Основные части самолета. устройство самолета

Самолеты, выполненные по схеме «бесхвостка»

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

Основными преимуществами такой схемы являются:

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

Недостатки:

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

Классификация

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

Гражданские самолеты подразделяются на:

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

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

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

Виды крыльев

Фото крыла самолета вы можете увидеть выше. Они сильно различаются по своей конструкции и особенностям строения.

По форме различают прямые, стреловидные, с обратной стреловидностью, треугольные, трапециевидные и т.д.

Более всего популярны именно стреловидные крылья. У них много преимуществ. Тут и увеличение подъемной силы и скорости. Недостатки у него тоже есть, но все же они не так существенны за счет значительных плюсов.

Самолеты с обратной стреловидностью крыла — лучше управляемы на небольшой скорости, эффективны в том, что касается аэродинамических свойств. Из их минусов — для конструкции нужны специальные материалы, которые бы создавали достаточную жесткость крыла.

Принцип действия

Дым показывает движение воздуха, обусловленное взаимодействием крыла с воздухом.

Подъёмная сила крыла создаётся за счёт разницы давлений воздуха на нижней и верхней поверхностях. Давление же воздуха зависит от распределения скоростей воздушных потоков вблизи этих поверхностей.

Одним из распространённых объяснений принципа действия крыла является ударная модель Ньютона: частицы воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью крыла, стоящего под углом к потоку, упруго отскакивают вниз («скос потока»), согласно третьему закону Ньютона, толкая крыло вверх. Данная упрощённая модель учитывает закон сохранения импульса, но полностью пренебрегает обтеканием верхней поверхности крыла, вследствие чего она даёт заниженную величину подъёмной силы.

В другой распространённой, но неверной модели возникновение подъёмной силы объясняется разностью давлений на верхней и нижней сторонах профиля, возникающей согласно закону Бернулли: на нижней поверхности крыла скорость протекания воздуха оказывается ниже, чем на верхней, поэтому подъёмная сила крыла направлена снизу вверх. Обычно рассматривается крыло с плоско-выпуклым профилем: нижняя поверхность плоская, верхняя — выпуклая. Набегающий поток разделяется крылом на две части — верхнюю и нижнюю, — при этом, вследствие выпуклости крыла, верхняя часть потока должна пройти больший путь, нежели нижняя. Для обеспечения неразрывности потока скорость воздуха над крылом должна быть больше, чем под ним, из чего следует, что давление на верхней стороне профиля крыла ниже, чем на нижней; этой разностью давлений обуславливается подъёмная сила. Однако данная модель не объясняет возникновение подъёмной силы на двояковыпуклых симметричных или на вогнуто-выпуклых профилях, когда потоки сверху и снизу проходят одинаковое расстояние.

Для устранения этих недостатков Н. Е. Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока; в 1904 году им была сформулирована теорема Жуковского. Циркуляция скорости позволяет учесть скос потока и получать значительно более точные результаты при расчётах.

Положение закрылков (сверху вниз): 1) Наибольшая эффективность (набор высоты, горизонтальный полёт, снижение)2) Наибольшая площадь крыла (взлёт)3) Наибольшая подъёмная сила, высокое сопротивление (заход на посадку)4) Наибольшее сопротивление, уменьшенная подъёмная сила (после посадки)

Одним из главных недостатков вышеприведённых объяснений является то, что они не учитывают вязкость воздуха, то есть перенос энергии и импульса между отдельными слоями потока (что и является причиной циркуляции).
Существенное влияние на крыло может оказать поверхность земли, «отражающая» возмущения потока, вызванные крылом, и возвращающая часть импульса обратно (экранный эффект).

Также в приведённых объяснениях не раскрывается механизм передачи энергии от крыла к потоку, то есть совершения работы самим крылом. Хотя верхняя часть воздушного потока действительно имеет повышенную скорость, геометрическая длина пути не имеет к этому отношения — это вызвано взаимодействием слоёв неподвижного и подвижного воздуха и верхней поверхности крыла. Поток воздуха, следующий вдоль верхней поверхности крыла, «прилипает» к ней и старается следовать вдоль этой поверхности даже после точки перегиба профиля (эффект Коанда). Благодаря поступательному движению, крыло совершает работу по разгону этой части потока. Достигнув точки отрыва у задней кромки, воздух продолжает своё движение вниз по инерции вместе с массой, отклонённой нижней поверхностью крыла, что в сумме вызывает скос потока и возникновение реактивного импульса. Вертикальная часть этого импульса и вызывает подъёмную силу, уравновешивающую силу тяжести, горизонтальная же часть уравновешивается лобовым сопротивлением.

На самом деле, обтекание крыла является очень сложным трёхмерным нелинейным, и зачастую нестационарным, процессом. Подъёмная сила крыла зависит от его площади, профиля, формы в плане, а также от угла атаки, скорости и плотности потока (числа Маха) и от целого ряда других факторов.

Шасси

Основная статья: Шасси летательного аппарата

С помощью шасси самолёт осуществляет взлёт и посадку, руление, стоянку. Шасси представляет собой демпферную стойку, к которой крепится колёсная тележка (у гидропланов — поплавок). В зависимости от массы самолёта различается конфигурация шасси. Наиболее часто встречающиеся: одна передняя стойка и две основных (Ту-154, А320), одна передняя и три основных (Ил-96), одна передняя и четыре основных (Боинг 747), две передних и две основных (B-52). Для ранних самолётов было характерно устанавливать две основных стойки и небольшое вращающееся колесо непосредственно под килем без стойки (Ли-2). Также уникальную схему шасси имеет Ил-62: одна передняя стойка, две основных и выдвигающаяся штанга с одной колёсной парой в самом хвосте для устойчивости при разгрузке-погрузке. На самых первых самолётах стоек не было вообще, а колеса крепились на обыкновенную ось.

Колёсные тележки могут иметь различное количество колёсных пар: от одной (А320) до семи (Ан-225).

Управление поворотом самолёта на земле может осуществляться через привод к передней стойке шасси или дифференциацией режима работы двигателей (у самолётов с более чем одним двигателем). В полёте шасси убираются в специальные отсеки для уменьшения аэродинамического сопротивления.

ПРЕДКРЫЛКИ

Следующий элемент механизации крыла — предкрылки. Чтобы расширить возможность самолета летать на больших углах атаки (а значит и с меньшей скоростью) и были придуманы предкрылки.

Обычный щелевой предкрылок в выпущенном состоянии :

Вы наверняка видели, как самолеты после отрыва от полосы не плавно поднимаются вверх, а делают это интенсивно, довольно резко задрав нос. Это как раз самолет с действующими предкрылками.

По конструкции и принципу действия предкрылки похожи на щелевые закрылки, только устанавливаются, естественно, на передней кромке крыла.

Ту-154 на рулении, с выпущенными предкрылками :

Предкрылки и закрылки обычно работают в комплексе. Однако для разных типов самолетов возможны специфичные режимы их раздельной работы. Например дозаправка в воздухе.

Вот пожалуй и все об элементах, относящихся к понятию взлетно-посадочная механизация крыла. Эти элементы позволяют самолету уверенно чувствовать себя на взлетно-посадочных режимах и при этом довольно внушительно (интересно) выглядят

Планер

Основная статья: Планер самолёта

Обычно планер самолёта включает фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, шасси и гондолы, куда помещают двигательные установки или другие агрегаты. Этот набор элементов характерен для классической конструктивной схемы. Некоторые элементы могут отсутствовать в других конструктивных схемах.

Компоновочные схемы

На сегодняшний день различают следующие компоновочные схемы самолётов:

• классическая компоновка
• бесхвостка
• утка
• летающее крыло
• продольный триплан (с передним и хвостовым горизонтальным оперением)
• тандем (два крыла расположены друг за другом)
• конвертируемая (Ту-144)

Фюзеляж

Основная статья: Фюзеляж

Различные типы фюзеляжей

Фюзеляж является «телом» самолёта. В нём располагаются кабина экипажа, основные топливные баки, системы управления и контроля, пассажирские салоны и багажные отсеки (в пассажирских самолётах) или грузовые отсеки (в грузовых самолётах), оружие (в боевых самолётах) и так далее. Конструктивно-силовая схема фюзеляжа, как правило, состоит из продольных элементов (лонжеронов и стрингеров), поперечных элементов (шпангоутов) и обшивки (металлических (чаще дюралюминиевых) листов).

Пассажирские самолёты разделяют на узко- и широкофюзеляжные. У первых диаметр поперечного сечения фюзеляжа составляет в среднем 2-3 метра. Диаметр широкого фюзеляжа — не менее шести метров. Все широкофюзеляжные самолёты — двухпалубные: на верхней палубе располагаются пассажирские места, на нижней — багажные отсеки. Существуют самолёты с двумя пассажирскими палубами — Airbus A380 и Боинг 747.

Крыло

Основная статья: Крыло самолёта

Ил-76, высокоплан с Т-образным оперением

Крыло является ключевой частью в конструкции самолёта, оно создаёт подъёмную силу: профиль крыла устроен таким образом, что консоль разделяет набегающий на самолёт поток воздуха. Над верхней кромкой крыла образуется область низкого давления, одновременно под нижней — область высокого давления, крыло «выталкивается» наверх, и самолёт поднимается.

Крыло чаще всего крепится к фюзеляжу:

• через центроплан, расположенный в нижней части фюзеляжа у низкопланов (Ил-96, Ту-96, Airbus A380 и Боинг 747)
• или — у высокопланов — в верхней части фюзеляжа (Ил-76, Ан-22, Ан-124-Руслан, Ан-225-Мрия, C-130 Hercules).

Крепление крыла непосредственно к центральной части фюзеляжа без центроплана характерно для боевых самолётов (Ту-22М).
Самолёт также может иметь два, три и более крыла. Чаще всего у самолётов, имеющих два крыла — бипланов — одно крыло крепится к верхней части фюзеляжа, а другое — к нижней (Ан-2).

На крыле установлено множество отклоняющихся меньших консолей (механизации): закрылки, предкрылки, , элероны, интерцепторы и другие. Они позволяют регулировать перемещение самолёта в трёх плоскостях, путевую скорость и некоторые другие параметры полёта. На современных самолётах на крыльях часто устанавливаются вертикальные законцовки, уменьшающие завихрения воздуха на кончиках крыла, снижая уровень вибрации, и, как следствие, экономя топливо. Внутри крыльев (у крупных самолётов), как правило, установлены топливные баки. У самолётов-истребителей дополнительные топливные баки нередко подвешиваются к специальным вертикальным консолям-креплениям.

Аэродинамические свойства крыла определяются его геометрией: размахом, площадью, а также углом и направлением стреловидности. Существуют самолёты с изменяемой геометрией крыла (самолёты с крылом изменяемой стреловидности).

Оперение

Основная статья: Оперение (авиация)

Оперение устанавливается в хвостовой или носовой части фюзеляжа. Хвостовое оперение в большинстве случаев представляет собой вертикально расположенный киль (или несколько килей — как правило два киля) и горизонтальный стабилизатор, близкие по конструкции к крылу. Киль регулирует путевую устойчивость самолёта (по оси движения), а стабилизатор — продольную (т. е. устойчивость по тангажу).

Горизонтальное оперение устанавливается на фюзеляже (Ил-86) или на верху киля (T-образная схема (Ту-154, Ил-76)). Киль устанавливается на фюзеляж или в двухкилевой схеме — на обоих кончиках цельного стабилизатора (Ан-225). На некоторых боевых самолётах дополнительное оперение устанавливается в носовой части фюзеляжа (Су-35). Для обеспечения достаточной путевой устойчивости на высоких скоростях, сверхзвуковые самолёты имеют непропорционально большой киль (Ту-22М3) или два киля (Су-27, МиГ-25, F-15).

Конструкция оперения

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

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

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

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

Фюзеляж

Фрагмент каркаса истребителя МиГ-1

Тело самолета без крыла, оперения, мотогондолы и шасси называется фюзеляжем. Внутри него находятся экипаж самолета, его оборудование, грузовой или пассажирский отсеки — иными словами, все, что должно подниматься и переноситься на крыле.

Бывают, впрочем, и фюзеляжи, размещенные внутри самого крыла. Такая конструкция называется летающим крылом. Чаще всего фюзеляж представляет собой тело вращения, имеющее осесимметричную форму, которая позволяет достичь наименьшего веса и минимального сопротивления воздушному трению. Конструктивно фюзеляж представляет собой скелет из ребер, обтянутых снаружи тонкостенной оболочкой — обшивкой. На языке науки такая форма называется коробчатой балкой, а вся конструкция — балочной.

Фюзеляж авиалайнера