CC BY
314
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ УЗЛОВ СКЛАДЫВАНИЯ КРЫЛА
ПАЛУБНОГО САМОЛЕТА
М.В. Ярыгина
В данной статье анализируются конструкции стыков складывания крыльев палубных самолётов. Описаны основные элементы этих стыков. Дана их классификация. Рассмотрены конструктивные особенности стыков различных типов на примере крыльев современных палубных самолётов различного назначения
Ключевые слова: крыло, палубный самолёт, стык складывания
Для уменьшения пространства,
занимаемого самолётом на авианосце, часто применяется складывание консолей крыла. Вне зависимости от условий формирования и места расположения любой стык складывания крыла будет содержать следующие элементы:
1) Две торцевые нервюры, которые
разделяют складываемый агрегат на
поворотную и неподвижную части. Для того чтобы крутящий момент передать с
поворотной (ПЧК) на неподвижную (НЧК) часть крыла, необходимо установить две торцевые нервюры, на которых поток касательных сил от крутящего момента трансформируется в пару сил на проушинах крепления ПЧК к НЧК.
2) В местах разрыва продольных силовых
элементов формируются узлы, состоящие из башмака и проушин. Усилия от изгибающего момента с поясов лонжеронов и
перерезывающей силы со стенок воспринимаются башмаком и передаются на проушины. Затем усилия передаются в обратной последовательности на ответные
элементы другой части крыла (с проушин на башмаки и затем на лонжероны).
В крыле с работающей обшивкой (панелью) эти проушины вырождаются в соединение типа гребёнка.
3) Элементы (шомпол или болты), вокруг которых происходит вращение
4) Механизм складывания, служащий для поворота ПЧК относительно НЧК. Состоит из гидроцилиндров (одного или нескольких), системы тяг и качалок и упоров, к которым крепятся гидроцилиндры.
5) Механизм штыревания, служащий для фиксации консолей в разложенном положении. В его состав входят элементы заштыривания (пальцы, штанги и др.), гидроцилиндры,
Ярыгина Мария Викторовна - МАИ, аспирант, тел.8-926-568-38-41, e-mail: [email protected]
приводящие элементы штыревания в движение, и система синхронизации для обеспечения одновременного заштыривания / расштыривания всех узлов.
6) Датчики положения и сигнальные «флажки» (присутствуют не всегда).
Конструктивно стыки складывания могут быть выполнены по-разному. На их вид в основном влияют:
- назначение самолёта, определяет геометрию крыла (в частности его размах);
- конструктивно-силовая схема (тип и количество силовых элементов).
Все типы стыков складывания можно классифицировать по расположению оси складывания на те, которые осуществляются в одной плоскости и пространственные. Повороты в одной плоскости могут выполняться вокруг оси, расположенной в плоскости крыла, либо перпендикулярно ей (изменение стреловидности). «Простым прямым» будем называть стык, где ось складывания расположена параллельно плоскости симметрии самолёта (ПСС), как, например, на Су-33. Стык с «косой» осью складывания характерен, например, для самолёта F-6 Skyray, где ось складывания располагается в плоскости нервюр стреловидного крыла, не параллельно ПСС.
Рассмотрим более подробно три типа стыков складывания: «прямой», «косой» и «пространственный», как наиболее
распространённые среди современных палубных самолётов. В данной статье не рассматриваются крылья с изменяемой стреловидностью, т.к. этот вопрос достаточно подробно описан в литературе.
На стреловидном крыле с небольшим сужением чаще применяют «косой» стык, т.к. в этом случае длина стыка будет меньше, чем в простом прямом стыке, и, следовательно, будет меньше прирост массы. Например, на самолётах FJFury, A-3 Skywarrюr и т.д. В противовес к этому на крыле, где разница
между корневой и концевой хордой значительна (крылья с большим сужением) применяется простой прямой стык складывания. На крыле с большим размахом выгоднее применять пространственный (карданный) стык.
Далее рассмотрим конструктивные особенности узлов складывания крыла различных типов на конкретных примерах.
A-6 Intruder (простой прямой тип стыка)
Рис. 1
Крыло этого самолёта сравнительно малой стреловидности (25° по четверти хорд). Не смотря на то, что крыло является кессонным, стык выполнен в виде 4 узлов, которые передают усилия от изгибающего момента.
Для поворота ПЧК используются центральный и вспомогательный хвостовой узлы. Центральный узел представляет собой треугольную качалку, одна вершина которой закреплена на верхних проушинах, а к двум другим подходят тяги, толкающие крыло. Хвостовой узел выполнен в виде качалки и кронштейна.
Фиксация (проштыривание) крыла по каждому узлу происходит индивидуально с помощью четырёх штифтов, приводимыми в движение гидравлическими приводами. При этом имеется система, которая синхронизирует проштыривание по всем узлам.
В данном крыле все нервюры расположены перпендикулярны линии 1/2 хорд, а нервюры стыка расположены параллельно ПСС. Последние установлены в глубине крыла, что даёт возможность разместить оборудование в пространстве между торцевыми нервюрами поворотной и неподвижной частей. Это позволяет обойтись без дополнительных люков для обслуживания оборудования, что критично для кессонной конструкции крыла.
Рис. 2
В стыке также присутствует система базирования для точного расположения ПЧК относительно НЧК. Она выполнена в виде двух точно расположенных на НЧК штырьков и соответствующих им отверстий на ПЧК.
На некоторых модификациях A-6 и на EA-6 Prowler нижние проушины, по которым происходит проштыривание, установлены горизонтально.
Особый интерес представляет своеобразно выполненный прямой стык на крыле F/A-18 Hornet (см.рис. 3). Складывание происходит вокруг единой оси, выполненной в виде трубы.
Каждая консоль F/A-18 содержит по два электропривода (по одному для блокировки и разблокировки крыла и по одному, чтобы складывать и раскладывать консоли).
Рис. 3
Когда крыло разложено, блокирующая ось движется с помощью электрического привода через петли механизма складывания, удерживая крыло на месте. Когда консоли разложены, флажок разблокировки выступает над верхней поверхностью крыла, указывая, что блокирующая ось выдвинута. Когда консоли заблокированы, конец флажка находится на одном уровне с верхней
поверхностью крыла.
Кроме того, когда консоли сложены, элероны механически блокируется в неотклонённом положении с помощью крюка, расположенного на внутренней части петли, вокруг которой вращается элерон. Если этого не делать, то во время запуска двигателя, закрылки могут задеть отклонённые элероны, повредив обе поверхности.
Механизм складывания на каждой консоли также содержит выключатель безопасности, который предотвращает
«самостоятельное» складывание крыла. Аварийный выключатель активируется
штифтом, находящимся в нижней части крыла около узла складывания. Для наземных операций экипажа (например, подвески крыльевых ракет), каждая консоль может быть вручную разблокирована, сложена или разложена.
A3DSkywarrior («косой» стык)
На данном самолёте крыло имеет большое удлинение и малое сужение, поэтому целесообразно применить косой стык в
плоскости нервюр, т.е. такой стык, плоскость которого не параллельна ПСС. Данный стык имеет меньшую длину по сравнению со
стыком, параллельным ПСС, и, следовательно, меньшую массу.
Рис. 4
Т.к. крыло имеет двухлонжеронную конструкцию, стык состоит из двух пар вертикальных проушин. Поворот ПЧК относительно НЧК осуществляется вокруг осей верхних проушин с помощью гидравлического привода, соединённого с качалкой, которая расположена между лонжеронами. Нижние проушины
фиксируются штифтами, приводимыми в движение гидроцилиндром проштыривания, и синхронизируемыми по средствам
механических тяг.
Из-за малой строительной высоты верхние и нижние проушины разнесены в горизонтальной плоскости. Это увеличивает плечо для восприятия изгибающего момента. Следовательно, сами проушины можно
сделать меньших размеров.
E2 Hawkeye (пространственный тип стыка)
Рис. 5
Т.к. крыло имеет трёхлонжеронную
конструкцию, стык состоит из двух пар вертикальных проушин и карданного узла на заднем лонжероне. Поворот ПЧК осуществляется вокруг наклонной оси
карданного узла с помощью гидравлического привода и системы тяг и рычагов. Вследствие пространственного вращения возникает необходимость проштыривать верхние и нижние проушины для фиксации в разложенном положении. Штифты механизма проштыривания управляются четырьмя гидроцилиндрами (по одному на каждую проушину). Система синхронизации
штыревания выполнена в виде датчика
положения консоли ПЧК и системы механических тяг, идущих к управляющим гидроцилиндрам. При сложенном положении консолей над поверхностью обшивки появляется флажок, сигнализирующий лётчику о положении крыла.
При лонжеронной КСС не возникает сложностей с выполнением вырезов в крыле (в отличие от кессонной КСС). Поэтому нет необходимости «утапливать» торцевые нервюры внутрь крыла, что способствует лучшей трансформации крутящего момента в пару сил и обратно в зоне стыка.
Рис. 6
У самолётов времён Второй Мировой Войны с карданным типом складывании крыла (например, у F4FWildcat и F6FHellcat) узел складывания аналогичен, но вращение происходит вокруг переднего лонжерона.
Таким образом, на сегодняшний день основные типы стыков складывания несущих
поверхностей сформированы и внутри одного типа имеют несущественные особенности. Между собой типы складывания крыла различаются главным образом положением оси вращения консолей. Применение того или иного типа стыка определяется назначением самолёта и особенностями его конструкции.
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
THE STRUCTURAL ANALYSIS OF THE FOLDING WINGS UNITS OF THE CARRIER-BASED AIRCRAFTS
M.V.Yarygina
In this article the structural features of the folding wings units are analyzed. The main elements of these joints are described. There is a classification of the folding units of the wings. Some examples of structural design of folding joints are examined
Key words: wing, carrier-based aircraft, folding joint
