Mechanical engineering | Studies, essays, thesises » Szakos Tibor - Szerkezettan

SZERKEZETTAN SZAKOS TIBOR Repülőgépek felépítése, fő részek -Szárnyak -Törzs -Vezérsíkok -Futóművek -Kormányszervek A szárny A repülőgépek szárnyelrendezésük alapján lehetnek: - alsószárnyas - középszárnyas - felsőszárnyas - duplafedeles A szárny alaprajzát tekintve lehetnek: - téglalap - trapéz - ellipszis - delta Nyilazás szempontjából lehetnek: - előre nyilazott - hátra nyilazott Szerkezeti kialakítás szerint lehetnek: - tartószerkezetes - fél héj szerkezetű - héj szerkezetű Az építés anyagai szerint lehetnek: - fa építésű - fém építésű - műanyag építésű, és - vegyes építésű Bekötés és merevítés szempontjából: - szabadon hordó - dúcolt A szárny igénybevételei A repülőgép szárnyára repülés közben légerők, valamint a szerkezet súlyából adódóan tömegerők hatnak. A légerők a szárny külső felületén megoszló erőként ébrednek. Eloszlásuk nem egyenletes és az

állásszög változásától, valamint a repülés mozzanataitól ( emelkedés, süllyedés, fordulók) függően is változó. A tömegerők ugyancsak megoszló erőrendszert alkotnak, és eloszlásuk, és nagyságuk is a repülési mozzanattól függően változó. A szárnyra ható légerők és tömegerők a szerkezetét hajlításra, nyírásra, és csavarása veszik igénybe. A szerkezeti elemeket tehát ezeknek az erőhatásoknak az elviselésére alkalmasan és kellő szilárdságúra kell kialakítani. A szárnyak fajtái Egy főtartós szárny Két főtartós szárny Héjszerkezetű szárny Integrált szárny R-26 Góbé típusú repülőgép szárnya Teljesen fém építésű egy főtartós szárny. A torziós orrborítás nyújtóhúzással készített, szférikusan húzott durál lemez. A lemezbe nyomott kiemelkedések olyan merevséget biztosítanak, hogy az orrészben csak 1,2 m távolságra vannak merevítő főbordák. 1. főtartó 2. féklap 3. torziós

orrborítás 4. főtartó vasalás 5. segédtartó 6. kilépő él 7. bordák 8. vászon borítás R-26 Góbé típusú repülőgép szárnya A szárny szerkezeti elemei Főtartó A legfontosabb szerkezeti elem a főtartó. A szárny 1/3-ában elhelyezett gerendaszerű építmény, gerincből, és övekből áll. Az övek húzó és nyomó igénybevétel formájában veszik fel a szárnyra ható terhelést. A főtartók alakja általában „I” alakúak, mert ellenállóak a hajlító, és nyíró igénybevételekkel szemben. Az igénybevételek felvételére, a szilárdsági merevség biztosítására alkalmaznak még segédtartókat is. A segédtartók kialakítása a főtartókéhoz hasonló. A szárny szerkezeti elemei Vasalások A szárnyakat megfelelően kialakított vasalásokkal illesztjük a törzshöz. A szárnytő vasalások szerepe: - A szárnyon keletkező erők felvétele, és átadása a törzsre, - Szárny-törzs szét-összeszerelésének biztosítása.

A vasalások egymáshoz kapcsolása hengeres, vagy kúpos csapokkal történik. A Góbé típusú oktató gépen hengeres csapolással történik a szárny illesztése a törzshöz. Az egész szárnyfelületen keletkező megoszló terhelés a szárnytő vasalásokon, mint igen magas koncentrált erő jelentkezik. Az erő nagysága több tonna (!) is lehet. A szárny szerkezeti elemei Vasalások A szárny szerkezeti elemei Vasalások A szárny szerkezeti elemei Bordák Fém borda A szárny alakját a főtartóhoz erősített bordák fogják megadni. Elsődleges rendeltetésük a szárny aerodinamikailag kívánatos kialakítása. Fa borda Faépítésű borda övrésze fenyőléc, a gerince rétegelt lemez. A szerkezeti elemeket egymáshoz, és a főtartóhoz ragasztással kötik. Fémépítésű gépek bordáit vékony durál (alumínium) lemezekből préselik, könnyítés céljából lyukakkal látják el. A bordákat a szárny főtartójához, és a borításhoz

szegecseléssel rögzítik A szárny szerkezeti elemei Bordák A szárny szerkezeti elemei Borítás A szárnyborítással szemben támasztott követelmény, hogy az anyag felületi érdessége minimális legyen. A borítás teherviselő szerepe alapján három szárnytípust különböztetünk meg: - A borítás nem teherviselő Vászonborítású szárny borítása, sem hajlító, sem csavaró igénybevétel felvételében nem vesz részt. - A borítás is teherviselő Fél héj szerkezetű szárny borítása, csak a csavaró igénybevétel felvételében van szerepe, hajlításkor ébredő nyomófeszültség hatására kihajlik. - A borítás a fő teherviselő elem Héjszerkezetű szárnyak esetében, a szárny kritikus feszültségét valamilyen megoldással (hosszmerevítéssel, szendvics-szerkezettel) annyira megnövelik, hogy a hosszmerevítőkkel együtt dolgozva képes legyen a hajlító igénybevétel felvételére is. Repülés közben a szárny hajlító, és

csavaró igénybevételnek van kitéve. A vékony borító lemez merevsége csekély, az igénybevétel hatására meggyűrődik, ráncosodik. Ennek megakadályozására alkalmazzák a borítólemezek alatt a szárny fesztávolságában futó hosszmerevítőket. A szárny szerkezeti elemei Borítás A törzs Három fő szerkezet típust különböztetünk meg: - Rácsos szerkezetű - Fél héj szerkezetű - Héj szerkezetű A rácsszerkezetű törzs A törzs szerkezete kisméretű, kis sebességű repülőgépeknél lehet rácsszerkezetű. A törzs áramvonalas alakját külön alaktartó elemekből, és burkolatokból összeállított kiegészítő szerkezet biztosítja. A rácsszerkezetű törzs borítása általában vászon, ritkábban könnyűfém lemez. SF-25 Motor-Falke A fél héj-és héj szerkezetű törzs A fél héj-és héj szerkezetű törzs borítása teherviselő és a törzs szilárdsági igénybevételének jelentős részét hordja. A héj

szerkezetű törzs teherviselő elemei a borítás és a törzskeretek. Fél héj szerkezetről akkor beszélünk, ha a borítás és törzskeretek mellett a hosszmerevítők részt vesznek az igénybevételek felvételében. Fél héj szerkezeteknél a borítás képes a csavarás felvételére. A hossztartók a hajlító igénybevétel felvételére szolgálnak. A törzskeretek elsősorban a törzs alakját határozzák meg, de koncentrált erőket is felvesznek. A héj szerkezeteknél a borítás fő teherviselő elem, valamennyi igénybevétel felvételében részt vesz. Előnye, hogy kis súlya ellenére nagy a merevsége és a szilárdsága R-26 Góbé típusú repülőgép törzse A törzs is teljesen fém építésű, két oldala vászon borítású. Az első rész alsó fele, és a hátsó rész felső fele durál lemez héj szerkezetű, ezeket összekötő törzsrész durál lemez rács szerkezetű. A törzs első rész az ülések alatt ún. törzscsónak, durál lemez

kialakítású Merevítését két hosszanti gerinclemez, és ezeket keresztező törzskeretek biztosítják. A főkeret a hátsó ülés mögött lemezbordákból, és rács szerkezeti elemekből nyert kialakítást. Erre a fő törzskeretre került felerősítésre a szárnyakat tartó csapolás, melyre a szárny a már említett módon „GL” csuklókkal, és hengeres főtartó-csapszeggel illeszkedik. A farok tartó a függőleges vezérsíkkal egybe épült. A függőleges vezérsík előtti kiemelkedő részt a vízszintes vezérsík felerősítésére képezték ki. R-26 Góbé típusú repülőgép törzse R-26 Góbé típusú repülőgép törzse R-26 Góbé típusú repülőgép törzse R-26 Góbé típusú repülőgép törzse A vezérsíkok A vezérsíkok szerepe a repülés közbeni stabilitás, ezért ezeket úgy szükséges elhelyezni a repülőgép többi részéhez képest, hogy bármely helyzetben hatásosak legyenek. Konstrukciós, és

aerodinamikai szempontból a klasszikus elrendezés a legkedvezőbb, de működését bizonyos esetekben ronthatják a szárnyról leváló áramlások. Vitorlázó gépek esetében a „T” vezérsík alkalmazása elterjedtebb, hogy az esetleges terepre szállás során előforduló magas növényzet, azt ne károsítsa. A farokfelületek kialakítása hasonló a szárnyakéhoz. Többnyire két főtartós A mellső főtartót a vezérsík legnagyobb vastagságú részében helyezik el. A hátsó főtartóhoz a kormánylapokat erősítik csuklók segítségével R-26 Góbé típusú repülőgép farokfelületei A függőleges, és vízszintes vezérsík szintén tisztán fém építésű,orrborításuk megegyezik a szárnyakon alkalmazottéval. A vízszintes vezérsík felerősítése két ponton történik . A magassági és oldal kormány lapok szerkezetileg azonos felépítésűek, a kormánylapok vászonnal borítottak. R-26 Góbé típusú repülőgép farokfelületei

R-26 Góbé típusú repülőgép farokfelületei IS28B2 típusú repülőgép „T” vezérsíkkal Csűrő Szerkezeti kialakítás A szárnyvégeken elhelyezett csűrőlapok szerkezetileg hasonlóak a szárny építési módjához. Ugyanúgy megtaláljuk a főtartót, az orrborítást, a bordákat, a kilépő-és belépő éleket. A csűrőlapokat a szárnyhoz több ponton erősítik fel csuklók segítségével. A formai és szerkezeti kialakításuknál figyelembe kell venni a fő célt: az orsózó nyomaték keltésének követelményeit. Csűrő hatásosság A csűrők hatásossága a vitorlázógépeknél elsőrendű követelmény. Az állandó fordulózás, fordulóváltás olyan csűrőket követel, mely azonnal reagál a pilóta mozdulataira. A hatásosságra, vagyis az orsózó nyomaték nagyságára a csűrő hossza és szélessége döntő befolyású. Ellentétes fordulónyomaték Ha feltételezzük, hogy a csűrőlapok mindkét szárnyon egyformán térnek ki az

ellenállás növekedés a lefelé kitérített csűrőlapnál lévő szárnyon nagyobb, mert a profil görbültsége növekszik. Fordulóban a lefelé kitérített csűrőlap a felemelkedő szárnyon van. A nagyobb ellenállás hatására ez a szárny lemarad Így a fordulóval ellentétes nyomaték keletkezik A csűrők differenciálása Az ellentétes fordulónyomaték kiküszöbölésére a lefelé kitérített csűrőlapot kisebb szögben térítik ki, mint a másik oldalon lévőt. Ezt nevezik a csűrő differenciálásának A differenciálást egy mozgatóhimba segítségével valósítják meg Az ábrából látható, hogy ugyanakkora szögkitérés esetén az elmozdulások vetülete (A és B) különböző. Tehát a csűrőlapot mozgató tolórudak nem egyforma kitérést okoznak. Csűrő Kormányerők csökkentése Nagyon kellemetlen, ha a csűrés közben nagy erőt kell kifejteni, azaz ha fárasztó a repülőgép vezetése. A csuklónyomaték csökkentésének egyik

elterjedt formája az úgynevezett réselt Frise-tipusú (ejtsd Frájz) csűrő. Előnye, hogy felfelé történő kitérítéskor a csűrő orr-része a szárny körvonalából alul kiemelkedve, kiegyenlítő felületként szerepel, Így a kitérítésnél nem kell akkora erőt kifejteni. Statikus kiegyensúlyozás Egy igen veszélyes jelenség a csűrő-rezgés (flatter) okozott már balesetet, géptörést. Ennek elkerülése érdekében a csűrő lapot minden keresztmetszetében ki kell egyensúlyozni, vagyis a csűrőlap súlyvonalának és forgástengelyének egybe kell esni. Ezt úgy érik el, hogy a csűrőlap orr-részébe súlyt erősítenek. Csűrő Kormányerő csökkentés Különböző sebességekhez különböző kormánykitérítések tartoznak. A kitérített kormánylapokon nagy kormányerők keletkeznek, melyek vezetés közben igen fárasztóak, ezért igyekeznek a kormányerőket csökkenteni. Vitorlázógépeken használt és ismertebb kormányerő

csökkentő módszerek: - aerodinamikai kiegyenlítés - állítható kiegyenlítő lap (trimm) - automatikus kiegyenlítő lap (fettner) Aerodinamikai kiegyenlítés Oldalkormányoknál, és ritkábban magassági kormányoknál is találkozunk olyan megoldásokkal, hogy a kormánylap egy része a forgáspont elé nyúlik ki. Ez a kis felület segíti ki a kormánylap kitérését, tehát nem kell nagy erő az oldalkormány belépéséhez Állítható kiegyenlítő lap A magassági kormányon található kisméretű lap a trimmlap. A repülőgép vezető az üléstérből ezt a kis lapot tetszőleges helyzetbe állíthatja úgy, hogy a botkormányon ne lépjen fel kormányerő. Tehát a botra ható erőt ki lehet egyensúlyozni a következők szerint: - ha a trimm kart hátra húzzuk a bot is hátra megy, ez a farokra trimmelés. - ha a trimm kart előre nyomjuk a bot is előre megy, ez a fejre trimmelés. Kormányerő csökkentés Kormányerő csökkentés Automatikus

kiegyenlítő lap Egyes vitorlázógépeknél a kiegyenlítő lapot egy fix ponthoz kötik ki, ebben az esetben a kormánykitérítéssel ellentétes irányban automatikusan kitér. Tehát a kormánykitérítés minden helyzetében ki vannak egyenlítve a kormányerők. Kormányerő csökkentés Zuhanó fékek Minden vitorlázógépen találunk olyan berendezést, amely: - nagy sebességnél megakadályozza a az engedélyezett végsebesség túllépését, - kis sebességnél a merülő sebesség növelésével megkönnyíti a leszállást. A fenti célokat a következő megoldások valamelyikével érhetjük el: - zuhanó féklap a szárnyon - zuhanó féklap a törzsön - farok fékernyő A legelterjedtebb a szárny-zuhanó féklap. Ennek két típusát különböztetjük meg: - a DSF rendszerű féklap, és - kilépő él féklapot Zuhanó fékek Szárny féklap Az eddig ismert zuhanó fékek közül a szárny főtartó mögött beépített, alul-felül egyszerre

kinyíló féklap rendszert láthatjuk a legtöbb vitorlázógépen. Kinyitott állapotban megnövekszik a gép ellenállása Meredek zuhanásban kb ötszörösére emelkedik az ellenállása. Ezáltal a típus engedélyezett végsebessége kinyitott zuhanó fékekkel nem érhető el A másik fontos feladata, hogy leszállás előtt kinyitott állapotban a merülő sebesség megnövekedjen. A pilóta a féklap szabályozásával a merülő sebességet tetszés szerint tudja változtatni, ami a leszállás kiszámításához nyújt nagy segítséget Önzárás Szerkezeti szempontból igen lényeges követelmény a féklap mozgatással szemben, hogy a zárt állapotból a féklap ne tudjon kinyílni „kiszívódni”. A nyitó tolórudat, egy himba mozgatja. Zárt állapotban egy ütköző segítségével a nyitó rudat úgy állítjuk be, hogy a holtponton túljutva,a féklap kiszívódása esetén nem tud nyitási állapotba kerülni mert ebben az esetben a zárt helyzet felé

mozdul el a himba. Az önzárás állapotából, csak a pilóta képes a himbát a fékfogantyúval a nyitási helyzet felé átbillenteni Hiányzó kép (kép0014) 254. old Zuhanó fékek Kilépőél féklap A szárny kilépőélének egy szakaszát úgy építik, hogy az nyitható, és nyitott helyzetben az áramlásra merőlegesen helyezkedik el. Törzs féklap A tervezők mindig törekszenek arra, hogy a szárnyat lehetőleg ne bontsák meg a féklap beépítésével. Ezért születtek a törzsféklapok Ilyen próbálkozás volt a Góbé prototípusának a törzs oldalából kinyíló úgynevezett hónalj, vagy denevér féklapja. Elégtelen hatásossága miatt nem terjedt el Farok ernyő Szintén nagy teljesítményű gépeknél kerül alkalmazásra. Nagy hátránya az, hogy kiengedés után behúzni nem lehet, hanem csak leoldani. Emiatt ugyancsak nem terjedt el Zuhanó fékek Zuhanó fékek Kormányszervek Kormánymozgatások Magassági kormány A két

botkormány az ülés alatti torziós csőben végigmenő „A” tolórúddal van összekötve. A botkormányok forgáspontjai a torziós csőre épített botkormányházba vannak csapágyazva. A botkormányok mozgása a „B”, „C”, „D”, és „E” tolórudakkal a törzsbordákra felszerelt görgők között van hátravezetve a farok részben lévő himbához Innen az „F” tolórúd adja át a magassági kormánylap főtartó csövére erősített karnak. Kormányszervek Kormánymozgatások Csűrőkormány A botkormány jobbra-balra mozgatásával az ülés alatti torziós cső hátsó részére szerelt himba mozdul el. Ez a himba a hátsó ülés mögötti „G” tolórúd segítségével viszi fel a mozgást a törzsközépen lévő himbához. Ehhez a himbához kell bekötni a szárnyakban lévő tolórudakat. Kormányszervek Kormánymozgatások Oldalkormány A két pedálról a mozgás az „L” tolórudak segítségével az első bot előtt, a padlólemez

alatti himbához jut. Innen a hátsó ülés taposóihoz az „M” és „N” tolórúd viszi a mozgást. Tovább, hátra már csak a jobb hátsó taposóról vezető „O” tolórúd , egy fordítóhimba, és a törzsben végigmenő „P”, „R”, „S” tolórudakról jut a taposók mozgása az oldalkormányra erősített karhoz. Kormányszervek Kormánymozgatások Féklap Az üléstérben lévő fogantyúkról a mozgás a hátsó ülés mögötti himbarendszeren keresztül a jobb szárnytő hátsó felén lévő önzáró himbához kerül. Ez a himba és a felette lévő ütköző biztosítja helyes beállítás esetén, hogy a féklap ne tudjon kiszívódni, tehát jó az önzárás. Innen az „U”, „T”, és „V” tolórudak a főtartó mögött, görgők között vezetve, a féklapon lévő mozgató karhoz bekötve nyitják, illetve csukják a féklapokat. Trimm Az üléstér bal oldalán lévő zöld fogantyútól egy tolórúd a törzs középrészén

található himbához vezet, ehhez van kötve két 1 mm-es acélhuzal. A törzsben végigmenő huzalok a vízszintes vezérsík alatt a törzsből bowden vezetéken keresztül jönnek ki és a trimmlaphoz kapcsolódnak. Kormányszervek Kormánymozgatások Futómű Vitorlázó repülőgépeknél egyaránt alkalmaznak behúzható, és merev futómű kialakításokat. A merev megoldások elsősorban az oktató, és gyakorló teljesítmény vitorlázó repülőgépeknél elterjedtebb. A behúzható konstrukció, a nagy teljesítményű vitorlázó gépeknél használatosak. A futóművet elhelyezhetik a súlyponti helyzet előtt, és mögött egyaránt. A 300X125 méretű gumikerék, súlypont előtti elhelyezésű. Ezért nem kell csúszótalp az orr-részre, csakegy hullámosított koptató lemezt szereltek a törzs aljára. A gumikerék egy szétszerelhető kerékagyra van felszerelve, melyben a tengely golyóscsapágyakon fut. A kerék torziós gumipogácsás rugózású. A

farokcsúszó fából készült, acéllemez koptatóval ellátva Rúgózását egy bőrből készült tokban lévő kézilabda (!) vagy az újabb sorozatoknál laticel, vagy műanyaghab biztosítja. Futómű Futómű Futómű Köszönöm a figyelmet!