Sierra5.net
slovenski letalski portal
Pošljite nam besedila, fotografije in posnetke z letalskimi motivi na info@sierra5.net
Enciklopedija letalstva (571)
Položaj motorja vpliva na stabilnost letala, zato je zelo pmembno, kje je motor vgrajen. Danes sta nabolj značilni mesti za vgradnjo motorja pod krilom in na zadnjem delu (CRJ200, DC-9, ...) letala. Motorji so običajno 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 povečuje upor. Danes so v potniških letalih v uporabi predvsem turboventilatorski motorji, ki imajo veliko obtočno razmerje zato vgradnja v rep ali v krilo ne pride več v poštev.
Položaj motorja vpliva na stabilnost letala, zato je zelo pmembno, kje je motor vgrajen. Danes sta nabolj značilni mesti za vgradnjo motorja pod krilom in na zadnjem delu (CRJ200, DC-9, ...) letala. Motorji so običajno 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 povečuje upor. Danes so v potniških letalih v uporabi predvsem turboventilatorski motorji, ki imajo veliko obtočno razmerje zato vgradnja v rep ali v krilo ne pride več v poštev.
Nazaj
Z razvojom kompozitnih gradiv so se v strojegradnji odprle nove meje. Masa konstrukcij enake nostilnosti se je zmanjšala, hkrati pa je konstrukcija tudi bolj odporna na mehanske in kemične vplive. Kompoziti so gradiva, ki so sestavljena iz vsaj dveh različnih komponent. Osnova kompozitnih gradiv so vlakna (največkrat ogljikova – Carbon fiber composits (CFC)) okrepljena z umetno smolo. Vlakna tvorijo neke vrste mrežo preko katere so obremenitve razporedijo na večjo površino, medtem ko smola predstavlja vezivo. Rezultat je kompozitno gradivo, ki ga v kalupih poljubno oblikujemo. Element zgrajen iz CFC je vsaj 20 % lažji v primerjavi z elementom iz aluminijevih zlitin (za enake obremenitve). Oblikovanje elementov iz kompozitnih gradiv je v primerjavi z oblikovanjem kovinskih elementov precej dražje in zahtevnejše. To težavo so oblikovalci zaobšli z novimi oblikami komponent, ki jih je z kompozitnimi gradivi ceneje doseči in z zmanjševanjem števila komponent potrebnih za določen izdelek. Krilce letala Lockheed L-1011 tristar izdelano iz kompozitnih gradiv je 26 % lažje od originalnega krilca. Krilce originalno sestavljeno iz 398 elementov so preoblikovali tako, da ga danes sestavlja le 205 elementov. Število zakovic je pri tem padlo iz 5253 na 2574.
Elemente iz kompozitnih gradiv so v pretežni meri vgrajevali v tiste dele letala, ki niso bili nosilni oziroma podvrženi velikim obremenitvam. Z razvojem tehnologij in dejanskim spremljanjem stanja kompozitov te danes vgrajujejo tudi na obremenjena mesta.
Nekaj 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 večjih 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 večjih pškodbah pa je potrebno celoten kompozitni element zamenjati pa čeprav še ni dočakal 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.
Pri izbiri gradiv za konstrukcijo letala je zelo pomembna njihova masa, trdnost, elastičnost, odpornost proti koroziji, ... in nenazadnje cena. Običajno je pri srednje velikih potniških letalih 20 % vzletne mase letala plačljive (tovor in potniki). Polovico mase predstavlja prazno letalo ostalo pa gorivo. Izbira gradiva je torej zelo pomembna, saj zmanjšanje mase konstrukcije pomeni povečanje plačljivega tovora ali pa na drugi strani manjše letalo oziroma večji dolet. Finančni rezultat teh dveh vplivov je za prevoznike ugoden. Prav zato izdelovalci letal namenjajo veliko pozornost prav konstrukcijskim gradivom.
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 največji del konstrukcije letala. V zadnjem desetletju pa uvajajo nova gradiva, ki imajo boljše fizikalne in kemične lastnosti kot zlitine aluminija ali jekla. To so kompozitna gradiva – plastike okrepljene z epoksi smolo.
✈ Kompozitna gradiva
✈ Primerjava med kompoziti in kovinami
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 priporočilih 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 močno spremeni in zastarela oprema in motorji niso več ekonomsko upravičeni za vzdrževanje. Da bi izdelovalci letal zagotovili vsaj dvajset letno uporabnost letal jih projektirajo za precej daljše obdobje. To zagotavlja uporabnikom letal, kjer ni močnih vplivov korozije in utrujanja materiala tudi do 20 let daljšo življenjsko dobo letal z minimalnimi vzdrževalnimi stroški.
Dlje kot je letalo v uporabi večje so možnosti za strukturne poškodbe. Letalski prevozniki seveda težijo k tem, da bi imeli čim manj takih poškodb. To pa je možno doseči z rednimi inšpekcijskimi pregledi strukture letala, motorjev in ostalih komponent. Pregledi se vršijo po predpisanih postopkih, ki slonijo na statističnih podatkih o okvarah, porušitvenih in neporušitvenih metodah.
Starost letala je le en od faktorjev pri načrtovanju 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 čeprav še ni staro 20 let.
Korozija in utrujanje materiala sta najnevarnejša dejavnika pri zagotavljanju trdnosti konstrukcije. Z natančnimi in rednimi pregledi se lahko kaj hitro odkrije vpliv korozije in utrujanja materiala. Težje je odkriti napake v materialu, ki so očem 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.
Cilj konstruktorja letal je zgraditi konstrukcijo, ki bo uporabniku letala omogočala njegovo najučinkovitejšo 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 območju med 25 in 30 % celotne mase letala. Delež koristnega (plačljivega) 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.
Krilo mora biti oblikovano tako, da ustreza aerodinamičnim zahtevam, hkrati pa mora prenašati vse obremenitve, ki delujejo nanj. Na krilo delujejo normalne in tangencialne obremenitve (prečne sile, torzijski moment in upogibni moment). Prečno 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 izračunati v vseh režimih letenja. S tem dobimo skrajne točke obremenitvene envelope znotraj katere je letenje s strani obremenjevanja konstrukcije varno.
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 plošče oplate, kar je bilo precej zamudno in drago. S tehnološkim razvojem so omogočili izdelavo večjih in ukrivljenih kosov oplate kar je skrajšalo čas gradnje in izboljšalo aerodinamično obliko. Nosilce in rebra krila so med seboj kovičili prav tako pa so na njih kovičili tudi oplato. Potrebna elastičnost krila je bila tako zagotovljena. V zadnjem času se uveljavlja nova tehnologija pritrjevanja oplate na konstrukcijo in sicer z laserjem.
Dolga puščičasta krila, ki so podvržena velikim aerodinamičnim silam se upogibajo in zvijajo. Gradiva iz katerih je konstrukcija narejena morajo biti zato dovolj elastična in hkrati trdna. Najbolj znan in moteč vpliv zunajih sil je nihanje in zvijanje krila – flutter. Flutter je pojav ko določena masa začne zaradi vztrajnostnih sil nihati. Nihanje lahko privede do porušitve komponente (krilo, zakrilce, ...) in posledično neizbežne katastrofe. Komponente so zato konstruiane tako, da ne pridejo v resonanco (nihanje se povečuje), kar bi se lahko zgodilo pri določeni hitrosti letal. Hitrost pri kateri bi lahko prišlo do pojava fluttra je običajno vsaj 30 % nad največjo hitrostjo letenja letala. Na ta način se izognemo prevelikemu in nevarnemu vplivu nihanja komponent. Znani so primeri, ko je letalu enostavno odpadel motor ali del krila.
