Основные компоненты самолёта

Хотя конструктивно различные самолёты могут сильно отличаться друг от друга, в большинстве случаев они состоят из одних и тех же основных компонентов (рис. 2-4). Как правило, конструкция самолёта включает в себя фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, шасси и силовую установку.

Фюзеляж. Фюзеляж является центральной частью самолета и предназначен для размещения экипажа, пассажиров и груза. Он также обеспечивает структурную связность крыльев и хвостового оперения. В прошлом при конструировании самолёта использовали открытую ферменную структуру, изготовленную из дерева, стали или алюминиевых трубок (рис. 2-5). Самые популярные типы конструкций фюзеляжа современных самолётов — монокок (по-французски «единая оболочка») и полумонокок. Более подробно эти типы конструкций обсуждаются ниже в настоящей главе.

Крылья. Крылья -— это аэродинамические поверхности, прикреплённые к обеим сторонам фюзеляжа. Они обеспечивают подъемную силу, поддерживающую самолёт во время полёта. Существует множество конструкций крыльев, различных по форме и размерам. Механика создания крылом подъёмной силы рассмотрена в главе 4, «Аэродинамика полёта».

Крылья могут прикрепляться к верхней, средней или нижней частям фюзеляжа. Такие конструкции носят названия «высоко-», «средне-» и «низкоплан» соответственно. Число крыльев также может варьироваться. Самолёты с единственным набором крыльев называются монопланами, а с двумя наборами крыльев — бипланами (рис. 2-6).

Многие самолёты с высокорасположенным крылом снабжены внешними стяжками, или подкосами, которые во время полёта и приземления передают нагрузку на фюзеляж. Поскольку стяжки располагаются примерно посередине крыла, такой тип конструкции называется полуконсольным крылом. Некоторые самолёты с высокорасположенным и большинство самолётов с низкорасположенным крылом имеют крылья консольной, или свободнонесущей, конструкции, которые способны нести нагрузку без внешних подкосов.

Принципиальными структурными частями крыльев являются лонжерон, рёбра жёсткости и стрингеры (рис. 2-7). Они усиливаются фермами, двутавровыми балками, тюбингом или другими средствами (включая обшивку). Конфигурация рёбер жёсткости крыла определяет форму и толщину крыла (его аэродинамический профиль). В большинстве современных самолётов топливные баки являются составной частью структуры крыла либо представляют собой гибкие контейнеры, встроенные внутрь него.

К задней кромке крыла прикрепляются два типа управляющих поверхностей: элероны и закрылки. Элероны располагаются примерно от середины каждого крыла до его конца и двигаются в противоположных направлениях, создавая аэродинамические силы, заставляющие самолёт испытывать крен. Закрылки располагаются от фюзеляжа примерно до середины каждого крыла. При полёте в крейсерском режиме они обычно совпадают с поверхностью крыла. Во время взлёта и посадки закрылки выдвигаются, увеличивая подъёмную силу крыла (рис. 2-8).

Альтернативные типы крыльев. Некоторое время назад Федеральное управление граж­данской авиации США (FAA) расширило номенклатуру сертифицируемых им ЛА, добавив категорию «сверхлёгких ЛА». В конструкции этих летательных аппаратов для управления полётом и создания подъёмной силы могут использоваться самые различные методы. Они подробно рассмотрены в главе 4, «Аэродинамика полёта», описывающей воздействие средств управления на подъёмные поверхности разного типа (как крыла обычной конфигурации, так и предусматривающего изгиб либо перенос веса). Так, крыло ЛА, управляемого переносом веса, имеет сильно изогнутую форму, и управление полётом обеспечивается изменением положения тела пилота (рис. 2-9).

Хвостовое оперение. Хвостовое оперение включает в себя всю хвостовую группу и состоит как из неподвижных поверхностей (вертикальный и горизонтальный стабилизаторы), так и подвижных (руль направления, руль высоты и один или несколько триммеров) (рис. 2-10).

Руль направления прикрепляется к задней части вертикального стабилизатора. Во время полёта он используется для перемещения носа самолёта влево или вправо, в то время как руль высоты, прикреплённый к задней части горизонтального стабилизатора, перемещает нос самолёта вверх или вниз. Триммеры — это небольшие движущиеся части задней кромки управляющей поверхности, позволяющие снизить управляющее воздействие на рычаги управления. Триммеры могут устанавливаться на элероны, руль направления и/или руль высоты и контролируются из кабины пилота.

Второй тип хвостового оперения вообще не предполагает наличия руля высоты. Вместо этого оно включает в себя единый горизонтальный стабилизатор, вращающийся на центральном шарнире. Такая конструкция носит название «цельноповоротный стабилизатор». Стабилизатор, как и руль высоты, приводится в действие штурвалом управления. Например, когда шарнир отводится назад, цельноповоротный стабилизатор поворачивается таким образом, что задняя его кромка поднимается вверх. Цельноповоротные стабилизаторы снабжены антикомпенсатором, который устанавливается вдоль их задней кромки (рис. 2-11).

Антикомпенсатор перемещается в том же направлении, что и задняя кромка стабилизатора, и делает стабилизатор менее чувствительным. Помимо этого, антикомпенсатор работает в качестве триммера, снижая управляющее усилие и помогая сохранять цельноповоротный стабилизатор в желаемом положении.

Шасси. Шасси обеспечивает поддержку самолёта во время пар­ковки, руления, взлёта и посадки. Самый распростра­нённый тип шасси - колёсный, но самолёты также мо­гут оборудоваться поплавками для посадки на воду или лыжами для посадки на снег (рис. 2-12).

Шасси состоит из трёх колёс — двух основных и третьего, расположенного либо спереди, либо в задней части самолёта. Шасси с задним колесом носит название «шасси обычной схемы».

Самолёты с шасси обычной схемы иногда называют «самолетами с хвостовым колесом». Когда третье колесо располагается на носу самолёта, его называют «носовым колесом», а вся конструкция носит название «трёхколёсное шасси». Управляемое носовое или хвостовое колесо позволяет контролировать движение самолёта на земле. Большинство самолётов — как с носовым, так и с хвостовым колесом — управляется с помощью педалей руля направления. Некоторые самолёты могут управляться посредством тормозов с раздельным приводом на правое и левое основные колеса.

Силовая установка. Силовая установка включает в себя двигатель и воз­душный винт. Основная функция двигателя — обеспечивать вращение воздушного винта. Он также вырабатывает электроэнергию, является источником вакуума для некоторых бортовых инструментов, а в большинстве одномоторных самолётов — источником тепла для пилота и пассажиров (рис. 2-13).

Двигатель закрывается обтекателем или мотогондолой (различные типы кожуха). Назначение обтекателя или мотогондолы — снижать лобовое сопротивление самолета, а также обеспечивать охлаждение двигателя, направляя поток воздуха вокруг двигателя и цилиндров.

Воздушный винт, устанавливаемый перед двигателем, превращает момент вращения двигателя в тягу — тянущую вперед силу, которая позволяет перемещать самолёт в воздухе. Воздушный винт может также устанавливаться в задней части ЛА (винт толкающего типа). Воздушный винт — это вращающаяся аэродинамическая поверхность, которая обеспечивает тягу посредством создания аэродинамической силы. За поверхностью винта образуется область низкого давления, а перед ней — высокого. Разница давлений толкает воздух сквозь винт, и самолёт движется вперёд.

Эффективность воздушного винта определяется двумя параметры:
- угол установки лопасти винта, измеряемый между хордой лопасти и плоскостью вращения винта;
- шаг винта, определяемый как расстояние, которое проходит винт вперед за одно обращение (как бы ввинчиваясь в твердое тело).

Две эти величины, вместе взятые, позволяют оценить эффективность работы воздушного винта. Винты обычно подбираются к определенной комбинации конструкции и силовой установки ЛА таким образом, чтобы можно было достичь максимального кпд двигателя. Они могут тянуть или толкать ЛА (в зависимости от расположения двигателя).

Субкомпоненты. Субкомпонентами ЛА являются планер, электросистема, система управления полётом и тормозная система.

Планер — базовая структура ЛА, сконструированная таким образом, чтобы выдерживать все аэродинамические нагрузки, а также напряжения, связанные с весом топлива, экипажа и груза. Основная функция электросистемы ЛА — вырабатывать, регулировать и распределять электроэнергию внутри него. Электросистема может питаться от различных источников: например, генераторов переменного тока с приводом от двигателя, вспомогательных блоков питания или внешних источников. Она используется для питания навигационных приборов жизненно важных агрегатов (таких, как антиобледенительная система и т.д.), а также для обслуживания пассажиров (например, для освещения кабины).

Система управления полётом объединяет в себе устройства и системы, управляющие положением ЛА: воздухе и, в результате, траекторией его полёта. В большинстве самолётов обычной схемы используются тонкокромочные управляющие поверхности на шарнирах называемые рулями высоты (для тангажа), элеронами (для крена) и рулями направления (для рыскания). Поверхности контролируются из кабины ЛА, пилотем или автопилотом.

На самолёты обычно устанавливаются гидравлические тормозные системы с дисковыми или барабанными тормозами, аналогичными автомобильным. Дисковый тормоз состоит из нескольких пластин (колодок), которые оказывают давление на располагающийся между ними вращающийся диск, жестко связанный со ступицей колеса. В результате увеличения трения между диском и колодками колёса постепенно замедляют вращение, вплоть до полной остановки. Диски и колодки изготавливаются либо из стали (как в автомобилях), либо из углеродного материала, который легче и способен поглощать больше энергии. Тормозные системы самолётов используются, главным образом, на этапе посадки, поглощая при этом огромное количество энергии, поэтому продолжительность их жизни измеряется в количестве посадок, а не в километрах.