Самолет из чего сделан: Из чего делают самолеты (металл)

КРЫЛАТЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Восьмимоторный гигант АНТ-20 («Максим Горький») был построен, как и многие металлические самолеты начала 30-х годов, из гофрированного алюминия.

При использовании традиционного сплава Д-16 пассажирский самолет Ту-154 получался слишком тяжелым.

Сварной корпус самолета МиГ-29 изготовлен из алюминиево-литиевого сплава 1420.

Массивные и очень ответственные детали шасси современных транспортных и пассажирских самолетов ОКБ им. С. В. Ильюшина изготовлены из титанового сплава ВТ-22. На снимке: Ил-76.

‹

›

— Сталь и алюминий, титан и пластмассы, клеи и дерево, стекло и резина — ни один самолет не полетит без этих материалов. Все они разработаны или испытаны в ВИАМе

— В каждой лопатке турбины реактивного двигателя воплощены самые совершенные металлургические технологии. Стоимость одной монокристаллической лопатки соизмерима с ценой дорогого легкового автомобиля

— Испытательный центр — «малая академия наук» ВИАМа. Грозит ли усталость металла разрушением самолета? Как найти скрытые дефекты в металле? Какими свойствами обладает новый материал? Во всем этом разбираются сотрудники Испытательного центра

— Армрестлинг как способ разрешения ученого спора, или Как Н. С. Хрущев летал в Америку

— «Состаренный» материал не значит «старый»

— Как кроили «шубу» для «Бурана»

— От воздействия высоких температур турбинные лопатки защищает плазма

— Чем совершеннее летательный аппарат, тем больше в нем неметаллических материалов . Уже спроектированы самолеты, на две трети состоящие из композитных материалов и пластмасс

— Утром лаборант, вечером студент. И все это — не выходя из родной лаборатории. Если государство не готовит специалистов, их приходится учить на месте

— Коррозия — враг любого металла. Ржавеет даже нержавеющая сталь. Как лечить язвы на теле «Рабочего и колхозницы»?

— Склеить можно все что угодно. Нужен только подходящий клей. В небе летают склеенные самолеты, и это не детские модели, а большие транспортные воздушные суда.

Первые шаги нашей авиации связаны с закупкой иностранных самолетов. Были они по большей части деревянными, фюзеляж и крылья обтягивались тканью. Конечно же такие «матерчатые» самолеты не могли выдерживать значительных скоростных и температурных нагрузок, нужны были иные материалы, прежде всего — металл.

Идея строить самолеты из алюминия возникла в Германии. Там же появились первые сплавы, разработанные специально для самолетов. Их назвали дуралюминами. Подобный сплав был создан и у нас в стране в середине 20-х годов. Он получил марку Д-1 — это сплав алюминия с медью и небольшим количеством магния.

В 1932 году академик А. А. Бочвар разработал теорию рекристаллизации алюминиевых сплавов, которая легла в основу создания легких сплавов. В стране к тому моменту существовала производственная база: первый алюминиевый завод «Кольчугалюминий» (расположенный в селе Кольчугино Владимирской области) выпускал гладкие и гофрированные листы технического алюминия — это алюминий с небольшими добавками марганца и магния. Такой алюминий обладал достаточной прочностью, был пластичен и потому использовался для обшивки фюзеляжей летательных аппаратов.

Однако материал для новых скоростных самолетов должен был иметь совершенно иные качества. И через некоторое время в лаборатории алюминиевых сплавов ВИАМа (созданной одновременно с открытием института в 1932 году) разработали сплав Д-16, который применялся в самолетостроении почти до середины 80-х годов. Это сплав на основе алюминия с содержанием 4-4,5% меди, около 1,5% магния и 0,6% марганца. Из него можно было делать практически любые детали самолета: обшивку, силовой набор, крыло.

Но скорости и высота полетов росли. Требовались высокопрочные сплавы. В середине 50-х годов возглавивший лабораторию алюминиевых сплавов академик И. Н. Фридляндер совместно со своими коллегами В. А. Ливановым и Е. И. Кутайцевой разрабатывает теорию легирования высокопрочных сплавов. Введение в систему алюминий — медь цинка и магния позволило резко увеличить прочность материала. Так возник сплав В-95, обладающий прочностью 550-580 Мпа (~ 5500-
5800 кгс/см²) и в то же время имеющий хорошую пластичность. У него был один изъян: недостаточная коррозионная стойкость, что, однако, устранялось путем двухступенчатого искусственного старения.

Новый сплав получил признание авиастроителей не сразу. В это время А. Н. Туполев создавал новый пассажирский лайнер Ту-154. Проект никак не укладывался в заданные весовые характеристи ки, и тогда генеральный конструктор сам позвонил Фридляндеру, обратившись за помощью, на что тот конечно же предложил использовать новый сплав. Проект новой машины переработали. Сплав В-95 нашел свое место для верхней поверхности крыла, из него изготовили прессованные панели и стрингеры, значительно снизив вес самолета. Такие же исследования параллельно шли в США. Там возникли сплавы серии 7000, в частности сплав 7075 — полный аналог нашего сплава.

Нагрузки, которые испытывает крыло самолета, неравноценны. Если верх крыла работает в основном на сжатие, то нижняя часть — на растяжение. Поэтому ее по-прежнему делали из дуралюмина Д-16, имеющего более высокие пластичность и порог усталости. Но и этот сплав претерпел серьезную модификацию за счет повышения чистоты по примесям при литье слитков. Технологические усовершенствования были столь значительны, что появился фактически новый материал — сплав 1163, который и в настоящее время успешно используется в нижних обшивках крыла и всего фюзеляжа.

Увеличение эксплуатационного ресурса самолетов всегда оставалось и остается задачей номер один. Добиться еще большей надежности и долговечности материалов можно, изменив структуру металла — «измельчив зерно». Для этого в сплавы начали вводить небольшие количества (до 0,1%) циркония. Величина зерна металла действительно резко уменьшилась, ресурс возрос. Одновременно создавались специальные ковочные сплавы, предназначенные для самых ответственных, силовых конструкций лайнеров. Так был разработан сплав 1933, превосходящий по своим параметрам зарубежные аналоги. Из него изготовляют детали силового набора и шпангоуты. Специалисты европейской авиастроительной фирмы «Эрбас» провели испытания нового материала и приняли решение использовать его в своих самолетах серий А-318 и А-319.

К сожалению, процесс весьма выгодного сотрудничества приостановлен. Причина в том, что акции двух основных российских производителей алюминиевой продукции — Самарского и Белокалитвенского металлургических комбинатов — выкуплены американской фирмой «ALKO». Значительная часть оборудования на предприятиях демонтирована, технологическая цепочка нарушена, квалифицированные кадры разошлись, и производство фактически прекратилось. Сейчас эти предприятия выпускают в основном фольгу, которая идет на изготовление пищевых банок и упаковок…

И хотя в настоящее время при посредстве российского правительства между компанией «АЛКОА-РУС» (она теперь называется так), ВИАМом и авиационными конструкторскими бюро достигнуты договоренности о возобновлении выпуска так необходимых нашей авиационной промышленности материалов, процесс восстановления идет крайне медленно и болезненно.

ВИАМ стал родоначальником серии сплавов пониженной плотности. Это совершенно новый класс материалов, содержащих литий. Первый такой сплав создал академик И. Н. Фридляндер со своими учениками еще в 60-х годах — на четверть века раньше, чем где-либо в мире. Его практическое использование, правда, поначалу было ограничено: такой активный элемент, как литий, требует особых условий выплавки. Первый промышленный алюминиево-литиевый сплав (его марка 1420) был создан на основе системы алюминий — магний с добавлением 2% лития. Его использовали в КБ А. С. Яковлева при строительстве самолетов вертикального взлета для палубной авиации — именно для таких конструкций экономия веса имеет особое значение. Як-38 эксплуатируется до сих пор, и никаких нареканий к сплаву нет. Более того. Оказалось, что детали из этого сплава обладают повышенной коррозионной стойкостью, хотя алюминиево-магниевые сплавы и сами по себе мало подвержены коррозии.

Сплав 1420 можно сваривать. Это его свойство использовали при создании самолета МиГ-29М. Выигрыш в весе при строительстве первых опытных образцов самолета за счет пониженной плотности сплава и исключения большого количества болтовых и клепочных соединений достигал 24%!

В настоящее время модификацией этого сплава — сплавом 1424 — весьма заинтересовались специалисты «Эрбаса». На заводе в городе Кобленце (ФРГ) из сплава откатали широкие листы длиной 8 м, из которых изготовили полноразмерные элементы конструкции фюзеляжа. Ребра жесткости из того же материала приварили лазерной сваркой, а элементы соединили между собой сваркой трением, после чего отправили на ресурсные испытания во Францию. Несмотря на то что некоторым деталям намеренно нанесли повреждения (для оценки работоспособности в экстремальной ситуации), после 70 тысяч циклов нагрузки конструкция полностью сохранила эксплуатационные свойства.

Еще один сплав с литием, созданный в ВИАМе, — 1441. Его главная особенность в том, что из него можно делать листы рулонной прокатки толщиной 0,3 мм с сохранением высоких прочностных качеств. Конструкторское бюро имени Бериева использовало сплав для изготовления обшивки своего гидросамолета Бе-103. Эту небольшую — всего на четыре человека — машину, толщина обшивки которой 0,5-0,7 мм, выпускает завод в Комсомольске-на-Амуре. Ее вес на 10% меньше, чем аналогичных моделей из традиционных материалов. Партию таких самолетов уже купили американцы.

Тонкий, но прочный прокат необходим для создания недавно появившегося нового класса материалов — слоистых алюмостеклопластиков, которые в России называются «сиал», а за границей — «глэр». Материал представляет собой многослойную конструкцию: чередование слоев алюминия и стеклопластика. У него немало преимуществ перед монолитными. Во-первых, стеклопластик можно армировать искусственными волокнами, на треть увеличивая прочность. Но главный выигрыш в том, что, если в конструкции появляется трещина, она растет на порядок медленней, чем в монолитных материалах. Именно этим сиалы, или глэры, в первую очередь заинтересовали авиастроителей. Из такого материала впервые изготовлена верхняя часть обшивки фюзеляжа аэробуса А-380 в наиболее ответственных местах — перед крылом и после крыла. Ресурсные испытания показали, что трещина в таком материале при рабочих нагрузках практически не растет. Поэтому глэры можно использовать как преграды-стопперы для предотвращения роста трещин в виде вставок в верхние обшивки фюзеляжа, где требуются особо высокая надежность и долгий ресурс службы.

Титан, как и алюминий, тоже имеет право называться небесным или крылатым. Лаборатория титановых сплавов была создана в институте в 1951 году. Ее основатель профессор С. Г. Глазунов изобрел установку для литья титана и, собственно, создал первый титановый сплав. Вторая подобная установка была с помощью ВИАМа построена во Всесоюзном институте легких сплавов (ВИЛС), а потом мы вместе внедряли разработанные технологические процессы на металлургическом комбинате в Верхней Салде, который сейчас является основным производителем титановой продукции в стране. В советское время комбинат выпускал более 100 тыс. тонн такой продукции. После распада СССР производство сократилось в несколько раз. Новому директору завода В. В. Тютюхину пришлось приложить огромные усилия, чтобы исправить положение. После резкого спада производства завод начал подниматься. Сейчас выпуск титановой продукции составляет 25 тыс. тонн в год. Большая ее часть (около 80%) поставляется за границу по заказам ведущих самолетостроительных концернов. В связи с оживлением авиастроительной промышленности в России возникла насущная необходимость создания альтернативного производства. Гиганту, каким является комбинат, невыгодно выпускать небольшие партии продукции. Заказы же российских авиапроизводителей пока невелики — 3-5 тонн, а цикл изготовления очень длительный и доходит до года. Такое производство может быть создано на базе ВИАМа, ВИЛСа и Ступинского металлургического комбината, где, собственно, и перерабатываются слитки, получаемые из Верхней Салды.

В ВИАМе создано более полусотни титановых сплавов различного назначения, из которых сегодня серийно используется около тридцати. Сейчас доля титановых сплавов в самолете в зависимости от его типа и назначения колеблется от 4 до 10-12%. Высокопрочные сплавы из титана, например ВТ-22, более четверти века используются для изготовления сварных шасси Ил-76 и Ил-86. Это сложные, массивные детали на Западе начинают делать из титана только сейчас. В ракетной технике доля титана намного выше — до 30%.

Созданные в ВИАМе высокотехнологичные сплавы ВТ-32 и ВТ-35 в отожженном состоянии очень пластичны. Из них можно формовать сложные детали, которые после искусственного старения приобретают чрезвычайно высокую прочность. Когда в начале 1970-х годов в КБ Туполева создавался стратегический бомбардировщик Ту-160, на московском заводе «Опыт» был построен специальный цех для изготовления титановых деталей центроплана. Эти самолеты летают до сих пор, правда, в России их осталось только одна эскадрилья.

_Сегодня перед ВИАМом стоит задача создания титановых сплавов, надежно работающих при температурах 700-750^оС. К сожалению, все металловедческие возможности, использовавшиеся при создании традиционных сплавов, уже реализованы. Требуются новые подходы. В этом направлении в лаборатории идут исследования по созданию так называемых интерметаллидных соединений на базе титан — алюминий.

Алюминиево-бериллиевые сплавы (их называют АБМ) исследуются и создаются на нашем предприятии уже 27 лет. Первый самолет с использованием такого сплава построил конструктор П. В. Цыбин.

Сплавы АБМ выгодно отличаются от других алюминиевых сплавов более высокой усталостной прочностью и уникальной акустической выносливостью. Сейчас они нашли применение в сварных конструкциях космических аппаратов, в том числе в серии хорошо известных межпланетных станций «ВЕНЕРА».

Интересен и сам бериллий, у которого модуль упругости на 30-40% выше, чем у высокопрочных сталей, а коэффициенты термического расширения близки, что позволило применять его в гироскопах.

В ВИАМе разработана технология изготовления тонкой вакуумно-плотной фольги и дисков и пластин из нее. Разработана технология пайки такой фольги с другими конструкционными материалами, и налажено серийное производство узлов рентгеновских аппаратов как для российских предприятий, так и для зарубежных фирм.

Еще один наш филиал организован в Поволжье в начале 1980-х годов, во время создания самого большого авиационного завода в Ульяновске, который выпускал гиганты авиации — «Русланы» и «Мрии». Для технологического сопровождения этих самолетов и была создана специальная лаборатория.

Одна из ее задач — внедрение в авиастроение композиционных материалов. Это — ближайшее будущее самолетостроения. Например, «Боинг-787», который готовится к выпуску через два года, на 55-60% будет состоять из композиционных материалов. Весь планер: фюзеляж, крыло, оперение — строится из композиционных материалов — углепластиков. Доля алюминия сократится до 15%. Углепластики — чрезвычайно заманчивый материал для самолетостроителей. Они обладают высокой удельной прочностью, малым весом, довольно приличными ресурсными характеристиками. Угроза разрушения из-за образования трещин снижается на порядки. Хотя, конечно, в отношении этих материалов остается ряд вопросов, которые до сих пор не решены. Было установлено, например, что в месте контакта углепластика с алюминием из-за возникновения гальванической пары развивается коррозия. Поэтому в таких местах алюминий пришлось менять на титан.

Когда создавался Ульяновский филиал, доля композитных материалов в конструкции отечественных летательных аппаратов была не очень велика. Тем не менее мы потихоньку начали обучать работе технологов, рабочих… Потом настали трудные времена, весь завод находился на грани закрытия, но филиал выжил. Постепенно производство восстанавливалось, и, хотя до сих пор оно наполовину законсервировано, есть несколько заказов на Ту-204, есть заказы из Германии на изготовление «Русланов». А значит, есть поле деятельности для нашей лаборатории.

Второе направление работы Ульяновского филиала — специальные, эрозионно- и коррозиестойкие покрытия.

При разложении металлоорганических жидкостей в вакууме на поверхностях образуются покрытия из хрома и карбидов хрома. Регулируя процесс, можно получать покрытия, содержащие любые соотношения этих компонентов — от чистого хрома до чистых карбидов. Твердость хромированного покрытия — 900-1000 Мпа, карбидного — вдвое выше — около 2000 Мпа. Но, чем выше твердость, тем больше хрупкость. Между этими крайностями и находят искомое в каждом отдельном случае.

Другой путь достижения нужных результатов обеспечивают нанотехнологии. В гальванические хромосодержащие ванны вводят наночастицы карбидов и оксидов металлов размером от 50 до 200 нм. Изюминка процесса в том, что сами эти частицы в состав покрытия не входят. Они лишь усиливают активность осаждаемого компонента, создают дополнительные центры кристаллизации, благодаря чему покрытие получается более плотным, более коррозиестойким, обладает лучшими противоэрозионными свойствами.

И в заключение еще об одном уникальном качестве института: в СССР существовала неплохая система, надежно гарантирующая качество конечного продукта предприятия. В ВИАМе эта система сохранилась и поныне. Если конструкторское бюро или частная компания закупают какой-то продукт, перед использованием они предпочитают передать его в ВИАМ на испытание. Нам по-прежнему доверяют.

См. в номере на ту же тему

Е. КАБЛОВ — ВИАМ — национальное достояние.

И. ДЕМОНИС — Во все лопатки.

М. БРОНФИН — Испытатели — исследователи и контролеры.

Академики дают разрешение на беспосадочный перелет Н. С. Хрущева в Нью-Йорк на сверхдальнем самолете ТУ-114 .

И. ФРИДЛЯНДЕР — Старение — не всегда плохо.

Б. ЩЕТАНОВ — Тепловая защита «Бурана» началась с листа кальки.

С. МУБОЯДЖЯН — Плазма против пара: победа за явным преимуществом .

БЮРО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

Э. КОНДРАШОВ — Без неметаллических деталей самолеты не летают.

И. КОВАЛЕВ — В науку — со школьной скамьи .

С. КАРИМОВА — Коррозия — главный враг авиацииc.

А. ПЕТРОВА — Посадить на клей.

Из чего делают самолеты мечты? » Триникси

Японцы крупно подставили компанию «Боинг». С «лайнером мечты», знаменитым «Боинг-787 Дримлайнер» все время что-то происходит. А все дело в японских аккумуляторах, у которых есть один изъян – иногда они взрываются.

Как и все новое, проект «Дримлайнер» развивался не совсем гладко. Треснувшее стекло кабины пилотов, течь топлива, проблемы с тормозами — неполный список проблем, с которыми столкнулись инженеры на испытаниях. Но фанатам авиации будет интересно узнать, что «Дримлайнер» – действительно необычный самолет. Вот вам несколько фактов о «лайнере мечты».

Самый экономичный в своем классе
По сравнению с предыдущими поколениями самолетов у «Дримлайнера» на 20% ниже расход топлива и на 10% – эксплуатационные расходы. Это означает скидки для пассажиров, ведь стоимость билета во многом складывается именно из этих параметров, а вовсе не из дилеммы «вам рыбу или курицу?».

Он из другого теста
Разработчики говорят буквально о революции в отрасли. Последний раз подобное случалось, когда в авиастроении вместо фанеры и дерева стали применять алюминий. Благодаря композитным материалам и новым металлическим сплавам «Дримлайнер» на 45 тонн легче своего прямого конкурента – Airbus A330-200. Правда, бывший инженер «Боинга» Винс Уэлдон утверждал, что композиты в отличие от алюминия выделяют при горении токсические вещества –впрочем, пассажирам, терпящим бедствие, разницы уже никакой нет.

Русский титан
На 15% каждый «Дримлайнер» — русский. Потому что на 15% он состоит из титана, сплавы которого дают наилучшее сочетание прочности и легкости. Титан для «Боинга» поставляет наша уральская компания ВСМПО-Ависма (блокпакет принадлежит корпорации Ростех). Она вообще производит более 35% всего титана, необходимого пассажирским «Боингам». Причем американцы покупают у нас не только титановые сплавы, но и готовые детали. Об этом сотрудничестве пишет даже Нью-Йорк Таймс: «Россия – стратегический партнер, производящий детали для Boeing 787». Всего у нас выпускается свыше 50 деталей для «Боинга». Самые крупные из них: балки шасси и крыльевая хорда. Совместное предприятие Ural Boeing Manufacturing на Урале включено в цикл серийного производства «Дримлайнера», что, согласитесь, «вселяет».

Российские инженеры
400 российских инженеров и 200 программистов участвовали в разработке «Дримлайнера». В Москве существует целый конструкторский центр «Боинга».

Без пересадок
«Дримлайнер» способен без посадки пролететь 16 000 километров, то есть перелететь, например, Тихий океан.

Широко летит
Салон «Дримлайнера» на 40 см шире, чем у Боинга-767. Казалось бы пустяк, но сколько это дало! Например, увеличился в размере традиционно самый неудобный отсек на борту – туалет. Кроме того, у самолета самые здоровые иллюминаторы в истории – 46 см высотой.

Натуральный кислород
В «Дримлайнер» воздух попадает из внешней среды через специальные компрессоры. В старых системах горячий воздух отбирается от двигателей, проходит через систему охлаждения и только потом оказывается в салоне. Судите сами, каким воздухом дышать легче.

Ну и на закуску – по-моему это первый лайнер, который заставляет здравомыслящего и адекватного человека хотя бы на мгновение задуматься – покупать «первый класс» или нет:

Отсюда

почему СССР во время войны делал самолёты из дерева — Рамблер/новости

Ещё перед началом Второй мировой войны и в СССР, и в Германии поняли, что вопрос о победителе противостояния будет решаться не на земле и не под водой, а в небе. Именно поэтому на развитие авиации стороны направляли львиную долю военного бюджета — до 40 процентов. Вот только при этом приоритеты у стран оказались разными. И, как покажет результат, советский путь окажется верным.

Количество против качества

Немцы сделали акцент на технологичность. Решения, применяемые при разработке двигателей и конструкций, дали германским самолётам неоспоримое преимущество — скорость. Показатели того же Me.109 превосходили показатели машин, имеющихся у Советского Союза к началу войны, на 100 км/ч.

В СССР же решили взять противника числом. Только за 1934-1941 годы, по данным Большой Российской энциклопедии, было выпущено более 20 тысяч машин, преимущественно не самых современных И-15бис, И-16, И-35, И-153. Самолётов семейства Як, МиГ и ЛаГГ — соответствующие конструкторские бюро открылись за неполные два года до начала войны — было построено ещё порядка двух тысяч.

В годы Великой Отечественной войны советские заводы и вовсе станут производить минимум 1630 самолётов в месяц. А всего, по информации старшего научного сотрудника Центрального музея Военно-воздушных сил Алексея Солдаткина, за тот период будет выпущено 136 тысяч боевых машин. Добиться таких темпов, вероятно, нельзя было, не сделай советское руководство ставку на производство современных истребителей на, в буквальном смысле, технологической базе предыдущей мировой войны — на производстве самолётов преимущественно из древесины.

Продолжая традиции

Первые авиационные заводы были основаны в России в начале XX века. «Товарищества воздухоплавания» возникли в Санкт-Петербурге, Москве и Одессе и занимались они на первых порах производством самолётов иностранных моделей. Их оборудование было рассчитано в основном на деревянную конструкцию машин с полотняной обшивкой. Металлические детали использовались лишь в ограниченных вариациях.

К организации строительства самолётов с применением металла удалось лишь в 1922 году, когда было освоено производство кольчугалюминия. С этого и началось бурное развитие авиационной промышленности. Правда, советские конструкторы всё же отдавали предпочтение не цельнометаллическим конструкциям, а самолётам смешанного типа. И всё из-за недостатка алюминия — главного «крылатого» материала. В результате из двадцати трёх моделей, которые в период 1930-1940-х годов производились количеством более тысячи экземпляров, у 74 процентов планеры были полностью или частично изготовлены из дерева. [С-BLOCK]

И хотя весь мир уже в конце 1930-х годов понимал, что древесина в конструкции самолёта является анахронизмом, власти СССР приняли стратегическое решение продолжить строить из неё самолёты. Так был достигнут компромисс между нехваткой алюминия и дешевизной, технологичностью, а главное доступностью дерева. Ну а кроме того, ставка была оправдана ходом войны: когда в 1941 году после немецкого наступления были захвачены алюминиевые заводы на Украине, «только налаженный выпуск фанерных истребителей позволил сохранить боеспособность советских ВВС», считает Солдаткин.

В результате, например, корпуса знаменитых истребителей ЛаГГ-3 и ЛаГГ-5 — одних из главных бойцов ВОВ — были полностью изготовлены из бакелитовой фанеры — берёзового шпона, который пропитан клеем и затем спрессован.

Дерево не для всех

Хотя, конечно, древесина не была безоговорочным фаворитом. При всей практичности этого материала, у него было два существенных недостатка: вес и прочность. При прочих равных самолёт из древесины мог оказаться на несколько сот килограммов тяжелее машины из алюминия, что при большой нагрузке снижало его аэродинамические характеристики. Да и выдержать он был способен куда меньший урон, чем металлические коллеги.

Поэтому фанера использовалась в основном при строительстве истребителей. Алюминий же шёл на производство штурмовиков и бомбардировщиков — то есть тех самолётов, для которых фактор защищённости играл большую роль. При этом примечательно, что материалов всё равно не хватало: так, выпуск цельнометаллического МиГ-3 не стал массовым лишь потому, что используемый при его строительстве алюминий понадобился для производства более нужного фронту Ил-2.

Воюют все
Но были и свои парадоксы. Говоря об изготовлении в годы войны деревянных самолётов, нужно понимать, что при их конструировании всё равно применялись новые технологичные решения, за счёт которых и добывалось преимущество советских ВВС в небе. Однако в ряду легендарных машин Великой Отечественной войны: Ил-2, Як-3 и Ла-5 — частенько упоминается и, на первый взгляд, непримечательный биплан По-2.

Фюзеляж и крылья этого «кукурузника», который начал эксплуатироваться ещё в 1928 году, были полностью выполнены из дерева. При этом самолёт не обладал впечатляющими тактическими характеристикам и легко разлетался даже от простой автоматной очереди. И тем не менее и в годы войны, и вплоть до 1953 года его производили — общий «тираж» насчитывает порядка 33 тысяч машин.

Здесь нужно отдать должное советской смекалке. Отечественные умельцы быстро поняли, что главным преимуществами По-2 являются тихоходность, возможность лететь максимально близко к земле и садиться на любую поверхность. К тому же на пользу ему шла его маленькая скорость: преследовать его «заряженные» «Мессершмиты» долго не могли — они сразу же пролетали, а при попытке держаться на хвосте у них начиналось сваливание в штопор. [С-BLOCK]

Поняв плюсы самолёта, советское руководство решило переделать имеющиеся машины в ночные бомбардировщики. Для этого их перекрасили в чёрный цвет и установили на них крепления для снарядов.

Несмотря на небольшую бомбовую нагрузку, «ночные» По-2 оказались эффективны. С малой высоты бомбометание производилось с очень высокой точностью, даже несмотря на тёмное время суток и примитивные средства прицеливания. К тому же самолёт прекрасно справлялся и с разведывательной деятельностью.

Результаты боевой деятельности По-2 впечатляли настолько, что уже к 1943 году число полков, вооружённых этими самолётами, достигло 70. Создавались даже женские авиаполки, на вооружении которых стояли бесхитростные «кукурзники».

И тогда, правда, никто даже не думал, из чего сделан самолёт. Он позволял добиваться цели — и это главное.

Как делают самолеты. Часть 1

При словах «отечественное производство » у меня в голове всплывает картина полуразрушенного цеха с протекающей крышей и ржавыми лестницами, криво уходящими под потолок. Какого же было мое удивление, когда я оказался в Комсомольске-на-Амуре в цеху, где производят самолеты Сухой Суперджет 100 — абсолютно чистый цех, который надраивают 4 раза в день полотером, предупреждающие таблички у каждого люка, аккуратно одетый персонал…

На заводе работает около 12 тысяч человек, и производство разделено на 2 площадки. На первой из алюминиевых заготовок изготавливают фюзеляж, а на второй к нему прикрепляют крылья, устанавливают в самолет всю авионику и двигатели. Сегодня я покажу вам, как кусок алюминия превращается в самолет…

Снимать здесь запрещено, но для нас сделали исключение:

3.

Современные самолеты создаются «в цифре». Из Москвы в Комсомольск-на-Амуре по сети передают электронные модели деталей и агрегатов самолетов. Инженеры завода пишут программы для станков с ЧПУ и адаптируют чертежи к производству. То есть, они получают из Москвы электронные модели, а дальше самостоятельно разрабатывают оснастку, инструмент и технологические процессы для изготовления этих деталей.

Кстати, самолет Сухой Суперджет стал первым российским самолетом, полностью созданным на основе цифровых технологий, что позволило сократить время процесса подготовки его производства на 2 года:

4.

Начинается все с цеха механической обработки, куда подвозят увесистые алюминиевые заготовки и превращают их в детали будущего самолета:

5.

В цехе стоят огромные полностью закрытые станки с ЧПУ:

6.

Всего таких станков для производства Суперджета было закуплено более 30 штук:

7.

Вся стружка из станков автоматически попадает по стружкопроводу в контейнеры и уходит на переработку:

8.

Заготовка зажимается на поворотном столе и обрабатывается по программе без участия человека:

9.

Оператор станка стоит снаружи и наблюдает за процессом по монитору. Отсюда же происходит и все управление:

10.

Вручную лишь устанавливают заготовки:

11.

Однажды у Микеланджело спросили, как он создаёт свои скульптуры. Он ответил: «Очень просто, я беру камень и отсекаю все лишнее». Подобно великому итальянскому творцу, станки Сухого отсекают острыми фрезами весь лишний метал:

12.

Станки могут фрезеровать очень сложные по форме и большие по размеру детали, благодаря программам, написанным инженерами КнААПО:

13.

Все, что выглядит как штамповка, на самом деле было «выстругано» из большого куска алюминия на фрезеровочных станках:

14.

В фюзеляже самолета более 40 тысяч заклепок и еще 15 тысяч в крыле. Сверление отверстий и установка заклёпок в панелях крыла и фюзеляжа производится на клёпальном автомате лазером:

15.

Лазером же вырезают мелкие детали:

16.

В самолете практически нет прямых деталей. Для придания нужной кривизны используют набор форм для обтяжки на специальном прессе:

17.

18.

Деталь устанавливают в пресс, прижимают ремнями и по программе прикладывают усилия, необходимые для её формообразования:

19.

20.

21.

Обшивки крыла доводят до нужной формы на отдельном прессе в ручном режиме:

22.

23.

Изготовленные обшивки крыла контролируются на специальном стенде с набором шаблонов. Отклонение 14-метровых обшивок крыла должно быть не более +/- 1 мм:

24.

Если отклонение больше, то деталь доводят дробью в специальной установке:

25.

После того, как детали приобрели нужную форму, их покрывают грунтом для защиты от коррозии:

26.

27.

Для каждой панели фюзеляжа существует своя оснастка, называемая «палетой»:

28.

Закрепленные в палетах панели попадают на станки автоматической клепки. В каждом самолете примерно 55 000 заклепок:

29.

Весь процесс полностью автоматизирован и управляется парой человек:

30.

Разметка установки технологического крепежа производится вручную:

31.

Автомат пока не может полностью заменить человека, и некоторые места для клепки приходится размечать рабочим:

32.

После стыковки фюзеляж устанавливается в эстакаду внестапельных работ, где производится его окончательная сборка:

33.

По номеру видно, что идет сборка 20-го самолета:

34.

Отверстия болтовых соединений обрабатывают специальным образом, чтобы не было люфта:

35.

Чем плотнее стык, тем больше ресурс у детали:

36.

Стапель сборки лонжерона крыла:

37.

38.

Наушники – обязательный элемент для техники безопасности труда при ручной клепке:

39.

Шпангоут, который завершает пассажирский салон и отделяет его от хвостовой части, где расположена вспомогательная силовая установка (ВСУ):

40.

Центроплан — центральная часть крыла самолёта. К нему присоединяют крылья, а внутри него расположен бензобак:

41.

Цех, в котором собирают крылья:

42.

В стапеле производится установка лонжеронов и нервюр крыла:

43.

Номер 95021 обозначает, что это отъемная часть крыла для самолета с порядковым номером №021. Всего Сухой произвел уже 11 самолетов:

44.

На нижней поверхности крыла оставляют люки для доступа внутрь крыла и его обслуживания в процессе эксплуатации самолёта:

45.

Все они закрываются подобными съемными крышками:

46.

Внутренние полости крыла, также как и центроплан, используют в качестве топливного бака:

47.

В этом цехе собирают отсеки фюзеляжа, которые затем стыкуют между собой:

48.

Состыкованные панели фюзеляжа перед передачей в цех изготовления отсеков фюзеляжа:

49.

В каждом цехе на стене висит подробная информация о том, что в нем собирают:

50.

Здесь же собирают будущий пол самолета с рельсами для кресел:

51.

И устанавливают его в фюзеляж:

52.

После установки его накрывают технологическим полом:

53.

Под ним расположен багажный отсек:

54.

Секции фюзеляжа стыкуются автоматически на стенде:

55.

Таких стендов пока нет ни на одном другом российском заводе, включая военные:

56.

В следующем посте читайте рассказ о втором цехе Сухого, где самолеты окончательно собирают и отправляют в небо.

57.

Источник

Конструкция самолета — как устроен и из чего состоит самолет

Сколько ведь раньше не пытались придумать самолет, а ведь все дело оказалось именно в конструкции. Каким-то образом громадные авиалайнеры поднимаются в воздух, и очень важным моментом является безопасность пассажиров. В данной статье будет подробно рассмотрено строение самолета, а именно его основных частей.

Конструкция самолета включает в себя:

• Фюзеляж
• Крылья
• Хвостовое оперенье
• Взлетно-посадочное устройство
• Двигательная установка
• Управляющие системы, авионика

Каждая из этих частей жизненно необходима для быстрого и безопасного полета самолета. Так же разбор составляющих поможет понять, как устроен самолет, и почему сделано все именно так, а не иначе.

Фюзеляж

Данный элемент конструкции представляет собой некую основу самолета, несущую часть, к которой прикрепляются другие части летательного агрегата. Он собирает вокруг все основные части самолетов: хвостовое оперенье, шасси и двигательную установку, а каплеобразная форма отлично справляется с противодействующей силой во время его движения по воздуху. Внутренность корпуса рассчитана на перевоз ценного груза, будь то оружие или военная техника, или же пассажиры; так же здесь размещается различное оборудование и топливо.

Крылья

Очень сложно найти самолет, устройство которого не предусматривало бы размещение наиболее узнаваемой его части – крыльев. Этот элемент служит для формирования подъемной мощи, и в современных конструкциях для увеличения этого параметра крылья размещают в плоском основании фюзеляжа самолета.

Сами крылья предусматривают в своей конструкции наличие специальных механизмов, при поддержке которых исполняется поворот самолета в одну из сторон. Кроме того, данная часть летательного аппарата снабжается взлетно-посадочным устройством, что регулирует движение самолета в моменты взлетов и посадок, и оказывают помощь в контроле взлетной и посадочной скоростей. Нужно еще подметить, что некоторые конструкции самолетов предусматривают наличие топливных баков в крыльях.

Помимо того каждое крыло оснащено консолью. При помощи подвижных составляющих, именуемых элеронами, осуществляется управление судном относительно его продольной оси; функционирование этих элементов осуществляется полностью синхронно. Однако, когда один элемент поворачивается в одну сторону, другой будет идти в противоположную; именно поэтому и происходит вращение корпуса фюзеляжа.

Хвостовое оперенье

Данный элемент строения летательного аппарата является не менее важным элементом. Хвост самолета состоит из киля и стабилизатора. Стабилизатор так же, как и крылья, имеет две консоли – правую и левую; основным предназначением данного элемента является регулирование движения самолета и сохранение заданной высоты с учетом влияния различных погодных условий.

Киль так же является неотъемлемой составной частью хвостового оперенья, что несет ответственность за поддержание нужного направления самолета во время его полета. С целью произведения изменения высоты и направления были созданы два специальных руля, каждый из которых управляет своей частью хвостового оперенья. Важным моментом является то, что не всегда элементы воздушных судов могут называться именно такими именами: так, например, опереньем могут называть хвостовую часть фюзеляжа, а иногда таким именованием обозначают лишь киль.

Взлетно-посадочное устройство

Короткое название устройства – шасси, является главным устройством, благодаря которому осуществляется успешный взлет и плавная посадка. Не стоит недооценивать данный элемент летательного аппарата, так как его конструкция значительно сложнее, нежели просто колеса, выезжающие из фюзеляжа. Если присмотреться к одной системе выпуска и уборки, то уже становится понятно, что конструкция очень серьезная, и представляет собой целый набор различных механизмов и устройств.

Двигательная установка

Устройство является основной движущей силой, что толкает летательный аппарат вперед. Ее расположение чаще всего располагается либо под крылом, либо под фюзеляжем. Двигатель так же состоит из некоторых обязательных частей, без которых его функционирование не представляется возможным.

Основные детали двигателя:

• Турбина
• Вентилятор
• Компрессор
• Камера сгорания
• Сопло

Размещающийся в самом начале турбины вентилятор служит нескольким функциям: нагнетает захватываемый воздух и занимается охлаждением элементов двигателя. Сразу же вслед за ним располагается компрессор, что принимает подаваемый вентилятором воздух и под сильным давлением запускает его в камеру сгорания. Теперь горючее смешивается с воздухом, и полученная в результате смешивания субстанция поджигается.

Поток от взрыва данной топливной смеси выплескивается в основную часть турбины, что заставляет ее вращаться. Так же приспособление для кручения турбины обеспечивает постоянное вращение вентилятора, образуя подобным способом циклическую систему, что будет работать всегда, пока воздух и топливо будут поступать из камеры сгорания.

Управляющие системы

Авионика представляет собой электронный вычислительный комплекс из различных бортовых устройств системы самолета, что помогают считывать актуальную информацию во время навигации и ориентации подвижных объектов. Без этого обязательного компонента корректное и правильное управление любым летательным аппаратом типа лайнера было бы попросту невозможным. Так же эти системы обеспечивают бесперебойную работу самолета; сюда можно отнести такие функции, как автопилот, система противообледенения, бортовое электроснабжение и множество других.

Классификация воздушных судов и особенности конструкции

Все без исключения воздушные суда можно разделить на две основные категории: гражданские и военные. Самым основным их отличием является наличие салона, что обустроен намеренно с целью перевозки пассажиров. Сами же пассажирские самолеты разделяются по вместительности на магистральные ближние (расстояние перелета до 2000 км), средние (до 4000 км) и дальние (до 9000 км)

Если дальность перелета еще больше, то для этого используются лайнеры межконтинентального типа. К тому же, разнотипные летательные аппараты имеют разницу в весе. Так же авиалайнеры могут различаться в связи с определенным типом и, непосредственно, предназначением.

Конструкция самолета зачастую может обладать разной геометрией крыльев. Для самолетов, что осуществляют пассажирские транспортировки, конструкция крыльев не отличается от классической, что характерно именно авиалайнерам. Модели самолетов данного вида обладают укороченной носовой составляющей, и из-за этого имеют относительно невысокий КПД.

Есть еще одна специфическая форма, что зовется «утка», благодаря своему расположению крыльев. Горизонтальное оперенье размещается перед крылом, что увеличивает подъемную силу. Недостатком такой конструкции можно назвать уменьшение зоны обзора нижней полусферы из-за присутствия перед самим крылом оперенья.

Вот мы и разобрались, из чего состоит самолет. Как Вы могли уже заметить, конструкция довольно непростая, и различные многочисленные детали должны работать слаженно, что бы самолет смог подняться в воздух и после ровного полета удачно приземлился. Конструкция часто бывает специфической, и может существенно разниться в зависимости от модели и назначения самолета.

Композиты в авиастроении

Сочетая вещества с разными свойствами, можно получить новый, композиционный материал. Самый известный пример такого материала — железобетон. Это материал, состоящий из металлической арматуры и бетона, без которого невозможно было бы строить высокие здания. Армирующий наполнитель — металлические прутья — обладает более высоким модулем упругости, чем бетон, и повышает жесткость материала. Прочность железобетона в направлении армирования значительно выше, чем у простого бетона. Можно строить сравнительно легкие и высокие конструкции, которые не будут терять устойчивость и разрушаться под собственным весом или внешними нагрузками. По такому же принципу устроены и другие конструкционные композиты.

Конструкционные полимерные композиты

Все композиционные материалы состоят из матрицы и жесткого армирующего наполнителя. Как правило, армирующий наполнитель в полимерных композитах — углеродные или стеклянные волокна, а матрица — полимерный материал, как правило синтетическая смола. Чаще всего применяют термореактивные смолы. При нагревании они образуют трехмерную полимерную сетку, из-за чего матрица становится жесткой и химически устойчивой. Из этих материалов можно создавать легкие детали, по прочности превосходящие металлические.

Их применение актуально везде, где важны легкость и прочность, в первую очередь в авиации: от веса самолета напрямую зависит расход топлива. В автомобильной промышленности из углепластиков делают спорткары, болиды «Формулы-1», элитные модели легковых автомобилей и электромобили. Все, что двигается быстро, сейчас стараются делать из композитов.

В конструкции самолета из композиционных материалов можно изготовить фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, мотогондолу, детали интерьера. Чаще для самолетов применяется более легкий углепластик, а стеклопластик — для ненагруженных деталей и носового обтекателя. Стеклопластик тяжелее, чем углепластик, и менее прочный, но он значительно дешевле. Носовой обтекатель самолета делают из стеклопластика, так как эта деталь должна пропускать радиоволны, а углеволокно проводит ток и создает помехи.

Схема лайнера Boeing-787. Темно-серым цветом выделены детали из углепластика // boeing.com

Нельзя заменить композиционными материалами детали двигателя, потому что полимеры не выдерживают температуры. Стойки шасси не делают из композитов, потому что на них высокая ударная нагрузка; металлическими остаются подвижные части, например некоторые элементы механизации крыла. Тормозные диски делают из композиционных материалов, но другого класса — углерод-углеродных композитов.

Разработка новых материалов

Композиционные материалы совершенствуются: прочность и легкость материала зависят от инжиниринга детали, вида наполнителя. Разработчики постоянно улучшают параметры углеродных волокон, меняют типы выкладок и совершенствуют технологии формования.

Чтобы производить термостойкие материалы, получают новые полимеры.

В технологии при создании новых полимерных матриц есть ограничение: нужно отталкиваться от исходных веществ, которые уже есть в тоннажном производстве и недорого стоят. Композитная отрасль в России достаточно маленькая, и запускать новое производство узкоспециализированных реагентов нерационально.

Теплостойкость материала определяется исключительно свойствами матрицы — все известные полимеры выдерживают существенно более низкие температуры, чем углеродное или стеклянное волокно. Стекловолокно плавится при температуре около 600 °C, а авиационные эпоксидные смолы — до 180 °C, максимальная описанная в научной литературе температура стеклования эпоксидных матриц — около 240 °C, но этого материала нет в массовом производстве.

Выдерживающие высокие температуры композиты нужны для деталей двигателей, выхлопных труб, для высокотемпературной электроизоляции, тепловых щитов космических кораблей, интерьеров подводных лодок — там, где очень сложно потушить пожар. В авиастроении снова рассматривают возможность возвращения к пассажирской сверхзвуковой авиации: скорости большие, важна экономия топлива и теплостойкость обшивки. Для всех этих применений нужны новые полимеры.

Одна из наших новых работ — группы ученых кафедры химической технологии МГУ имени М. В. Ломоносова — уже дошла до этапа опытно-промышленного производства — полимер, выдерживающий повышенные температуры. Одним из подходящих теплостойких связующих были достаточно давно известные фталонитрилы. Проблема в том, что чем выше теплостойкость конечного материала, тем более «капризные» для переработки базовые мономеры. Химической модификацией структуры фталонитрилов мы получили новый мономер и разработали фталонитрильное связующее, которое легко перерабатывается. Материал сохраняет свойства до 450 °C, но долговременно стабилен на воздухе при 350 °C, так как окисляется при более высоких температурах. Сами фталонитрилы мы не изобретали, но придумали, как производить их дешево, чтобы материал легко перерабатывался и не терял свойства.

Формирование деталей

Свойства композиционного материала определяют не только матрица и наполнитель, но и технология их получения. Благодаря волокну упрочнение идет только в одном направлении — вдоль волокна. Чтобы добиться хорошей прочности, композит выкладывают слоями, чередуя направление волокна — прочность уравнивается в длину и в ширину. Чтобы упрочнить материал в третьем направлении, слои могут быть вертикально прошиты дополнительными волокнами. Задавая направление волокон в материале, мы определяем его свойства. Каждая деталь индивидуальна, и у каждого типа изделия из композита своя выкладка — в зависимости от того, в каких направлениях она будет нагружаться. Как правильно выложить ленту волокна для конкретной детали, рассчитывают математики-прочнисты, исходя из свойств волокон и матрицы.

Как получить готовое изделие из композита? Изначально технология была похожа на изготовление папье-маше: брали волокно, промазывали кисточкой и клали следующий слой. Некоторые изделия производят таким способом до сих пор, но риск человеческой ошибки слишком высок. Сейчас процесс производства стремятся максимально автоматизировать.

Есть разные способы совместить матрицу и наполнитель. Самый распространенный в авиации — формование препрегов. Заранее пропитанную связующим и выложенную в несколько слоев ткань (препрег, от английского pre-impregnated) помещают в автоклав, куда подают высокое давление и высокую температуру. Полимерные связующие вязкие, и при выкладке между слоями образуются пустоты, которые нужно убрать под высоким давлением — пузырек газа просто схлопывается и растворяется в матрице. Детали, имеющие осевую симметрию, например фюзеляжи самолетов или мачты парусников или ветрогенераторов, получают намоткой пропитанного связующим волокна на вращающийся вал, после чего их также помещают в автоклав. Использование автоклавов для формования больших деталей могут позволить себе только крупные производители, и мировые тенденции направлены на отказ от автоклавных технологий и удешевление производства.

Российский пассажирский лайнер МС-21. Крылья и фюзеляж выполнены из полимерных композитных материалов // uacrussia.ru

Альтернатива автоклавам — технология вакуумной инфузии. В специальный пакет выкладывают сухой материал, полимерное связующее за счет вакуума затягивается по трубкам и пропитывает ткань, и деталь отверждают при высоких температурах. Пакет для вакуумной инфузии можно сделать любого размера, и эта технология позволяет производить очень большие детали, которые нельзя сделать ни одним из других методов производства композитов. Вакуумной инфузией получают детали крыла российского самолета МС-21 длиной 25 метров, чего до этого не делал никто в мире.

Минусы композиционных материалов

Использование композитов позволяет сокращать количество частей в детали, тем самым ускоряя сборку самолета, и получать изделия сложной формы. В отличие от металлов, композиты не подвержены усталости. В то же время полимерные композиты имеют ряд недостатков: композиционные материалы пока что значительно дороже, чем металлы, и их использование окупается лишь при долгой эксплуатации.

Слабое место полимерных композитов — ударная прочность. После удара в детали из композиционного материала образуются микротрещины, которые при циклических нагрузках приводят к расслоению материала. Для того чтобы полимерные композиты лучше «держали удар», разрабатывают специальные составы связующих, в состав термореактивных матриц вводят термопласты или используют термопластичные матрицы. Если композитная деталь ломается, ее нужно полностью заменять новой. Есть технологии ремонта, но они не очень надежны, и в авиации ремонт применяют редко: после него деталь редко может пройти квалификацию. Чтобы следить за появлением трещин, необходима сложная диагностика. Например, в композит встраивают оптоволоконные датчики: в режиме онлайн можно своевременно определять целостность структуры материала.

Кроме того, углепластики, в отличие от металла, горят, и при этом выделяются ядовитые вещества, люди могут задохнуться дымом, поэтому в интерьерах используются пластики с низкой горючестью, в состав которых входят специальные добавки — антипирены. 

Как делают самолеты. Часть 2

Оригинал взят у sergeydolya в Как делают самолеты. Часть 2

Если в предыдущем цехе Сухого самолет буквально выстругивали из куска алюминия, то в цехе, о котором я расскажу сегодня, в него вдыхают жизнь. Здесь самолету дарят крылья, авионику, двигатели и салон, после чего он впервые в жизни взмывает в небо…

Первое, что бросается в глаза в цехе окончательной сборки Суперджета, это идеальная чистота и порядок:

3.

Около каждого самолета стоят лайтбоксы, сообщающие о конкретных работах, производимых в данный момент с каждым из 6 самолетов, находящихся в ангаре:

4.

Цех убирают 4 раза в день — грязь и самолет несовместимы:

5.

Управление всеми процессами сборки идет из огороженных зон — точно такие же я видел на заводе Боинга:

6.

В цехе окончательной сборки одновременно строят 6 самолетов плюс один стоит уже готовый, пока его не примет и не заберет заказчик:

7.

Завод работает по конвейерному принципу. В цехе организовано 6 рабочих мест, на каждом из которых самолет проводит 30 дней. Это так называемый «такт производства»:

8.

На первом рабочем месте, или на «Платформе №1», устанавливается вертикальное и горизонтальное оперение, двери, багажные люки, киль и стабилизатор, монтируется электропровод и трубопровод, по которым подается топливо и гидрожидкость гидравлических систем (правда здесь самолет похож на ушастый шлем Дарт Ведера?):

9.

Верхние антенны:

10.

В кабине самолета протягивают первые провода и устанавливают систему подачи гидрофобизирующей жидкости, систему очистки лобовых стекол.:

11.

Монтируют чехол вспомогательной силовой установки (ВСУ), которую используют для запуска основных двигателей и для обеспечения самолета энергией на стоянках:

12.

Центроплан – центральная часть самолета, к которой во время следующего такта присоединят крылья. Когда самолет построят, эта секция будет герметична, и в ней, как и в части крыла, будет топливный бак:

13.

На втором рабочем месте к самолету прикрепляют крылья, вешают шасси, монтируют саму ВСУ и передний обтекатель:

14.

SSJ100 — первый русский самолет, стыковка которого производится автоматически. Фюзеляж самолета выравнивают, а крылья поднимают на специальных домкратах. Все выравнивается с помощью лазера, после чего происходит стыковка и крепление крыла к фюзеляжу:

15.

Шасси крепят после установки крыльев. Убираться они должны в полость под самолетом за центропланом. После установки шасси самолет перемещается от одного рабочего места к другому уже на своих колесах:

16.

Шасси выдерживают 70 тысяч взлетов и посадок:

17.

В Суперджете 83 километра проводов. Заделкой электросоединителей и прозвонкой занимаются в основном девочки:

18.

Как они разбираются в этих проводах, я не понял, но знающие люди говорят, что перепутать невозможно:

19.

На каждый жгут надевается защитный чехол с маркировкой, предотвращающий попадание пыли и указывающий порядок стыковки:

20.

Самолет изнутри «обивают» матами тепло- и звукоизоляции:

21.

Около каждого проема в полу стоит предупредительная табличка:

22.

Во время третьего такта на крыло навешивают пилоны крепления двигателей, устанавливают предкрылки, закрылки, заделывают электросоединения:

23.

Очаровательные девушки очищают верхнюю панель крыла от излишков герметика:

24.

25.

26.

Во время четвертого такта монтируют систему гидравлики и систему кондиционирования воздуха, обнаруживают всевозможные утечки, монтируют каркас обтекателя крыло-фюзеляж, опрессовывают фюзеляж избыточным давлением воздуха от специального стенда, устанавливают радиоэлектронное оборудование:

27.

На 5-м такте самолет «ставят под ток», то есть начинают тестировать все бортовые системы под током:

28.

Технические панели в полу открывают, и рабочие прокладывают провода через багажный отсек, монтируют кабельную сеть:

29.

Таких отсеков на борту несколько — и под полом кабины (подкабинное пространство), и в переднем/заднем багажных отсеках. Собственно, вся сложность современного самолета – как такую кучу самой разной техники запихать в довольно ограниченное пространство и сделать так, чтобы она работала безотказно и без ненужного взаимовлияния:

30.

31.

Мастер контролирует внедрение конструктивных изменений:

32.

На заключительном 6-ом такте в самолет монтируют салон, двигатели, кабину экипажа, проводят общий техосмотр и выкатку — то есть, впервые выкатывают самолет из ангара, где передают его на летно-испытательную станцию:

33.

До завершения работ салон закрыт специальными чехлами, чтобы не повредить перед сдачей заказчику. Обратите внимание на место для ног у пассажиров первого ряда экономического класса. Если когда-нибудь будете летать на Суперджете, просите первый ряд:

34.

Самолеты оснащают Российско-французскими двигателями SaM146:

35.

Двигатели оптимизированы под 75 посадочных мест, но большинство авиакомпаний предпочитают заказывать салоны с 95 местами, из-за этого сложилось мнение, что у Суперджета слабые движки. В данный момент Сухой работает над увеличением мощности двигателей на 5% для версии самолета с увеличенной дальностью (long range), что неизбежно приведет к росту стоимости его обслуживания и сокращению ресурса:

36.

Отработка систем перед первым полетом:

37.

После летно-испытательных работ самолет улетает в Ульяновск, где его красят, и после этого возвращают в Комсомольск-на-Амуре для финальной доделки и устранения всех мелких неполадок:

38.

В настоящее время каждый самолет производится за 180 дней. Перед заводом стоит задача ускорить производство, чтобы постройка самолета занимала 54 дня.

Если в данный момент 1 такт производства составляет 30 дней, то это означает, что Сухой выпускает по 1 самолету каждый месяц. В дальнейшем каждый такт сократится до 9 дней, что позволит выпускать по 3 самолета в месяц.

На данный момент уже построено 11 самолетов, но самолет мало спроектировать и произвести, его еще надо испытать (чтобы доказать, что получился достойный продукт) и сертифицировать, т.к. это новый тип воздушного судна. Без сертификатов ни одна авиакомпания не купит — зачем самолет, который не может возить пассажиров?

1-й, 3-й, 4-й и 5-й самолеты SSJ100 базируются на летно-испытательном комплексе ЗАО «ГСС» в ЛИИ им.Громова в г.Жуковский.
2-й — в ЦАГИ, г.Жуковский
6-й — в СибНИА, г.Новосибирск

1-й SSJ100 (заводской номер 95001, бортовой номер 97001) первый полет совершил 19.05.2008, а в октябре 2008 начал летные сертификационные испытания. Из-за того, что «единичка» не до конца соответствует типовой конструкции SSJ100, он принимал участие, в основном, в аэродинамических испытаниях и испытаниях на критические режимы (обледенение, сваливание).

2-й SSJ100 (заводской номер 95002, бортового номера нет — ибо не летал) в ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт им.Жуковского) на статических испытаниях. Самолет нагружают и смотрят, что происходит с конструкцией — как она ведет себя, как выдерживает.

3-й летающий прототип (95003, 97003) проходил, например, испытания на ЛТХ (летно-технические характеристики), устойчивость и управляемость, испытания на боковой ветер в Исландии в прошлом году.

4-й (тоже летающий — 95004, 97004) — испытания на отказобезопасность, испытания всех систем воздушного судна, 1й этап испытаний в условиях высоких температур, испытания в условиях воздействия электромагнитных полей высокой интенсивности, испытания в условиях высокогорья.

5-й (летающий — 95005, 97005)- испытания в условиях высоких температур, испытания в условиях низких температур, тоже отказобезопасность и тоже испытания всех систем.

6-й (нелетающий — 95006) — проходит испытания на ресурс — на нем выполняются лабораторные полеты.

7-й SSJ100 (заводской номер 95007, бортовой EK-95015 (Армавиа) — это первый серийный самолет. Назван в честь Юрия Гагарина. Первый коммерческий рейс совершил 21.04.2011, с тех пор налетал уже более 1000 часов.

8-й SSJ100 (95008, бортовой RA-89001 (Аэрофлот) — назван в честь Михаила Водопьянова. Первый рейс совершил 16.06.2011 по маршруту Москва — Санкт-Петербург.

9-й SSJ100 (95009, бортового пока нет, т.к. Армавии не был передан) — Армавиа планирует ставить самолет только в летнее расписание, поэтому его производство пока приостановлено, чтобы ускорить работу над машинами для Аэрофлота.

10-й SSJ100 (95010, RA-89002) — 2-й SSJ для Аэрофлота — носит имя Дмитрия Езерского. Первый рейс совершил не далее как 27 августа 2011.

11-й — тот, который мы видели в цехе окончательной сборки.

На сегодняшний день у Сухого есть предварительные заказы на 168 самолетов, то есть производство будет загружено до 2015 года:

Аэрофлот — 30
ВЭБ-лизинг для ЮТэйр — 24
Interjet (Мексика) — 15
Газпром — 10
ФЛК для Якутии — 2
Армавиа — 2
Kartika Airlines (Индонезия) — 30
Phongsavanh (Лаос) — 3
Pearl Aircraft Corporation (США)- 30
Blue Panorama Airlines (Италия) — 4
Willis Lease Finance Corporation (США) — 6
Sky Aviation (Индонезия) — 12

Каталожная цена Суперджета 31,7 миллионов долларов. Из них только кресла салона стоят 1,2 миллиона долларов. Двигатели стоят 25% от стоимости самолета.

Основные конкуренты Сухого Суперджета — Эмбраер E-190, Бомбардье CRJ900-1000 и АН-158.

Мы как раз застали момент, когда 11-й самолет передавали Аэрофлоту. Вот как выглядит серийный Сухой Суперджет 100:

39.

Багажный отсек:

40.  

Компоновка кресел в салоне 3+2:

41.

Расстояние между рядами в экономическом классе — 79 сантиметров, в бизнес-классе — 97 сантиметров:

42.

Как я уже писал, больше всего места для ног у пассажиров первого ряда экономического класса:

43.

В бизнес-классе компоновка кресел 2+2:

44.

Кухня в хвосте самолета:

45.

Совершенно не совковый, большой и удобный туалет:

46.

Ну и сам красавец-самолет:

47.

Бытует мнение о том, что Сухой СуперДжет100 не НАШ самолет, что он просто скомпонован из иностранных деталей, и таким образом, не мы им должны гордиться. Однако, все мозги, которые его проектировали, наши, и КБ наше, и завод наш. Что поделать, если наша промышленность не может пока выпускать комплектующие того качества, которые необходимы для производства самолета мирового уровня.

Так что Суперджет по праву может стать точкой возрождения российского авиапрома!

Stay Tuned!

Из чего сделаны самолеты?

Ответ прост: что угодно. Самолеты изготавливались из самых разных материалов за последние 100 с лишним лет, хотя алюминий и другие листовые металлы были наиболее популярным выбором.

Базовое описание самолета включает в себя корпус из прочного, но легкого металла, который снижает вес самолета на приемлемом уровне. Здесь на помощь приходит алюминий. Согласно истории авиастроения, последним самолетом, полностью построенным из алюминия, была версия 747.Теперь основные строители авиалайнеров используют так называемый «углепластик». Этот материал приведет к замене десятилетий алюминиевых самолетов.

В настоящее время многие коммерческие самолеты все еще летают в основном из алюминия, но по мере их старения они будут заменены самолетами с корпусами из некоторых композитных материалов. Военные широко используют очень прочный и легкий элемент под названием титан. Что касается некоторых других ключевых частей самолетов, используемых сегодня, используются алюминий, титан, сталь и различные комбинации.

Изначально у самолетов были деревянные каркасы и тканевые обшивки. Эти самолеты были чрезвычайно легкими и поэтому очень хрупкими. Строители использовали проволоку и легкие металлические детали для крепления и поддержки. В конце концов, строители перешли к ламинированному дереву, а затем к листам, которые образовывали оболочку вокруг рамы.

Одним из ключей к усовершенствованию конструкции самолета было увеличение скорости по мере улучшения двигателей. Строители стали использовать более прочные металлические сплавы, а также керамику и другие комбинации.Это сопровождалось изменениями в авиационных двигателях, которые также стали легче. Алюминий, титан и другие комбинации металлов использовались для создания мощных, но легких двигателей.

Благодаря новейшим сочетаниям углепластика самолет прочнее и даже легче, чем когда используется только алюминий. Существенные изменения в конструкции крыла и используемых материалах позволили значительно снизить разрушение крыла и усталость металла. Техническое обслуживание менее затратно, в первую очередь за счет уменьшения поломки и коррозии важнейших деталей.

Интересно отметить, что когда-то строители использовали дерево в качестве основного материала для строительства самолетов. В то время это было необходимо, потому что древесина была широко доступна. В первые годы 20 века металлическое строительство не было изящной наукой. Наряду с широким использованием дерева пилотов отделяла от окружающего воздуха лишь тонкая кожа из грубой ткани, например, холста. Сравните это с материалами, используемыми сегодня.

Одна компания построила копию P-51 Mustang, используя в основном углеродное волокно.По заявлению производителя, в этом самолете всего 12 основных деталей. Даже из этого очень легкого пластикового материала новый самолет, созданный по образцу военного самолета десятилетней давности, может летать со скоростью 400 миль в час.

Однако изменение использования материалов создало некоторые дополнительные проблемы. Когда спрос на алюминий снизился, цена на это сырье изменилась. Но теперь компании обнаруживают, что стоимость материала из углеродного волокна быстро растет.

Категория: Самолеты и самолеты, автомобили и транспортные средства

,

100 лет полетов: изобретение самолета

.

Как работают самолеты | наука полета

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 16 июня 2019 г.

Мы считаем само собой разумеющимся, что можем летать с одной стороны света
к другому за считанные часы, но сто лет назад этот удивительный
способность летать по воздуху только что открылась. какой
сделают ли братья Райт — пионеры механического полета
возраст, в котором около 100 000 самолетов поднимаются в небо каждый день
только в Соединенных Штатах? Конечно, они были бы поражены и
тоже в восторге.Благодаря их успешным экспериментам с
Самолет по праву признан одним из лучших
изобретения всех времен. Давайте подробнее рассмотрим, как это работает!

Фото: Вам нужны большие крылья, чтобы поднять такой большой самолет, как этот C-17 Globemaster ВВС США. Крылья имеют ширину 51,75 м (169 футов) — это немного меньше длины корпуса самолета, составляющей 53 м (174 фута).
Максимальный взлетный вес составляет 265 352 кг (585 000 фунтов), что примерно соответствует 40 взрослым слонам! Фото Джереми Лока любезно предоставлено ВВС США.

Как летают самолеты?

Если вы когда-нибудь видели, как взлетает или прилетает реактивный самолет
земли, первое, что вы заметите, — это шум
двигатели. Реактивные двигатели, представляющие собой длинные металлические трубы, непрерывно горящие.
поток топлива и воздуха гораздо шумнее (и намного мощнее), чем
традиционные винтовые двигатели. Вы можете подумать, что двигатели — это ключ к
самолет летит, но вы ошибаетесь. Вещи могут летать довольно счастливо
без двигателей, как планеры (самолеты без двигателей), бумажные самолетики,
и действительно, летающие птицы охотно показывают нам.

На фото: на самолет в полете действуют четыре силы. Когда самолет летит горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила крыльев точно уравновешивает вес самолета, а тяга точно уравновешивает сопротивление. Однако во время взлета или когда самолет пытается подняться в небе (как показано здесь), тяга двигателей, толкающих самолет вперед, превышает сопротивление (сопротивление воздуха), тянущее его назад. Это создает подъемную силу, превышающую вес самолета, которая поднимает самолет выше в небо.Фото Натанаэля Каллона любезно предоставлено ВВС США.

Если вы пытаетесь понять, как летают самолеты, вам нужно
ясно о разнице между двигателями и крыльями и
они делают разные работы. Двигатели самолета предназначены для его движения
вперед на большой скорости. Это заставляет воздух быстро течь над крыльями,
которые выбрасывают воздух вниз к земле, создавая восходящую силу, называемую подъемной силой, которая преодолевает сопротивление самолета.
вес и держит его в небе. Так что двигатели двигают самолет вперед,
в то время как крылья перемещают его вверх.

Фото: Третий закон движения Ньютона объясняет, как двигатели и крылья работают вместе, заставляя самолет двигаться по небу. Сила горячего выхлопного газа, вылетающего назад от реактивного двигателя, толкает самолет вперед. Это создает движущийся поток воздуха над крыльями. Крылья заставляют воздух опускаться, и это толкает самолет вверх. Фото Сэмюэля Роджерса (с добавленными аннотациями Expainthatstuff.com) любезно предоставлено ВВС США. Подробнее о том, как работают двигатели, читайте в нашей подробной статье о реактивных двигателях.

Как крылья создают подъемную силу?

Одним предложением крылья поднимаются вверх, изменяя направление и давление воздуха, который врезается в них, когда двигатели стреляют в них по небу.

Перепад давления

Хорошо, крылья — это ключ к тому, чтобы что-то летало, но как они работают?
Крылья большинства самолетов имеют изогнутую верхнюю поверхность и более плоскую нижнюю поверхность, что делает
форма поперечного сечения, называемая крылом (или крыло, если вы британцы):

Фото: крыло с аэродинамическим профилем обычно имеет изогнутую верхнюю поверхность и плоскую нижнюю поверхность.Это
крыло самолета НАСА Centurion, работающего на солнечной энергии. Фото Тома Чиды любезно предоставлено Центром летных исследований Армстронга НАСА.

Во многих научных книгах и на веб-страницах вы найдете неправильное объяснение того, как такой аэродинамический профиль создает подъемную силу. Это выглядит следующим образом: когда воздух движется по изогнутой верхней поверхности крыла, он должен пройти дальше на , чем воздух, который проходит под ним, поэтому он должен пройти на быстрее (чтобы преодолеть большее расстояние за то же время). Согласно принципу аэродинамики, названному Бернулли
Согласно закону, быстро движущийся воздух находится под более низким давлением, чем медленно движущийся воздух, поэтому давление над крылом ниже, чем давление под ним, и это создает подъемную силу, которая приводит самолет в движение вверх.

Хотя это объяснение того, как работают крылья, часто повторяется, оно неверно: оно дает правильный ответ, но по совершенно неправильным причинам! Подумайте об этом на мгновение, и вы увидите, что, если бы это было правдой, акробатические самолеты не могли бы летать вверх ногами. Переворачивание самолета привело бы к «опусканию» и падению самолета на землю. Более того, вполне возможно спроектировать самолеты с аэродинамическими профилями, которые являются симметричными (смотрящими прямо на крыло), и при этом они по-прежнему создают подъемную силу.Например, бумажные самолетики (и сделанные из тонкого бальзового дерева) создают подъемную силу, даже если у них плоские крылья.

« Популярное объяснение слова» лифт «- обычное, быстрое, логичное и
правильный ответ, но также вводит неправильные представления, использует бессмысленную
физический аргумент и вводит в заблуждение уравнение Бернулли «.

Профессор Хольгер Бабинский, Кембриджский университет

Но стандартное объяснение подъемной силы проблематично и по другой важной причине: воздух, стреляющий над крылом, не должен идти в ногу с воздухом, идущим под ним, и ничто не говорит о том, что он должен пройти большее расстояние за то же самое время.Представьте, что две молекулы воздуха прибывают в переднюю часть крыла и разделяются так, что одна взлетает вверх, а другая свистит прямо под днищем. Нет причин, по которым эти две молекулы должны прибыть в заднюю часть крыла в одно и то же время: вместо этого они могут встретиться с другими молекулами воздуха. Этот недостаток в стандартном объяснении аэродинамического профиля получил техническое название «теория равного прохождения». Это просто причудливое название (неправильной) идеи о том, что воздушный поток разделяется на переднюю часть профиля и снова аккуратно встречается сзади.

Так каково настоящее объяснение? Когда изогнутое крыло с аэродинамическим профилем летит по небу, оно отклоняет воздух и изменяет давление воздуха над и под ним. Это интуитивно очевидно. Подумайте, каково это, когда вы медленно идете по плавательному бассейну и чувствуете силу воды, толкающей ваше тело: ваше тело отвлекает
поток воды, когда он проталкивается через него, и крыло с аэродинамическим профилем делает то же самое (гораздо более драматично — потому что оно предназначено для этого). Когда самолет летит вперед, изогнутая верхняя часть крыла снижает давление воздуха прямо над ним, поэтому он движется вверх.

Почему это происходит? Когда воздух течет по изогнутой верхней поверхности, его естественный наклон должен двигаться по прямой линии, но изгиб крыла тянет его назад и вниз. По этой причине воздух эффективно растягивается в больший объем — такое же количество молекул воздуха вынуждено занимать больше места — и это то, что снижает его давление. По совершенно противоположной причине давление воздуха под крылом увеличивается: продвигающееся крыло сжимает молекулы воздуха перед собой в меньшее пространство.Разница в давлении воздуха между верхней и нижней поверхностями вызывает большую разницу в скорости воздуха (а не наоборот, как в традиционной теории крыла). Разница в скорости (наблюдаемая в реальных экспериментах в аэродинамической трубе) намного больше, чем можно было бы предсказать из простой теории (равнопроходной). Итак, если две наши молекулы воздуха разделяются спереди, одна, проходящая через верх, попадает в хвостовой конец крыла намного быстрее, чем та, которая проходит под низом. Независимо от того, когда они прибудут, обе эти молекулы будут ускоряться на вниз на — и это помогает создать подъемную силу во втором важном направлении.

Как аэродинамические крылья создают подъемную силу №1: аэродинамический профиль разделяет входящий воздух, снижает давление верхнего воздушного потока и ускоряет оба воздушных потока вниз. Когда воздух ускоряется вниз, крыло (и самолет) движутся вверх. Чем больше аэродинамический профиль отклоняет путь встречного воздуха, тем большую подъемную силу он создает.

Промывка вниз

Если вы когда-либо стояли рядом с вертолетом, вы точно знаете, как он остается в небе: он создает огромный поток воздуха, который уравновешивает его вес.Винты вертолетов очень похожи на профили самолетов, но вращаются по кругу, а не движутся вперед по прямой, как в самолетах. Но даже в этом случае самолеты создают поток воды точно так же, как вертолеты — просто мы этого не замечаем. Промывка вниз не так очевидна, но так же важна, как и с измельчителем.

Этот второй аспект создания подъемной силы понять намного легче, чем разницу давления,
по крайней мере, для физика: согласно третьему закону движения Исаака Ньютона,
если воздух создает восходящую силу к самолету, самолет должен давать (равный и противоположный) нисходящий
сила в воздух.Таким образом, самолет также создает подъемную силу, используя свои крылья, чтобы толкать воздух за собой вниз.
Это происходит потому, что крылья не совсем горизонтальны, как вы могли предположить, а очень немного наклонены назад.
поэтому они попали в воздух под углом градусов атаки . Наклонные крылья толкают вниз как ускоренный воздушный поток (сверху над ними), так и более медленно движущийся поток воздуха (снизу), и это создает подъемную силу. Поскольку изогнутая верхняя часть аэродинамического профиля отклоняет (толкает вниз) больше воздуха, чем более прямая нижняя часть (другими словами, значительно меняет путь входящего воздуха), она создает значительно большую подъемную силу.

Как крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу №2: Изогнутая форма крыла создает область низкого давления над ним (красный цвет), которая создает подъемную силу. Низкое давление заставляет воздух ускоряться над крылом, а изогнутая форма крыла (и более высокое давление воздуха значительно выше измененного воздушного потока) вынуждает этот воздух создавать мощный поток вниз, а также толкать самолет вверх. На этой анимации показано, как разные углы атаки (угол между крылом и набегающим воздухом) изменяют область низкого давления над крылом и подъемную силу, которую оно создает.Когда крыло плоское, его изогнутая верхняя поверхность создает умеренную область низкого давления и умеренную подъемную силу (красный). По мере увеличения угла атаки подъемная сила также резко увеличивается — до такой степени, что увеличение сопротивления приводит к срыву самолета (см. Ниже). Если мы наклоним крыло вниз, мы создадим более низкое давление под ним, и самолет упадет. Основан на учебном фильме 1941 года «Аэродинамика», общественном достоянии военного ведомства.

Вам может быть интересно, почему воздух вообще стекает за крыло?Почему, например, он не ударяется о переднюю часть крыла, не изгибается сверху, а затем не продолжает двигаться в горизонтальном направлении? Почему используется обратная промывка, а не просто горизонтальная «обратная промывка»? Вернемся к нашему предыдущему обсуждению давления: крыло снижает давление воздуха непосредственно над ним. Выше, намного выше самолета, воздух по-прежнему имеет нормальное давление, которое выше, чем давление воздуха непосредственно над крылом. Таким образом, воздух с нормальным давлением над крылом толкает воздух с низким давлением непосредственно над ним, эффективно «разбрызгивая» воздух вниз и за крыло при обратной промывке.Другими словами, перепад давления, создаваемый крылом, и поток воздуха позади него — это не две отдельные вещи, а неотъемлемая часть одного и того же эффекта: крыло с наклонным аэродинамическим профилем создает перепад давления, который вызывает обратный поток, и это производит лифт.

Теперь мы видим, что крылья — это устройства, предназначенные для выталкивания воздуха вниз. Легко понять, почему самолеты с плоскими или симметричными крыльями (или перевернутые каскадерские самолеты) все еще могут безопасно летать. Пока крылья создают нисходящий поток воздуха, самолет будет испытывать равную и противоположную силу — подъемную силу — которая будет удерживать его в воздухе.Другими словами, перевернутый пилот создает определенный угол атаки, который создает достаточно низкое давление над крылом, чтобы удержать самолет в воздухе.

Сколько подъемника вы можете сделать?

Обычно воздух, проходящий через верх и низ крыла, очень точно следует изгибу поверхностей крыла — точно так же, как вы могли бы проследить за ним, если бы рисовали его контур ручкой. Но по мере увеличения угла атаки плавный воздушный поток за крылом начинает разрушаться и становится более турбулентным, что снижает подъемную силу.При определенном угле (обычно около 15 °, хотя он бывает разным) воздух больше не течет плавно вокруг крыла. Сильно увеличилось лобовое сопротивление, сильно уменьшилась подъемная сила, и говорят, что у самолета заглохло, . Это немного сбивающий с толку термин, потому что двигатели продолжают работать, а самолет продолжает лететь; срыв просто означает потерю подъемной силы.

Фото: Как самолет сваливается: вот крыло с аэродинамической решеткой в ​​аэродинамической трубе, обращенное к набегающему воздуху под крутым углом атаки.Вы можете видеть линии наполненного дымом воздуха, приближающиеся справа и отклоняющиеся от крыла по мере их движения влево. Обычно линии воздушного потока очень точно повторяют форму (профиль) крыла. Здесь из-за большого угла атаки воздушный поток разделился за крылом, а турбулентность и сопротивление значительно увеличились. У летящего таким образом самолета произойдет внезапная потеря подъемной силы, которую мы называем «сваливанием». Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA в Лэнгли.

Самолеты могут летать без крыльев аэродинамической формы; вы узнаете это, если когда-либо делали бумажный самолетик — и это было доказано 17 декабря 1903 года братьями Райт.В их оригинальном патенте «Летающая машина» (патент США № 821393) ясно, что слегка наклоненные крылья (которые они называли «самолетами») являются ключевыми частями их изобретения. Их «самолетики» были просто кусками ткани, натянутыми на деревянный каркас; у них не было
профиль крыловой (aerofoil). Райт понял, что угол атаки имеет решающее значение: «В летательных аппаратах того характера, к которому относится это изобретение, аппарат поддерживается в воздухе из-за контакта между воздухом и нижней поверхностью одного или нескольких самолетов, контакт -поверхность представлена ​​под небольшим углом падения к воздуху.»[Курсив добавлен]. Хотя Райт были блестящими учеными-экспериментаторами, важно помнить, что им не хватало наших современных знаний в области аэродинамики и полного понимания того, как именно работают крылья.

Неудивительно, что чем больше крылья, тем большую подъемную силу они создают: удвоение площади крыла (это плоская область, которую вы видите при взгляде сверху) удваивает как подъемную силу, так и сопротивление, которое оно создает. Вот почему гигантские самолеты (например, C-17 Globemaster в нашем
верхнее фото) имеют гигантские крылья.Но маленькие крылья также могут создавать большую подъемную силу, если они двигаются достаточно быстро. Чтобы обеспечить дополнительную подъемную силу при взлете, у самолетов есть закрылки на крыльях, которые они могут выдвигать, чтобы опустить больше воздуха. Подъемная сила и сопротивление изменяются в зависимости от вашей скорости квадратных , поэтому, если самолет летит вдвое быстрее по отношению к набегающему воздуху, его крылья производят в четыре раз больше подъемной силы (и сопротивления). Вертолеты создают огромную подъемную силу, очень быстро вращая лопасти винта (по сути, тонкие крылья, вращающиеся по кругу).

Крыловые вихри

Теперь самолет не сбрасывает воздух за собой совершенно чисто. (Вы можете представить, например, что кто-то выталкивает большой ящик с воздухом из задней двери военного транспортера, так что он падает прямо вниз. Но это не совсем так!) Каждое крыло фактически отправляет воздух вниз, создавая вращающийся vortex (своего рода мини-торнадо) сразу за ним. Это немного похоже на то, когда вы стоите на платформе на железнодорожной станции, и скоростной поезд мчится мимо, не останавливаясь, оставляя за собой то, что кажется огромным всасывающим вакуумом.В плоскости вихрь имеет довольно сложную форму, и большая его часть движется вниз, но не все. Огромный поток воздуха движется вниз по центру, но некоторое количество воздуха на самом деле закручивается вверх по обе стороны от законцовок крыльев, уменьшая подъемную силу.

Фото: законы Ньютона заставляют самолеты летать: самолет создает восходящую силу (подъемную силу), толкая воздух вниз к земле. Как видно на этих фотографиях, воздух движется вниз не аккуратным потоком, а вихрем.
Помимо прочего, водоворот влияет на то, насколько близко один самолет может лететь позади другого, и это особенно важно вблизи аэропортов, где постоянно движется множество самолетов, создавая сложные модели турбулентности в воздухе.Слева: цветной дым показывает вихри на крыльях реального самолета. Дым в центре движется вниз, но поднимается за концы крыльев. Справа: как вихрь появляется снизу.
Белый дым показывает тот же эффект в меньшем масштабе при испытании в аэродинамической трубе. Обе фотографии
любезно предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли.

Как управляют самолеты?

Что такое рулевое управление?

Управлять чем угодно — от скейтборда или велосипеда до автомобиля.
или гигантский реактивный самолет — означает, что вы меняете направление, в котором он движется.С научной точки зрения, изменение чего-то
направление движения означает, что вы изменяете его скорость , то есть скорость, которую он имеет в определенном направлении. Четный
если он движется с той же скоростью, если вы меняете направление движения, вы меняете скорость. Что-то менять
Скорость (включая направление движения) означает, что вы на ускоряете его на . Опять же, не имеет значения, останется ли скорость
то же самое: изменение направления всегда означает изменение скорости и ускорения.Законы движения Ньютона говорят нам, что
вы можете ускорить что-либо (изменить его скорость или направление движения) только с помощью силы — другими словами,
толкать или тянуть его как-то. Короче говоря, если вы хотите управлять чем-то, вам нужно приложить силу к
Это.

Фото: Управление самолетом по крутому крену. Фото Бена Блокера
любезно предоставлено ВВС США.

Другой способ взглянуть на рулевое управление — подумать о нем как о том, чтобы что-то перестало двигаться по прямой линии и начало двигаться.
по кругу.Это означает, что вы должны дать ему то, что называется
центростремительная сила. Вещи, которые движутся по кругу
(или рулевого управления по кривой, которая является частью круга) всегда что-то действует на них, чтобы дать им центростремительную силу.
Если вы ведете автомобиль на повороте, центростремительная сила создается за счет трения между четырьмя шинами и дорогой.
Если вы едете по кривой на скорости, часть вашей центростремительной силы исходит от шин, а часть — от
наклоняясь в изгиб. Если вы катаетесь на скейтборде, вы можете наклонить деку и наклониться, чтобы ваш вес помогал
центростремительная сила.В каждом случае вы движетесь по кругу, потому что что-то обеспечивает центростремительную силу, которая тянет вас.
путь от прямой до кривой.

Теоретически рулевое управление

Если вы находитесь в самолете, очевидно, что вы не соприкасаетесь с землей, поэтому откуда берется центростремительная сила?
чтобы помочь тебе держаться по кругу? Точно так же, как велосипедист, наклоняющийся в поворот, самолет «наклоняется» в поворот. Рулевое управление
включает крен , где самолет наклоняется в одну сторону и одно крыло опускается ниже, чем другое.Самолет
общий подъемник наклонен под углом, и, хотя большая часть подъемника все еще действует вверх, некоторые теперь действуют вбок. Это боком
Часть подъемника обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет самолет двигаться по кругу. Поскольку там меньше лифта
действуя вверх, вес самолета меньше уравновешивается. Вот почему поворот самолета по кругу сделает
он теряет подъемную силу и высоту (высоту), если пилот не делает что-то еще для компенсации, например, использует лифты (поверхности управления полетом в задней части самолета), чтобы увеличить угол атаки и, следовательно, снова поднять подъемную силу.

Иллюстрация: Когда самолет кренится, подъемная сила, создаваемая его крыльями, наклоняется под углом. Большая часть подъемной силы по-прежнему направлена ​​вверх, но некоторые наклоняются в одну сторону, создавая центростремительную силу, которая заставляет самолет вращаться по кругу. Чем круче угол крена, тем больше подъемная сила наклонена в сторону, тем меньше силы, направленной вверх, чтобы уравновесить вес, и тем больше потеря высоты (если пилот не компенсирует).

Рулевое управление на практике

В кабине есть рулевое управление, но это единственное, что у самолета общего с автомобилем.Как управлять чем-то, что летит по воздуху на большой скорости? Просто! Вы заставляете воздушный поток проходить мимо крыльев с каждой стороны по-разному.
Самолеты перемещаются вверх и вниз, поворачиваются из стороны в сторону и останавливаются комплексом
набор подвижных закрылков, называемый , рулевые поверхности на передней и задней кромках крыльев и оперения. Они называются элеронами, рулями высоты, рулями направления, интерцепторами и воздушными тормозами.
Полет на самолете очень сложен, и я не пишу здесь руководство для пилота: это всего лишь очень базовое введение в науку о силах и движении применительно к самолетам.Для простого обзора всех различных элементов управления плоскостью
и как они работают, взгляните на статью Википедии о управляющих поверхностях. Основное введение НАСА в полет содержит хороший рисунок
органы управления в кабине самолета и их использование для управления самолетом. Более подробную информацию вы найдете в официальном FAA.
Справочник пилота по аэронавигационным знаниям (Глава 6 посвящена управлению полетом).

Один из способов понять управляющие поверхности — построить себе бумажный самолетик и поэкспериментировать. Первый,
Постройте себе простой бумажный самолетик и убедитесь, что он летит по прямой.Затем отрежьте или разорвите заднюю часть крыльев, чтобы
элероны. Наклоните их вверх и вниз и посмотрите, какой эффект
они занимают разные должности. Наклоните один вверх, другой вниз и посмотрите, какая разница. Затем попробуйте сделать новый самолет с одним крылом больше другого (или тяжелее, добавив скрепки). Способ заставить бумажный самолетик поворачиваться — это заставить одно крыло генерировать большую подъемную силу, чем другое, — и вы можете сделать это разными способами!

Другие части самолета

Фото: Братья Райт очень научились летать,
тщательно проверяя каждую особенность своих самолетов.Здесь они изображены во время одного из их первых полетов с двигателями 17 декабря 1903 года. Предоставлено NASA / Internet Archive.

Вот некоторые другие ключевые части самолетов:

• Топливные баки : Вам нужно топливо, чтобы привести в действие самолет — много.
  Airbus A380 вмещает более 310 000 литров (82 000 галлонов) топлива,
  что примерно в 25 000 раз больше, чем у обычного автомобиля! Топливо
  надежно упакован в огромные крылья самолета.
• Шасси : Самолеты взлетают и приземляются на прочные колеса и
  шины, которые быстро втягиваются в шасси (самолет
  днище) с помощью гидроцилиндров для уменьшения лобового сопротивления (сопротивления воздуха) при
  они в небе.
• Радио и радар : братьям Райт пришлось летать на своих
  новаторский самолет Китти Хок полностью на виду. Это не имело значения
  потому что он летел рядом с землей, оставался в воздухе всего 12 секунд, и не было
  другие самолеты, о которых нужно беспокоиться! В наши дни небо заполнено
  Самолеты, летающие днем, ночью и в любую погоду.
  Радио, радары и спутниковые системы необходимы для навигации.
• Герметичные кабины : давление воздуха падает с высотой
  над поверхностью Земли — вот почему альпинистам необходимо использовать кислород
  цилиндры для достижения большой высоты.Вершина Эвереста — это
  чуть менее 9 км (5,5 миль) над уровнем моря, но реактивные самолеты обычно
  летать на большей высоте, чем эта, и военные самолеты летали
  почти в три раза выше! Вот почему у пассажирских самолетов
  герметичные кабины: те, в которые постоянно нагнетается нагретый воздух
  чтобы люди могли нормально дышать. Военные летчики избегают проблемы,
  ношение масок для лица и герметичных костюмов.

Благодарности

Я очень благодарен Стиву Носковичу за неоценимую помощь в уточнении и улучшении моего объяснения
о том, как крылья создают подъемную силу.

Узнать больше

На сайте

На других сайтах

• Руководство по аэронавтике для новичков: отличное введение в науку о полете (особенно для студентов) от Исследовательского центра NASA Glenn Research Center. Охватывает, как работают самолеты и двигатели, аэродинамические трубы, гиперзвук, аэродинамику, воздушные змеи и модели ракет.
• Документы Уилбура и Орвилла Райтов в Библиотеке Конгресса: довольно много интересных статей и фотографий Райтов доступны в Интернете.
• Летающая машина: оригинальный патент братьев Райт (подан 22 марта 1903 г. и выдан 22 мая 1906 г.) стоит прочитать, потому что он дает представление о полете собственными словами изобретателей. Поскольку в этом патенте описывается машина без двигателя, легко понять решающую важность крыльев в «летательной машине» — то, что мы склонны упускать из виду в эпоху реактивных двигателей!
• Справочник пилотов по аэронавигационным знаниям: Министерство транспорта США / FAA, 2016. К сожалению, даже в этом официальном руководстве приводится неверное объяснение подъемной силы Бернулли / равнопроходного транспорта.

Книги

Для читателей постарше

Для младших читателей

• Летная школа: Как управлять самолетом шаг за шагом. Автор Ник Барнард. Thames and Hudon, 2012. Хорошо иллюстрированный 48-страничный обзор для детей 8–12 лет.
• Свидетель: Полет Эндрю Нахума. Дорлинг Киндерсли, 2011. Наглядное руководство по истории и технологиям, лежащим в основе самолетов и других летательных аппаратов.
• Воздушные и космические путешествия Криса Вудфорда. Факты в файле, 2004. Это одна из моих собственных книг, в которой рассказывается об истории полета на воздушных шарах, самолетах и ​​космических ракетах.Подходит для детей от 10 до взрослых.

Статьи

• [PDF] Как работают крылья? профессора Хольгера Бабинского. Physics Education, Volume 38, Number 6, 2003. Более подробное объяснение того, почему традиционное объяснение Бернулли подъемной силы неверно, и альтернативное объяснение того, как на самом деле работают крылья.

Видео

• Воздушный поток через крыло и
  Как работают крылья: эти короткие научные фильмы Хольгера Бабинского показывают движение воздуха по аэродинамическому профилю (aerofoil) при изменении угла атаки и доказывают, что классическое простое объяснение Бернулли, основанное на равном времени прохождения, неверно.
• Как на самом деле работают крылья? Краткое изложение проекта Bloodhound SSC охватывает почти то же самое, что и моя статья, но всего за полторы минуты!
• Как летают самолеты: длинное (18,5 минут) видео 1968 года от Федерального управления гражданской авиации, которое объясняет пилотам основы полета.
• Аэродинамика: Этот старый и яркий учебный фильм военного министерства США 1941 года объясняет теорию аэродинамических поверхностей и то, как они создают разную подъемную силу при изменении угла атаки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2017. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Сохраните эту страницу на будущее или поделитесь ею, добавив в закладки:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2017) Самолеты. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howplaneswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

,

Самый большой грузовой самолет в мире

Оснащенный не менее чем шестью массивными турбовентиляторными двигателями, Антонов Ан-225 «Мрия» является самым большим в мире действующим грузовым самолетом. Она серийный рекордсмен и неплохо выглядит.

В этой статье мы кратко исследуем историю самолета и рассмотрим некоторые из его важных характеристик.

СВЯЗАННЫЙ: САМЫЙ БОЛЬШОЙ САМОЛЕТ В МИРЕ МОЖЕТ БЫТЬ ЗАЗЕМЛЕН ПОСЛЕ ЕГО ПЕРВОГО ПОЛЕТА

Какой самый большой грузовой самолет в мире?

С размахом крыла 88.4 метра и длина 84 метра , Антонов Ан-225 «Мрия» является настоящим монстром небесным. Этот гигантский самолет весит около 285000 кг в пустом состоянии.

Ее прозвище «Мрия» на украинском языке означает «Мечта», и она находится в коммерческой эксплуатации с 2001 года.

Когда она дебютировала в 1988 году, Ан-225 был примерно на на 50% больше любого авиалайнера, который когда-либо был. видел раньше.

Источник: Авиакомпания Антонова

На ней установлены шесть огромных ТРДД «Ивченко Прогресс Д-18Т», каждый из которых может развить более 23 тысячи кг тяги .

Эти двигатели были выбраны за их высокую взлетную тягу, низкий удельный расход топлива и высокую надежность. Они также просты в обслуживании и имеют низкий уровень шума и вредных выбросов.

Ее шасси состоит не менее чем из 32 колес. Это позволяет Антонову Ан-225 фактически разворачиваться в пределах взлетно-посадочной полосы шириной 60 метров.

Но, несмотря на свои размеры, «Мрия» не самый большой грузовой самолет из когда-либо построенных. Например, Hughes H-4 Hercules «Spruce Goose» имел больший размах крыльев — 97.54 метра , и он был короче 66,65 метра .

Но поскольку «Еловый гусь» сейчас всего лишь музейный экспонат, Антонов Ан-225 — самый крупный грузовой самолет из действующих.

Антонов Ан-225 также превосходит гораздо более крупный Stratolaunch с размахом крыла 117 метров и длиной 73 метра . Но, как и «Еловый гусь», Stratolaunch не работает.

Фактически, после смерти Пола Аллена ее будущее находится под вопросом.

Антонов Ан-225 был спроектирован и построен Советским Союзом как сверхтяжелый транспортер для замены устаревшего Мясищева ВМ-Т. Во время холодной войны войска НАТО называли его «казак».

Первоначально он был разработан для перевозки ракеты-носителя «Энергия» и космоплана «Буран» и, в свою очередь, являлся расширением уже успешно работавшего Ан-124.

Первый полет он совершил в 1988 году и успешно выполнил 74-минутный рейс из Киева. После давно назревшего распада Советского Союза Ан-225 на долгие годы был остановлен.

Позже его приобрела украинская компания «Авиалинии Антонова», которая с тех пор использовала его в качестве перевозчика. Также она регулярно появляется на авиашоу по всему миру.

Источник: Авиакомпания «Антонов».

Ан-225, выполняя роль коммерческого перевозчика, установил абсолютный мировой рекорд по воздушным перевозкам 187,6 тонны (170 188 кг) из аэропорта Франкфурт-Хан в 2009 году.

Эта полезная нагрузка состояла из генератора электростанции.Она также является обладательницей других мировых рекордов (всего около 30 за 30-летний период).

«Этот невероятный самолет уже имеет несколько рекордов, в том числе единственный самолет с максимальной взлетной массой более 600 тонн и самолет с самым широким размахом крыла 88,4 м (290 футов) «. — Книга Рекордов Гиннесса.

Сколько есть Антонов-225?

Ан-225 — единственный в своем роде. В советское время был построен только один планер.Второй планер также был сдан в эксплуатацию, но так и не был завершен.

«Основанный на конструкции Ан-124, Ан-225 имеет такую ​​же грузоподъемность, что и его предшественник (краны, лебедки), но имеет более длинную внутреннюю кабину (43,3 м против 36,5 м) и более высокую полезную нагрузку (250 000 кг

С момента первого полета 21 декабря 1988 года Ан-225 доставлял тяжелые и негабаритные грузы по всему миру.Планируется, что он будет эксплуатироваться как минимум до 2033 года. «- Компания Антонов.

Ее родственный самолет имел немного другую конфигурацию, но строительство застопорилось в 1994 году. Виной всему было отсутствие финансирования и интереса.

На короткое время возник новый интерес. чтобы завершить его в 2009 году, и он был доведен примерно до 60-70% Завершение . Но строительство снова было остановлено.

В 2016 году авиакомпания Антонова согласилась завершить второй планер для Корпорации аэрокосмической промышленности Китая (AICC ) До надежд на начало серийного производства AICC.

В 2018 году сообщалось, что Boeing планировал помочь авиалиниям Антонова завершить строительство второго планера после того, как их цепочка поставок прекратилась после аннексии Крыма Россией.

Какой самолет самый большой в мире?

Как мы уже писали выше, самым большим в мире действующим самолетом является Антонов Ан-225. Однако есть несколько более крупных самолетов. Hughes H-4 Hercules «Spruce Goose» (больший размах крыльев, но короче) и Stratolaunch (больший и более длинный размах крыльев).

Сравнение четырех самых больших самолетов в мире. Источник: Clem Tillier через Wikimedia Commons.

Есть также несколько других воздушных гигантов, которые лишь немного меньше Антонова Ан-225. Это Антонов Ан-124 73,3 метра длиной и 68,96 метра с размахом крыла ), Boeing 747-8 ( 76,3 метра длиной с размахом крыла 68,4 метра ) и Airbus A380-800 ( 72,7 метров длиной с размахом крыла 79,8 метра ).

Сколько груза может перевозить самолет Антонов Ан-225?

Как мы уже видели, Ан-225 имеет различные мировые рекорды по перевозке грузов по воздуху. Но она также может обрабатывать много обычных грузов.

Задний вид Антонова Ан-225. Источник: Авиакомпания «Антонов»

Максимальная расчетная грузоподъемность 250 000 кг при общей вместимости 1,200 м3 . Грузовой отсек Ан-225 имеет общую длину 43,32 метра, ширину 6.4 метра и высотой 4,4 метра и включает в себя бортовой кран, который может поднять 30 000 кг за один раз.

Ее огромный грузовой отсек способен перевозить около 16 стандартных авиационных контейнеров , 50 автомобилей, или отдельную единицу груза весом до 200 метрических тонн (200000 кг) . Он также может находиться под давлением.

Он также может перевозить негабаритные предметы на верхней части фюзеляжа.

Груз загружается через нос, у нее нет задней рампы и грузовой двери.Они были удалены из конструкции, чтобы уменьшить ее окончательный вес, насколько это возможно.

Самолет может стоять на коленях спереди с помощью специально разработанной системы выдвижных носовых опор. Это позволяет доставить грузы прямо в грузовой отсек и упростить загрузку и разгрузку груза.

Mriya также имеет специально разработанную конструкцию двойного хвоста, а не более традиционный одинарный вертикальный хвостовой стабилизатор, что позволяет ей более легко переносить большие внешние предметы, если это необходимо.

.