¿Dónde está la quilla del avión? Quilla de avión: diseño

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Incluso una persona que nunca ha visto el mar probablemente conoce la última palabra: "Siete pies bajo la quilla". Y aquí no hay preguntas. La quilla de un barco es la parte estructural más importante a la que se unen muchas partes de su casco. Pero alguien sabe donde se encuentra la quilla del avion y para que sirve?

¿Qué es esto?

Este es el "órgano" de la estabilidad, que le permite mantener el avión en un rumbo determinado. A diferencia de los barcos, la quilla de un avión es una parte integral de la aleta de cola vertical. ¡En la parte inferior del fuselaje, no hay quilla para aviones! Pero hay una sutileza. El hecho es que esta parte está estrechamente conectada a los elementos de potencia del fuselaje y, por lo tanto, todavía hay algo en común en los términos marítimo y aéreo. Entonces, ¿dónde está la quilla del avión? En pocas palabras, esta es la parte vertical de la cola.

Se coloca inmóvil, fijo en tres puntos, simétricos a la línea central de la aeronave. En apariencia, este detalle tiene la forma de un trapezoide ideal. Por regla general, la quilla de un avión se compone de largueros, costillas y revestimiento. Este esquema es clásico, poco cambiado.desde la aparición del primer avión. El larguero delantero se coloca oblicuamente (por regla general).

Diseños

La mayoría de las veces, la quilla es simple, pero en algunos casos se hace doble e incluso triple (en bombarderos de hélice). En este último caso, esto es necesario para garantizar una alta estabilidad direccional de la máquina pesada. Por cierto, todos los aviones se dividen en tres tipos según la ubicación de la quilla:

• Construido en un patrón normal. Tal es, por ejemplo, la quilla del avión A321.
• "Ducks", es decir, aeronaves en las que la cola horizontal de la quilla se ubica delante de las alas.
• "Sin cola". De la quilla, solo queda la cola vertical, los alerones horizontales están completamente ausentes.

Por supuesto, las dos últimas variedades son más características de la "comunidad" de los aviones militares, ya que tal colocación de la quilla es necesaria para dar al avión una maniobrabilidad particularmente alta.

En algunos casos, se utilizan diseños aún más complejos. Por ejemplo, las crestas bajo la quilla (también son quillas ventrales). Se utilizan en algunos aviones supersónicos donde mantener una perfecta estabilidad durante el vuelo es vital. Por lo tanto, debajo de la quilla del avión (aquí es donde, ya lo hemos descubierto) hay una afluencia adicional y masiva. Una situación más común es cuando el plumaje horizontal de la cola generalmente debe transferirse a la parte superior de la quilla. Esto sucede si los motores están instalados en la parte trasera de la aeronave. Tal diagrama se puede ver, por ejemplo, enavión doméstico de carga y pasajeros "Il".

¿Para qué sirve?

Como saben, el clima tranquilo es una rareza increíble que ocurre solo un par de veces al año. En la mayoría de los casos, hay viento, y su fuerza y dirección pueden variar dramáticamente. Cuando un avión está volando, las ráfagas de viento pueden afectar en gran medida la dirección y el rumbo. La aeronave debe estar diseñada para volver a una posición estable por sí sola. Solo en este caso es posible un vuelo seguro.

Objetivo principal

La regla principal para diseñar una quilla es colocarla de tal manera que, bajo ninguna circunstancia, caiga en la estela del ala. De lo contrario, es posible una fuerte violación de la estabilidad direccional y, en las situaciones más severas, la deformación física y la destrucción de toda la unidad de cola. Entonces, el propósito principal de la quilla es mantener la estabilidad direccional.

El diseño de muchos aviones es tal que esta parte es móvil. Al ajustar la desviación de la quilla, la tripulación controla la dirección del rumbo. La excepción son los aviones militares, en los que los motores con un vector de empuje controlado son responsables de cambiar la dirección del vuelo. En su caso, hacer una quilla móvil de la aeronave (hay una foto de ella en el artículo) es una estupidez, ya que las sobrecargas durante las maniobras son tales que simplemente colapsarán.

¿Qué tipo de estabilidad proporciona la quilla?

Hay tres tipos de estabilidad, por lo que la quilla se incluye en el diseño de la aeronave:

• Pista.
• Longitudinal.
• Transversal.

Abordemos todas estas variedades con más detalle. Entonces, estabilidad direccional. Debe recordarse que en caso de pérdida de estabilidad longitudinal del fuselaje en vuelo, la aeronave continuará volando hacia adelante durante algún tiempo debido a la fuerza de inercia. Después de eso, el flujo de aire comienza a correr hacia la parte trasera del avión, que se encuentra detrás del centro de gravedad. La quilla en este caso evita que se produzca una fuerza de rotación que obligue a la aeronave a girar alrededor de su eje.

Estabilidad longitudinal. Suponga que la aeronave está volando en modo normal, el centro de gravedad coincide con el centro de aplicación de presión a su fuselaje. En este momento también actúan sobre su fuselaje fuerzas multidireccionales que tienden a desplegar el fuselaje de la aeronave. La sustentación y la gravedad actúan simultáneamente. La quilla del avión (veréis una foto de esta parte en el artículo) proporciona equilibrio, que en este caso en particular es muy inestable. El vuelo normal sin cola, quilla y estabilizadores es imposible.

Otra sostenibilidad

Estabilidad al corte. En general, este factor es una continuación lógica de la propiedad anterior. Cuando las fuerzas multidireccionales actúan sobre el ala y los estabilizadores laterales de la quilla, "intentan" volcar la aeronave. La forma de las alas contrarresta esto: si las miras desde la distancia, se asemejan a la letra "U" con "cuernos" superiores fuertemente separados. Este formulario proporciona autocorrección de la posición.avión en el espacio. La quilla ayuda a mantener la estabilidad lateral.

Tenga en cuenta que los aviones de ala en flecha no necesitan tanto una quilla… a altas velocidades. Si cae, entonces el crecimiento de las fuerzas de contraataque ocurre exponencialmente. Por lo tanto, para estas máquinas, es muy importante la quilla más duradera y liviana, que pueda resistir cargas tan altas. ¿Y cómo puedes conseguirlo? Hablemos de esto.

Características de la creación de aviones modernos

Actualmente, los especialistas de Rosaviation y sus colegas extranjeros se están centrando en la creación de piezas de aviones (incluida la quilla) a partir de piezas grandes fabricadas con los últimos materiales compuestos.

La proporción de estos compuestos en el diseño de aeronaves modernas crece constantemente. Según información de expertos, su fracción de volumen ya alcanza del 25% al 50%, y los aviones pequeños no comerciales pueden incluso estar compuestos de plástico y compuestos en un 75%. ¿Por qué este enfoque está tan extendido en la aviación? El hecho es que la misma quilla de un avión Boeing, hecha de "aleaciones" de polímeros, tiene un peso muy bajo, una resistencia muy alta y un recurso que es simplemente poco realista de lograr utilizando materiales estándar.

Materiales principales

El uso más justificado de compuestos en el diseño no solo de la cola, sino también de las alas y los elementos de potencia del fuselaje, que deben ser no solo muy fuertes, sino también lo suficientementeflexible. De lo contrario, no se puede descartar la probabilidad de destrucción de la estructura bajo la acción de las cargas de vuelo.

Pero no siempre fue así. Entonces, el orgullo de la industria aeronáutica soviética, el avión Tu-160, también conocido como White Swan o Blackjack, tiene una quilla hecha de … aleaciones de titanio. Se eligió un material tan específico y extremadamente costoso debido a las enormes tensiones que se pusieron en el diseño de esta máquina, que hasta el día de hoy conserva el título del bombardero más pesado en servicio. Pero aún así, un enfoque tan radical para crear una quilla es raro y, por lo tanto, hoy en día los diseñadores tienen que lidiar con materiales compuestos más simples con mucha más frecuencia.

¿A qué desafíos se enfrenta al crear una quilla compuesta?

Durante el proceso de desarrollo, los diseñadores nacionales tuvieron que resolver una amplia gama de tareas complejas:

• Se ha resuelto la creación de piezas de gran tamaño de la quilla y otros equipos de fibra de carbono utilizando el método de infusión.
• También tuve que repensar y remodelar casi por completo las principales etapas de producción, que no estaban diseñadas para el uso de materiales compuestos.

Otras funciones

El último software (FiberSim) se ha introducido en el proceso de producción, lo que permite lograr el más alto grado de automatización. Además, ahora la quilla del avión, cuyo diseño se describe en el artículo, se puede hacer utilizando tecnologías donde prácticamente no hay dibujos. La producción de esta pieza con este enfoque es la siguientecamino:

• Diseñando o eligiendo un modelo terminado. Hoy en día, la quilla está diseñada (en su mayoría) en un modo totalmente automático, sin la participación de desarrolladores "humanos".
• Corte de materiales usados, también realizado en modo automático.
• En el modo automático, se disponen las materias primas utilizadas para crear la quilla y sus partes estructurales.
• La colocación de capas se realiza mediante mecanismos robóticos controlados por un programa informático.

Además, el enfoque moderno de la producción de quillas sugiere lo siguiente:

• Construir continuamente prototipos que se prueban en las condiciones más duras.
• Se están desarrollando tecnologías de ensayos no destructivos que permiten la monitorización continua del estado de la quilla de una aeronave.

Métodos avanzados para crear la cola del avión MS-21

En un pasado no muy lejano, la industria de la aviación quedó literalmente sorprendida por el anuncio de los desarrolladores nacionales de que estaban desarrollando un avión completamente nuevo, el MS-21. Su particularidad es que desde hace casi tres décadas este es el primer auto doméstico para vuelos dentro del país. Durante su fabricación, se probaron muchas de las últimas tecnologías, lo que afectó en gran medida a las características innovadoras de la quilla y de todo el conjunto de cola.

Al desarrollar y producir el cajón de la quilla del avión MS-21, los especialistas nacionales pudieron lograr lo siguiente:

• Automatización completa del corte de todas las piezas y materias primas utilizadas en la producción. Debido a esto, fue posible lograr una reducción de al menos un 50% en el costo total de toda la unidad de cola y especialmente de la quilla.
• El software ProDirector se utiliza en la producción de la unidad de cola, lo que le permite lograr una precisión perfecta en el procesamiento de las piezas. Esto hace posible crear quillas no solo fuertes, sino también extremadamente ligeras.
• Además, la quilla de un avión moderno se crea utilizando técnicas de doble curvatura. Gracias a ellos es posible conseguir espesores multidireccionales en aquellas zonas donde se necesita un refuerzo estructural adicional (bajo la quilla de la aeronave).
• Hoy en día, incluso grandes partes de la quilla se pueden "freír" en autoclaves especiales. El resultado son componentes extremadamente fuertes y rígidos que pueden soportar cargas de cualquier grado.
• El control de la geometría de las piezas también se controla mediante complejos sistemas informáticos.

Otras funciones

Debido al uso de nuevas tecnologías y técnicas, la intensidad de mano de obra para crear la unidad de cola y la quilla se redujo en un 50-70%. Hoy, más de cuatro mil partes de la unidad de quilla y cola han pasado las pruebas estatales.

El principal logro es el desarrollo de una tecnología fiable y sencilla para la producción de piezas de caja de quilla de 7,6 x 2,5 m, que en la actualidad ya han comenzado a ser entregadas a la Planta de Aviación de Irkutsk. Están hechos de materiales compuestos modernos y las características de este proceso ya han atraído el interés de los principales fabricantes extranjeros de equipos de aviación.

Problemas modernos

¿Por qué dedicamos tanto tiempo a discutir formas modernas de diseñar y construir una quilla? El hecho es que desde los años 60 del siglo pasado quedó completamente claro que solo es posible aumentar aún más el rendimiento de velocidad de los aviones si se aumenta su resistencia y se introducen en la producción tipos completamente nuevos de materiales poliméricos. El problema de los aviones de última generación es que su diseño (y la quilla en particular) es muy susceptible a la "fatiga". Debido a esto, alrededor de los años 70 del siglo pasado, se desarrollaron numerosos métodos para monitorear el estado del ala y la cola.

Los requisitos de producción también son altos. Cada lote de piezas se somete a las más severas sobrecargas en soportes vibratorios, probados por temperatura y presión. Y esto no es de extrañar, ya que el más mínimo crujido conlleva la muerte de cientos de pasajeros.

¡Así que descubriste dónde está la quilla del avión y para qué sirve!