В самолетах с неподвижным крылом лонжерон часто является основным конструктивным элементом крыла, проходящим по размаху под прямым углом (или около того , в зависимости от стреловидности крыла ) к фюзеляжу . Лонжерон несет на себе полетные нагрузки и вес крыльев на земле. К лонжерону или лонжеронам могут быть прикреплены другие элементы конструкции и формообразующие элементы, такие как нервюры , при этом конструкция напряженной обшивки также распределяет нагрузки там, где она используется. В крыле может быть несколько лонжеронов или не быть вообще. Если на один лонжерон приходится большая часть силы, его называют основным лонжероном. [1]
Лонжероны также используются в других поверхностях аэродинамических профилей самолетов , таких как хвостовое оперение и киль , и выполняют аналогичную функцию, хотя передаваемые нагрузки могут отличаться от нагрузок на лонжерон крыла.
Лонжерон крыла обеспечивает большую часть поддержки веса и устойчивости динамической нагрузки свободнонесущих монопланов , часто в сочетании с прочностью самого D-образного короба крыла. Вместе эти два структурных компонента обеспечивают жесткость крыла, необходимую для безопасного полета самолета. В бипланах , в которых используются летающие тросы, большая часть полетных нагрузок передается через тросы и межплоскостные стойки, что позволяет использовать лонжероны меньшего сечения и, следовательно, более легкие за счет увеличения сопротивления .
Некоторые из сил, действующих на лонжерон крыла: [2]
Многие из этих нагрузок резко меняются местами в полете на таком самолете, как Extra 300 , при выполнении экстремальных фигур высшего пилотажа ; Лонжероны этих самолетов спроектированы таким образом, чтобы безопасно выдерживать большие нагрузки .
Ранние самолеты использовали лонжероны, часто вырезанные из цельной ели или ясеня . Было использовано и экспериментировано несколько различных типов деревянных лонжеронов, например, лонжероны коробчатого сечения; и ламинированные лонжероны, уложенные в приспособление , и склеенные сжатием, чтобы сохранить двугранность крыла . Деревянные лонжероны до сих пор используются в легких самолетах, таких как Robin DR400 и его родственниках. Недостатком деревянного лонжерона является ухудшающее воздействие на компонент атмосферных условий, как сухих, так и влажных, а также биологических угроз, таких как заражение древоточными насекомыми и грибковое поражение ; следовательно, для поддержания летной годности часто требуются регулярные проверки . [4]
Деревянные лонжероны крыльев многосекционной конструкции обычно состоят из верхних и нижних элементов, называемых крышками лонжеронов , и вертикальных деревянных элементов из листового дерева, известных как срезные перегородки или, проще говоря, перегородки , которые перекрывают расстояние между крышками лонжеронов.
Даже в наше время в «самодельных копиях самолетов», таких как копии Spitfires, используются ламинированные деревянные лонжероны. Эти лонжероны ламинируют обычно из ели или пихты Дугласа (путем зажима и склеивания). Ряд энтузиастов создают «копии» «Спитфайров», которые фактически будут летать с использованием различных двигателей в зависимости от размера самолета. [5]
Типичный металлический лонжерон в самолете авиации общего назначения обычно состоит из листа лонжерона из алюминиевого листа с L- или Т-образными крышками лонжерона, приваренными или приклепанными к верхней и нижней части листа, чтобы предотвратить коробление под действием приложенных нагрузок. Более крупные самолеты, использующие этот метод конструкции лонжеронов, могут иметь запечатанные крышки лонжеронов, чтобы обеспечить встроенные топливные баки . Усталость металлических лонжеронов крыла была выявленным причинным фактором авиационных происшествий, особенно на старых самолетах, как это было в случае с рейсом 101 компании Chalk Ocean Airways . [6]
В немецком полуторапланном штурмовике с бронированным фюзеляжем Junkers JI 1917 года использовалась разработанная Хуго Юнкерсом многотрубная сеть из нескольких трубчатых лонжеронов крыла, размещенных непосредственно под гофрированной дюралюминиевой обшивкой крыла, при этом каждый трубчатый лонжерон соединялся с соседним пространственным шпангоутом. треугольные дюралюминиевые полосы — обычно в виде ферменной конструкции Уоррена — приклепанные к лонжеронам, что привело к существенному увеличению прочности конструкции в то время, когда большинство других конструкций самолетов почти полностью строились с крыльями деревянной конструкции. Формат конструкции цельнометаллического гофрированного крыла Юнкерса и нескольких трубчатых лонжеронов после Первой мировой войны был воспроизведен американским авиаконструктором Уильямом Стаутом для его серии авиалайнеров Ford Trimotor 1920-х годов и российским аэрокосмическим конструктором Андреем Туполевым для таких самолетов, как его. Туполев АНТ-2 1922 года, по размеру больше тогдашнего гигантского Максима Горького 1934 года.
Конструктивным аспектом крыла Supermarine Spitfire , который во многом способствовал его успеху, была инновационная конструкция лонжеронной стрелы, состоящая из пяти квадратных концентрических труб, которые вписывались друг в друга. Две из этих стрел были соединены между собой перемычкой из сплава, образуя легкий и очень прочный основной лонжерон. [7]
Версия этого метода конструкции лонжерона также используется в BD-5 , который был спроектирован и построен Джимом Беде в начале 1970-х годов. Лонжерон, использованный в BD-5 и последующих проектах BD, представлял собой в основном алюминиевую трубку диаметром примерно 2 дюйма (5,1 см), соединенную в корне крыла с алюминиевой трубкой гораздо большего внутреннего диаметра для обеспечения структурной целостности крыла.
В таких самолетах, как Vickers Wellington , использовалась геодезическая конструкция лонжерона крыла, преимущества которой заключались в легкости и способности выдерживать тяжелые боевые повреждения лишь с частичной потерей прочности.
В конструкции многих современных самолетов используется углеродное волокно и кевлар , начиная от больших авиалайнеров и заканчивая небольшими самодельными самолетами . Следует отметить разработки компании Scaled Composites и немецких производителей планеров Schempp-Hirth и Schleicher . [8] Эти компании первоначально использовали в своих конструкциях лонжероны из цельного стекловолокна, но теперь часто используют углеродное волокно в своих высокопроизводительных планерах, таких как ASG 29 . Увеличение прочности и снижение веса по сравнению с более ранними самолетами со стекловолоконными лонжеронами позволяет перевозить большее количество водяного балласта . [9]
Самолеты, в которых используются три или более лонжеронов, считаются многолонжеронными . Использование нескольких лонжеронов позволяет обеспечить эквивалентную общую прочность крыла, но с несколькими лонжеронами меньшего размера, что, в свою очередь, позволяет сделать крыло или хвостовое оперение более тонкими (за счет увеличения сложности и сложности упаковки дополнительного оборудования, такого как топливные баки, пушки). , домкраты элеронов и т. д.). Хотя многолонжеронные крылья использовались, по крайней мере, с 1930-х годов (например, Curtiss P-40 времен Второй мировой войны имел по три лонжерона на крыло), они приобрели большую популярность, когда растущая скорость реактивных истребителей потребовала более тонких крыльев для уменьшения тянуть на высоких скоростях. В истребителе F-104 Starfighter, развивающем скорость 2 Маха, использовались многочисленные тонкие лонжероны, позволяющие создать крыло необычайно тонкого сечения; F -16 Fighting Falcon использует аналогичную конструкцию. Другие самолеты, такие как F-4 Phantom , F-15 Eagle и другие, используют 3 или более лонжеронов, чтобы придать достаточную прочность относительно тонкому крылу и, таким образом, квалифицируются как самолеты с несколькими лонжеронами. [10]
Ложные лонжероны, как и основные лонжероны, представляют собой несущие элементы конструкции, проходящие по размаху, но не прикрепленные к фюзеляжу. Их наиболее распространенное назначение — нести движущиеся поверхности, в основном элероны . [11]