Александр Костерин, начальник бригады отдела комплексирования ПАО «Ил»
Откуда берется электричество на самолете?
На борту самолета имеется множество потребителей постоянного и переменного тока. В связи с этим, для обеспечения потребителей электроэнергией регламентированного качества существует целый ряд источников постоянного и переменного тока.
Во-первых, на каждом маршевом двигателе установлен один или несколько генераторов, работа которых является основным источником энергии на.
Во-вторых, устанавливается ВСУ – вспомогательная силовая установка – это небольшой двигатель, который необходим для запуска основных двигателей, а также для выработки электроэнергии, например, на земле при отсутствии наземного источника питания и выключенных основных двигателях. Это обеспечивает автономность базирования, не тратя ресурса основных двигателей. Для пассажирских самолетов повышает комфорт при посадке и высадке пассажиров, т.к. основные двигатели не работают и не издают шум.
В-третьих, самолет может быть запитан с наземного источника для проведения послеполетного обслуживания или наземных испытаний, чтобы сэкономить ресурс двигателей.
Также на самолете устанавливаются резервные источники питания: в первую очередь это аккумуляторы, которые по требованиям авиационных правил должны обеспечивать энергией наиболее ответственные потребители электроэнергии в случае отказа других источников.
Еще одним необычным резервным источником энергии является ветрогенератор, который автоматически выпускается в случае экстренной необходимости. Так, подобный ветрогенератор установлен на Ил-96 и выполняет роль резервного гидронасоса, необходимого для перемещения управляющих поверхностей в случае отказа насосных станций.
Ветрогенератор установленный на Ил-96-300 проходит проверку в цехе предприятия
Из чего состоит бортовой комплекс
Бортовой комплекс состоит из оборудования, которое можно разделить на несколько групп систем, каждая из которых выполняет определенный набор функций: пилотажно-навигационное и радиосвязное оборудование, системы индикации и сигнализации, а также система регистрации параметров.
Пилотажно-навигационное оборудование
Это огромный пласт систем, отвечающих за определение местоположения самолета, ориентацию самолета в пространстве, а также за автоматическое управление полетом.
К основным системам относятся:
инерциальные системы, система спутниковой навигации и посадки, радиокомпасы и дальномеры, радиотехнические системы ближней и дальней навигации, доплеровский измеритель скорости и сноса – все эти системы необходимы для определения координат местоположения самолета, которые передаются в бортовой компьютер – вычислительную систему самолетовождения, который, имея всю полноту и разнообразие информации, не только определяет наиболее точное местоположение самолета, но и вырабатывает команды для автопилота в соответствии с заранее заложенным в него планом полета, схемами вылета и захода на посадку.
система воздушных сигналов получает данные о приборной скорости и барометрической высоте самолета, измеряя давление набегающего потока, а также атмосферное давление – чем выше летит самолет, тем воздух более разреженный и давление набегающего потока меньше. Именно для работы этой системы сбоку самолета устанавливаются загадочные трубки, о предназначении которых многие не догадываются. Это трубки Пито, названы в честь изобретателя Анри Пито, приборы для измерения полного напора воздуха, представляющие из себя Г-образную трубку. На самолетах эти приборы оснащены обогревом для предотвращения обледенения, которое приводит к значительному искажению измерения.
Трубка Пито и измеритель угла атаки на самолете Ил-114-300
система раннего предупреждения близости земли предупреждает экипаж об опасности сближения с землей в соответствии с базой данных рельефа местности, вырабатывая сигналы для визуальной и звуковой сигнализации (например, сообщения "PULL UP" или "PULL DOWN").
метеолокатор используется для определения таких опасных метеоявлений, как турбулентность и сдвиг ветра – появляется индикация "WINDSHEAR AHEAD" (СДВИГ ВПЕРЕДИ) и раздается рекомендация уход на второй круг. Таким образом, с помощью полученных данных экипаж принимает решение об изменении маршрута и дальнейшего плана полета. Также благодаря локатору можно получать данные о подстилающей поверхности, наклонив антенну в сторону земли.
система предупреждения столкновения устанавливается на всех самолетах, предназначенных для перевозки более 19 пассажиров или имеющих массу более 5700 кг. Эта система сканирует пространство вокруг самолета, обнаруживает самолеты, оборудованные той же системой, получает информацию об их местоположении и скорости. Также эта система вырабатывает команды для экипажа о наборе высоты, снижении или сохранении текущей высоты для предотвращения столкновений в воздухе. Система установлена на всех современных моделях самолетов марки «Ил», за исключением Ил-103.
На Ил-96-400М установлен современный отечественный пилотажно-навигационный комплекс
Радиосвязное оборудование
Данное оборудование предназначено для двусторонней радиосвязи между экипажем самолета и диспетчером на земле, между экипажами отдельных самолетов непосредственно в полете, а также для внутрисамолетной связи экипажа между собой и громкоговорящего оповещения пассажиров и, в отдельных случаях, для подачи сигналов бедствия.
Радиостанции могут быть предназначены для управления самолетами на различных этапах полета: взлет, посадка, полет по маршруту и тд. Для этих целей имеется несколько радиостанций, настраиваемых на разные частоты, благодаря чему обеспечивается связь большого числа абонентов.
В состав связного оборудования также входят средства для воспроизведения звука: информации поступающей от бортпроводников, либо речевые сообщения от самолетных систем.
Авиационные правила требуют, чтобы ситуация на борту воспринималась экипажем однозначно, а сигнализация воздействовала на несколько органов чувств. Таким образом, самолетные речевые сообщения чаще всего дублируют визуальную информацию, которая отображается системой электронной индикации, о которой будет сказано далее. «Речевик» служит для привлечения внимания членов экипажа к сложившейся на борту обстановке, для призыва к совершению экипажем необходимых действий, либо для уведомления о достижении определенной скорости на разбеге или высоты на посадке.
Также в состав радиосвязного оборудования входят самолетные ответчики – транспондеры, передающие информацию о своем местоположении диспетчерам и окружающим самолетам для предупреждения столкновения, а также присутствуют ответчики государственного опознавания «свой-чужой», которые в частности позволяют отличать «свои» боевые самолеты от самолетов противника.
Система индикации и сигнализации
Если раньше для отображения экипажу информации о состоянии самолетных систем использовались аналоговые приборы, каждый из которых показывал только один-два параметра, то с появлением жидкокристаллических экранов все значительно изменилось: удалось реализовать так называемую «стеклянную кабину» – панели с множеством циферблатов-«будильников» ушли, освободив пространство для электронных индикаторов, что позволило снизить нагрузку и увеличить осведомленность экипажа ведь теперь вся необходимая информация удобно скомпонована в одном месте и нажатием одной кнопки можно вывести на индикацию информацию от целого комплекса систем. Также это позволяет реализовать принцип «темной кабины». Суть принципа проста – если на борту все системы работают штатно, то никакие красные или желтые табло, сообщения или бленкеры не должны отображаться и мигать, словом, ничего не должно отвлекать летчика от пилотирования и выполнения штатных процедур. Но если что-то все же произошло, то на самолете используются различные способы для максимально быстрого привлечения внимания пилота.
Для этого существует несколько видов внутрикабинной сигнализации:
визуальные средствасигнализации предназначены для выдачи сигналов с помощью экранных индикаторов, светосигнальных устройств, переключателей со световой сигнализацией (ламп-кнопок), бленкеров, флажков (планок) или шторок электромеханических индикаторов.
звуковые средства сигнализации предназначены для выдачи тональных звуковых сигналов (например, с помощью сирены, гонга) или речевых сообщений, о которых было сказано ранее.
тактильные средства сигнализации предназначены для передачи необходимой информации членам экипажа путем воздействия на рецепторы кожи и мышц (например, ответный щелчок кнопки, ощущаемый при ее нажатии, или вибрация штурвала, при превышении угла атаки).
Перечисленные средства сигнализации призваны максимально быстро привлечь внимание пилота к конкретному прибору или индикатору для определения проблемы и ее парирования или упреждения. Поэтому визуальная и звуковая сигнализация не противоречат друг другу, а сообщают об одном и том же событии, воздействуя на разные органы чувств человека.
Денис Ильин, начальник отдела механизации фюзеляжа ПАО "Ил»
Фюзеляж – это основная часть самолета, его непосредственный корпус. В нем размещается экипаж, пассажиры, грузы, вооружение, иногда топливные баки, электро-/радио-/навигационное оборудование. К нему крепятся крыло, оперение, шасси и остальные системы, без которых немыслимо существование и функционирование самолета.
Это вторая публикация об устройстве самолета, подготовленная специалистами ПАО "Ил". В создании материала принял участие Денис Ильин, начальник отдела механизации фюзеляжа ПАО "Ил". В 2023 году легендарное ОКБ Ильюшина празднует свое 90-летие. Первый материал об устройстве и механизации крыла можно прочитать здесь.
Из чего состоит фюзеляж
Фюзеляж делится на три основных части: головную, среднюю и хвостовую. У пассажирских самолетов на конце хвостовой части фюзеляжа располагается еще и отсек вспомогательной силовой установки, у транспортных и бомбардировщиков – кормовая кабина стрелка, а у топливозаправщиков – кабина оператора.
Отсеки фюзеляжа
Сама оболочка фюзеляжа состоит из панелей (листов обшивки с приклепанными продольными силовыми элементам – стрингерами), которые опираются на поперечные силовые элементы – шпангоуты. В случае наличия большого выреза в хвостовой части фюзеляжа (характерно для транспортных самолетов) в конструкцию вводится силовой элемент, который называется бимс. Это балка коробчатого сечения, которая служит для обеспечения общей жесткости и прочности контура выреза.
Панель самолета Ил-114-300: стрингеры (горизонтальные элементы) и шпангоуты (вертикальные).
Наиболее распространенный способ крепления обшивки к силовому каркасу – заклепочные соединения. Этот процесс требует достаточно больших затрат труда, но обеспечивает требуемую прочность конструкции, необходимую надежность и долговечность. В случае использования сварки трудоемкость меньше, прочность конструкции сопоставима, однако проблема распространения усталостных трещин стоит достаточно остро. Сварку применяют в высоконагруженных узлах фюзеляжа истребителей и спецсамолетов. Их ресурс намного ниже, чем у транспортных и пассажирских самолетов. Также необходимо отметить, что сварка имеет технологические трудности из-за высокого нагрева материала, которое может привести к наличию деформации остаточного напряжения в процессе остывания конструкции.
Панель – достаточно трудоемкий в части сборки элемент каркаса самолета. Так, для самолета класса Ил-114 в одной панели количество заклепок может достигать порядка 4000 штук. Для ускорения процесса сборки и повышения качества соединений сборку панелей осуществляют на специальных автоматах.
Сборка панелей самолета МС-21
С ростом высоты полета плотность воздуха уменьшается, давление падает, что по аналогии с восхождением на большие высоты в горы приводит к уменьшению содержания кислорода и затруднению дыхания. Пассажирские самолеты летают на высотах 11-12 километров, что выше высоты Эльбруса, поэтому фюзеляж должен обеспечить комфортное давление и количество кислорода внутри самолета, что позволит пассажирам и экипажу свободно дышать и не испытывать проблем с пониженным давлением. Кабину (для истребителей и бомбардировщиков) или фюзеляж целиком (для пассажирских и транспортных самолетов) делают герметичными. Таким образом, одной из основных функций фюзеляжа является сохранение избыточного давления в кабине относительно давления за бортом, которое стремится надуть фюзеляж как воздушный шар. В процессе сборки фюзеляж самолета проходит испытания на герметичность (проверяются величины утечек воздуха) и дождевание: имитируются естественные осадки и проверяется наличие протечек воды. Именно из-за наличия избыточного давления у пассажиров закладывает уши при снижении самолета.
На самолете Ил-76 кабина экипажа и грузовая кабина могут герметизироваться независимо, что позволяет перевозить негабаритные грузы с открытым грузовым люком.
Грузовая кабина заканчивается вертикальной гермостворкой у конца рампы
Фонарь и иллюминатор
Одним из важных элементов фюзеляжа является остекление. У пилотов оно называется «фонарь», а у пассажиров «иллюминатор». Остекление фонаря кабины экипажа, помимо обеспечения необходимого обзора, должно выдерживать удар птицы массой 1,8кг.
Прочность остекления фонаря проверяют выстрелом из пневмопушки, где в качестве снаряда используется тушка птицы.
Иллюминатор, помимо обеспечения прекрасного вида для пассажира, также служит для создания естественного освещения в пассажирской или грузовой кабине и позволяет бортроводникам оценить обстановку снаружи самолета в случае аварийной ситуации. Именно поэтому бортпроводники просят поднять створки иллюминатора на взлете и посадке, как наиболее опасном участке полета. Конструктивно иллюминатор состоит из двух стекол, заключенных в резиновую рамку. Каждый, кто летал на самолете, мог видеть маленькое отверстие во внутреннем стекле, которое предназначено для распределения избыточного давления на наружное стекло. Однако, внутреннее стекло проектируется таким образом, чтобы в случае разрушения наружного стекла взять на себя его функции.
Денис Ильин показывает строение иллюминатора
При разрушении иллюминатора происходит выравнивание забортного давления и давления в кабине, весь воздух из кабины мгновенно устремляется наружу через образовавшееся отверстие. На самолете Ил-18 проводились испытания с принудительным разрушением иллюминатора при наличии избыточного давления внутри фюзеляжа, проводились замеры времени падения давления при мгновенной разгерметизации, а также оценивалось влияние данного разрушения на пассажиров (устанавливались манекены). В результате разгерметизации не пристегнутый манекен и чехлы были сорваны со своих мест и вынесены потоком воздуха наружу. Поэтому пассажирам рекомендуется оставаться пристегнутыми во время всего полета.
Важная часть фюзеляжа
В пассажирских и транспортных самолетах немаловажным элементом фюзеляжа является пол пассажирской и грузовой кабины. В современных самолетах каркас пола образован поперечными балками и продольными рельсами специальной формы, между которыми укладываются панели.
Ведется монтаж полов грузовой кабины самолета типа Ил-76
В верхней части рельса у пассажирских самолетов присутствуют специальные отверстия, благодаря которым возможна установка блоков кресел и оборудования в любое место салона. Для транспортных самолетов применяются универсальные крепления, роликовые дорожки и швартовочные узлы.
Панели пола пассажирской кабины, как правило, выполняются в виде сотовых пластин из полимерных композиционных материалов с ковровым покрытием, а панели пола грузовой кабины транспортных самолетов – из металла или в виде сотовых пластин с металлическими обшивками. Верхняя поверхность панелей пола грузовой кабины имеет противоскользящее покрытие в виде выступающих шипов, сетчатого рифления или абразивного напыления.
В тяжелом транспортном самолете Ил-76 пол грузовой кабины выполнен из титановых листов, которые способны выдерживать жесткие условия эксплуатации, возникающие при погрузке/разгрузке тяжелой военной техники на колесном и гусеничном ходу.
Механизация фюзеляжа
По аналогии с механизацией крыла на фюзеляже также располагаются подвижные агрегаты: двери, люки, створки, тормозные щитки (в основном на истребителях). Эта группа агрегатов относится к механизации фюзеляжа.
В зависимости от расположения и конструктивного исполнения двери и люки можно разделить на следующие основные группы:
· наружные и внутренние
Под наружными подразумеваются двери и люки, находящиеся в самом фюзеляже. К внутренним относятся различные двери в перегородках, люки для доступа в отсеки и т.д.
· герметичные и негерметичные
Герметичные двери и люки воспринимают нагрузку от избыточного давления в фюзеляже. Негерметичными являются, как правило, эксплуатационные лючки, которые располагаются на наружной поверхности фюзеляжа.
Нагрузка от избыточного давления на герметичную дверь пассажирского самолета, через которую пассажир попадает внутрь, доходит до 14 тонн! Поэтому если кто-то вдруг решит открыть дверь на большой высоте, то ему просто не хватит сил это сделать.
В зависимости от назначения наружные двери и люки делятся на входные, аварийные, грузовые и технические.
Входные двери и аварийные выходы
Входные двери предназначены для доступа экипажа, пассажиров и технического персонала внутрь самолета.
Как правило, с целью предотвращения несанкционированного доступа внутрь самолета все двери, открываемые вручную, блокируются изнутри, а также в случае непредвиденных ситуаций доступ внутрь самолета может быть осуществлена через специальный люк, запираемый на ключ.
На большинстве пассажирских самолетов входные двери также являются аварийными и оснащаются системой автоматического открытия и надувным трапом.
Наверняка те, кто летал на самолете, слышали, что старший бортпроводник перед запуском двигателей произносит фразу: «Двери в положение ARMED, проверить дверь напротив». Так вот это и есть включение подсоединения надувного трапа и его автоматической активации при открытии двери в случае аварийной посадки. Бортпроводник переводит специальный рычаг в положение «Автомат» и в случае аварийной ситуации при повороте ручки открытия двери встроенная пневматическая система сама откроет дверь и выпустит надувной трап. Если перевести ее в положение «Ручной», то дверь открывается как при посадке/высадке.
Размеры и расположение входных/аварийных дверей выбираются в зависимости от количества пассажирских мест, скорости посадки/высадки пассажиров и в соответствии с требованиями Авиационных правил АП-25. Так, например, одна входная/аварийная дверь самолета Ил-96-400М предусмотрена для ста человек (рассматривается ситуация, при которой аварийное покидание возможно только на одну сторону самолета), а таких дверей на данном самолете 8 (по 4 на каждую сторону).
Входная дверь. В случае необходимости она же может послужить аварийным выходом
На пассажирских самолетах предусмотрены отдельные аварийные выходы, которые используются для пассажиров в аварийной ситуации. Так, в случае приводнения самолета или невозможности использовать входные двери для покидания в аварийной ситуации предусмотрены аварийные выходы на крыло самолета. Поэтому зачастую при полете на самолете мы слышим фразу о том, что пассажиры, сидящие возле аварийного выхода на крыло, просьба не загромождать проход.
Для покидания экипажа на пассажирских самолетах аварийным выходом также служат форточки фонаря экипажа. Кабина экипажа находится на значительной высоте от земли, поэтому над форточками установлены аварийные канаты. В некоторых современных самолетах форточки фонаря экипажа отсутствуют, поэтому для покидания экипажа устанавливается дополнительный люк сверху.
В соответствии с требованиями Авиационных правил расположение, тип и количество аварийных выходов должно обеспечивать эвакуацию всех пассажиров не более, чем за 90 сек.
На транспортных, а также на опытных образцах пассажирских самолетов для экипажа предусмотрены люки аварийного покидания в полете, которые располагаются на нижней или боковой поверхности фюзеляжа и имеют собственную гидравлическую или пневматическую систему принудительного открытия, которая должна открывать люк не более чем за 3 сек. В открытом состоянии люк превращается в своеобразный щиток, защищающий экипаж от набегающего потока воздуха. Как правило, расстояние от проема в полу кабины экипажа до наружной поверхности фюзеляжа составляет 1,5-3м и для обеспечения безопасности аварийного покидания люк соединяется с проемом специальным гладким каналом – шахтой. Требования к обеспечению аварийного покидания жестко регламентированы отраслевыми стандартами (ОСТ).
Безопасность люка аварийного покидания оценивается расчетным способом и подтверждается во время летных испытаний в 2 этапа. Сначала происходит сбрасывание манекена, потом происходит «опрыгивание»: испытатель-парашютист производит покидание через люк. В ходе данных испытаний оценивается работоспособность и безопасность связки шахта-люк системы аварийного покидания.
Десантирование из самолета Ил-76МД
На военно-транспортных самолетах для парашютного десантирования применяются специальные десантные двери, которые по принципу действия аналогичны люку аварийного покидания: они открываются в полете и создают проем для выхода парашютиста из самолета. На Ил-76 имеется две десантные двери, расположенные в носовой части самолета. Они открываются против потока гидроцилиндрами и обеспечивают безопасное десантирование личного состава.
Отдельно стоит упомянуть такой агрегат как дверь-трап. Эта входная дверь оснащается лестницей и позволяет осуществлять посадку-высадку пассажиров без использования аэродромного оборудования (подкатные трапы, стремянки, телетрапы). Такими дверьми, как правило, оснащаются бизнес-джеты, региональные и транспортные самолеты.
Грузовые люки
Грузовые люки предназначены для загрузки грузов внутрь фюзеляжа. На пассажирских самолетах данные люки располагаются по правому борту в нижней части фюзеляжа и открываются наружу вверх. На конвертированных (переделанных из пассажирских в грузовые) самолетах, помимо нижних грузовых люков, присутствует большая грузовая дверь на верхней палубе, которая также открывается вверх. Ввиду большой массы крышек данных люков для их открытия используется отдельная гидро- или электрогидравлическая система.
Загрузка транспортного Ил-76ТД в Антарктиде через задний грузовой люк
Отдельного рассказа заслуживают грузовые люки, которые устанавливаются на военно-транспортные самолеты. Это целый комплекс агрегатов, которые в открытом состоянии обеспечивают доступ к грузовой кабине, а в закрытом – нормальное обтекание хвостовой части фюзеляжа.
Основными агрегатами грузового люка военно-транспортного самолета является рампа и створка/-ки. Рампа позволяет осуществлять погрузку-разгрузку различной колесной и гусеничной техники.
В зависимости от типа самолета за рампой устанавливается одна или три створки. На Ил-112В устанавливается одна створка грузолюка, на самолетах Ил-76, Ан-70, Ан-124 устанавливается 3 створки.
На самолетах Ан-124 и С-5 помимо хвостового грузолюка имеется и носовой. Носовая часть откидывается вверх, а заезд техники осуществляется по передней раскладной рампе. Такое решение позволяет осуществлять погрузку техники прямым ходом, а также размещать длинномерные объекты.
Грузовой люк Ан-124 находится в носовой части самолета
Дверь в кабину экипажа
Одним из самых интересных внутренних агрегатов механизации фюзеляжа является дверь в кабину экипажа. При кажущейся конструктивной простоте к данному агрегату предъявляются очень серьезные требования по стойкости к несанкционированному проникновению.
Так, в транспортных самолетах Ил-76 она является одновременно и гермодверью. Для пассажирских эта функция избыточна, потому что в отличие от военно-транспортного самолета разгерметизировать отдельно пассажирский салон для десантирования не требуется. Но зато, в соответствии с требованиями Авиационных правил, в их конструкции устанавливается бронезащита, которая должна выдерживать попадание пуль пистолета, а вся дверь – выдерживать таранный удар.
Соответствие данным требованиям подтверждается во время специальных испытаний. Образцы брони обстреливаются в специальной лаборатории. Испытания на таранный удар проходят на специальном стенде, где по двери наносятся удары в 5 разных точек стальным тараном массой 45 кг. При этом результаты испытаний считаются успешными, если дверь не разрушилась и не открылась.
Данные требования были введены после террористических атак башен всемирного торгового центра в Нью-Йорке в 2001 году.
Также на двери кабины экипажа располагается специальный люк в нижней части двери, который, в случае если дверь заклинит при аварийной посадке, позволит экипажу покинуть кабину.
Наверняка тут есть люди, разбирающиеся в самолетах. Объясните мне плз, что мешает сделать на колесах шасси крыльчатку, чтобы колеса раскручивались в воздухе встречным потоком, и резина при посадке не горела бы?
+ новый Ил-76МД-90А в армии (первый в 2023 году ? )
Очередной серийный военно-транспортный самолет Ил-76МД-90А, изготовленный в филиале ПАО «Ил» – Авиастар, передан заказчику - МО РФ.
Наземные и летные испытания самолета прошли успешно, в установленные сроки. Новый транспортник пополнил авиаполк военно-транспортной авиации.
Сегодня в производстве Авиастара в различной степени готовности находятся несколько транспортных самолетов Ил-76МД-90А, предусмотренные производственной программой 2023 года. В заготовительных цехах создается задел на ближайшую перспективу.
Крыло можно разделить на три части: левую и правую консоли и центроплан. У легких самолетов крыло может иметь цельную конструкцию без разделения на части. У большинства современных самолетов крыло может выполнять дополнительные функции и являться одновременно баком-кессоном для топлива.
“Перепроектирование конструкции крыла для Ил-76МД-90А стало примером успешного решения довольно сложной задачи, в результате чего удалось снизить массу, увеличить грузоподъёмность и улучшить ресурсные характеристики крыла. Инженеры смогли уйти от поперечных стыков, новое крыло получило клепаную конструкцию. Значительно увеличилась долговечность крыла, снизился вес изделия. Инженерная задача усложнялась необходимостью сохранить преемственность с предыдущей конструкцией и оставить в тех же местах точки крепления механизации крыла. И нам все это удалось сделать!” – рассказывает Ольга Русанова, начальник отдела крыла ПАО “Ил”.
Ольга Русанова, начальник отдела крыла ПАО "Ил"
Дополнительно проектируются законцовки крыла, позволяющие уменьшить индуктивное сопротивление и сократить расход горючего. Уникальная разработка российских инженеров - горизонтальные законцовки крыла типа “сайберлет”, которыми оснащен SSJ100. Эксплуатация таких машин позволяет снизить расходы на авиакеросин на 4%.
SSJ-100 с закрылками "сайберлет»
Расположение и форма крыла
Выбор схемы расположения крыла – высокое, среднее, низкое – зависит от требуемых характеристик самолета. Например, на транспортных Ил-76 реализована схема высокого расположения крыла, которая позволяет создать большую грузовую кабину, расположить погрузо-разгрузочную рампу в хвостовой части фюзеляжа, установить мощные двигатели на пилонах под крылом, не опасаясь близости к поверхности земли. Среднее расположение крыла до недавнего времени было характерно для истребителей и бомбардировщиков, в последнее время его “интегрируют” с фюзеляжем. Нижнее расположение крыла применяется на пассажирских самолётах, оно облегчает обслуживание на аэродромах.
Ил-76МД-90А с высоким расположением крыла
По форме крылья бывают прямые, стреловидные и обратной стреловидности, треугольные, трапециевидные, эллиптические или арочного типа. Выбор формы крыла также зависит от типа самолета и его применения. Прямые крылья и крылья с небольшой стреловидностью применяются на пассажирских и транспортных самолетах – т.е. там, где не требуются высокие скорости, но необходимы улучшенные взлетно-посадочные характеристики. Крыло обратной стреловидности характерно для самолетов с потребностью в улучшении управляемости на малых скоростях. Такие крылья применялись на опытных образцах истребителей.
На ближнемагистральном самолете Ил-14, который впервые поднялся в воздух в 1950, применялось крыло с обратной стреловидностью (-3 градуса по линии 1/4 хорды). Это техническое решение улучшало аэродинамику и характеристики по срывам потока. Ил-14 оказался очень удачным самолетом, строился серийно и отлично зарекомендовал себя в сложных условиях Арктики и Антарктики.
Ил-14 в окраске полярной авиации
При проектировании агрегатов механизации крыла широко используются современные композиционные материалы, которые позволяют снизить вес изделия, снизить стоимость производства, улучшить эксплуатационные характеристики агрегата. А использование электронных моделей и системы менеджмента жизненного цикла упрощает сложные увязки подвижных частей и отслеживание конфигурации различных модификаций самолетов.
Механизация крыла
На разных режимах полета от крыла современного самолета требуются разные характеристики – очевидно, что скорость при взлете самолета, при его посадке и в установившемся полете различная. В зависимости от высоты полета различаются и окружающие условия.
Форма крыла, обеспечивающая большую подъемную силу для полета на малых скоростях вблизи поверхности, будет малоэффективна при полете на крейсерском режиме. Решить эту задачу призваны агрегаты механизации крыла: изменяя геометрические характеристики крыла, они изменяют его аэродинамические характеристики, облегчая тем самым управление самолетом и позволяя улучшить отдельные летно-технические характеристики (ЛТХ).
За историю авиации было придумано множество различных вариантов агрегатов механизации крыла, которые применяются по отдельности и совместно. Состав и конфигурацию механизации крыла выбирают исходя из целей и сложности самолета.
На самолетах "Ил" используются:
закрылки и предкрылки - управляют подъемной силой и аэродинамическим сопротивлением самолет при взлете и посадке;
элероны - для управления углом крена самолета;
тормозные щитки и интерцеторы уменьшают подъемную силу крыла для повышения эффективности торможения шасси.
Закрылки и предкрылки
Основная задача закрылка - уменьшить взлетную и посадочную дистанцию, а также снизить скорость захода на посадку, тем самым повышая безопасность. Закрылки устанавливаются на задней кромке крыла.
Ил-76ТД. Работа предкрылков и закрылков
На взлете закрылок выпускается не полностью, чтобы увеличить подъемную силу крыла без существенного увеличения лобового сопротивления. При посадке, наоборот, увеличение кривизны крыла, а значит и сопротивления, способствует снижению скорости и уменьшению пробега, поэтому закрылок отклоняется еще и вниз. В установившемся полете закрылок убирается, чтобы уменьшить лобовое сопротивление и оптимизировать расход топлива.
Чем эффективнее тип закрылка, тем больше прирост подъемной силы, который он может создать. Но вместе с тем растут его сложность и масса. Так, простой отклоняемый щиток на задней кромке крыла – это простое конструктивное решение, а также самое легкое по массе. Но прирост подъемной силы такого закрылка будет в районе 40% от подъемной силы крыла с убранной механизацией, чего недостаточно для самолетов, создаваемых в ОКБ Ильюшина.
На современных самолетах “Ил” используются выдвижные щелевые закрылки, состоящие из секций, которые образовывают несколько щелей. При использовании таких закрылков самолет получает увеличение подъемной силы д 90%.
Очень наглядно изменение площади и кривизны крыла видно при выпущенном закрылке Ил-76.
Ил-76МД с выпущенными закрылками
В процессе разработки необходимо рационально спроектировать агрегаты механизации крыла для достижения требуемых ЛТХ. Современные технологии компьютерного моделирования позволяют быстрее и проще выполнить эту задачу. В качестве примера рассмотрим самолет Ил-114. В его базовом исполнении самолета его закрылок выдвигался на 40 градусов. В ходе эксплуатации выяснилось, что он создает излишнюю подъемную силу - из-за этого увеличивалась длина пробега при посадке. На новом Ил-114-300 закрылок выпускается на 30 градусов. Этого достаточно и для снижения скорости, и для эффективного торможения на ВПП.
Ил-114-300
На самолетах марки "Ил" для механизации передней кромки крыла используют предкрылки с профилированной щелью. Они имеют большую массу и относительно сложную конструкцию, но эффективнее, чем другие типы механизации передней кромки крыла. Предкрылки работают совместно с закрылками при взлете и посадке, выпускаются синхронно с ними. На тяжелых самолетах, таких как Ил-76, Ил-86, Ил-96 и их модификациях, применяется развитая механизация крыла, в том числе и его передней кромки.
Элероны
Для управления самолетом по крену используются элероны. Они представляют собой отклоняющиеся поверхности (обычно 5-7% от площади крыла), расположенные на его концах вдоль задней кромки. Оба элерона связаны так, что отклоняются в противоположные стороны. Когда пилот отклоняет штурвал влево, левый элерон отклоняется вверх, правый - вниз. Подъемная сила левой половины крыла уменьшается, а правой увеличивается. Возникает момент крена и самолет кренится влево. Для элеронов применяют дифференциальное управление, т.е. углы отклонения элерона вниз меньше, а вверх больше. Это обусловлено тем, что отклонение элерона вниз с точки зрения аэродинамики эффективнее, чем вверх.
Ил-76-МД-90А
Конструкция элеронов напрямую зависит от типа управления. Различают управление с прямой и дистанционной проводкой.
В системе управления с прямой проводкой при изменении положения управляющей поверхности возникает усилие на органе управления. Чтобы преодолеть эти усилия в режиме полета на современном самолете без использования вспомогательных средств, пилотам бы пришлось иметь спортивный разряд по пауэрлифтингу. Для решения этой проблемы применяют средства компенсации, которые также называются малой механизацией:
сервокомпенсатор – отклоняемая поверхность в хвостовой части элерона, работающая автоматически и снимающая 80-85% усилия со штурвала;
триммер – небольшая отклоняющаяся поверхность в хвостовой части элерона. Конструктивно триммер подобен сервокомпенсатору и позволяет при необходимости снять оставшиеся 15-20% усилия со штурвала.
На тяжелых самолетах для экономии веса устанавливается электро-дистанционная система управления с автоматической проводкой. Сервокомпенсатор и триммер в таком случае не применяются.
“В нашем отделе мы стремимся использовать передовые технологии, чтобы повышать надежность и эффективность производимых изделий. Так, при проектировании агрегатов механизации крыла широко используются композиционные материалы, которые позволяют уменьшить вес изделия, снизить стоимость производства, улучшить эксплуатационные характеристики агрегата. А использование электронных моделей и системы менеджмента жизненного цикла упрощает сложные увязки подвижных частей и отслеживание конфигурации различных модификаций самолета,” – рассказывает Григорий Мишуков, инженер-конструктор отдела механизации крыла ПАО “Ил”.
Григорий Мишуков, инженер-конструктор отдела механизации крыла ПАО "Ил".
Тормозные щитки, спойлеры, интерцепторы
Задача тормозных щитков, спойлеров и интерцепторов – значительное повышение лобового сопротивления и прижатие самолета к земле после касания ВПП. Воздушные тормоза призваны не столько затормозить самолет, сколько прижать его к поверхности, чтобы тормоза в шасси выполнили свою работу эффективно. Эти агрегаты выполняются в виде щитков. При их подъеме часть крыла, находящаяся за ними, теряет подъемную силу.
В зависимости от предназначения, площади поверхности и поперечного расположения можно выделить следующие разновидности:
интерцептор (спойлер) – располагается ближе к законцовкие крыла, чтобы создавать больший момент. Может выпускаться не полностью, работает в паре с элероном автоматически, помогая элеронам в управлении самолетом по крену;
тормозной щиток располагается ближе фюзеляжу, выпускается полностью и синхронно на обеих консолях крыла. Его единственная задача - создание прижимной силы.
От полотна к композитам
Крыло МС-21
Крылья первых самолетов изготавливались из легкого полотна, натянутого на деревянный каркас. Затем появился дюралюминий, “крылатый металл”, с которым связывают революцию в авиастроении.
При создании конструкции крыльев современных гражданских самолетов, как российских, так и зарубежных, все шире используются композитные материалы. МС-21 стал первым пассажирским самолетом с композитным крылом, изготовленным по новой технологии. Впервые в практике мирового авиастроения отечественные специалисты освоили эту технологию применительно к силовым элементам консолей крыла – самому сложному и высоко нагруженному элементу воздушного судна. Доля композитов в конструкции МС-21 превышает 30%. Благодаря их использованию удалось получить крыло большего удлинения, которое невозможно сделать из металла. Одновременно был увеличен диаметр фюзеляжа. Эта сложная задача впервые решена в классе среднемагистральных лайнеров.
Силовые элементы консолей крыла МС-21 изготавливаются с помощью инфузионной технологии. Это позволяет создавать длинномерные интегральные композитные конструкции единым монолитом без дополнительного крепежа.
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!