигателя

Подушки двигателя также находятся в гондоле. Это конструктивные узлы, к которым крепится двигатель. Обычно они изготавливаются из труб из хромомолибденовой стали в легких самолетах и ​​из кованых узлов из хрома / никеля / молибдена в более крупных самолетах. [Рисунок 24]

Рисунок 24.Различные опоры авиационного двигателя

Гондола снаружи покрыта кожей или снабжена кожухом, который можно открыть для доступа к двигателю и внутренним компонентам. Оба обычно изготавливаются из листового алюминия или магниевого сплава, а нержавеющая сталь или титановые сплавы используются в высокотемпературных областях, например вокруг выхлопного отверстия. Независимо от используемого материала, обшивка обычно крепится к каркасу с помощью заклепок.

Под кожухом понимаются съемные панели, закрывающие те области, в которые необходимо регулярно получать доступ, например двигатель и его аксессуары.Он разработан для обеспечения равномерного обтекания гондолой воздуха и защиты двигателя от повреждений. Панели обтекателя обычно изготавливаются из алюминиевого сплава. Однако нержавеющая сталь часто используется в качестве внутренней обшивки в кормовой части силовой части, а также для створок капота и около отверстий створок капота. Он также используется для каналов маслоохладителя. Заслонки капота — это подвижные части капота гондолы, которые открываются и закрываются для регулирования температуры двигателя.

Существует множество конструкций кожуха двигателя. На рис. 25 в разобранном виде показаны части капота двигателя с горизонтальной опорой легкого самолета.Он крепится к гондоле с помощью винтов и / или быстросъемных креплений. Некоторые большие поршневые двигатели закрыты кожухами «апельсиновой корки», которые обеспечивают отличный доступ к компонентам внутри гондолы. [Рис. 26] Эти панели кожуха прикреплены к переднему брандмауэру с помощью кронштейнов, которые также служат петлями для открывания кожуха. Нижние крепления кожуха крепятся к кронштейнам шарниров с помощью быстросъемных штифтов. Боковые и верхние панели удерживаются открытыми стержнями, а нижняя панель удерживается в открытом положении пружиной и тросом.Все панели капота блокируются в закрытом положении с помощью стальных защелок, расположенных по центру, которые в закрытом положении фиксируются подпружиненными предохранительными защелками.

Рис. 25. Типичный кожух для горизонтально-поршневого поршневого двигателя

Рис.

Пример гондолы турбореактивного двигателя можно увидеть на рисунке 27.Панели капота представляют собой комбинацию фиксированных и легко снимаемых панелей, которые можно открывать и закрывать во время обслуживания. Носовой обтекатель также является элементом гондолы реактивного двигателя. Он направляет воздух в двигатель.

Рис. 27. Кожух на гондоле газотурбинного двигателя транспортной категории

СВЯЗАННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Крылья (часть первая)

Конфигурации крыла

, когда крылья имеют аэродинамические профили. быстро перемещается по воздуху, создает подъемную силу.Они бывают разных форм и размеров. Конструкция крыла может изменяться для обеспечения определенных желаемых летных характеристик. Управление на различных рабочих скоростях, величина создаваемой подъемной силы, баланс и устойчивость — все это изменяется по мере изменения формы крыла. И передняя, ​​и задняя кромки крыла могут быть прямыми или изогнутыми, или одна кромка может быть прямой, а другая изогнутой. Один или оба края могут быть скошенными, так что крыло на вершине уже, чем у основания, где оно соединяется с фюзеляжем.Кончик крыла может быть квадратным, закругленным или даже заостренным. На рис. 1-19 показан ряд типичных форм передней и задней кромки крыла.

Рисунок 1-19. Различная форма конструкции крыла дает разную производительность. [нажмите, чтобы увеличить]

Крылья самолета могут быть прикреплены к фюзеляжу вверху, в середине фюзеляжа или внизу. Они могут проходить перпендикулярно горизонтальной плоскости фюзеляжа или могут слегка наклоняться вверх или вниз. Этот угол известен как двугранный угол крыла. Двугранный угол влияет на поперечную устойчивость самолета.На рис. 1-20 показаны некоторые общие точки крепления крыла и двугранный угол.

Рисунок 1-20. Точки крепления крыла и двугранность крыла.

Конструкция крыла

Крылья самолета предназначены для подъема его в воздух. Их конкретная конструкция для любого данного самолета зависит от ряда факторов, таких как размер, вес, использование самолета, желаемая скорость в полете и при посадке, а также желаемая скорость набора высоты. Крылья самолета обозначаются левым и правым, что соответствует левой и правой сторонам оператора, сидящего в кабине.[Рисунок 1-21] Рисунок 1-21. «Левая» и «правая» на самолете ориентированы на перспективу пилота, сидящего в кабине. [щелкните изображение для увеличения] Часто крылья имеют полностью консольную конструкцию. Это означает, что они сконструированы так, что не требуется никаких внешних распорок. Они поддерживаются изнутри конструктивными элементами, которым помогает обшивка самолета. В крыльях других самолетов используются внешние подкосы или тросы для поддержки крыла и несения аэродинамических и посадочных нагрузок. Опорные тросы и стойки крыла обычно изготавливаются из стали.Многие стойки и их крепежные детали имеют обтекатели для уменьшения сопротивления. Короткие, почти вертикальные опоры, называемые подкосами, находятся на подкосах, которые крепятся к крыльям на большом расстоянии от фюзеляжа. Это служит для подавления движения и колебаний стойки, вызванных воздухом, обтекающим стойку в полете. На рис. 1-22 показаны образцы крыльев, использующих внешние распорки, также известные как крылья полукантилевера. Также показаны консольные крылья, построенные без внешних распорок.

Рисунок 1-22. Крылья с внешними подкосами, также называемые полупрозрачными крыльями, имеют тросы или распорки для поддержки крыла.Полностью свободнонесущие крылья не имеют внешних связей и поддерживаются изнутри. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Алюминий — самый распространенный материал для изготовления крыльев, но это может быть дерево, покрытое тканью, а иногда и магниевый сплав. Более того, современные самолеты стремятся использовать более легкие и прочные материалы в конструкции планера и крыла. Существуют крылья, полностью изготовленные из углеродного волокна или других композитных материалов, а также крылья, изготовленные из комбинации материалов, обеспечивающих максимальную прочность и вес.

Внутренние конструкции большинства крыльев состоят из лонжеронов и стрингеров, идущих по размаху, и нервюр и шпангоутов или переборок, идущих по хорде (от передней кромки к задней кромке). Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла. Они выдерживают все распределенные нагрузки, а также сосредоточенные веса, такие как фюзеляж, шасси и двигатели. Обшивка, прикрепленная к конструкции крыла, несет часть нагрузок, возникающих во время полета. Он также передает напряжения на нервюры крыла.Ребра, в свою очередь, передают нагрузки на лонжероны крыла. [Рисунок 1-23] Рисунок 1-23. Номенклатура конструкции крыла. [щелкните изображение, чтобы увеличить] В общем, конструкция крыла основана на одной из трех основных конструкций:

1. Monospar
2. Multispar
3. Коробчатая балка

Модификации этих базовых конструкций могут быть приняты различными производителями.

Односкатное крыло включает в себя только один основной продольный или размах крыльев. Ребра или переборки придают аэродинамический профиль необходимого контура или формы.Хотя строго моношерстное крыло не является распространенным явлением, иногда используется этот тип конструкции, модифицированный добавлением ложных лонжеронов или легких поперечных перемычек вдоль задней кромки для поддержки рулевых поверхностей.

В конструкции многоступенчатого крыла используется более одной основной продольной балки. Чтобы придать крылу контур, часто включают нервюры или переборки.

В конструкции крыла коробчатой ​​балки используются два основных продольных элемента с соединительными переборками для придания дополнительной прочности и придания контура крылу.[Рисунок 1-24] Гофрированный лист может быть помещен между переборками и гладкой внешней обшивкой, чтобы крыло могло лучше выдерживать нагрузки растяжения и сжатия. В некоторых случаях гофрированные листы заменяют тяжелые продольные ребра жесткости. Иногда используется комбинация гофрированных листов на верхней поверхности крыла и ребер жесткости на нижней поверхности. В самолетах авиатранспортной категории часто используется конструкция крыла с коробчатой ​​балкой.

Рисунок 1-24. Коробчатая балочная конструкция. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Лонжероны крыла

Лонжероны являются основными конструктивными элементами крыла.Они соответствуют лонжеронам фюзеляжа. Они проходят параллельно поперечной оси самолета, от фюзеляжа к законцовке крыла, и обычно прикрепляются к фюзеляжу с помощью фитингов крыла, гладких балок или фермы.

Лонжероны могут изготавливаться из металла, дерева или композитных материалов в зависимости от критериев конструкции конкретного самолета. Деревянные лонжероны обычно делают из ели. В целом их можно разделить на четыре различных типа по конфигурации поперечного сечения.Как показано на рис. 1-25, они могут быть (A) сплошными, (B) коробчатой, (C) частично полой или (D) в виде двутавровой балки. Для увеличения прочности часто применяют ламинацию лонжеронов из массива дерева. Ламинированная древесина также встречается в лонжеронах коробчатой ​​формы. Из лонжерона на Рисунке 1-25E был удален материал для уменьшения веса, но он сохраняет прочность прямоугольного лонжерона. Как можно видеть, большинство лонжеронов крыла в основном имеют прямоугольную форму с большим размером поперечного сечения, ориентированным вверх и вниз в крыле.

Рисунок 1-25.Типичные сечения деревянных лонжеронов крыла. [нажмите, чтобы увеличить] В настоящее время большинство производимых самолетов имеют лонжероны крыла, изготовленные из цельного экструдированного алюминия или алюминиевых профилей, склепанных вместе, чтобы сформировать лонжерон. Более широкое использование композитных материалов и комбинирование материалов должно заставить пилотов бдительно относиться к лонжеронам крыльев, изготовленным из различных материалов. На Рисунке 1-26 показаны примеры поперечного сечения металлического лонжерона крыла. Рисунок 1-26. Примеры форм металлических лонжеронов крыла. [щелкните изображение, чтобы увеличить] В лонжероне двутавровой балки верх и низ двутавра называются заглушками, а вертикальное сечение называется стенкой.Лонжерон целиком может быть изготовлен из цельного куска металла, но часто его изготавливают из нескольких профилей или углов. Перегородка составляет основную глубину лонжерона, и к ней прикрепляются полосы крышки (выступы, профилированные углы или фрезерованные участки). Вместе эти элементы несут нагрузки, вызванные изгибом крыльев, а колпачки служат основой для крепления обшивки. Хотя формы лонжерона на Рисунке 1-26 являются типичными, фактические конфигурации лонжеронов крыла могут принимать разные формы. Например, стенка лонжерона может быть пластиной или фермой, как показано на Рисунке 1-27.Его можно было построить из легких материалов с использованием вертикальных ребер жесткости для повышения прочности. [Рисунок 1-28] Рисунок 1-27. Ферменный лонжерон крыла Рисунок 1-28. Лонжерон крыла пластинчатый с вертикальными ребрами жесткости.

Он также может не иметь ребер жесткости, но может содержать фланцевые отверстия для уменьшения веса, но сохранения прочности. Некоторые металлические и композитные лонжероны крыла сохраняют концепцию двутавровой балки, но используют стенку синусоидальной волны. [Рисунок 1-29] Рисунок 1-29. Синусоидальный лонжерон крыла может быть изготовлен из алюминия или композитных материалов.

Кроме того, существует безопасная конструкция лонжеронов. Отказоустойчивость означает, что в случае отказа одного из элементов сложной структуры какая-либо другая часть структуры принимает на себя нагрузку отказавшего элемента и позволяет продолжать работу. Лонжерон с отказоустойчивой конструкцией показан на Рисунке 1-30. Этот лонжерон состоит из двух частей. Верхняя часть состоит из крышки, приклепанной к верхней пластине. Нижняя часть представляет собой единый профиль, состоящий из нижней крышки и перегородки. Эти две секции соединены вместе, образуя лонжерон.Если одна из секций лонжерона этого типа сломается, другая секция все равно сможет нести нагрузку. Это безотказная функция.

Рисунок 1-30. Безотказный лонжерон с клепаным лонжероном.

Крыло, как правило, имеет два лонжерона. Один лонжерон обычно расположен около передней части крыла, а другой — примерно на двух третях расстояния по направлению к задней кромке крыла. Независимо от типа, лонжерон — самая важная часть крыла. Когда другие конструктивные элементы крыла подвергаются нагрузке, большая часть возникающих напряжений передается на лонжерон крыла.

В конструкции крыла обычно используются ложные лонжероны. Они представляют собой лонжероны, похожие на лонжероны, но не проходят по всей длине крыла по размаху. Часто они используются в качестве точек крепления шарниров для рулевых поверхностей, таких как лонжерон элеронов.

Flight Mechanic рекомендует

Spar Web — обзор

11.3 Изготовление конструктивных элементов

Внедрение цельнометаллических самолетов с напряженной обшивкой привело к появлению методов и типов изготовления, которые используются по сей день.Однако улучшение характеристик двигателя и достижения в области аэродинамики привели к более высокой максимальной подъемной силе, более высоким скоростям и, следовательно, к более высоким нагрузкам на крыло, так что необходимы улучшенные технологии изготовления, особенно в конструкции крыльев. Увеличение нагрузки на крыло с примерно 350 Н / м ² для самолетов 1917–1918 годов до примерно 4800 Н / м ² для современных самолетов в сочетании с падением процентной доли конструкции от общей массы с 30-40 до 22 –25 процентов, дает некоторое представление об улучшении материалов и конструкции конструкции.

В целях строительства самолеты делятся на несколько узлов. Они изготавливаются на специально разработанных приспособлениях, возможно, в разных частях завода или даже на разных заводах, прежде чем отправляться в цех окончательной сборки. Типичная разбивка на узлы среднего гражданского самолета показана на рис. 11.8. Каждый узел состоит из множества мелких узлов, таких как лонжероны, нервюры, рамы, которые, в свою очередь, поставляются с отдельными компонентами из мастерской деталей.

Рисунок 11.8. Типовая разбивка на узлы

Хотя крылья (и хвостовые поверхности) самолетов с неподвижным крылом обычно состоят из лонжеронов, нервюр, обшивки и стрингеров, методы изготовления и сборки различаются. Крыло самолета на рис. 11.5 основано на технологиях изготовления, которые использовались в течение многих лет. В этой форме конструкции лонжероны содержат тонкие перемычки и фланцы из алюминиевого сплава, причем последние выдавливаются или подвергаются механической обработке и приклепываются к перемычке болтами или заклепками.Ребра состоят из трех частей из листового металла с помощью больших прессов и резиновых штампов и имеют фланцы по краям, чтобы их можно было приклепать к обшивке и лонжеронам; прорези по краям позволяют проходить стрингерам по размаху. Отверстия прорезаны в ребрах в местах с низким напряжением для легкости и для размещения контрольных участков, топлива и электрических систем.

Наконец, обшивка приклепывается к полкам нервюры и продольным ребрам жесткости. Там, где кривизна обшивки велика, например, на передней кромке, листы из алюминиевого сплава пропускаются через «валки» для предварительного формования их до нужной формы.Еще одно аэродинамическое требование состоит в том, чтобы передние хордовые секции крыла были как можно более гладкими, чтобы задержать переход от ламинарного к турбулентному потоку. Поэтому в этих положениях используются заклепки с потайной головкой, а не заклепки с куполообразной головкой ближе к задней кромке.

Крыло крепится к фюзеляжу с помощью усиленных шпангоутов, часто болтами. В некоторых самолетах лонжероны крыла проходят через фюзеляж, в зависимости от потребности в пространстве. В самолете с высоким крылом (рис.11.5), глубокие лонжероны, проходящие через фюзеляж, могут вызвать затруднения. В этом случае короткий третий лонжерон обеспечивает дополнительную точку крепления. Очевидно, что идеальное расположение — это сохранение целостности конструкции по всей поверхности крыла. В большинстве практических случаев это невозможно, так как вырезы в поверхности крыла требуются для убирающихся шасси, отсеков для бомб и орудий, смотровых панелей и т. Д. Последние обычно расположены на нижней поверхности крыла и крепятся к ребрам жесткости и нервюрам. фланцы с помощью винтов, что позволяет им выдерживать прямые и поперечные нагрузки.Двери, закрывающие ниши шасси и отсеки вооружения, не способны противостоять напряжениям крыла, поэтому необходимо предусмотреть возможность передачи нагрузок от обшивки, фланцев и перегородок вокруг выреза. Этого можно достичь, вставив прочные переборки или увеличив площадь фланца лонжерона, хотя, независимо от используемого метода, это приведет к увеличению стоимости и веса.

Различные конструктивные требования самолетов, предназначенных для различных эксплуатационных ролей, приводят к разнообразию конструкций крыльев.Например, для высокоскоростного самолета требуются относительно тонкие секции крыла, которые выдерживают высокие нагрузки на крыло. Чтобы выдержать соответственно высокое поверхностное давление и получить достаточную прочность, необходимы более толстые покрытия. Поэтому панели крыла, как и нервюры крыла, часто обрабатываются как единое целое со стрингерами из массивных плит материала. На рисунке 11.9 показаны нервюры крыла для европейского Airbus, в которых ребра жесткости стенки, фланцевые отверстия для облегчения легкости и проушины крепления обшивки изготовлены как единое целое из цельного металла.Этот интегральный метод строительства не предполагает новых принципов проектирования и имеет преимущества сочетания высокого качества отделки поверхности, без неровностей, с более эффективным использованием материала, поскольку толщина обшивки легко сужается, чтобы совпадать с уменьшением по размаху изгибающих напряжений. .

Рисунок 11.9. Ребра крыла для европейского Airbus

(любезно предоставлено British Aerospace)

Альтернативной формой конструкции является многослойная панель, которая состоит из легкой сотовой или гофрированной металлической сердцевины, зажатой между двумя внешними обшивками несущего листа (см.рис.11.10). Основная функция сердечника — стабилизировать внешнюю обшивку, хотя она также может выдерживать нагрузки. Сэндвич-панели способны создавать высокие нагрузки, имеют гладкие внутренние и внешние поверхности и требуют небольшого количества опорных колец или рам. Они также обладают высокой устойчивостью к усталости от истечения струи. Использование этого метода строительства включает в себя легкие «доски» для мебели кабины, монолитные оболочки обтекателя, обычно имеющие пластиковую облицовку, и повышение жесткости летающих рулевых поверхностей.Так, например, элероны и руль направления British Aerospace Jaguar изготовлены из алюминиевых сот, в то время как соты с облицовкой стекловолокном и алюминием широко используются в крыльях и хвостовом оперении Boeing 747. Некоторые проблемы, в основном, отслаивание и внутренняя коррозия , встречались в эксплуатации.

Рисунок 11.10. Сэндвич-панели

(любезно предоставлены Ciba-Geigy Plastics)

Общие принципы, касающиеся конструкции крыла, применимы к фюзеляжам, за исключением того, что интегральная конструкция не используется в фюзеляжах по очевидным причинам.На рисунках 11.5, 11.6 и 11.7 показано, что один и тот же базовый метод конструкции используется в самолетах, выполняющих самые разные функции. Как правило, каркасы фюзеляжа, которые выдерживают большие сосредоточенные нагрузки на пол или нагрузки от точек крепления крыла или хвостового оперения, тяжелее, чем легконагруженные каркасы, и требуют усиления с дополнительным обеспечением для передачи сосредоточенной нагрузки на каркас и обшивку.

При установленных шпангоутах в стапеле фюзеляжа стрингеры, проходя через прорези, приклепываются к фланцам шпангоута.Перед тем, как обшивка будет приклепана к шпангоутам и стрингерам, другие вспомогательные рамы, такие как дверные и оконные рамы, приклепываются или привинчиваются на место. Участки фюзеляжа в областях этих вырезов усилены дополнительными стрингерами, частями каркаса и увеличенной толщиной обшивки, чтобы реагировать на сильные сдвиговые потоки и возникающие прямые напряжения.

По завершении различные узлы собираются вместе для окончательной сборки. Секции фюзеляжа обычно скрепляются болтами через фланцы по их периферии, в то время как крылья и хвостовое оперение прикрепляются к точкам захвата на соответствующих каркасах фюзеляжа.Лонжероны крыла на гражданских самолетах с низким крылом обычно полностью проходят через фюзеляж, что упрощает конструкцию крыла и способ крепления. На небольших военных самолетах установка двигателей часто препятствует этому, так что лонжероны крыла прикрепляются непосредственно к раме фюзеляжа и заканчиваются на ней. Очевидно, что в этих местах конструкции каркас – стрингер – обшивка требуют усиления.

Лонжероны крыла A350 и A400M: исследование контрастов

Завод GKN Aerospace (Филтон, Великобритания) на западном подходе к США.К. занимается изготовлением лонжеронов крыла. Он производит передний и задний лонжероны для военного грузового транспорта Airbus A400M и задний лонжерон для Airbus A350. HPC касалось производства лонжерона A400M в 2006 году, когда он производился на заводе GKN на острове Уайт, Великобритания (Подробнее о процессе производства лонжерона A400M читайте в разделе «Композитные лонжероны крыла несут самые большие турбовинтовые двигатели в западном мире», под редакцией редактора Picks », вверху справа). С тех пор производство лонжеронов A400M было переведено на новый специализированный завод лонжеронов на западном подходе (см. Крайнее правое фото на стр.27), чтобы воспользоваться преимуществами взаимодействия с лонжеронами A350 и преимуществами близости к центру проектирования крыльев Airbus в Филтоне. Когда в этом году приближался первый полет A350, предприятие посетило HPC , чтобы получить обновленную информацию о процессе GKN для лонжерона A350.

Лонжероны A400M и A350: разные по конструкции

Лонжероны крыла можно представить как простые сужающиеся С-образные каналы, образующие переднюю и заднюю часть кессона крыла.Но это чрезмерное упрощение, поскольку игнорируются скрытые сложности конструкции крыла. Во-первых, форма крыла, продиктованная требованиями к аэродинамике, конструкции и дорожному просвету. При внимательном рассмотрении лонжеронов А350 выясняется, что внутренний лонжерон имеет очень значительную кривизну. Это связано с тем, что внутреннее крыло А350 имеет изогнутую форму крыла чайки. В отличие от этого, крыло A400M практически прямое, что упрощает изготовление лонжерона (см. Фотографии слева).

Структурные проблемы добавляют дополнительную сложность компоновке лонжерона из-за очень высоких нагрузок, возникающих в различных точках по длине лонжерона. Точки крепления двигателей, основных стоек шасси (только на A350, поскольку у A400M основная ходовая часть установлена ​​на фюзеляже), закрылки и другие поверхности управления требуют локального увеличения толщины ламината в местах крепления. В других областях крепления жертвенный тканый углерод добавляется под точками крепления или, если прикрепляемый компонент является алюминиевым, добавляется слой тканого стекла.

Длина лонжерона A350 значительно больше — 34 м / 111,5 футов, чем у лонжерона A400M, длина которого составляет всего 19 м / 62,3 фута. Далее, лонжерон А400М выполнен двухсекционным, а лонжерон А350 — трехсекционным.

Стратегии производства каждого лонжерона также различаются по нескольким причинам:

• Между запуском двух программ прошло пять лет; в этот период автоматизация укладки препрега путем автоматической укладки волокна (AFP) достигла больших успехов.
• Заказчик изменил спецификацию материала с обычной упрочненной эпоксидной смолы на межслойную упрочненную эпоксидную смолу последнего поколения.
• Форма лонжерона А350 намного сложнее.
• В лонжероне A350 требовалась более оптимизированная конструкция; Экономия веса в коммерческих приложениях теперь является более важным приоритетом в период времени, когда важность экономии топлива возросла.

ATL в сравнении с AFP

Процессы изготовления лонжеронов отражают их различия.Лонжерон A400M изготавливается путем автоматической укладки ленты (ATL) из углеродного волокна на плоский инструмент (см. Нижнее фото на этой странице). ATL поставляется компанией MTorres (Торрес-де-Элорз, Наварра, Испания). Затем этот плоский пакет из однонаправленного материала формуют горячим способом (см. Фото, стр. 30) до окончательной формы поверх охватываемого инструмента. Затем формованный ламинат переносится на инструмент из инвара с внутренней резьбой для окончательного отверждения. В отличие от этого, лонжероны A350 собираются AFP за один этап на вращающейся оправке, получая одновременно две части (лонжероны левого и правого борта) в их чистых формах (см. Начальную фотографию слева).

Лонжерон A400M изготовлен из углепластика Cytec (Темпе, Аризона, и Рексхэм, Великобритания) 977-2, материала, обычно используемого в военных самолетах. Лонжерон A350 изготовлен из Hexcel (Стэмфорд, Коннектикут) M21E / IMA, системы препрега намного более жесткой, чем старые материалы. Более высокая ударная вязкость является результатом технологии изготовления препрега, при которой упрочняющие агенты концентрируются между слоями, а не равномерно распределяются по матрице. Примечательно, что этот материал является стандартным препрегом для всех конструктивных элементов A350.

Учитывая возросшую сложность геометрии лонжеронов и трудности с формированием драпировки, связанные с этим новым поколением препрегов, GKN пришла к выводу, что AFP был вариантом с наименьшим риском. Это решение стало тем более простым благодаря постоянному совершенствованию скорости укладки AFP и способности AFP оптимизировать структуру за счет использования более сложной укладки слоев, чем это может быть достигнуто с помощью ATL.

Лонжерон А350: обкатка и формовка

Хотя наиболее очевидные производственные улучшения наблюдаются в компоновке и оснастке молдингов лонжерона A350, большая часть новых технологий была применена в процессах обработки и сборки.

Три сегмента лонжерона C-образного сечения A350 в среднем составляют 11,5 м / 37,7 фута в длину, с толщиной 25 мм / 0,08 фута на корневом конце, которая сужается до 5 мм / 0,020 дюйма на кончике крыла самого внешнего сегмента. Их размер и вес сложно передать словами и габаритами. Для сравнения: средний человек может поднять один конец внешнего лонжерона.

Лонжерон A350 укладывается на оправки из углепластика, помещенные в машину AFP, также поставляемую MTorres. GKN намеревается запустить в производство пять таких станков; три были доставлены (по цене 5 миллионов евро / 6 долларов США).По 76 миллионов), еще два уже в порядке. Как уже отмечалось, одновременно закладываются два лонжерона. Можно было ожидать, что материал под углом 90 ° и 45 ° будет непрерывно размещаться вокруг оправки, от одного лонжерона до соседнего лонжерона. Однако GKN использует возможность машины самостоятельно обрезать и перезапускать каждый буксир. Таким образом, лонжероны наращиваются отдельно, с небольшим зазором между ними. Это исключает этап резания, сводит к минимуму отходы материала, дает большую свободу при проектировании, дает более полностью оптимизированную компоновку слоев и снижает вес лонжерона.

Оправки из полого углеродного волокна были спроектированы и изготовлены, а материалы поставлены компанией Umeco (Хеанор, Дербишир, Великобритания), которая сейчас является частью Cytec Industries и ведет бизнес как Cytec Industrial Inc., подразделение Cytec Engineered Materials Inc. ( Темпе, Аризона). Жесткость была серьезной проблемой, поскольку требовалось отклонение 0,5 мм / 0,020 дюйма или меньше под нагрузкой 150 кг / 331 фунт. В то же время необходимо было достичь целевых показателей веса; для внутренней оправки вес составляет 4 метрических тонны (8 818 фунтов).Ограничение машины составляло 5 метрических тонн (11 023 фунта) из-за проблем с инерцией, связанных со скоростью вращения оправки, которая варьируется в зависимости от того, укладывает ли он ровную поверхность, огибает угол или режет слой. Чтобы ускоряться и замедляться, машина должна бороться с инерцией оправки, которая определяется весом и формой, причем последняя фиксируется конструкцией крыла. Таким образом, требования к весу и жесткости привели к тому, что конструкция оправки стала углепластиком.

Значительное сокращение времени обработки было достигнуто за счет уменьшения количества циклов консолидации, необходимых при укладке самого внутреннего лонжерона.В апреле 2011 года для консолидации потребовалось много циклов. Во время каждого цикла температура оправки и частичной укладки повышалась с помощью большого (примерно 13 м на 1 м / 42,7 футов на 3,28 фута) блока инфракрасных нагревателей. Затем цилиндрический вакуумный мешок, хранящийся на конце оправки, натягивали на ламинат и создавали вакуум. В то время это было необходимо для обеспечения низкого содержания пустот, требуемого Airbus. Но сегодня эта повторяющаяся процедура была заменена однократным уплотнением в вакууме при комнатной температуре после укладки всего ламината.

Готовый ламинат переносится с оправки на инструмент из инвара с внутренней резьбой для отверждения с помощью вакуумного подъемного оборудования. Лонжерон A350 вулканизируется в одном из двух автоклавов, каждый размером 16 м на 3,5 м (52,5 футов на 11,5 футов), со стандартным временем цикла 10 часов, включая аппарели. Это время цикла используется для всех лонжеронов, поскольку разница между лонжеронами с точки зрения массы незначительна по сравнению с тепловой массой инструмента. Два лонжерона вулканизируются одновременно, за исключением внутреннего лонжерона, который выполняется самостоятельно.Два автоклава удовлетворяют потребности в производительности, предполагая 30-минутную загрузку и разгрузку в начале и в конце каждого цикла.

Формованные лонжероны обрабатываются с помощью инструмента с двумя головками, предоставленного Flow International (Кент, Вашингтон). Гидроабразивная резка используется для резки профилей лонжерона, а обычная обрабатывающая головка (24 000 об / мин) используется для уменьшения толщины в критических областях. Например, допустимая погрешность в высоте лонжерона составляет ± 0,25 мм (± 0,010 дюйма). Чтобы избежать разрезания структурных волокон, жертвенное тканое углеродное волокно добавляется отдельной ручной операцией с использованием лазерного позиционирования слоев для обеспечения точности.Затем участок обрабатывается до допуска. Жертвенные слои склеиваются с помощью цветного пленочного клея, поэтому технические специалисты могут видеть, разрезаны ли структурные слои. Там, где будет крепиться алюминиевая фурнитура, используется плетеное стекло вместо карбона.

Наконец, лонжероны подвергаются неразрушающему контролю (NDI) с использованием ультразвуковой машины новейшего типа с фазированной решеткой от GE Inspection Technologies LP (Льюистаун, Пенсильвания). Сообщается, что устройство выявляет дефекты размером до 6 мм2 (0,009 дюйма2) за 20 процентов времени, затрачиваемого на обычные технологии NDI.(См. Также «Неразрушающий контроль: лучше быстрее и дешевле» в разделе «Выбор редакции» вверху справа.)

Бурение и монтаж

Помимо производства лонжеронов, GKN также выполняет большое количество сборочных операций. Сначала вручную устанавливается небольшое количество кронштейнов внутри каждого лонжерона. Это облегчает установку лонжерона на приспособление для транспортировки по автоматизированному сборочному цеху. Лонжерон с его креплением перемещается на управляемом вручную транспортном средстве (MGV) на первую станцию ​​процесса сборки.

Внутренние лонжероны, которые толще и имеют тяжелые металлические крепления для ходовой части и закрылков, сначала доставляются на большой 5-осевой обрабатывающий центр, который просверливает отверстия в композитных деталях и металлической арматуре. Оттуда удерживающее приспособление и внутренний лонжерон транспортируются на станцию, где устанавливаются крепежные детали. Средний и внешний лонжероны, которые тоньше и имеют более легкую арматуру, также доставляются на роботизированную станцию, где просверливаются все отверстия. Всего на комплекте из шести лонжеронов, необходимых для одного самолета, просверливается 16000 отверстий.(См. Фотографию робота со сверлильной головкой слева.) Затем приспособление и лонжерон перемещаются на вторую роботизированную станцию, которая устанавливает крепеж после того, как все фитинги будут размещены в приспособлении.

Три секции лонжерона, все еще на своих креплениях, но со всеми фиксированными креплениями, наконец собираются вместе для соединения с использованием точек данных на их креплениях. Соединения имеют плоские пластины из углепластика в форме бабочки на внешней и внутренней стороне стенки, а также угловые пластины, соединяющие внутреннюю часть фланцев и радиусов.

Однако поверхности, которые будут соединяться болтами, не совпадают идеально из-за небольшого различия в толщине лонжерона, что, в свою очередь, связано с различиями в толщине материала препрега и ширине ленты с прорезями. Решение состоит в том, чтобы измерить эти поверхности с помощью фотограмметрического оборудования, поставляемого Steinbichler Optotechnik GmbH (Neubeuern, Германия). Оптическое устройство, удерживаемое в руке робота, собирает данные, которые отправляются в обрабатывающий центр, поставляемый HG Grimme SysTech GmbH (Видергельтинген, Германия), который расположен рядом с соединительным приспособлением.В обрабатывающем центре пластины модифицируются для обеспечения того, чтобы любое смещение на стыкуемых поверхностях производилось в зеркальном отображении на поверхности стыковочной пластины. Затем изготовленные на заказ пластины используются для соединения трех секций лонжерона.

После того, как они были успешно закреплены, эти соединения временно откручиваются, чтобы упростить транспортировку лонжерона на завод Airbus в Бротоне, Великобритания, где производится сборка крыла.

Композитные материалы Solvay

Spars-The Heart of the Wing

Я встретил свой первый лонжерон крыла, когда мне было 13 лет.Я присоединился к группе мальчиков, которые собирались в FBO, чтобы восстановить пару J-3 Cubs — владелец FBO получил бесплатную рабочую силу, а мы получили образование, которое в конечном итоге включало уроки полета, что было беспроигрышным для всех. В ту первую ночь мне вручили кисть и банку лака для лонжерона и сказали покрыть эту длинную деревянную плиту. Это было сердце крыла J-3, которым мы в конечном итоге должны были летать. На мой взгляд, это было похоже на длинную доску, но мне сказали, что это сделано из особого вида дерева, ситкинской ели, известной своими длинными, прямыми и однородными волокнами.Мне это показалось симпатичным, но потребовалось еще много лет, чтобы построить самолеты и учиться на авиационного инженера, чтобы действительно понять, насколько особенным на самом деле является главный лонжерон крыла. Это больше, чем просто место для крепления ребер — это ядро ​​конструкции, поддерживающей полет.

Мы собираемся начать эту серию из трех частей, посвященных лонжеронам, с обсуждения нагрузок, воспринимаемых лонжеронами, их конструкции и способов использования различных материалов для изготовления различных типов лонжеронов.В следующих статьях мы рассмотрим конструкцию лонжеронов для типичного цельнометаллического крыла — в данном случае основных лонжеронов для мотоплана Xenos, хорошего примера типичного металлического лонжерона с множеством различных компонентов, работающих вместе, чтобы сформировать единое целое. Ед. изм. Мы покажем, как соединяется лонжерон и как различные компоненты работают вместе, чтобы выдерживать полетные нагрузки на длинные тонкие крылья планера. Эти статьи должны дать вам понимание, необходимое для принятия решения о том, хотите ли вы строить собственные лонжероны или покупать их в собранном виде, что сегодня является обычным вариантом для комплектных самолетов.

Один из лонжеронов мотоплана Xenos. Обратите внимание на Т-образную форму — вертикальная часть сопрягается с лонжероном, а прочность находится в пределах верхней части буквы «Т».

Оси для изгиба

Большинство крыльев, которые вы встретите, имеют один главный лонжерон, а также задний лонжерон меньшего размера. Они действуют вместе, вместе с нервюрами и стойками, чтобы создать жесткий, прочный, но легкий космический каркас, который поддерживает самолет в полете. Главный лонжерон сопротивляется изгибу, прежде всего, в направлении вектора подъемной силы, то есть вверх и вниз.В сочетании с остальной конструкцией крыла он противостоит силам в продольном и продольном направлениях, но сам по себе лонжерон на этой оси является немного слабым. Типичный лонжерон больше высоты, чем ширины, и это связано с этой основной осью изгиба — крыло в первую очередь хочет изгибаться в направлении вверх и вниз, и, следовательно, оно должно быть толще в этом измерении.

Спонсор трансляции авиашоу:

Если вы возьмете кусок пиломатериала размером 1 × 1 дюйм из местного хозяйственного магазина, вы обнаружите, что можете так же далеко согнуть его практически в любом направлении (будьте осторожны — эти палки могут внезапно сломаться! ).Но если вы возьмете пиломатериал 2 × 4 дюйма аналогичной длины, вы обнаружите, что если вы попытаетесь согнуть его по 2-дюймовой поверхности, он даст немало, но загрузите его по 4-дюймовому размеру, и он будет довольно жестким и жестким. Если вы никогда не строили дом, взгляните на тот, который находится в стадии строительства, и вы увидите, что все балки перекрытия ориентированы так, что нагрузка приходится на пиломатериалы по длине. Это просто заставит большую часть материала работать на вас, выдерживая изгибающие нагрузки и сохраняя жесткость конструкции.

Если бы вы измерили фактическую деформацию лонжерона (или длину 2 × 4) под действием изгибающих нагрузок, вы бы обнаружили, что деревянные пряди на верхней части лонжерона сжимаются, то есть сдвигаются вместе в длинная ось. При этом растягиваются пряди на нижней части лонжерона — они растянуты. Это легко увидеть на прилагаемом рисунке. Интересно отметить, что чем ближе вы подходите к центру (между верхом и низом), тем меньше становятся нагрузки — сжимающие нагрузки сверху и растягивающие нагрузки снизу уменьшаются по мере приближения к центру или нейтральной оси, лонжерона.

На этом изображении корневого конца лонжерона Xenos показано, как полка крышки «Т» лонжерона входит в слои лонжерона. На корневом конце используются болты, чтобы закрепить колпачок; когда вы двигаетесь подвесным двигателем, это все заклепки.

Это вряд ли кажется справедливым, не так ли? Волокна в нижней части изо всех сил стараются удерживаться вместе под натяжением, а волокна наверху изо всех сил стараются не раздавиться, но те, что в середине, получают бесплатную езду! Именно это осознание приводит нас к первой модификации конструкции «лонжерона плиты» — такой, которая представляет собой просто сплошной прямоугольник из дерева.Если средние волокна не берут на себя свою долю нагрузки, что они там делают? Они просто прибавляют в весе, не так ли? Нет ли способа уменьшить эту часть лонжерона и облегчить конструкцию?

Ну, конечно, есть — и так родилась «двутавровая балка». Поскольку большая часть нагрузок приходится на верхний и нижний края, а середина просто слоняется по сторонам, разделяя края, почему бы не сделать среднюю часть более тонкой? Это именно то, что вы видите, глядя на стальную конструкцию, такую ​​как здание или мост: основные элементы конструкции имеют форму буквы «I» в поперечном сечении.Края (крышки) широкие и несущие нагрузку, в то время как середина (или перемычка) предназначена в основном для того, чтобы крышки не сжимались друг к другу.

Лонжерон, выполненный в виде двутавровой балки, подвергает толстый и тяжелый материал крышек под нагрузкой (сжатие сверху, растяжение снизу) и минимизирует материал там, где нагрузка мала (в стенке) .

Полет на двутавровой балке

Поскольку мы начали с дерева, нет причин, по которым мы не можем какое-то время продолжать этот ход мыслей.Деревянные двутавровые балки обычно используются для перекрытий пола и потолка в деревянных конструкциях, при этом заглушки часто изготавливаются из материала 2 × 4, уложенного на бок, а перемычки — из относительно тонкой фанеры. Лонжероны самолетов могут быть сделаны и делались таким же образом — с силой крыла, находящейся в колпаках, а перемычка просто была там, чтобы удерживать их друг от друга.

Нет причин, по которым мы не можем применить ту же концепцию к металлическим конструкциям. Типичный алюминиевый лонжерон в наши дни будет построен с отдельными крышками лонжерона — обычно с большим поперечным сечением — и гораздо более тонкими перемычками, часто ламинированными из нескольких листов алюминия.Крышки часто представляют собой алюминиевые стержни или профили определенной формы для распределения изгибающих нагрузок на верхнюю и нижнюю части лонжерона. Некоторые старые цельнометаллические лонжероны, предназначенные для самодельного строительства, были построены из слоев толстого листового металла, который был легко доступен (например, 1/8 дюйма), так что не требовалось специальных профилей или тяжелых клепок. Если у вас есть один из этих ламинированных лонжеронов, он будет достаточно прочным, но, возможно, не таким легким и эффективным по весу, как новая конструкция со специальными крышками.

Цельный лонжерон равномерного поперечного сечения (обычно сделанный из дерева) имеет переменную нагрузку сверху вниз. Нижние волокна древесины находятся под напряжением, а верхние — под давлением.

Во многих случаях оптимизированной конструкции лонжероны не являются однородными от корня до кончика. Это потому, что чем ближе вы подходите к кончику крыла, тем меньше нагрузка на эту часть крыла и, следовательно, тем меньше вам требуется силы. Крыло Xenos, которое мы используем в качестве примера в этой и будущих статьях, похоже на это.Для очень длинного крыла было бы существенное снижение веса, если бы вы сохраняли одинаковое поперечное сечение от корня до кончика, поэтому при перемещении наружу и полотно, и колпачки становятся менее прочными. Колпачки представляют собой конические экструзии, и полотно использует все меньше и меньше слоев по мере продвижения к кончику. Фактически, полотно у основания состоит из шести слоев материала толщиной до 3/16 дюйма, и это сужается до одного слоя 0,032-дюймового листового металла к тому времени, когда вы дойдете до середины пролета.

Слово о композитах

Композитные крылья подчиняются тем же законам физики и механики, что и металлические конструкции, и то же самое относится к их лонжеронам, но они могут выглядеть немного иначе.Вы по-прежнему будете видеть составные лонжероны, которые выглядят как двутавровые балки, встроенные в крылья, но, поскольку конструктор обладает большой гибкостью при наложении слоев ткани, которая идет в крылья, иногда структура лонжерона сливается с обшивкой крыла, и это не совсем так. очевидный. Интегрированный структурный дизайн помещает прочность именно там, где она нужна проектировщику, и вы найдете конструкции без очевидного лонжерона, но можете поспорить, что они спроектированы с необходимым слоем, чтобы обеспечить желаемую прочность в правильном направлении.

Когда лонжероны становятся особенно толстыми возле корня, при сборке лонжерона фланцы нервюр необходимо приклепать к узлу. Зажимы на этом лонжероне будут удерживать внутренние нервюры.

The Web

Возвращаясь к алюминию: Как упоминалось ранее, материал лонжерона служит в первую очередь для того, чтобы удерживать крышки врозь и предохранять лонжерон от разрушения. С чисто структурной точки зрения это верно, но в реальном мире он делает гораздо больше.Наверное, наиболее очевидным является то, что ребра можно прикрепить к полотну. В более старых самолетах из каркаса и ткани обычно используются цельные нервюры, которые скользят по лонжерону (некоторые металлические самолеты также используют эту конструкцию) к своим местам, где они крепятся. В наши дни нервюры чаще всего состоят из нескольких частей: одна перед лонжероном, другая — сзади. Эти две детали приклепаны к лонжерону в месте их пересечения.

Перегородка типичного металлического лонжерона состоит из нескольких слоев, количество которых уменьшается по мере приближения к кончику, где меньше нагрузки.У Xenos ножка колпака лонжерона входит в прорезь наверху.

Стену также можно использовать для крепления таких вещей, как шкивы троса управления или коленчатые рычаги. В этом случае полотно часто усиливается удвоенной пластиной, чтобы сделать его локально более жестким, чтобы выдерживать боковые нагрузки, создаваемые элементами управления. Лента может также поддерживать монтажную конструкцию топливного бака, а также кабелепроводы или зажимы.

Говоря о проводке, строители нередко спрашивают, могут ли они пропустить проводку через крыло спереди назад, пробив лонжерон.Это хороший вопрос для дизайнера, но к настоящему моменту вы должны понимать, что, поскольку центр полотна обычно не несет нагрузок сжатия или растяжения, отверстия в полотне около середины обычно не являются проблемой. Опять же, посоветуйтесь со своим дизайнером, чтобы убедиться в этом, но если вы не можете понять, почему допускаются отверстия в лонжероне, понимание пути нагрузки должно вас утешить. Это, конечно, не дает вам карт-бланш на просверливание любого количества отверстий в любом месте вашего лонжерона, но объясняет, как и где это нормально.

Колпачки

Колпачки лонжеронов, как уже упоминалось, могут быть выполнены из профилей особой формы и с конусом или из простых прямоугольных блоков алюминия, в зависимости от того, как проектировщик хочет оптимизировать вес лонжерона и насколько доступны детали. Для самолетов, построенных по плану, строители обычно хотят иметь возможность покупать стандартное сырье. Для комплектов можно использовать нестандартные материалы, если строители понимают, что завод, вероятно, будет единственным источником запасных частей. Колпачки лонжеронов, как правило, непрерывны от корня до кончика, поэтому испортить одну во время строительства может означать дорогостоящую доставку при длительной замене.На Xenos каждая крышка имеет длину около 25 футов. Доставка по стране обходится недешево, так как его нужно хорошо упаковать, чтобы не погнуть.

Важно бережно относиться к колпакам лонжеронов, поскольку они являются конструктивными элементами, которые действительно удерживают вас в воздухе. Элементы, находящиеся в состоянии растяжения, растягиваются и не подвержены короблению, но сжатые элементы (как правило, верхняя стенка в горизонтальном полете) сжимаются. Если вы когда-либо опирались на пустую банку из-под газировки, а затем стучали по сторонам, чтобы она мгновенно схлопывалась, вы испытали отказ из-за деформации при сжатии.Подумайте об этом в следующий раз, когда увидите вмятину на лонжероне. Может быть, эта дорогая стоимость доставки не так уж и плоха… а?

Сверление отверстий в крышках, отличных от тех, которые требует дизайнер, запрещено. Обращайтесь с ними осторожно и проделайте все отверстия в соответствии с чертежами и спецификациями. Следует просверлить плотно прилегающие отверстия и развернуть их до нужного размера. Увеличенные или продолговатые отверстия — повод для отказа. Точно так же зазубрины и впадины — держите эти крышки в первозданном виде, и вы сможете быть уверенными в 3 (или более) G, как только вы полетите.

Скрепление вместе

Большинство алюминиевых лонжеронов склепаны вместе, при этом болты часто добавляются в толстых местах, потому что установка заклепок диаметром более 5/32 дюйма затруднена, а в некоторых местах требуется прочность стального болта. Чаще всего болты используются возле корня, где нагрузки наиболее высоки. Деревянные лонжероны часто имеют стальные стыковые пластины и болты возле корней по тем же причинам: общая нагрузка на лонжероны велика у основания, и материал должен быть усилен, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.В любом случае важно использовать крепеж, указанный дизайнером, и не допускать замен без явного разрешения.

Конечно, крылья в конечном итоге должны быть прикреплены к фюзеляжу, чтобы они работали вместе с хвостом и двигателем, создавая летающий самолет. Лонжероны являются основными точками крепления, поскольку они несут нагрузку, и многих новичков удивляет, сколько болтов нужно, чтобы удерживать крылья. Или, в случае некоторых самолетов, сколько! У старого Cub обычно есть только один болт, удерживающий корневой конец основного лонжерона для каждого крыла, а также один болт для заднего лонжерона.Затем стойки крыла привинчиваются к среднему размаху на своих верхних концах и к нижнему лонжерону фюзеляжа на внутреннем, нижнем конце. Эта треугольная ферма довольно прочна при положительной нагрузке (не так сильно при отрицательном G), а болты довольно большие.

Типичный самолет с низкорасположенным крылом будет иметь укороченный лонжерон как часть конструкции фюзеляжа — секция, построенная, как и остальная часть основного лонжерона, такая же толстая и массивная, как корневая секция, но надежно является частью конструкции фюзеляжа. Затем корни лонжеронов крыла будут перекрывать лонжерон центральной секции и прикрепляться к нему болтами большого диаметра, достаточными для жесткой фиксации крыла на месте.Это устанавливает двугранный угол конструктора и создает консольную конструкцию, не требующую распорок. Многие металлические самолеты не имеют такой массивной центральной секции, но корни лонжеронов доходят до центра фюзеляжа и крепятся болтами к металлической коробке со стальными стыковочными пластинами и множеством болтов, которые по сути образуют единое целое. крыло от кончика до кончика, когда все застежки установлены.

Планеры и другие летательные аппараты часто имеют лонжероны, которые не только входят в фюзеляж, но и полностью пересекаются с другой стороной фюзеляжа, перекрываясь своим сопряженным крылом и скрепляются вместе болтами, снова образуя то, что по сути является единым целым. штучное крыло, с прикрепленной конструкцией фюзеляжа.Xenos такой же, и для его скрепления требуется всего пара (больших) болтов.

Конструкция — это конструкция, а методы проектирования включают вычисление нагрузок — и иногда пилот просто должен доверять расчетам проектировщика, когда поднимается в воздух, когда видит, как конструкция кажется скрепленной вместе с небольшой видимой прочностью. Я был удивлен, когда снял крылья с оригинального RV-1 Ван, и обнаружил, что между крыльями и центральной секцией нет никакого перекрытия — верхняя и нижняя крышки имели отверстия на концах, которые входили в проушины в центральной секции стальной фермы. , и скреплялись (сверху и снизу) с помощью одного конического стального штифта.Задний лонжерон крепился к фюзеляжу одним болтом — вот и все. И это был полностью пилотажный самолет, рассчитанный на выдержку 9 G.

Pulling for Flight Loads

Главный лонжерон — это то, о чем мы говорили до сих пор, но он не работает сам по себе. Не менее важное значение имеет задний лонжерон. Меньший по размеру, чем основной лонжерон, задний лонжерон удерживает выравнивающие нервюры и обшивку и крепится к фюзеляжу, чтобы предотвратить скручивание конструкции крыла. Он также создает коробчатую конструкцию с передним лонжероном, чтобы реагировать на нагрузки, которые заставят крылья стремиться назад.Для деревянных крыльев нередко можно увидеть компрессионные стойки и проволоку, предотвращающую лобовое сопротивление, между передним и задним лонжероном, чтобы придать жесткость конструкции, создавая небольшие треугольные фермы в раме, чтобы создать очень прочную, но легкую конструкцию.

Консольные крылья являются обычным явлением в наши дни в высокопроизводительных самолетах, потому что отказ от подкосов позволяет избавиться от большого сопротивления, но строители по-прежнему строят множество самолетов, похожих на Cub, с выступающими стойками — и они являются неотъемлемой частью уравнения прочности любого крыла.Вы не могли бы использовать деревянный лонжерон крыла Cub в консольной конструкции, потому что он просто не может выдерживать нагрузку без помощи подкосов. Точно так же консольные деревянные крылья имеют очень глубокие и прочные лонжероны, которые компенсируют отсутствие распорок. И как только мы попадаем в составной мир, у нас нет предела: поскольку нагрузки могут распределяться по интегрированной структуре, требуется совершенно новый взгляд на нагрузки.

Типичная часть лонжерона Xenos показывает колпаки лонжерона (желтым цветом), перемычку лонжерона (послойно посередине) и зажимы, которые будут действовать как точки крепления нервюр во время сборки крыла.

Xenos Spar

Эта статья наклонена в сторону металлических крыльев и лонжеронов, потому что в следующий раз мы начнем подробно рассматривать конструкцию типичного металлического лонжерона, предназначенного для мотоплана Xenos. Он длиннее, чем вы ожидаете от типичного спортивного самолета, он достаточно велик, чтобы показать примеры различных деталей, которые вы найдете на любом металлическом лонжероне, и является хорошим примером того, как нагрузки — и, следовательно, структура — изменяются при вы идете от корня к кончику. Паутина тщательно состоит из разных слоев, которые уменьшаются от корня до кончика, и в ней есть специальные места для установки органов управления и большие рычаги для тормозов.Он также сконструирован с тщательно суженными крышками лонжеронов сверху и снизу. Вся конструкция скрепляется 5/32-дюймовыми заклепками, их длина и тип меняются по мере движения вниз по конструкции. Заклепки заподлицо необходимы около корня, где два лонжерона перекрываются в фюзеляже, а заклепки с полукруглой головкой используются в других местах, поскольку их можно быстро установить без необходимости зенковки и углублений.

В лонжеронах Xenos есть всего понемногу (кроме композитов), и мы приглашаем вас следовать за нами, поскольку мы продолжаем исследовать сердце крыла — главный лонжерон.

Национальный лес Прескотт — от Прескотта до Викенберга через Уайт-Спар-роуд

Кемпинг

Зоны отдыха с активностью Кемпинг Кемпинг:

Кемпинг White Spar расположен среди сосен пондероза, всего в 2 милях от Прескотта, штат Аризона, но изолирован от городского шума и света, что делает его отличным местом для наблюдателей за звездами, орнитологов и тех, кто просто хочет разбить лагерь. природа. Близлежащие маршруты удобны для пеших прогулок и горных велосипедистов, чтобы исследовать окрестности или подышать свежим воздухом и заняться спортом.

Дом на колесах

Зоны отдыха с активностью Кемпинг на колесах:

Хотя в кемпинге White Spar нет места для фургонов, он может вместить автомобили длиной до 40 футов.

Живописное вождение

Зоны отдыха с активностью Живописное вождение:

Этот 60-мильный участок шоссе 89 служит живописной альтернативой I-17 для путешественников между Фениксом и Прескоттом, или его можно использовать как один из отрезков нескольких живописных дорог Центральной и Северной Аризоны. Время в пути указано в хорошую погоду, с хорошим трафиком и без остановок.

Прескотт — Викенбург:

• Длина: 60 миль в одну сторону
• Время в пути: Приблизительно 1:20
• Автодорога с твердым покрытием

Направляясь на юг от Прескотта, Уайт-Спар-роуд (шоссе 89) приведет вас к 60-мильной извилистой живописной дороге, заканчивающейся в Викенберге. К югу от Прескотта видны остатки индейского пожара, который горел к югу от Прескотта в 2002 году.Сообщество Wilhoit находится недалеко от границы леса. Затем вы проедете холмы и конные фермы долины Пиплз и исторический город Ярнелл, и дорога продолжит спуск к более низким возвышенностям. Дорога прямо выходит за пределы Конгресса и заканчивается в живописном Викенбурге, где путешественники могут отправиться на юго-восток в Феникс или на запад в сторону Калифорнии.

Посмотреть на карте

Крылатый шпат | ASSegelflug

Здесь мы хотим показать вам, как в крыло устанавливается несущий лонжерон.Описанная здесь процедура установки восходит к временам постройки деревянного крыла и лонжерона и учитывает конструктивные проблемы, уже возникшие в те дни. Все современные лонжероны самолетов Schleicher изготавливаются и устанавливаются с использованием этих процедур.

Фундаментально

Скорлупа крыла и шпат крыла выполняют разные роли в крыле.90% изгибающих нагрузок приходится на лонжерон и 10% на корпус крыла, в то время как 100% изгибающих нагрузок приходится на корпус крыла.

Изгиб крыла

Кручение крыла

Последовательность установки

Наша процедура строительства предусматривает предварительное изготовление всего лонжерона.Он состоит из верхней и нижней крышек лонжеронов из ровницы, разделенных поперечной перемычкой. Таким образом, этой высоконагруженной деталью можно легко управлять на каждом этапе строительства. Готовый лонжерон затем приклеивается к открытой нижней части крыла:

.

После установки всех остальных внутренних компонентов крыла верхний корпус крыла приклеивается к нижнему. Два подкрылка скреплены между собой на передней кромке, вдоль лонжерона и на шляпообразном заднем лонжероне. Связующий материал показан здесь синим цветом.

Решающим преимуществом этого метода конструкции является то, что внутри самого лонжерона крыла нет связующего материала, а следовательно, и в основной зоне поперечного усилия. Если, несмотря на все возможные меры предосторожности, при креплении лонжерона к корпусу крыла возникнет небольшая пустота, это не повлияет на общую прочность крыла, поскольку шпат крыла, принимающий на себя 90% изгибающей нагрузки, полностью не поврежден.

А так выглядит весь процесс во время производства

Нижний корпус крыла закончен.Хорошо видно небольшое углубление в сэндвиче, где позже будет установлен лонжерон:

Быстровозводимый шпат готов:

На нижнюю крышку лонжерона наносится связующий материал:

Шпат крыла помещается на корпус крыла:

Излишки связующего материала выдавлены с правой и левой стороны крыльевого шпата и могут быть удалены:

Крыло и лонжерон в сечении:

.