กระดูกงูของเครื่องบินอยู่ที่ไหน? กระดูกงูเครื่องบิน: ออกแบบ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

แม้แต่คนที่ไม่เคยเห็นทะเลก็ยังรู้จักคำว่าพรากจากกัน: "เจ็ดฟุตใต้กระดูกงู" และไม่มีคำถามที่นี่ กระดูกงูของเรือเป็นส่วนโครงสร้างที่สำคัญที่สุดที่ยึดส่วนต่างๆ ของตัวเรือไว้ แต่มีใครรู้บ้างว่ากระดูกงูของเครื่องบินอยู่ที่ไหนและทำหน้าที่อะไร?

นี่คืออะไร

นี่คือ "อวัยวะ" ของความมั่นคงซึ่งช่วยให้คุณรักษาเครื่องบินในเส้นทางที่กำหนด กระดูกงูของเครื่องบินเป็นส่วนสำคัญของครีบหางแนวตั้งไม่เหมือนกับเรือทั่วไป ที่ด้านล่างของลำตัวเครื่องบิน ไม่มีกระดูกงูสำหรับเครื่องบิน! แต่มีความละเอียดอ่อนอย่างหนึ่ง ความจริงก็คือส่วนนี้เชื่อมต่อกับส่วนประกอบพลังงานของลำตัวอย่างแน่นหนา ดังนั้นจึงยังคงมีบางสิ่งที่เหมือนกันในแง่ของทะเลและอากาศ แล้วกระดูกงูของเครื่องบินอยู่ที่ไหน? พูดง่ายๆ นี่คือส่วนแนวตั้งของหาง

วางนิ่ง ตรึงไว้ที่สามจุด สมมาตรกับเส้นกึ่งกลางของเครื่องบิน ในลักษณะที่ปรากฏ รายละเอียดนี้มีรูปทรงของสี่เหลี่ยมคางหมูในอุดมคติ ตามกฎแล้ว กระดูกงูของเครื่องบินประกอบด้วย ซี่โครง ซี่โครง และผิวหนัง รูปแบบนี้เป็นแบบคลาสสิก มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตั้งแต่การปรากฏตัวของเครื่องบินลำแรก สปาร์ด้านหน้าวางเฉียง (ตามกฎ)

เลย์เอาต์

กระดูกงูมักจะเป็นแบบเดี่ยว แต่ในบางกรณี กระดูกงูจะทำเป็นสองเท่าหรือสามเท่า (บนเครื่องบินทิ้งระเบิดใบพัด) ในกรณีหลัง นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจักรหนักมีความเสถียรในระดับสูง อย่างไรก็ตาม เครื่องบินทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามประเภทตามตำแหน่งของกระดูกงู:

• สร้างในรูปแบบธรรมดา. ตัวอย่างเช่น เป็นกระดูกงูของเครื่องบิน A321
• "เป็ด" นั่นคือเครื่องบินที่มีหางกระดูกงูอยู่ด้านหน้าปีก
• "ไม่มีหาง". จากกระดูกงู เหลือแต่หางแนวตั้ง ปีกแนวนอนหายไปอย่างสมบูรณ์

แน่นอน สองสายพันธุ์หลังมีลักษณะเฉพาะของ "ชุมชน" ของเครื่องบินทหารมากกว่า เนื่องจากการวางกระดูกงูดังกล่าวมีความจำเป็นเพื่อให้เครื่องบินมีความคล่องตัวสูงเป็นพิเศษ

ในบางกรณีอาจใช้การออกแบบที่ซับซ้อนกว่านี้ ตัวอย่างเช่น ยอดใต้กระดูกงู (เป็นกระดูกงูหน้าท้องด้วย) มันถูกใช้กับเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงบางลำที่การรักษาเสถียรภาพที่สมบูรณ์แบบระหว่างการบินเป็นสิ่งสำคัญ ดังนั้นภายใต้กระดูกงูของเครื่องบิน (นี่คือที่ที่เราได้พบแล้ว) มีการไหลเข้าเพิ่มเติมและจำนวนมาก สถานการณ์ทั่วไปคือเมื่อขนตามแนวนอนของหางโดยทั่วไปจะต้องถูกย้ายไปยังส่วนบนสุดของกระดูกงู กรณีนี้จะเกิดขึ้นหากติดตั้งเครื่องยนต์ไว้ที่ด้านหลังของเครื่องบิน แผนภาพดังกล่าวสามารถเห็นได้เช่นในเครื่องบินขนส่งสินค้าภายในประเทศ "Il".

เพื่ออะไร

อย่างที่ทราบกันดีว่าอากาศที่สงบเป็นสิ่งที่หายากอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งเกิดขึ้นไม่เกินปีละสองครั้ง ในกรณีส่วนใหญ่ มีลม ความแรงและทิศทางของลมอาจแตกต่างกันอย่างมาก เมื่อเครื่องบินกำลังบิน ลมกระโชกแรงจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อทิศทางและเส้นทาง เครื่องบินจะต้องได้รับการออกแบบให้กลับสู่ตำแหน่งที่มั่นคงด้วยตัวมันเอง ในกรณีนี้เท่านั้นที่จะบินได้อย่างปลอดภัย

วัตถุประสงค์หลัก

กฎหลักในการออกแบบกระดูกงูคือการวางกระดูกงูในลักษณะที่จะไม่ตกจากปีกไม่ว่าในกรณีใดๆ มิฉะนั้น อาจเกิดการละเมิดความเสถียรของทิศทางอย่างเห็นได้ชัด และในสถานการณ์ที่รุนแรงที่สุด การเสียรูปทางกายภาพและการทำลายของชุดหางทั้งหมด ดังนั้น จุดประสงค์หลักของกระดูกงูคือการรักษาเสถียรภาพของทิศทาง

การออกแบบเครื่องบินหลายลำทำให้ส่วนนี้เคลื่อนที่ได้ โดยการปรับการโก่งกระดูกงู ลูกเรือจะควบคุมทิศทางของสนาม ข้อยกเว้นคือเครื่องบินทหาร ซึ่งเครื่องยนต์ที่มีเวกเตอร์แรงขับควบคุมมีหน้าที่ในการเปลี่ยนทิศทางการบิน ในกรณีของพวกเขา การสร้างกระดูกงูที่เคลื่อนย้ายได้ของเครื่องบิน (มีรูปถ่ายอยู่ในบทความ) เป็นเรื่องงี่เง่า เนื่องจากการบรรทุกเกินพิกัดในระหว่างการหลบหลีกจะทำให้พังได้ง่าย

กระดูกงูให้ความมั่นคงแบบไหน

ความมั่นคงมีสามประเภท เพื่อประโยชน์ที่กระดูกงูรวมอยู่ในการออกแบบเครื่องบิน:

• ติดตาม
• ตามยาว
• ขวาง

มาจัดการกับพันธุ์เหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้นกันเถอะ ดังนั้นเสถียรภาพของทิศทาง ควรจำไว้ว่าในกรณีที่สูญเสียเสถียรภาพตามยาวของลำตัวเครื่องบินในขณะบิน เครื่องบินจะยังคงบินไปข้างหน้าต่อไปในระยะเวลาหนึ่งเนื่องจากแรงเฉื่อย หลังจากนั้นกระแสลมจะเริ่มไหลเข้าสู่ด้านหลังของเครื่องบินซึ่งอยู่ด้านหลังจุดศูนย์ถ่วง กระดูกงูในกรณีนี้จะป้องกันไม่ให้เกิดแรงหมุนที่บังคับให้เครื่องบินหมุนรอบแกน

ความมั่นคงตามยาว. สมมติว่าเครื่องบินกำลังบินในโหมดปกติ จุดศูนย์ถ่วงจะตรงกับศูนย์กลางของแรงดันที่ใช้กับลำตัวเครื่องบิน ในขณะนี้ กองกำลังหลายทิศทางยังทำหน้าที่บนลำตัวของมัน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะปรับใช้ร่างกายของเครื่องบิน แรงยกและแรงโน้มถ่วงกระทำพร้อมกัน กระดูกงูของเครื่องบิน (คุณจะเห็นรูปถ่ายของส่วนนี้ในบทความ) ให้ความสมดุลซึ่งในกรณีนี้คือไม่เสถียรมาก เที่ยวบินปกติที่ไม่มีหาง กระดูกงู และเหล็กกันโคลงเป็นไปไม่ได้

ความยั่งยืนอื่นๆ

ความเสถียรของแรงเฉือน โดยทั่วไป ปัจจัยนี้เป็นความต่อเนื่องทางตรรกะของคุณสมบัติก่อนหน้า เมื่อแรงหลายทิศทางกระทำต่อปีกและตัวกันโคลงด้านข้างของกระดูกงู พวกมัน "พยายาม" ที่จะคว่ำเครื่องบิน รูปร่างของปีกต่อต้านสิ่งนี้: หากคุณมองพวกมันจากระยะไกล พวกมันคล้ายกับตัวอักษร "U" โดยมี "เขา" บนแยกออกจากกันอย่างแน่นหนา แบบฟอร์มนี้ให้การแก้ไขตำแหน่งตัวเองเครื่องบินในอวกาศ กระดูกงูช่วยรักษาความมั่นคงด้านข้าง

โปรดทราบว่าเครื่องบินปีกกว้างไม่ต้องการกระดูกงูมาก…ด้วยความเร็วสูง ถ้ามันตกลงไป การเติบโตของกองกำลังตอบโต้ก็จะเกิดขึ้นแบบทวีคูณ ดังนั้นสำหรับเครื่องจักรเหล่านี้ กระดูกงูที่ทนทานและน้ำหนักเบาที่สุดจึงมีความสำคัญมาก ซึ่งสามารถต้านทานการรับน้ำหนักที่สูงเช่นนี้ได้ และคุณจะได้รับมันได้อย่างไร มาคุยเรื่องนี้กันเถอะ

คุณสมบัติของการสร้างเครื่องบินที่ทันสมัย

ปัจจุบัน ผู้เชี่ยวชาญด้าน Rosaviation และเพื่อนร่วมงานชาวต่างชาติกำลังมุ่งเน้นไปที่การสร้างชิ้นส่วนเครื่องบิน (รวมถึงกระดูกงู) จากชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตล่าสุด

สัดส่วนของสารประกอบเหล่านี้ในการออกแบบเครื่องบินสมัยใหม่กำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง ตามข้อมูลจากผู้เชี่ยวชาญ สัดส่วนของปริมาตรนั้นเพิ่มขึ้นจาก 25% ถึง 50% และเครื่องบินขนาดเล็กที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์สามารถประกอบด้วยพลาสติกและคอมโพสิตได้ถึง 75% เหตุใดแนวทางนี้จึงแพร่หลายมากในการบิน ความจริงก็คือกระดูกงูเดียวกันของเครื่องบินโบอิ้งซึ่งทำจากโพลีเมอร์ "อัลลอยด์" นั้นมีน้ำหนักเบามาก มีความแข็งแรงสูงมาก และมีทรัพยากรที่ไม่สมจริงเพียงแค่ต้องใช้วัสดุมาตรฐาน

วัสดุหลัก

การใช้วัสดุคอมโพสิตที่เหมาะสมที่สุดในการออกแบบไม่เพียงแต่ส่วนหางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนประกอบด้านปีกและลำตัวด้วย ซึ่งจะต้องไม่เพียงแค่แข็งแรงมากเท่านั้นแต่ยังเพียงพออีกด้วยยืดหยุ่นได้. มิฉะนั้น ความน่าจะเป็นของการทำลายโครงสร้างภายใต้การกระทำของเที่ยวบินไม่สามารถตัดออก

แต่มันไม่ใช่แบบนี้เสมอไป ดังนั้น ความภาคภูมิใจของอุตสาหกรรมอากาศยานโซเวียต เครื่องบิน Tu-160 หรือที่รู้จักในชื่อ White Swan หรือ Blackjack มีกระดูกงูที่ทำจาก … ไททาเนียมอัลลอยด์ วัสดุเฉพาะและมีราคาแพงมากดังกล่าวได้รับการคัดเลือกเนื่องจากแรงกดดันมหาศาลในการออกแบบเครื่องจักรนี้ ซึ่งจนถึงทุกวันนี้ก็ยังเป็นชื่อของเครื่องบินทิ้งระเบิดที่หนักที่สุดที่ให้บริการอยู่ แต่ถึงกระนั้น แนวทางที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในการสร้างกระดูกงูนั้นหายาก ดังนั้นวันนี้นักออกแบบจึงต้องจัดการกับวัสดุคอมโพสิตที่ง่ายกว่าบ่อยกว่ามาก

คุณเผชิญความท้าทายอะไรในการสร้างกระดูกงูคอมโพสิต

ในระหว่างขั้นตอนการพัฒนา นักออกแบบในประเทศต้องแก้ไขงานที่ซับซ้อนทั้งหมด:

• การสร้างชิ้นส่วนขนาดใหญ่ของกระดูกงูและอุปกรณ์คาร์บอนไฟเบอร์อื่นๆ โดยใช้วิธีแช่แล้ว
• ยังต้องคิดใหม่และปรับขั้นตอนการผลิตหลักเกือบทั้งหมดซึ่งไม่ได้ออกแบบมาสำหรับการใช้วัสดุคอมโพสิต

คุณสมบัติอื่นๆ

ซอฟต์แวร์ล่าสุด (FiberSim) ได้รับการแนะนำในกระบวนการผลิต ซึ่งช่วยให้บรรลุระดับสูงสุดของระบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ตอนนี้กระดูกงูของเครื่องบินซึ่งการออกแบบที่อธิบายไว้ในบทความสามารถทำได้โดยใช้เทคโนโลยีที่ไม่มีภาพวาด การผลิตส่วนนี้ด้วยวิธีการนี้มีดังนี้วิธี:

• ออกแบบหรือเลือกแบบสำเร็จรูป. วันนี้ กระดูกงู (ส่วนใหญ่) ออกแบบในโหมดอัตโนมัติโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของนักพัฒนา "มนุษย์"
• ตัดวัสดุที่ใช้แล้วยังดำเนินการในโหมดอัตโนมัติ
• ในโหมดอัตโนมัติ วัตถุดิบที่ใช้ทำกระดูกงูและชิ้นส่วนโครงสร้างของมันจะถูกจัดวาง
• การวางเลเยอร์ดำเนินการโดยกลไกหุ่นยนต์ควบคุมโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์

นอกจากนี้ แนวทางการผลิตกระดูกงูสมัยใหม่แนะนำสิ่งต่อไปนี้:

• สร้างต้นแบบอย่างต่อเนื่องซึ่งได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะที่ทรหดที่สุด
• กำลังพัฒนาเทคโนโลยีการทดสอบแบบไม่ทำลายซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบสถานะของกระดูกงูบนเครื่องบินได้อย่างต่อเนื่อง

วิธีการขั้นสูงในการสร้างส่วนท้ายของเครื่องบิน MS-21

ในอดีตอันใกล้นี้ อุตสาหกรรมการบินต้องตะลึงกับการประกาศของนักพัฒนาในประเทศว่าพวกเขากำลังพัฒนาเครื่องบินรุ่นใหม่อย่าง MS-21 ความผิดปกติก็คือในช่วงเกือบสามทศวรรษที่ผ่านมา นี่เป็นรถยนต์ภายในประเทศคันแรกสำหรับเที่ยวบินภายในประเทศ ในระหว่างการผลิต เทคโนโลยีล่าสุดจำนวนมากได้รับการทดสอบ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณลักษณะที่เป็นนวัตกรรมของกระดูกงูและการประกอบหางทั้งหมด

การพัฒนาและการผลิตกระดูกงูของเครื่องบิน MS-21 ผู้เชี่ยวชาญในประเทศสามารถบรรลุสิ่งต่อไปนี้:

• ระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบของการตัดชิ้นส่วนและวัตถุดิบทั้งหมดที่ใช้ในการผลิตด้วยเหตุนี้ จึงสามารถลดต้นทุนรวมของชุดหางทั้งหมดได้อย่างน้อย 50% โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระดูกงู
• ซอฟต์แวร์ ProDirector ใช้ในการผลิตส่วนท้าย ซึ่งช่วยให้คุณได้รับความแม่นยำที่สมบูรณ์แบบในการประมวลผลชิ้นส่วน ทำให้สามารถสร้างกระดูกงูที่เบาได้ไม่เพียงแค่แข็งแรงแต่ยังทำได้
• นอกจากนี้ กระดูกงูของเครื่องบินสมัยใหม่ยังถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคความโค้งสองเท่า ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะบรรลุความหนาแบบหลายทิศทางในพื้นที่เหล่านั้นที่ต้องการการเสริมแรงโครงสร้างเพิ่มเติม (ใต้กระดูกงูของเครื่องบิน)
• วันนี้กระดูกงูส่วนใหญ่สามารถ "ทอด" ในหม้อนึ่งความดันพิเศษได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือส่วนประกอบที่แข็งแรงและแข็งแกร่งอย่างยิ่งซึ่งสามารถรับน้ำหนักได้ในทุกระดับ
• การควบคุมรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นส่วนนั้นถูกควบคุมโดยระบบคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนเช่นกัน

คุณสมบัติอื่นๆ

เนื่องจากการใช้เทคโนโลยีและเทคนิคใหม่ๆ ความเข้มแรงงานในการสร้างส่วนท้ายและกระดูกงูจึงลดลง 50-70% วันนี้ กระดูกงูและส่วนหางมากกว่าสี่พันส่วนผ่านการทดสอบของรัฐ

ความสำเร็จหลักคือการพัฒนาเทคโนโลยีที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนกล่องกระดูกงูขนาด 7.6 x 2.5 ม. ปัจจุบันได้เริ่มส่งมอบให้กับโรงงานการบินอีร์คุตสค์แล้ว พวกเขาทำจากวัสดุคอมโพสิตที่ทันสมัย และคุณสมบัติของกระบวนการนี้ได้ดึงดูดความสนใจของผู้ผลิตอุปกรณ์การบินชั้นนำจากต่างประเทศแล้ว

ปัญหาสมัยใหม่

ทำไมเราถึงใช้เวลามากมายในการพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่ทันสมัยในการออกแบบและสร้างกระดูกงู ความจริงก็คือตั้งแต่ยุค 60 ของศตวรรษที่ผ่านมาเป็นที่ชัดเจนว่าการเพิ่มความเร็วของเครื่องบินต่อไปเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อความแข็งแกร่งของพวกเขาเพิ่มขึ้นและนำวัสดุโพลีเมอร์ชนิดใหม่ทั้งหมดมาใช้ในการผลิต ปัญหาของเครื่องบินรุ่นล่าสุดคือการออกแบบ (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกระดูกงู) มีความอ่อนไหวต่อ "ความเหนื่อยล้า" สูง ด้วยเหตุนี้ ประมาณทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา จึงมีการพัฒนาวิธีการมากมายในการตรวจสอบสภาพของปีกและหาง

ความต้องการในการผลิตก็สูงเช่นกัน ชิ้นส่วนแต่ละชุดต้องรับน้ำหนักบรรทุกเกินพิกัดอย่างร้ายแรงที่สุดบนแท่นสั่นสะเทือน ทดสอบโดยอุณหภูมิและแรงดัน และไม่น่าแปลกใจเลย เพราะรอยร้าวเล็กๆ น้อยๆ นั้นเต็มไปด้วยผู้โดยสารหลายร้อยคนเสียชีวิตในเวลาต่อมา

คุณจึงรู้ว่ากระดูกงูของเครื่องบินอยู่ที่ไหนและมีไว้เพื่ออะไร!