Чому та наскільки сильно згинаються крила літака під час турбулентності?

Фото: Кевін Хакерт, Dino021 | Shutterstock | Простий політ

• Крила сучасних літаків значно згинаються, щоб забезпечити більш плавну поїздку.
• Композитні матеріали, такі як CFRP, роблять крила літаків більш ефективними.
• Крила сконструйовані таким чином, щоб згинати під час турбулентності завдяки напівмонококовій конструкції.

Турбулентність зростає. Нещодавні історії про рейс SQ321 авіакомпанії Singapore Airlines , турбулентність, яку зазнав Boeing 777-300ER тієї ж авіакомпанії тощо, змусили людей більше знати про різні типи турбулентності, яким піддаються літаки . Слід, хвилі та турбулентність чистого повітря різною мірою впливають на літак.

Нещодавнє відео згинання крил і помірної турбулентності Boeing 737 MAX 8 Aerolíneas Argentinas під час польоту над гірськими регіонами викликало цікавість щодо того, наскільки сильно згинаються крила під час турбулентності. У цій статті ми спробуємо відповісти на це питання.

Уявлення пілота про те, наскільки згинаються крила літака під час турбулентності

За словами Джона Кокса, колишнього капітана авіакомпанії US Airways і співробітника Safety Operating Systems, консалтингової компанії з авіаційної безпеки, сучасні літаки мають набагато більшу гнучкість крил порівняно з традиційними літаками:

«Крила літака можуть згинатися набагато більше, ніж більшість людей уявляють. Під час тестування крила Boeing 787 зігнуті на 26 футів угору, перш ніж відмовити. Авіаконструктори розраховують максимальне навантаження, яке, за їхніми очікуваннями, буде відчувати крило під час польоту, а потім роблять його здатним витримувати на 50% більше як запас міцності. Це означає, що навантаження на крило знаходяться в межах безпечного діапазону. Порівняно з попередніми реактивними літаками, сучасні літаки мають довші та тонші крила, які є більш гнучкими, більш економними та забезпечують м’якший політ».

Але чому сучасні крила згинаються більше, ніж традиційні літаки?

У давні часи було сконструйовано багато езотеричних літаків із повністю металевим каркасом. Одним із найпомітніших прикладів був Калінін K-7 — металевий монстр , який називають «разюче химерним літаком, що межує з дивним». Так, недоліки конструкції були, і літак більше нагадував танк, ніж літак, але, якби хромомолібденовий важкий літак був виготовлений із крилами з більшої кількості композитних матеріалів, що дає йому більшу гнучкість, можливо, літак не мав би таких поганих результатів. .

Джон Кокс, який торкнувся гнучкості сучасних літаків, таких як Boeing 787, не міг додати більше про те, як композитні матеріали (з яких виготовлені крила Boeing 787) допомагають зробити Dreamliner більш продуктивним літаком. . Крила Dreamliner на 50% складаються з композитних матеріалів, зокрема CFRP або полімеру, армованого вуглецевим волокном (CFRP). Про використання таких матеріалів Boeing прокоментував:

«[Композиційні матеріали] створюють легшу та простішу конструкцію, що підвищує ефективність літака, зменшує споживання палива та зменшує вартість технічного обслуговування та плати за вагу. Вони не втомлюються та не піддаються корозії, що скорочує планове технічне обслуговування та збільшує продуктивний час».

Алюмінієві сплави з ідеальним поєднанням таких якостей, як:

• Хороша стійкість до корозії
• Легка вага
• Гнучкість
• Велика сила

... зробити їх ідеальними для побудови крил літаків. Найпоширеніші алюмінієві союзники, які використовуються в літаках, включають:

• Серія 2000, яка, незважаючи на відмінну втомлюваність, не має такої міцності, як серія 7000.
• Серія 7000, яка, незважаючи на чудову міцність, не має такої високої втоми, як серія 2000.

Як турбулентність згинає крила літака більше, ніж інші події

У розмові з Simple Flying Каран Бхатта, дослідник космічної науки та хтось, хто розповідав про турбулентність у таких екстремальних аеропортах, як Лукла , розповів Simple Flying про те, що турбулентність не є єдиним фактором, що впливає на згинання крил літака:

«У такій країні, як Непал, ходять легенди про те, що капітан зробив колеса з дерев’яних конструкцій лише для того, щоб змусити Pilatus Porter літати. Звичайно, ми говоримо про операції в аеропортах над Луклою, таких як аеропорт Сянгбоче чи нині забутий аеропорт Мінбо. Пілоти, які літали туди, коли аеропорт Лукла ще навіть не був побудований, опублікували звіти про те, як вони планували над горами Евересту.

«Вони повідомили про те, що називається «ефектом воронки». Я хотів би запитати про те, як крила літака згиналися під час подібних операцій, у тих пілотів, які залишилися нащадками. Тим не менш, такі явища, як хвилі атмосферної гравітації (AGW), сприяють цьому. до згинання крил літака було б цікавим дослідженням, щоб порівняти, наскільки крила літака згинаються під час зустрічі з AGW, у порівнянні з вигином під час турбулентності». .

Чому під час турбулентності крила літака коливаються?

Передбачається, що під час турбулентності крила згинаються. Адже здатність згинатися (а не ламатися) є відмінною рисою хорошого крила літака. Авіаконструктори використовують напівмонококову конструкцію, щоб переконатися, що крила згинаються під час турбулентності.

Напівмонококова конструкція крил літака включає в себе:

• Ребра, які є зрізами крила, з'єднані з алюмінієвою обшивкою, утворюючи об'єм крила.
• Стрингери, які представляють собою невеликі опорні бруски, розміщені уздовж внутрішньої сторони обшивки.
• Лонжерони, які проходять від основи крила до кінця, є основними несучими конструкціями крила: лонжеронами.

Стрингери перенаправляють сили вигину, які виникають під час турбулентності, на лонжерони. Усі ці сили досягають кульмінації в центральному вінгбоксі, який, як заявив Турблі ,

«Розроблений, щоб прийняти всі навантаження від крил і шасі».

Випробування на втому та перевірка максимальної межі, до якої можуть згинатися крила літака

Випробування на втому, які визначають, наскільки крила літака можуть витримувати повторювані цикли згинання, можуть допомогти визначити процедури технічного обслуговування, щоб можна було вчасно усунути деформації в крилах літака (через турбулентність). Руйнівні випробування, які вимірюють максимальне навантаження, яке крило може витримати перед тим, як зламається, — це те, що повинні проводити виробники.

Вертикальне зміщення, показник, який вимірює різницю у висоті між кінчиком крила та його основою, дає нам ключ до максимальної межі, до якої крило літака може згинатися. У наступній таблиці наведено результати цих тестів:

Задіяна авіація Випробування зроблені в році Максимальна водотоннажність

Боїнг 787-9	2010 рік	7,6 метрів (25 футів)
Airbus A350 XWB	2013 рік	5,2 метра (17 футів)