Де розташований кіль у літака? Кіль літака: конструкція

Навіть людина, зроду не бачив моря, напевно знає напуття: «Сім футів під кілем». Питань тут не виникає. Кіль у корабля – найважливіша конструктивна частина, на якій кріпляться багато деталей його корпусу. Але чи знає хтось про те, де розташований і для чого служить кіль літака?

Що це таке?

Це "орган" стійкості, який дозволяє зберігати літальному апарату заданий курс. На відміну від кораблів, кіль літака є невід'ємною частиною вертикального оперення хвоста. Внизу фюзеляжу ніякого кіля у літальних машин немає! Але є одна тонкість. Справа в тому, що ця частина намертво з'єднана з силовими елементами фюзеляжу, а тому щось спільне в морському і повітряному терміні все ж є. Так де розташований у кіль літака? Простіше кажучи, це вертикальна частина хвоста.
Ставиться він нерухомо закріплюється у трьох точках, симетричних осьової лінії літака. На вигляд ця деталь має форму ідеальної трапеції. Як правило, кіль літака складається з лонжеронів, нервюр і обшивки. Схема ця класична, мало змінилася з моменту появи перших літаків. Передній лонжерон ставиться похило (як правило).

Схеми розташування

Найчастіше кіль буває одинарним, але в деяких випадках його роблять подвійним і навіть потрійним (на винтомоторных бомбардувальниках). В останньому випадку це потрібно для забезпечення високої курсової стійкості важкої машини. До речі кажучи, всі літаки за місцем розташування кіля діляться на три типи:

Побудовані за нормальною схемою. Такий, до наприклад, кіль літака А321.

«Качки», тобто літальні апарати, у яких горизонтальне оперення кіля розташоване попереду крил.

«Бесхвостки». Від кіля залишається тільки вертикальне оперення, горизонтальні елерони відсутні повністю.

Зрозуміло, останні два різновиди більш характерні для «спільноти» військових літаків, так як подібне розміщення кіля необхідно для додання літальному апарату особливо високої маневреності.


В деяких випадках використовують ще більш складні конструкції. Наприклад, подкилевые гребені (вони ж – подфюзеляжные кілі). Вони застосовуються на деяких надзвукових літаках, де збереження ідеальної стійкості під час польоту життєво необхідно. Таким чином, під кілем літака (це де, ми вже з'ясували) є додатковий і масивний наплив. Частіше зустрічається ситуація, коли горизонтальне оперення хвоста взагалі доводиться переносити на самий верх кіля. Таке трапляється, якщо двигуни встановлені в кормовій частині літака. Подібну схему, приміром, можна побачити на вітчизняних вантажно-пасажирських літаках "Іл".

Для чого він потрібен?

Як відомо, безвітряна погода – неймовірна рідкість, яка трапляється не частіше пари раз за рік. У більшості випадків вітер є, причому його сила і напрям можуть кардинально розрізнятися. Коли літак летить, пориви вітру можуть сильно впливати на напрямок і курс. Літальний апарат повинен бути влаштований так, щоб самостійно повертатися в стійке положення. Тільки в цьому випадку можливий безпечний політ.

Основне призначення

Головне правило конструювання кіля – розмістити його так, щоб він ні за яких умов не потрапляв у спутную струмінь від крила. В іншому випадку можливе різке порушення курсової стійкості, а в найбільш важких ситуаціях – фізична деформація і руйнування всього хвостового оперення. Отже, основне призначення кіля – збереження шляхової стійкості. Конструкція багатьох літаків така, що ця деталь – рухома. Регулюючи величину відхилення кіля, екіпаж контролює курсове напрямок. Виняток – військові літаки, на яких за зміну напрямку польоту відповідають двигуни з контрольованим вектором тяги. У їх випадку робити рухливий кіль літака (фото його є в статті) нерозумно, так як перевантаження при маневруванні такі, що він просто зруйнується.

Які види стійкості забезпечуються кілем?

Розрізняють три типи стійкості, заради збереження яких в конструкцію літака входить кіль:

Колійна.

Поздовжня.

Поперечна.

Розберемося з усіма цими різновидами докладніше. Отже, шляхова стійкість. Слід пам'ятати, що у разі втрати поздовжньої стійкості фюзеляжу в польоті, літак все одно продовжить деякий час летіти вперед за рахунок інерційної сили. Після цього повітряний потік починає набігати на задню частину літального апарату, яка лежить позаду центра ваги. Кіль у цьому випадку перешкоджає виникненню обертаючого зусилля, змушує літак обертатися навколо своєї осі. Поздовжня стійкість. Припустимо, літак летить у нормальному режимі, центр ваги збігається з центром прикладання тиску до його фюзеляжу. У цей момент на його фюзеляж також діють різноспрямовані сили, які прагнуть розгорнути корпус літального апарату. Підйомна сила і сила тяжіння діють одночасно. Кіль літака (фото цієї деталі ви побачите в статті) забезпечує рівновагу, яка в даному конкретному випадку є досить нестійким. Нормальний політ без хвостового оперення, кіля і стабілізаторів неможливий.

Інші види стійкості

Поперечна стійкість. В загалом, цей фактор є логічним продовженням попереднього властивості. Коли на крило і поперечні стабілізатори кіля діють різноспрямовані сили, вони «намагаються» кинути літак. Протидіє цьому форма крил: якщо подивитися на них здалеку, то вони нагадують букву «У» з сильно розведеними верхніми «ріжками». Така форма забезпечує самостійну корекцію положення літального апарату в просторі. Кіль при цьому допомагає збереженню поперечної стійкості. Зауважимо, що у літаків із зворотного стреловидностью крила потреба в кілі не настільки велика на високих швидкостях. Якщо вона падає, то наростання сил протидії відбувається в геометричній прогресії. А тому для цих машин дуже важливий максимально міцний і легкий кіль, який може чинити опір настільки високим навантаженням. А як його можна отримати? Розповімо і про це.

Особливості створення сучасних літаків

В даний час фахівці Росавіації і їх зарубіжні колеги роблять упор на створення деталей літаків (у тому числі і кіля) з великогабаритних деталей, виготовлених з новітніх композитних матеріалів. Частка цих з'єднань в конструкції сучасних літальних апаратів неухильно зростає. Згідно з відомостями від фахівців, їх об'ємна частка сягає від 25% до 50%, а маленькі некомерційні літаки і зовсім можуть складатися з пластика і композитів на 75%. Чому такий підхід отримав настільки широке поширення в авіації? Справа в тому, що той же кіль літака «Боїнг», виготовлений з полімерних «сплавів», має дуже малу вагу, дуже високу міцність і такий ресурс, якого, використовуючи стандартні матеріали, досягнути просто нереально.

Основні матеріали

Найбільш виправдане використання композитів в конструкції не тільки хвостового оперення, але також крил і силових елементів фюзеляжу, які повинні бути не тільки дуже міцними, але і достатньо гнучкими. В іншому випадку не виключена ймовірність руйнування конструкції під дією польотних навантажень. Але так було не завжди. Так, гордість радянського авіабудування, літак «Ту-160», він же «Білий лебідь» або «Блек-джек», має кіль титанових сплавів. Настільки специфічний і надзвичайно дорогий матеріал був обраний з-за величезних навантажень на конструкцію цієї машини, яка до цього дня залишає за собою титул самого важкого бомбардувальника, що стоїть на озброєнні. Але все ж настільки кардинальний підхід до створення кіля – рідкість, а тому сьогодні конструкторам куди частіше доводиться мати справу з більш простими композитними матеріалами.

Які завдання доводиться вирішувати при створенні композитного кіля?

У процесі розробки вітчизняним конструкторам довелося вирішувати цілий спектр складних завдань:

Відпрацьовано створення великогабаритних деталей кіля та іншої вуглепластиковою оснащення інфузійних способом.

Також довелося практично повністю переосмислювати і переоснащувати основні етапи виробництва, які не були розраховані для використання композитних матеріалів.

Інші особливості

У виробничий процес було впроваджено новітнє програмне забезпечення (FiberSim), яке дозволяє досягти максимально високих ступенів автоматизації. Крім того, тепер кіль літака, конструкція якого описана в статті, можна виготовити за такими технологіями, де практично відсутні креслення. Виготовлення цієї деталі при такому підході виглядає наступним чином:

Проектування або вибір готової моделі. Сьогодні кіль (переважно) проектується в повністю автоматичному режимі, без участі «людських» розробників.

Розкрій матеріалів, що використовуються, також ведеться в автоматичному режимі.

В автоматичному режимі виробляється викладка сировини, використовуваного при створенні кіля та його структурних частин.

Укладання шарів ведеться роботизованими механізмами, керованими комп'ютерною програмою.

Крім того, сучасний підхід до виробництва кілів передбачає наступне:

Постійне виготовлення досвідчених зразків, які тестуються в самих жорстких умовах.

Розробляються технології неруйнівного контролю, які дозволяють проводити постійний моніторинг стану кіля на літаку.

Передові методи створення хвостового оперення літака МС-21»

В не такому далекому минулому авіаційну промисловість буквально приголомшило заяву вітчизняних розробників про те, що вони займаються розробкою абсолютно нового літака, «МС-21». Його незвичайність у тому, що майже за три останніх десятиліття це перша вітчизняна машина для рейсів усередині країни. При його виготовленні були апробовані багато новітні технології, які багато в чому торкнулися інноваційних особливостей кіля і всього хвостового оперення. Розробляючи і випускаючи кесон кіля літака МС-21», вітчизняні фахівці змогли домогтися наступного:

Повній автоматизації розкрою всіх деталей та сировини, що використовується у виробництві. За рахунок цього вдалося досягти не менше ніж 50% скорочення загальної вартості всього хвостового оперення і в особливості кіля.

У виробництві хвостового оперення використовується програма ProDirector, яка дозволяє добиватися ідеальної точності при обробці деталей. Це дає можливість створювати не тільки міцні, але і гранично легкі кілі.

Також кіль сучасного літака створюється з використанням методик подвійної кривизни. Завдяки їм вдається досягти різноспрямованою товщини в тих зонах, де необхідно додаткове посилення конструкції (під кілем літака).

Навіть великогабаритні деталі кіля сьогодні можна «прожарювати» в спеціальних автоклавах. В результаті виходять гранично міцні і жорсткі комплектуючі, що витримують навантаження будь-якого ступеня.

Контроль геометрії деталей також проходить під управлінням складних комп'ютеризованих систем.

Інші особливості

Завдяки використанню нових технологій і методик, трудомісткість створення хвостового оперення і кіля вдалося знизити на 50-70%. Сьогодні державні випробування пройшло вже більше чотирьох тисяч деталей кіля і хвостового оперення. Головне досягнення – була розроблена надійна і проста технологія випуску деталей кесона кіля розміром 76 х 25 м. В даний час їх вже почали постачати на Іркутський авіаційний завод. Виготовляють їх з сучасних композитних матеріалів, причому особливості цього процесу вже встигли зацікавити провідних зарубіжних виробників авіаційної техніки.

Сучасні проблеми

Для чого ми стільки часу провели, обговорюючи сучасні способи розробки і побудови кіля? Справа в тому, що ще з 60-х років минулого століття стало остаточно зрозуміло, що подальше збільшення швидкісних показників літаків можливо тільки в тому випадку, якщо підвищувати їх міцність і впроваджувати у виробництво нові різновиди полімерних матеріалів. Проблема літальних апаратів останніх поколінь у тому, що їх конструкція (і кіль особливо) сильно схильна до «втоми». З-за цього приблизно до 70-м рокам минулого століття були розроблені численні методики контролю стану крила й хвостового оперення. Вимоги до виробництва також високі. Кожну партію деталей піддають жорстоким перевантажень на вібраційних стендах, відчувають температурами і тиском. І це не дивно, так як найменша тріщинка згодом загрожує загибеллю сотень пасажирів. Ось ви і дізналися, де у кіль літака і для чого він потрібен!