Основні частини літака. Пристрій літака

Винахід літака дозволило не тільки здійснити давню мрію людства – підкорити небо, але і створити найшвидший вид транспорту. На відміну від повітряних куль і дирижаблів, літаки мало залежать від примх погоди, здатні долати великі відстані на високій швидкості. Складові частини літака складаються з наступних конструктивних груп: крила, фюзеляжу, оперення, злітно-посадкових пристроїв, силової установки, керуючих систем, різноманітного обладнання.

Принцип дії

Літак – літальний апарат (ЛА) важче повітря, оснащений силовою установкою. За допомогою цієї найважливішої частини літака створюється необхідна для здійснення польоту тяга – діюча (рушійна) сила, яку розвиває на землі або в польоті мотор (повітряний гвинт або реактивний двигун). Якщо гвинт розташований перед двигуном, він називається тягне, а якщо позаду – штовхає. Таким чином, двигун створює поступальний рух літака щодо навколишнього середовища (повітря). Відповідно, щодо повітря рухається і крило, яке створює підйомну силу в результаті цього поступального руху. Тому апарат може триматися в повітрі тільки при наявності певної швидкості польоту.

Як називаються частини літака

Корпус складається з наступних основних частин:

Фюзеляж – це головний корпус літака, що зв'язує в єдине ціле крила (крило), оперення, силову систему, шасі та інші складові. В корпусі розміщуються екіпаж, пасажири (у цивільної авіації), обладнання, корисне навантаження. Також може розміщуватися (не завжди) паливо, шасі, двигуни і т. д.

Двигуни використовуються для приведення в рух ЛА.

Крило – робоча поверхня, покликана створювати підйомну силу.

Вертикальне оперення призначене для керованості, балансування і шляхової стійкості літака відносно вертикальної осі.

Горизонтальне оперення призначене для керованості, балансування і шляхової стійкості літака відносно горизонтальної осі.

Крила і фюзеляж

Основна частина конструкції літака – крило. Воно створює умови для виконання головної вимоги для можливості польоту – наявність піднімальної сили. Крило кріпиться до корпусу (фюзеляжу), який може мати ту чи іншу форму, але по можливості з мінімальним аеродинамічним опором. Для цього йому надають зручно обтічну каплеподібну форму.
Передня частина літака служить для розміщення кабіни пілотів і радіолокаційних систем. У задній частині знаходиться так зване хвостове оперення. Воно служить для забезпечення керованості під час польоту.

Конструкція оперення

Розглянемо середньостатистичний літак, хвостова частина якого виконана за класичною схемою, характерною для більшості військових і цивільних моделей. У цьому випадку горизонтальне оперення буде включати нерухому частину – стабілізатор (від латинського Stabilis, стійкий) і рухому – кермо висоти. Стабілізатор служить для додання стійкості ЛА відносно поперечної осі. Якщо ніс літального апарату опуститься, то, відповідно, хвостова частина фюзеляжу разом з оперенням підніметься вгору. У цьому випадку тиск повітря на верхній поверхні стабілізатора збільшиться. Створюваний тиск поверне стабілізатор (відповідно, і фюзеляж) у вихідне положення. При підйомі носа фюзеляжу вгору тиск потоку повітря збільшиться на нижній поверхні стабілізатора, і він знову повернеться у вихідне положення. Таким чином, забезпечується автоматичне (без втручання пілота) стійкість ЛА в його поздовжній площині щодо поперечної осі.
Задня частина літака також включає вертикальне оперення. Аналогічно горизонтальному, воно складається з нерухомої частини – кіля, і рухомий – керма напряму. Кіль надає стійкість руху літака відносно вертикальної осі в горизонтальній площині. Принцип дії кіля подібний до дії стабілізатора – при відхиленні носа вліво кіль відхиляється вправо, тиск на його правій площині збільшується і повертає кіль (і весь фюзеляж) в колишнє положення. Таким чином, відносно двох осей стійкість польоту забезпечується оперенням. Але залишилася ще одна вісь – поздовжня. Для надання автоматичної стійкості руху відносно цієї осі (в поперечній площині) консолі крила планера розміщують не горизонтально, а під деяким кутом відносно один одного так, що кінці консолей відхилені вгору. Таке розміщення нагадує букву «V».

Системи управління

Рульові поверхні – важливі частини літака, призначені для управління повітряним судном. До них відносяться елерони, кермо напряму і висоти. Управління забезпечується відносно тих же трьох осей в тих же трьох площинах. Кермо висоти – це рухома задня частина стабілізатора. Якщо стабілізатор складається з двох консолей, то відповідно є й два керма висоти, які відхиляються вниз або вгору, обидва синхронно. З його допомогою пілот може змінювати висоту польоту літального апарату.
Кермо напряму – це рухома задня частина кіля. При його відхилитися в ту або іншу сторону на ньому виникає аеродинамічна сила, яка обертає літак щодо вертикальної осі, що проходить через центр мас, у протилежний бік від напрямку відхилення керма. Обертання відбувається до тих пір, поки пілот не поверне кермо в нейтральне (не відхилене положення), і ЛА буде здійснювати рух вже в новому напрямку. Елерони (від франц. Aile, крило) – основні частини літака, що представляють собою рухомі частини консолей крила. Служать для керування літаком щодо поздовжньої осі (в поперечній площині). Так як консолей крила дві, то і елеронів також два. Вони працюють синхронно, але, на відміну від рулів висоти, не відхиляються в одну сторону, а різні. Якщо один елерон відхиляється вгору, інший вниз. На консолі крила, де елерон відхилений вгору, піднімальна сила зменшується, а де вниз – збільшується. І фюзеляж ЛА обертається в сторону піднятого елерона.

Двигуни

Всі літаки оснащуються силовою установкою, що дозволяє розвинути швидкість, і, отже, забезпечити виникнення підйомної сили. Двигуни можуть розміщуватися в задній частині літака (характерно для реактивних ЛА), спереду (легкомоторні апарати) і на крилах (цивільні літаки, транспортники, бомбардувальники). Вони поділяються на:

Реактивні – турбореактивні, пульсуючі, двоконтурні, прямоточні.

Гвинтові – поршневі (винтомоторние), турбогвинтові.

Ракетні – рідинні, твердопаливні.

Інші системи

Безумовно, інші частини літака також важливі. Шасі дозволяють літальним апаратам злітати і сідати обладнаних аеродромів. Існують літаки-амфібії, де замість шасі використовуються спеціальні поплавки – вони дозволяють здійснювати зліт і посадку в будь-якому місці, де є водойма (море, річка, озеро). Відомі моделі легкомоторних літаків, оснащених лижами, для експлуатації в районах з стійким сніговим покривом. Сучасні літаки напхані електронним обладнанням, пристроями зв'язку і передачі інформації. У військовій авіації використовуються складні системи озброєння, виявлення цілей і придушення сигналів.

Класифікація

За призначенням літаки поділяються на дві великі групи: громадянські та військові. Основні частини пасажирського літака відрізняються наявністю обладнаного салону для пасажирів, що займає більшу частину фюзеляжу. Відмінною рисою є ілюмінатори з боків корпусу. Цивільні літаки поділяються на:

Пасажирські – місцевих авіаліній, магістральні ближні (дальність менше 2000 км), середні (дальність менше 4000 км), далекі (дальність менше 9000 км) і міжконтинентальні (дальність понад 11000 км).

Вантажні – легкі (маса вантажу до 10 т), середні (маса вантажу до 40 т) і важкі (маса вантажу понад 40 тонн).

Спеціального призначення – санітарні, сільськогосподарські, розвідувальні (льодова розвідка, риборазведка), протипожежні, для аерофотозйомки.

Навчальні.

На відміну від цивільних моделей, частини військового літака не мають комфортабельного салону з ілюмінаторами. Основну частину фюзеляжу займають системи озброєння, обладнання для розвідки, зв'язку, двигуни і інші агрегати. За призначенням сучасні військові літаки (враховуючи бойові завдання, які вони виконують, можна розділити на наступні типи: винищувачі, штурмовики, бомбардувальники (ракетоносці), розвідники, військово-транспортні, спеціальні та допоміжного призначення.

Пристрій літаків

Пристрій літальних апаратів залежить від аеродинамічної схеми, по якій вони виконані. Аеродинамічна схема характеризується кількістю основних елементів і розташуванням несучих поверхонь. Якщо носова частина літака у більшості моделей схожа, то розташування і геометрія крил і хвостової частини можуть сильно різнитися. Розрізняють такі схеми пристрою ЛА:

«Класична».

«Літаюче крило».

«Качка».

«Бесхвостка».

«Тандем».

Конвертована схема.

Комбінована схема.

Літаки, виконані за класичною схемою

Розглянемо основні частини літака і їх призначення. Класична (нормальна) компонування вузлів і агрегатів характерна для більшості апаратів світу, чи то військових або цивільних. Головний елемент – крило – працює в чистому невозмущенном потоці, який плавно обтікає крило і створює певну підйомну силу. Носова частина літака є скороченою, що призводить до зменшення необхідної площі (а отже, і маси) вертикального оперення. Це тому, що носова частина фюзеляжу викликає дестабілізуючий момент щодо шляховий вертикальної осі літака. Скорочення носовій частині фюзеляжу покращує огляд передньої півсфери. Недоліками нормальної схеми є:

Робота горизонтального оперення (ГО) в скошеному і обуреному крилом потоці значно знижує його ефективність, що викликає необхідність застосування оперення більшої площі (а, отже, і маси).

Для забезпечення стійкості польоту вертикальне оперення (В) має створювати негативну підйомну силу, тобто спрямовану вниз. Це знижує сумарний ККД літака: величину піднімальної сили, яку створює крило, треба відняти силу, яка створюється на ГО. Для нейтралізації цього явища слід застосовувати крило збільшеної площі (а, отже, і маси).

Пристрій літака за схемою «качка»

При даній конструкції основні частини літака розміщуються інакше, ніж у «класичних» моделях. Перш все, зміни торкнулися компановки горизонтального оперення. Воно розташовується перед крилом. За цією схемою побудували свій перший літак братів Райт. Переваги:

Вертикальне оперення працює в невозмущенном потоці, що підвищує його ефективність.

Для забезпечення стійкості польоту оперення створює позитивну підйомну силу, тобто вона додається до підйомної сили крила. Це дозволяє зменшити його площа і, відповідно, масу.

Природна «противоштопорная» захист: можливість перекладу крил на закритичні кути атаки для «качок» виключена. Стабілізатор встановлюється так, що він отримує більший кут атаки порівняно з крилом.

Переміщення фокуса літака тому при збільшенні швидкості за схемою «качка» відбувається в меншій мірі, ніж при класичній компоновці. Це призводить до менших змін ступеня поздовжньої статичної стійкості літака, в свою чергу, спрощує характеристики його управління.

Недоліки схеми «качка»:

При зрив потоку на оперениях відбувається не тільки вихід літака на менші кути атаки, але і його «просідання» внаслідок зменшення його загальної підйомної сили. Це особливо небезпечно в режимах зльоту і посадки з-за близькості землі.

Наявність в носовій частині фюзеляжу механізмів оперення погіршує огляд нижньої півсфери.

Для зменшення площі переднього ГО довжина носової частини фюзеляжу робиться значною. Це призводить до збільшення дестабілізуючого моменту відносно вертикальної осі, і, відповідно, до збільшення площі та маси конструкції.

Літаки, виконані за схемою «бесхвостка»

У моделях цього типу немає важливою, звичної частини літака. Фото літальних апаратів «бесхвосток» («Конкорд», «Міраж», «Вулкан») показує, що у них відсутня горизонтальне оперення. Основними перевагами такої схеми є:

Зменшення лобового аеродинамічного опору, що особливо важливо для літаків з великою швидкістю, зокрема, крейсерській. При цьому зменшуються витрати палива.

Велика жорсткість крила на кручення, що покращує його характеристики аеропружності, досягаються високі характеристики маневреності.

Недоліки:

Для балансування на деяких режимах польоту частина засобів механізації задньої крайки крила (закрилків) і рульових поверхонь треба відхиляти вгору, що зменшує загальну підйомну силу літака.

Поєднання органів управління ЛА відносно горизонтальної і поздовжньої осі (внаслідок відсутності керма висоти) погіршує характеристики керованості. Відсутність спеціалізованого оперення змушує рульові поверхні знаходяться на задній кромці крила, виконувати при необхідності обов'язки і елеронів, і рулів висоти. Ці рульові поверхні називаються елевони.

Використання частини коштів механізації для балансування літака погіршує його злітно-посадочні характеристики.

«Літаюче крило»

При даній схемі фактично немає такої частини літака, як фюзеляж. Всі обсяги, необхідні для розміщення екіпажу, корисного навантаження, двигунів, палива, обладнання знаходяться в середині крила. Така схема має наступні переваги:

Найменше аеродинамічний опір.

Найменша маса конструкції. У цьому випадку вся маса припадає на крило.

Так як поздовжні розміри літака невеликі (з-за відсутності фюзеляжу), дестабілізуючий момент відносно вертикальної осі є незначним. Це дозволяє конструкторам або істотно зменшити площу, або взагалі відмовитися від нього (у птахів, як відомо, вертикальне оперення відсутній).

До недоліків відноситься складність забезпечення стійкості польоту ЛА.

«Тандем»

Схема «тандем», коли два крила розташовуються один за іншим, застосовується нечасто. Таке рішення використовується для збільшення площі крила при тих же значеннях його розмаху і довжини фюзеляжу. Це зменшує питому навантаження на крило. Недоліками такої схеми є велика аеродинамічний опір, збільшення моменту інерції, особливо щодо поперечної осі літака. Крім того, при збільшенні швидкості польоту змінюються характеристики поздовжнього балансування літака. Рульові поверхні на таких літаках можуть розташовуватися як безпосередньо на крилах, так і на оперенні.

Комбінована схема

У цьому випадку складові частини літака можуть комбінуватися з використанням різних конструкційних схем. Наприклад, горизонтальне оперення передбачено і в носовій, і в хвостовій частині фюзеляжу. На них може бути використано так зване безпосереднє керування піднімальною силою. При цьому носове горизонтальне оперення спільно з закрилками створюють додаткову піднімальну силу. Момент тангажа, який виникає в цьому випадку, буде спрямований на збільшення кута атаки (ніс літака піднімається). Для парирування цього моменту хвостове оперення має створити момент на зменшення кута атаки (ніс літака опускається). Для цього сила на хвостову частина повинна бути спрямована також вгору. Тобто відбувається збільшення підйомної сили на носовій ГО, на крилі і на хвостовому ГО (а отже, і на всьому літаку) без повороту його в поздовжній площині. У цьому випадку літак просто піднімається без всякої еволюції відносно свого центру мас. І навпаки, при такій аеродинамічної компоновки літака він може здійснювати еволюції щодо центру мас в поздовжній площині без зміни траєкторії свого польоту. Можливість здійснювати такі маневри значно покращують тактико-технічні характеристики маневрених літаків. Особливо у поєднанні з системою безпосереднього управління бічною силою, для здійснення якої літак повинен мати не тільки хвостове, а ще й носове поздовжнє оперення.

Конвертована схема

Пристрій літака, побудованого за конвертованій схемою, відрізняється наявністю дестабілізатора у носовій частині фюзеляжу. Функцією дестабілізаторів є зменшення в певних межах, а то й повне виняток зміщення тому аеродинамічного фокуса літака на надзвукових режимах польоту. Це збільшує маневрові характеристики ЛА (що важливо для винищувача) і збільшує дальність або зменшує витрату палива (це важливо для надзвукового пасажирського літака). Дестабилизатори можуть також використовуватися на режимах зльоту/посадки для компенсації моменту пікірування, який викликається відхиленням злітно-посадкової механізації (закрилків, щитків) або носової частини фюзеляжу. На дозвукових режимах польоту дестабілізатор ховається в середині фюзеляжу або встановлюється режим роботи флюгера (вільно орієнтується по потоку).