Borut Podgoršek

Borut Podgoršek

Ponedeljek, 31 December 2007 10:48

Primerjava med kompoziti in kovinami

izdelek_iz_ogljikovih_vlaken_okrepljenih_s_smolo.jpgNekaj lastnosti, ki so v prid enemu ali drugemu materialu, smo že opisali. Na tem mestu bi izpostavili le velikansko razliko v ceni izdelave zapletenih oblik. Kompozitne materiale je namreč mnogo težje oblikovati kot kovinske – velika porabe energije. Prednost kovinskih komponent je tudi v tem, da jih je lahko popraviti v primeru mehanske poškodbe. Elemente iz kompozitnih materialov je težko popravljati. V primeru večjih poškodb je potrebno zamenjati celo komponento to pa za seboj potegne velike stroške. Zadnje raziskave so pokazale, da so stroški popravila pri kompzitnih elementih vsaj dva krat višji kot pti kovinskih elementih. Ob večjih pškodbah pa je potrebno celoten kompozitni element zamenjati pa čeprav še ni dočakal predpisane življenjske dobe. Predstavljajmo si skrajni primer. Zamenjava celotnega trupa letala Premier I, ki je zgrajena iz kompozitov bi v primerjavi z kleparskimi deli, ki bi bila za isto poškodbo potrebna na letalu Cesna katerga trup je zgrajen iz Al-zlitine stala celo premoženje.

Ponedeljek, 31 December 2007 10:43

Gradiva

Pri izbiri gradiv za konstrukcijo letala je zelo pomembna njihova masa, trdnost, elastičnost, odpornost proti koroziji, ... in nenazadnje cena. Običajno je pri srednje velikih potniških letalih 20 % vzletne mase letala plačljive (tovor in potniki). Polovico mase predstavlja prazno letalo ostalo pa gorivo. Izbira gradiva je torej zelo pomembna, saj zmanjšanje mase konstrukcije pomeni povečanje plačljivega tovora ali pa na drugi strani manjše letalo oziroma večji dolet. Finančni rezultat teh dveh vplivov je za prevoznike ugoden. Prav zato izdelovalci letal namenjajo veliko pozornost prav konstrukcijskim gradivom.


del_trupa_letala_b747-400_virboeing.jpg

Dolga leta in tudi danes se kot gradivo najbolj uporabljajo zlitine aluminija ali jekla. Na izbiro gradiva vpliva več faktorjev, a še vedno je najpomembnejši razmerje trdnost/masa. Uvodoma smo že omenili nekaj lastnosti, ki naj bi jih gradiva imela tu pa omenimo še dostopnost in zmožnost preoblikovanja gradiv. Aluminij, jeklo in njune zlitine še vedno predstavljajo največji del konstrukcije letala. V zadnjem desetletju pa uvajajo nova gradiva, ki imajo boljše fizikalne in kemične lastnosti kot zlitine aluminija ali jekla. To so kompozitna gradiva – plastike okrepljene z epoksi smolo.

Kompozitna gradiva
Primerjava med kompoziti in kovinami

Ponedeljek, 31 December 2007 10:40

Staranje letal

V petdesetih letih so letala gradili za pol ducata let, danes jih gradijo za dvajset in več let. Leta 1990 je bilo 32 % vseh potniških letal starejših od 20 let. Po priporočilih FAA (zvezne letalske administracije), naj bi bila amortizacijska doba letal vsaj dvajset let. Po preteku teh let pa naj bi bili tudi operativni stroški letal previsoki. Prav tako se v dvajsetih letih tehnologija izdelave letal močno spremeni in zastarela oprema in motorji niso več ekonomsko upravičeni za vzdrževanje. Da bi izdelovalci letal zagotovili vsaj dvajset letno uporabnost letal jih projektirajo za precej daljše obdobje. To zagotavlja uporabnikom letal, kjer ni močnih vplivov korozije in utrujanja materiala tudi do 20 let daljšo življenjsko dobo letal z minimalnimi vzdrževalnimi stroški.


smerni_stabilizator_iz_pretezno_kompozitov_virairbus.jpg

Dlje kot je letalo v uporabi večje so možnosti za strukturne poškodbe. Letalski prevozniki seveda težijo k tem, da bi imeli čim manj takih poškodb. To pa je možno doseči z rednimi inšpekcijskimi pregledi strukture letala, motorjev in ostalih komponent. Pregledi se vršijo po predpisanih postopkih, ki slonijo na statističnih podatkih o okvarah, porušitvenih in neporušitvenih metodah.

Starost letala je le en od faktorjev pri načrtovanju vzdrževanja letala. Drugi zelo pomemben faktor je število ciklov (vzlet – let – pristanek), ki jih letalo opravi. Pri 60.000 ciklih je srednje veliko letalo doseglo svoj ekonomski cilj pa čeprav še ni staro 20 let.

Korozija in utrujanje materiala sta najnevarnejša dejavnika pri zagotavljanju trdnosti konstrukcije. Z natančnimi in rednimi pregledi se lahko kaj hitro odkrije vpliv korozije in utrujanja materiala. Težje je odkriti napake v materialu, ki so očem skrite. Vsaka taka napaka lahko slej ko prej privede do katastrofe. Ena takšnih se je zgodila tudi letalu Aloha Airlines, ki je med letom izgubil del zgornjega dela trupa.

Ponedeljek, 31 December 2007 10:37

Masa konstrukcije letal

Cilj konstruktorja letal je zgraditi konstrukcijo, ki bo uporabniku letala omogočala njegovo najučinkovitejšo uporabo preko celotne življenjske dobe. Pri tem mora upoštevati številne dejavnike, ki vplivajo na konstrukcijo letala (masa, korozija in utrujanje materiala, cena materiala, ...). Za uporabnika je najbolj pomemben dejavnik vsekakor masa letala v primerjavi z koristnim tovorom, ki ga letalo lahko prepelje. Masa konstrukcije potniških letal naj bi se gibala v območju med 25 in 30 % celotne mase letala. Delež koristnega (plačljivega) tovora naj bi se gibal okrog 20 % odvisno od tipa letala. Če bi na primer maso konstrukcije letala A310 zmanjšali za 400 kg bi lahko namesto te mase prepeljali štiri potnike več oziroma bi v enem letu porabili za 25.000 $ manj goriva. Neposredni stroški vzdrževanja letala bi bili tako mnogo manjši.

proizvodnja_linija_b737_next_generation_virboeing.jpg


















 

Ponedeljek, 31 December 2007 10:35

Konstrukcija krila

Krilo mora biti oblikovano tako, da ustreza aerodinamičnim zahtevam, hkrati pa mora prenašati vse obremenitve, ki delujejo nanj. Na krilo delujejo normalne in tangencialne obremenitve (prečne sile, torzijski moment in upogibni moment). Prečno silo prenaša stojina, upogibni moment v vertikalni smeri prenašajo nosilci in torzijski moment prenaša oplata krila. Tangencialne obremenitve delujejo v pravokotni smeri glede na normalne obremenitve in so mnogo manjše od njih. Obremenitev konstrukcije celotnega letala je potrebno izračunati v vseh režimih letenja. S tem dobimo skrajne točke obremenitvene envelope znotraj katere je letenje s strani obremenjevanja konstrukcije varno.



par_kril_a400m_so_pripeljali_v_belugi_virairbus.jpg

Z razvojem tehnologije se je spreminjal tudi pristop k konstrukciji krila in celotnega letala. V zgodnjih 50-ih so na nosilce krila in rebra pritrjevali relativno majhne in tanke plošče oplate, kar je bilo precej zamudno in drago. S tehnološkim razvojem so omogočili izdelavo večjih in ukrivljenih kosov oplate kar je skrajšalo čas gradnje in izboljšalo aerodinamično obliko. Nosilce in rebra krila so med seboj kovičili prav tako pa so na njih kovičili tudi oplato. Potrebna elastičnost krila je bila tako zagotovljena. V zadnjem času se uveljavlja nova tehnologija pritrjevanja oplate na konstrukcijo in sicer z laserjem.

Ponedeljek, 31 December 2007 10:26

Težava z nihanjem mase

Dolga puščičasta krila, ki so podvržena velikim aerodinamičnim silam se upogibajo in zvijajo. Gradiva iz katerih je konstrukcija narejena morajo biti zato dovolj elastična in hkrati trdna. Najbolj znan in moteč vpliv zunajih sil je nihanje in zvijanje krila – flutter. Flutter je pojav ko določena masa začne zaradi vztrajnostnih sil nihati. Nihanje lahko privede do porušitve komponente (krilo, zakrilce, ...) in posledično neizbežne katastrofe. Komponente so zato konstruiane tako, da ne pridejo v resonanco (nihanje se povečuje), kar bi se lahko zgodilo pri določeni hitrosti letal. Hitrost pri kateri bi lahko prišlo do pojava fluttra je običajno vsaj 30 % nad največjo hitrostjo letenja letala. Na ta način se izognemo prevelikemu in nevarnemu vplivu nihanja komponent. Znani so primeri, ko je letalu enostavno odpadel motor ali del krila.


proizvodnja_krila_za_b767-400er_v_obratih_boeinga_v_everettu_virboeing.jpg





















 

Ponedeljek, 31 December 2007 15:26

Položaj motorja

Položaj motorja vpliva na stabilnost letala, zato je zelo pmembno, kje je motor vgrajen. Danes sta nabolj značilni mesti za vgradnjo motorja pod krilom in na zadnjem delu (CRJ200, DC-9, ...) letala. Motorji so običajno v parih po eden ali dva na vsaki strani krila letala (A320, B737, A340, B747, ...). V preteklosti so imela nekatera letala tri motorje (DC-10, L-1011 tristar, B727, ...) od teh je bil tretji vgrajen v rep letala.

Prvo letalo na reakcijski pogon comet je imelo motorje vgrajene kar v krilo. V tem primeru mora biti krilo debelejše, kar pa povečuje upor. Danes so v potniških letalih v uporabi predvsem turboventilatorski motorji, ki imajo veliko obtočno razmerje zato vgradnja v rep ali v krilo ne pride več v poštev.

motorji_cfm56-3_poganjajo_tudi_boeinge_737-500_virsnecma.jpg

 

Petek, 06 Julij 2007 15:20

Konstrukcije in konstrukcijska gradiva

Konstrukcije in konstrukcijaks gradiva potniških letal po drugi svetovni vojni

sestavljanje_trupa_b767-400er_virboeing.jpg

Z uveljavitvijo reakcijskih motorjev v petdestih letih prejšnjega stoletja se je na področju letalskih konstrukcij marskiaj spremenilo. Sicer pravokotno in elipsasto krilo so zamenjali z puščičastim krilom, ki je omogočalo višje hitrosti letenja. Krila so bila tanjša in bolj vitka. Večji razpon kril pa je pomenil tudi večje obremenitve gradiv iz katerih so bili zgrajeni nosilci krila. Na eni strani so bile obremenitve višje zaradi daljše razpetine krila na drugi strani pa so se zaradi puščice krila pojavljale dodatne torzijske obremenitve v korenu krila, kamor se prenašajo vse obremenitve in kjer se te obremenitve seveda tudi seštevajo. Rezultat vsega tega so bile močnejše konstrukcije nosilnih delov, ki so prenašale te obremenitve in posledično tudi večja masa konstrukcije krila. Z razvojom novih tehnologij in predvsem novih gradiv so razvojni inženirji uspešno tekmovali z zniževanjem mase kril in celotne konstruukcije letala.

Težava z nihanjem mase
Konstrukcija krila
Položaj motorja
Masa konstrukcije letal
Staranje letal
Gradiva

 

Ponedeljek, 19 November 2018 08:10

S hrano proti stresu

Leta 2012 sem imel možnost leteti s 75 let starim letalom Polikarpov Po-2. Občutek je bil veličasten. Srčno verjamem, da se prvi potniki, ki so leteli na redni liniji med Londonom in Parizom leta 1919, niso počutili dosti drugače od mene.

Lani sta Slovenijo in Ministrstvo za obrambo obiskala astronavtka Sunita Williams ter general Frank Gorenc. Oba potomca Slovencev, ki so se izselili v ZDA, sta dokazala, da s pridnim delom in vztrajnostjo lahko uspeš. Decembra smo objavili intervju s Sunito Williams, tokrat pa smo pripravili intervju z generalom Frankom Gorencem, ki je avgusta lani postal poveljnik zračnih sil Nata in hkrati poveljnik ameriških zračnih sil v Evropi ter Afriki. (interview with Frenk Gorenc in English)