В аэронавтике распорка включает в себя дополнительные элементы конструкции, которые придают жесткость функциональному планеру , придавая ему жесткость и прочность под нагрузкой. Раскосы могут применяться как внутри, так и снаружи и могут иметь форму стоек , которые действуют на сжатие или растяжение по мере необходимости, и/или тросов , которые действуют только на растяжение.
В целом, распорки позволяют создать более прочную и легкую конструкцию, чем нераспорчатая, но, в частности, внешние распорки увеличивают сопротивление , которое замедляет самолет и вызывает значительно больше проблем при проектировании, чем внутренние распорки. Еще одним недостатком раскосов является то, что они требуют регулярной проверки и регулировки или установки , даже если они расположены внутри.
В первые годы авиации раскосы были универсальной особенностью всех типов самолетов, включая монопланы и бипланы , которые тогда были одинаково распространены. Сегодня распорки в виде подъемных стоек по-прежнему используются в некоторых легких коммерческих конструкциях, где высокое крыло и легкий вес важнее, чем максимальная производительность.
Раскосы работают путем создания треугольной ферменной конструкции, устойчивой к изгибу и скручиванию. Для сравнения, консольная конструкция без раскосов легко сгибается, если она не имеет большого количества тяжелой арматуры. Углубление конструкции позволяет сделать ее намного легче и жестче. Для уменьшения веса и сопротивления воздуха конструкцию можно выполнить полой, с раскосами, соединяющими основные части планера. Например, моноплан с высоким крылом может иметь диагональную подъемную стойку, идущую от нижней части фюзеляжа до положения, далекого от законцовки крыла. Это увеличивает эффективную глубину основания крыла до высоты фюзеляжа, делая его намного жестче при небольшом увеличении веса.
Обычно концы распорок присоединяются к основным внутренним компонентам конструкции, таким как лонжерон крыла или переборка фюзеляжа, а раскосы прикрепляются рядом.
Раскосы могут использоваться для сопротивления всем различным силам, возникающим в планере, включая подъемную силу, вес, сопротивление, скручивание или кручение. Стойка — это элемент жесткости, достаточно жесткий, чтобы противостоять этим силам, независимо от того, подвергают ли они его сжатию или растяжению. Проволока — это распорный компонент, способный сопротивляться только растяжению, провисая при сжатии, и, следовательно, почти всегда используется вместе со стойками.
Квадратная рама из цельных брусьев не является жесткой, но имеет тенденцию прогибаться по углам. Крепить его дополнительной диагональной перекладиной было бы тяжело. Проволока была бы намного легче, но предотвратила бы ее разрушение только в одну сторону. Чтобы удержать его жестко, необходимы две поперечные распорки. Этот метод поперечной распорки можно отчетливо увидеть на ранних бипланах, где крылья и межплоскостные стойки образуют прямоугольник, скрепленный поперечными распорками.
Другой способ создания жесткой конструкции — сделать поперечины достаточно прочными, чтобы действовать на сжатие, а затем соединить их концы с внешним ромбом, действующим на растяжение. Этот метод когда-то был распространен на монопланах, где крыло и центральная кабина или пилон образуют поперечины, а проволочные раскосы образуют внешний ромб.
Чаще всего встречается на бипланах и других многопланных самолетах, проволочные раскосы также были распространены на ранних монопланах .
В отличие от стоек, раскосы всегда действуют на растяжение.
Толщина и профиль проволоки влияют на вызываемое ею сопротивление, особенно на более высоких скоростях. Провода могут быть изготовлены из многожильного кабеля, одножильного рояльного провода или стального сечения с аэродинамическим профилем.
Растяжные тросы в основном делятся на подвесные тросы , которые удерживают крылья внизу во время полета, и посадочные тросы , которые удерживают крылья вверх, когда они не создают подъемную силу. (Провода, соединяющие корзину или гондолу с воздушным шаром , также называются летающими проводами.) Более тонкие тросы наклона иногда прокладываются по диагонали между носовыми и задними межплоскостными стойками, чтобы предотвратить скручивание крыла и изменение угла наклона на фюзеляж. [1] В некоторых самолетах-первопроходцах тросы распорки крыла также прокладывались по диагонали вперед и назад, чтобы предотвратить деформацию при боковых нагрузках, например, при повороте. Помимо основных нагрузок, создаваемых подъемной силой и силой тяжести, раскосы должны также нести мощные инерционные нагрузки , возникающие во время маневров, например повышенную нагрузку на посадочные тросы в момент приземления. [2]
Стяжные тросы должны быть тщательно закреплены, чтобы обеспечить правильную длину и натяжение. В полете тросы имеют тенденцию растягиваться под нагрузкой, а при приземлении некоторые из них могут провиснуть. Перед каждым полетом необходимы регулярные проверки такелажа и внесение любых необходимых корректировок. Регулировку такелажа также можно использовать для установки и поддержания двугранного угла крыла и угла падения , обычно с помощью клинометра и отвеса . Отдельные тросы оснащены талрепами или резьбовыми концевыми фитингами, чтобы их можно было легко регулировать. После установки регулятор фиксируется на месте. [3]
Внутренняя распорка была наиболее важной на заре воздухоплавания, когда планеры представляли собой буквально каркасы, в лучшем случае покрытые легированной тканью, которая сама по себе не имела прочности. Для придания жесткости таким планерам широко использовались проволочные поперечные раскосы, как в обтянутых тканью крыльях, так и в фюзеляже, который часто оставался открытым.
Для сохранения жесткости конструкции против изгиба и кручения требовалось регулярное крепление тросов. Особой проблемой для внутренних проводов является доступ в тесные внутренние помещения фюзеляжа.
Часто обеспечение достаточной внутренней распорки делает конструкцию слишком тяжелой, поэтому, чтобы сделать планер одновременно легким и прочным, распорки устанавливаются снаружи. Это было обычным явлением для первых самолетов из-за ограниченной мощности двигателя и необходимости иметь легкий вес, чтобы вообще летать. Поскольку мощность двигателей неуклонно росла в течение 1920-х и 30-х годов, стало возможным использование гораздо более тяжелых планеров, и большинство конструкторов отказались от внешних распорок, чтобы обеспечить увеличение скорости.
Почти у всех самолетов -бипланов верхняя и нижняя плоскости соединены межплоскостными стойками, при этом верхнее крыло проходит над фюзеляжем и соединено с ним более короткими стойками кабана. Эти стойки делят крылья на отсеки , скрепленные диагональными тросами. Летающие тросы идут вверх и наружу от нижнего крыла, а посадочные тросы идут вниз и наружу от верхнего крыла. В результате комбинация стоек и тросов представляет собой жесткую коробчатую балочную конструкцию, независимую от ее креплений на фюзеляже.
Межплоскостные стойки раздвигают крылья биплана или мультиплана, а также помогают поддерживать правильный угол падения соединенных панелей крыла.
Параллельные стойки . Наиболее распространенной конфигурацией является размещение двух стоек параллельно, одна за другой. Эти стойки обычно скрепляются «проводами падения», проходящими между ними по диагонали. Эти провода противостоят скручиванию крыла, которое может повлиять на угол его падения на воздушный поток.
N-образные стойки заменяют тросы падения третьей стойкой, идущей по диагонали от верха одной стойки к низу другой в паре.
V-образные стойки сходятся из отдельных точек крепления на верхнем крыле в одну точку на нижнем крыле. Их часто используют для полуторапланного крыла, у которого хорда нижнего крыла значительно меньшая, чем у верхнего.
I-образные стойки заменяют обычную пару стоек одной, более толстой обтекаемой стойкой, концы которой вытянуты вперед и назад вдоль крыла.
Размах крыла между двумя наборами межплоскостных или кабанных стоек называется пролетом . Крылья характеризуются количеством отсеков с каждой стороны. Например, биплан с кабинными стойками и одним комплектом межплоскостных стоек на каждом борту самолета является одностоечным бипланом.
Для небольшого типа, такого как разведчик времен Первой мировой войны, такой как Fokker D.VII , обычно достаточно одного отсека. Но для более крупных крыльев, несущих большую полезную нагрузку, можно использовать несколько отсеков. Двухместный Curtiss JN-4 Jenny — двухотсекальный биплан, тогда как крупные тяжелые типы зачастую представляли собой многоотсекальные бипланы или трипланы — самые ранние образцы немецкого Albatros BI , а также все серийные образцы двухместного невооруженного самолета DFW BI. Наблюдательные бипланы 1914 года были двумя из очень немногих одномоторных трехотсекальных бипланов, использовавшихся во время Первой мировой войны.
Некоторые крылья биплана подкреплены наклоненными вбок стойками с пролетами, образующими зигзагообразную ферму Уоррена . Примеры включают серию одномоторных высокоскоростных разведывательных бипланов Ansaldo SVA времен Первой мировой войны и Fiat CR.42 Falco начала Второй мировой войны .
Использовались и другие варианты. Истребитель SPAD S.XIII , хотя и выглядит как двухсекционный биплан, имеет только один отсек, но средние точки такелажа подкреплены дополнительными стойками, однако конструктивно они не являются смежными сверху донизу крыла. Sopwith 1 + 1 ⁄ 2 Strutter имеет кабину W-образной формы, однако , поскольку она не соединяет крылья друг с другом, она не увеличивает количество отсеков.
Если у самолета крыло проходит свободно над основным фюзеляжем, эти два компонента часто соединяются стойками, идущими от верхней части фюзеляжа или кабины экипажа к центроплану крыла. Такое крыло обычно также подкрепляется в другом месте, при этом стойки кабаны являются частью общей схемы распорок.
Поскольку стойки кабана часто переносят тягу двигателя на верхнее крыло для преодоления его сопротивления, нагрузки по каждой диагонали между носовыми и задними стойками неравны, и они часто имеют N-образную форму. Они также могут иметь поперечные торсионные тросы, помогающие предотвратить скручивание крыла. В некоторых конструкциях бипланов, например, в британском двухместном истребителе-эскорте Bristol Fighter 1917 года, фюзеляж был отделен от нижнего и верхнего крыла, а для достижения такой конструктивной особенности использовались подфюзеляжные стойки кабины.
Ранние монопланы полностью полагались на внешние проволочные распорки либо непосредственно на фюзеляже, либо на шкворнях над ним и стойках шасси внизу, чтобы противостоять тем же силам подъемной силы и силы тяжести. Во многих более поздних монопланах, начиная с 1915 года , использовались свободнонесущие крылья с подъемными распорками внутри крыла, чтобы избежать штрафов за лобовое сопротивление внешних тросов и стоек .
Во многих ранних монопланах с проволочными расчалками , например, Blériot XI и Fokker Eindecker (оба конструкции с короблением крыла ), спинные, а иногда и подфюзеляжные стойки или кабины располагались либо над, либо над и под фюзеляжем. Это можно было использовать как для обеспечения некоторой защиты пилота в случае опрокидывания корабля на земле, так и для крепления посадочных тросов, которые выходили под слегка наклоненным V-образным углом к носовой и кормовой точкам возле законцовок крыла. В монопланах с зонтичным крылом крыло проходит над фюзеляжем и соединяется с фюзеляжем подкосами кабана, как и верхнее крыло биплана. [4]
На некоторых типах кабана заменена одним толстым пилоном обтекаемой формы.
На самолете с высокорасположенным крылом подъемная стойка соединяет внешнюю точку крыла с нижней точкой фюзеляжа, образуя жесткую треугольную конструкцию. В полете стойка действует на растяжение, передавая подъемную силу крыла к фюзеляжу и удерживая крыло в горизонтальном положении, а когда снова на земле, она действует на сжатие, удерживая крыло вверх. [5]
Для самолетов с умеренной мощностью двигателя и скоростью подъемные стойки представляют собой компромисс между высоким сопротивлением полностью поперечной конструкции и большим весом полностью консольного крыла. Они распространены на типах с высоким крылом, таких как Cessna 152 , и почти универсальны на типах с зонтичным крылом, таких как Consolidated PBY Catalina .
_(cropped).jpg/1280px-G-BDPJ_(35056200122)_(cropped).jpg)
Реже некоторые низкопланы, такие как Piper Pawnee, имели подъемные стойки, установленные над крылом, действующие на сжатие в полете и на растяжение на земле.
Иногда каждое крыло имеет только одну подъемную стойку, как на Cessna 152, но они часто бывают парами, иногда параллельными, как на Catalina, иногда развернутыми или в виде V-образных пар (например, Auster Autocrat ), соединенных с фюзеляжем за один раз. точка. Использовались многие более сложные конструкции, часто с двумя основными подъемными стойками, дополненными вспомогательными соединениями, известными как специальные стойки, между собой, с крылом или фюзеляжем. Например, каждая пара перевернутых V-образных стоек Pawnee опирается на пару вертикальных опорных стоек. [6]
С давних времен эти подъемные стойки имели обтекаемую форму, часто за счет заключения металлических несущих элементов в фасонные кожухи. У Farman F.190 , например, высокие крылья соединялись с нижней частью фюзеляжа параллельными дюралевыми трубами, заключенными в обтекаемые еловые обтекатели [7] , а у Westland Lysander использовались экструдированные двутавровые балки из легкого сплава, к которым прикручивались носовая и кормовая пара дюралевых обтекателей. [8] Более поздние самолеты имели обтекаемые стойки, изготовленные непосредственно из профилированного металла, как экструдированные стойки из легкого сплава Auster AOP.9 , [9] или из композитов, например, подъемные стойки из углеродного волокна Remos GX eLITE . [10] Конструкторы приняли различные методы улучшения аэродинамики соединений стойка-крыло и стойка-корпус, используя подходы, аналогичные тем, которые используются в межплоскостных стойках. Иногда обтекаемость сужается ближе к крылу, как на Farman F.190; [7] другие конструкции имеют удлиненную ножку с обтекателем, например Skyeton K-10 Swift . [11]
Подъемные стойки иногда сочетаются с другими функциями, например, помогая поддерживать двигатели, как на Westland IV , или ходовую часть, как на Scottish Aviation Twin Pioneer . [12] [13]
Подъемные стойки по-прежнему распространены на небольших (2/4-местных) легких высокопланах сверхлегких и легких спортивных самолетов . Более крупные примеры включают 10-местный пассажирский самолет взлета и посадки Pilatus Porter и 19-местный самолет de Havilland Twin Otter . [14] [15] [16] [17]
Подъемная стойка может быть настолько длинной и тонкой, что слишком легко сгибается. Юрийские стойки — это небольшие вспомогательные стойки, используемые для придания ему жесткости. [18] Они предотвращают такие проблемы, как резонансная вибрация и коробление при сжимающих нагрузках.
Стойки жюри бывают разных конфигураций. На монопланах с одной основной стойкой может быть только одна дополнительная стойка, соединяющая главную стойку с промежуточной точкой крыла. Подкосный моноплан с V-образными стойками, такой как Fleet Canuck, может иметь сложную сборку опорных стоек.
Распорки, как внутренние, так и внешние, широко использовались в первых самолетах для поддержки легких планеров, которые требовались из-за низкой мощности двигателей и низких скоростей полета, которые тогда были доступны. Начиная с самого первого летательного аппарата Райта 1903 года, фюзеляж представлял собой не что иное, как расчалочный каркас, и даже использовались диагональные распорки в носовой части и корме для удержания крыльев под прямым углом к нему.
Некоторые очень ранние самолеты использовали стойки из бамбука . В большинстве конструкций использовались обтекаемые стойки из ели или ясеня , выбранные из-за их прочности и легкого веса. [2] Также использовались металлические стойки, и сегодня продолжают использоваться как дерево, так и металл.
Необходимость в носовой распорке крыла исчезла с появлением более мощных двигателей в 1909 году, но распорка оставалась необходимой для любой практической конструкции, даже на монопланах вплоть до Первой мировой войны, когда они стали непопулярными и безраздельно господствовали подкосные бипланы.
С 1911 года британский исследователь Харрис Бут, работавший в Национальной физической лаборатории, и инженер Ричард Фейри , работавший тогда в Синдикате самолетов Блэра Атолла Дж. В. Данна , начали разрабатывать и применять инженерный анализ отдельных отсеков в биплане, чтобы рассчитать структурные силы и использовать минимальное количество материала в каждом отсеке для достижения максимальной прочности. [19] Подобные аналитические методы привели к созданию более легких и прочных самолетов и получили широкое распространение.
В то же время количество распорок можно постепенно уменьшать. На низких скоростях тонкий провод вызывает очень небольшое сопротивление, и первые летательные аппараты иногда называли «птичьими клетками» из-за количества присутствующих проводов. Однако по мере увеличения скорости проволоку необходимо делать тоньше, чтобы избежать сопротивления, в то время как силы, которые она несет, увеличиваются. Постоянное увеличение мощности двигателя привело к столь же устойчивому увеличению веса, что потребовало меньшего количества распорок. В попытках еще больше снизить сопротивление были также разработаны специальные распорные тросы с плоскими или аэродинамическими секциями.
Немецкий профессор Хуго Юнкерс был серьезно заинтересован в отказе от аэродинамических стоек и такелажа в начале Первой мировой войны, и к середине 1915 года его фирма спроектировала цельнометаллический моноплан Junkers J-1 «демонстратор технологий», не имевший внешние распорки для свободнонесущего крыла с толстым профилем, которое могло летать со скоростью чуть более 160 км/ч с рядным шестипоршневым двигателем мощностью всего 120 лошадиных сил.
К концу Первой мировой войны мощность двигателей и скорость полета возросли настолько, что сопротивление, вызванное расчалками на типичном биплане, значительно влияло на летно-технические характеристики, в то время как более тяжелый, но более изящный моноплан-зонтик с подкосами становился практичным. На какое-то время этот тип моноплана стал предпочтительной конструкцией.
Хотя в 1930-е годы моноплан с высоким крылом на подкосах уступил место истинно свободнонесущему моноплану, он продолжал использоваться на протяжении всей послевоенной эпохи в тех случаях, когда легкий вес более важен, чем высокая скорость или дальность полета. К ним относятся самолеты с легкой кабиной, для которых также важна видимость вниз, и небольшие транспортные средства.
Подкосные крылья с большим удлинением использовались французской компанией Hurel-Dubois (ныне частью Safran ) с демонстратором Hurel-Dubois HD.10 в 1948 году, а затем с авиалайнерами HD.31 /32/34, которые до сих пор используются французским Национальным географическим институтом. до начала восьмидесятых. HD.45 с турбореактивным двигателем безуспешно предлагался для конкуренции с Sud Aviation Caravelle , возможно, из-за несоответствия высокоскоростного турбореактивного двигателя более медленному планеру.
