Wo ist der Kiel des Flugzeugs? Flugzeugkiel: Design

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Auch wer noch nie das Meer gesehen hat, kennt wahrscheinlich das Abschiedswort: "Sieben Fuß unter dem Kiel." Und hier gibt es keine Fragen. Der Kiel eines Schiffes ist das wichtigste Strukturteil, an dem viele Teile seines Rumpfes befestigt sind. Aber weiß jemand, wo sich der Kiel des Flugzeugs befindet und wozu er dient?

Was ist das?

Dies ist das "Stabilitätsorgan", mit dem Sie das Flugzeug auf einem bestimmten Kurs h alten können. Im Gegensatz zu Schiffen ist der Kiel eines Flugzeugs ein integraler Bestandteil der Seitenleitwerksflosse. An der Unterseite des Rumpfes gibt es keinen Kiel für Flugzeuge! Aber es gibt eine Feinheit. Tatsache ist, dass dieser Teil eng mit den Antriebselementen des Rumpfes verbunden ist und daher in See- und Luftsicht noch etwas gemeinsam ist. Wo ist also der Kiel des Flugzeugs? Einfach ausgedrückt ist dies der vertikale Teil des Schwanzes.

Es wird bewegungslos platziert, an drei Punkten fixiert, symmetrisch zur Mittellinie des Flugzeugs. Im Aussehen hat dieses Detail die Form eines idealen Trapezes. Der Kiel eines Flugzeugs besteht in der Regel aus Holmen, Rippen und Haut. Dieses Schema ist klassisch, wenig verändertseit dem Erscheinen des ersten Flugzeugs. Der vordere Holm wird (in der Regel) schräg gestellt.

Layouts

Meistens ist der Kiel einfach, aber in einigen Fällen ist er doppelt und sogar dreifach (bei Propellerbombern). Im letzteren Fall ist dies erforderlich, um eine hohe Spurtreue der schweren Maschine zu gewährleisten. Übrigens werden alle Flugzeuge nach der Lage des Kiels in drei Typen eingeteilt:

• In einem normalen Muster gebaut. So zum Beispiel der Kiel des Flugzeugs A321.
• "Enten", also Flugzeuge, bei denen sich das horizontale Heck des Kiels vor den Flügeln befindet.
• "Schwanzlos". Vom Kiel ist nur noch das Seitenleitwerk übrig, die Querruder fehlen komplett.

Die beiden letztgenannten Varianten sind natürlich eher charakteristisch für die "Community" der Militärflugzeuge, da eine solche Platzierung des Kiels notwendig ist, um dem Flugzeug eine besonders hohe Manövrierfähigkeit zu verleihen.

In einigen Fällen werden noch komplexere Designs verwendet. Zum Beispiel Unterkielkämme (sie sind auch ventrale Kiele). Sie werden in einigen Überschallflugzeugen verwendet, bei denen die Aufrechterh altung einer perfekten Stabilität während des Fluges von entscheidender Bedeutung ist. Unter dem Kiel des Flugzeugs (hier haben wir bereits herausgefunden) gibt es also einen zusätzlichen und massiven Zustrom. Eine häufigere Situation ist, wenn das horizontale Gefieder des Schwanzes im Allgemeinen ganz nach oben auf den Kiel übertragen werden muss. Dies geschieht, wenn die Triebwerke im Heck des Flugzeugs eingebaut sind. Ein solches Diagramm ist beispielsweise in zu seheninländisches Fracht-Passagierflugzeug "Il".

Wofür ist es?

Wie Sie wissen, ist ruhiges Wetter eine unglaubliche Seltenheit, die nur ein paar Mal im Jahr auftritt. In den meisten Fällen gibt es Wind, und seine Stärke und Richtung kann dramatisch variieren. Wenn ein Flugzeug fliegt, können Windböen die Richtung und den Kurs stark beeinflussen. Das Luftfahrzeug muss so konstruiert sein, dass es selbstständig in eine stabile Position zurückkehrt. Nur in diesem Fall ist ein sicherer Flug möglich.

Hauptzweck

Die Hauptregel für die Gest altung eines Kiels ist, ihn so zu platzieren, dass er unter keinen Umständen in das Kielwasser der Tragfläche fällt. Andernfalls ist eine scharfe Verletzung der Richtungsstabilität und in den schwersten Situationen eine physische Verformung und Zerstörung des gesamten Leitwerks möglich. Der Hauptzweck des Kiels besteht also darin, die Richtungsstabilität aufrechtzuerh alten.

Das Design vieler Flugzeuge ist so, dass dieser Teil beweglich ist. Durch Einstellen der Kielauslenkung steuert die Besatzung die Kursrichtung. Die Ausnahme bilden Militärflugzeuge, bei denen Triebwerke mit kontrolliertem Schubvektor für die Änderung der Flugrichtung verantwortlich sind. In ihrem Fall ist es dumm, das Flugzeug mit einem beweglichen Kiel zu versehen (es gibt ein Foto davon im Artikel), da die Überlastung während des Manövrierens so groß ist, dass es einfach zusammenbricht.

Welche Stabilität bietet der Kiel?

Es gibt drei Arten von Stabilität, für die der Kiel in die Konstruktion des Flugzeugs einbezogen wird:

• Track.
• Längsrichtung.
• Quer.

Lassen Sie uns all diese Sorten genauer behandeln. Also Richtungsstabilität. Es ist zu beachten, dass bei einem Verlust der Längsstabilität des Rumpfes im Flug das Flugzeug aufgrund der Trägheitskraft noch einige Zeit nach vorne fliegt. Danach beginnt der Luftstrom in das hinter dem Schwerpunkt liegende Flugzeugheck zu strömen. Der Kiel verhindert in diesem Fall das Auftreten einer Rotationskraft, die das Flugzeug dazu zwingt, sich um seine Achse zu drehen.

Längsstabilität. Angenommen, das Flugzeug fliegt im Normalmodus, der Schwerpunkt fällt mit dem Zentrum der Druckbeaufschlagung auf seinen Rumpf zusammen. In diesem Moment wirken auch multidirektionale Kräfte auf seinen Rumpf, die dazu neigen, den Körper des Flugzeugs auszufahren. Auftrieb und Schwerkraft wirken gleichzeitig. Der Kiel des Flugzeugs (Sie sehen ein Foto dieses Teils im Artikel) sorgt für das Gleichgewicht, das in diesem speziellen Fall sehr instabil ist. Ein normaler Flug ohne Leitwerk, Kiel und Stabilisatoren ist nicht möglich.

Sonstige Nachh altigkeit

Scherstabilität. Im Allgemeinen ist dieser Faktor eine logische Fortsetzung der vorherigen Eigenschaft. Wenn multidirektionale Kräfte auf den Flügel und die seitlichen Stabilisatoren des Kiels einwirken, "versuchen" sie, das Flugzeug zu kippen. Die Form der Flügel wirkt dem entgegen: Betrachtet man sie aus der Ferne, ähneln sie dem Buchstaben „U“mit stark abgesetzten oberen „Hörnern“. Dieses Formular bietet eine Selbstkorrektur der PositionFlugzeuge im Weltraum. Der Kiel trägt dazu bei, die seitliche Stabilität aufrechtzuerh alten.

Beachten Sie, dass Flugzeuge mit gepfeilten Flügeln nicht so sehr einen Kiel benötigen … bei hohen Geschwindigkeiten. Wenn es fällt, dann erfolgt das Wachstum der Gegenkräfte exponentiell. Daher ist für diese Maschinen ein möglichst langlebiger und leichter Kiel sehr wichtig, der solch hohen Belastungen standh alten kann. Und wie kannst du es bekommen? Lass uns darüber reden.

Merkmale beim Erstellen moderner Flugzeuge

Derzeit konzentrieren sich Spezialisten von Rosaviation und ihre ausländischen Kollegen auf die Herstellung von Flugzeugteilen (einschließlich des Kiels) aus großen Teilen, die aus den neuesten Verbundwerkstoffen hergestellt werden.

Der Anteil dieser Verbindungen im Design moderner Flugzeuge wächst stetig. Ihr Volumenanteil beträgt nach Expertenangaben bereits 25 bis 50 %, kleine nichtkommerzielle Flugzeuge können sogar zu 75 % aus Kunststoff und Verbundwerkstoffen bestehen. Warum ist dieser Ansatz in der Luftfahrt so weit verbreitet? Tatsache ist, dass der gleiche Kiel eines Boeing-Flugzeugs aus Polymer-"Legierungen" ein sehr geringes Gewicht, eine sehr hohe Festigkeit und eine Ressource hat, die mit Standardmaterialien einfach unrealistisch zu erreichen ist.

Hauptmaterialien

Die gerechtfertigte Verwendung von Verbundwerkstoffen bei der Konstruktion nicht nur des Hecks, sondern auch der Flügel und Rumpfkraftelemente, die nicht nur sehr stark, sondern auch ausreichend sein müssenflexibel. Andernfalls kann die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung des Bauwerks unter Einwirkung von Fluglasten nicht ausgeschlossen werden.

Aber das war nicht immer so. Der Stolz der sowjetischen Flugzeugindustrie, das Tu-160-Flugzeug, auch bekannt als White Swan oder Blackjack, hat einen Kiel aus … Titanlegierungen. Ein so spezielles und extrem teures Material wurde aufgrund der enormen Belastungen ausgewählt, die auf das Design dieser Maschine ausgeübt werden, die bis heute den Titel des schwersten im Einsatz befindlichen Bombers trägt. Dennoch ist ein solch radikaler Ansatz zur Erstellung eines Kiels selten, und daher müssen sich Designer heute viel häufiger mit einfacheren Verbundwerkstoffen befassen.

Welchen Herausforderungen stehen Sie bei der Erstellung eines zusammengesetzten Kiels gegenüber?

Während des Entwicklungsprozesses mussten einheimische Designer eine ganze Reihe komplexer Aufgaben lösen:

• Die Herstellung großformatiger Teile des Kiels und anderer Kohlefaserausrüstungen im Infusionsverfahren wurde ausgearbeitet.
• Musste auch die wesentlichen Produktionsschritte, die nicht auf den Einsatz von Verbundwerkstoffen ausgelegt waren, fast komplett überdenken und umrüsten.

Weitere Funktionen

In den Produktionsprozess wurde die neueste Software (FiberSim) eingeführt, die es ermöglicht, den höchsten Automatisierungsgrad zu erreichen. Darüber hinaus kann der Kiel des Flugzeugs, dessen Konstruktion im Artikel beschrieben wird, jetzt mit Technologien hergestellt werden, bei denen praktisch keine Zeichnungen vorhanden sind. Die Herstellung dieses Teils mit diesem Ansatz ist wie folgtweg:

• Entwerfen oder Auswählen eines fertigen Modells. Heute wird der Kiel (meistens) vollautomatisch entworfen, ohne Beteiligung "menschlicher" Entwickler.
• Schneiden gebrauchter Materialien, auch im Automatikmodus.
• Im automatischen Modus werden die Rohmaterialien ausgelegt, aus denen der Kiel und seine Strukturteile hergestellt werden.
• Das Schichten wird von Robotermechanismen ausgeführt, die von einem Computerprogramm gesteuert werden.

Außerdem legt der moderne Ansatz zur Herstellung von Kielen Folgendes nahe:

• Kontinuierlicher Bau von Prototypen, die unter härtesten Bedingungen getestet werden.
• Zerstörungsfreie Prüftechnologien werden entwickelt, die eine kontinuierliche Überwachung des Zustands des Kiels eines Flugzeugs ermöglichen.

Fortgeschrittene Methoden zum Erstellen des Leitwerks des MS-21-Flugzeugs

Vor nicht allzu langer Zeit war die Luftfahrtindustrie buchstäblich fassungslos über die Ankündigung einheimischer Entwickler, ein völlig neues Flugzeug, die MS-21, zu entwickeln. Seine Besonderheit besteht darin, dass dies seit fast drei Jahrzehnten das erste inländische Auto für Flüge innerhalb des Landes ist. Während seiner Herstellung wurden viele der neuesten Technologien getestet, die sich stark auf die innovativen Eigenschaften des Kiels und des gesamten Leitwerks auswirkten.

Bei der Entwicklung und Herstellung des Senkkastens des Kiels des MS-21-Flugzeugs konnten einheimische Spezialisten Folgendes erreichen:

• Vollständige Automatisierung des Schneidens aller Teile und Rohstoffe, die in der Produktion verwendet werden. Dadurch konnten die Gesamtkosten des gesamten Leitwerks und insbesondere des Kiels um mindestens 50 % gesenkt werden.
• Bei der Fertigung des Leitwerks kommt die Software ProDirector zum Einsatz, mit der Sie eine perfekte Präzision bei der Teilebearbeitung erreichen. Dadurch lassen sich nicht nur starke, sondern auch extrem leichte Kiele herstellen.
• Auch der Kiel eines modernen Flugzeugs wird mit Doppelkrümmungstechniken hergestellt. Dank ihnen ist es möglich, in den Bereichen, in denen zusätzliche strukturelle Verstärkung erforderlich ist (unter dem Kiel des Flugzeugs), eine multidirektionale Dicke zu erzielen.
• Auch große Teile des Kiels können heute in speziellen Autoklaven "frittiert" werden. Das Ergebnis sind extrem starke und steife Komponenten, die jeder Belastung standh alten.
• Die Kontrolle der Geometrie von Teilen wird auch von komplexen computergestützten Systemen gesteuert.

Weitere Funktionen

Durch den Einsatz neuer Technologien und Techniken wurde die Arbeitsintensität bei der Erstellung von Leitwerk und Kiel um 50-70% reduziert. Heute haben mehr als viertausend Teile des Kiels und des Leitwerks staatliche Prüfungen bestanden.

Die wichtigste Errungenschaft ist die Entwicklung einer zuverlässigen und einfachen Technologie zur Herstellung von Kielkastenteilen mit einer Größe von 7,6 x 2,5 m. Derzeit wird bereits damit begonnen, sie an das Luftfahrtwerk Irkutsk zu liefern. Sie werden aus modernen Verbundwerkstoffen hergestellt, und die Eigenschaften dieses Verfahrens haben bereits das Interesse führender ausländischer Hersteller von Luftfahrtausrüstung geweckt.

Moderne Themen

Warum haben wir so viel Zeit damit verbracht, über moderne Methoden zum Entwerfen und Bauen eines Kiels zu diskutieren? Tatsache ist, dass seit den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts völlig klar geworden ist, dass eine weitere Steigerung der Geschwindigkeitsleistung von Flugzeugen nur möglich ist, wenn ihre Festigkeit erhöht und völlig neuartige Polymermaterialien in die Produktion eingeführt werden. Das Problem bei Flugzeugen der neuesten Generation ist, dass ihr Design (und insbesondere der Kiel) sehr anfällig für "Ermüdung" ist. Aus diesem Grund wurden etwa in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts zahlreiche Methoden zur Überwachung des Zustands von Flügel und Leitwerk entwickelt.

Die Produktionsanforderungen sind ebenfalls hoch. Jede Teilecharge wird auf Vibrationsständern härtesten Belastungen ausgesetzt, Temperatur- und Drucktests unterzogen. Und das ist nicht verwunderlich, da der kleinste Riss anschließend mit dem Tod von Hunderten von Passagieren verbunden ist.

Sie haben also herausgefunden, wo der Kiel des Flugzeugs ist und wozu er dient!