ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

Transcript

1 & ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 10 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ-ΚΥΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΑ-ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ ΓΕΝΙΚΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΓΕΝΙΚΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ ΑΕΡΟΠΟΡΙΑΣ ΠΟΛΕΜΙΚΗΣ ΑΕΡΟΠΟΡΙΑΣ ΚΥΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΑΤΡΑΚΤΟΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΠΤΕΡΥΓΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΟΥΡΑΙΟ ΠΤΕΡΩΜΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΗ ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΚΥΡΙΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΔΟΜΗΣ ΤΥΠΟΙ ΑΤΡΑΚΤΩΝ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ-ΔΟΜΗ ΤΥΠΟΙ ΠΤΕΡΥΓΩΝ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ-ΔΟΜΗ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΚΑΛΥΜΜΑΤΑ ΥΛΙΚΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΞΥΛΙΝΕΣ Η ΥΦΑΣΜΑΤΙΝΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΣΙΔΗΡΟΥΧΑ ΣΥΝΘΕΤΑ ΚΑΙ ΜΗ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ 27 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΓΕΝΙΚΑ 30 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 1 από 193

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 2.2 ΑΞΟΝΕΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΤΗΣΗ ΣΤΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΤΟΥΣ ΤΡΕΙΣ ΒΑΣΙΚΟΥΣ ΑΞΟΝΕΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΗΔΑΛΙΩΝ ΑΡΧΕΣ ΖΥΓΟΣΤΑΘΜΙΣΕΩΣ & ΕΠΑΝΑΖΥΓΟΣΤΑΘΜΙΣΕΩΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΠΤΗΤΙΚΕΣ ΦΑΣΕΙΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΦΑΣΗ ΑΠΟΓΕΙΩΣΗΣ ΕΥΘΕΙΑ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΠΤΗΣΗ ΦΑΣΗ ΠΡΟΣΓΕΙΩΣΗΣ ΕΛΙΓΜΟΙ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ 45 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΣΓΕΙΩΣΗΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΞΥΓΟΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΤΑΚΤΗΣ ΑΝΑΓΚΗΣ ΚΑΙ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΑΠΟ ΠΑΓΟ ΚΑΙ ΒΡΟΧΗ 67 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΩΣΗΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΓΕΝΙΚΑ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ ΕΜΒΟΛΟΦΟΡΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΥΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥΣ 73 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 2 από 193

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΣ (JET) ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΥΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥΣ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΛΙΚΑ 89 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΓΕΝΙΚΑ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΕΩΣ ΜΗΤΡΩΑ ΚΑΙ ΕΝΤΥΠΑ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (ICAO, EASA) ΚΑΝΟΝΕΣ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ ΑΡΜΟΔΙΟ ΓΙΑ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ & ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΕΓΚΕΚΡΙΜΕΝΟΙ ΦΟΡΕΙΣ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 0 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΩΝ ΓΕΝΙΚΑ ΔΟΜΗ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΟΥ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΕ ΕΝΑ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΟ ΑΞΟΝΕΣ ΠΤΗΣΕΩΣ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΟΥ 106 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 3 από 193

5 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 0 ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΡΕΥΣΤΩΝ Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΗΣΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΡΕΥΣΤΑ ΕΝ ΗΡΕΜΙΑ (ΝΟΜΟΣ PASCAL) ΘΕΜΕΛΙΩΔΗΣ ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΑΕΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 0 ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΡΟΩΝ ΓΕΝΙΚΑ ΠΕΡΙ ΡΟΩΝ ΕΙΔΗ ΚΑΙ ΜΟΡΦΕΣ ΡΟΗΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΜΑΖΑΣ ΑΡΧΗ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΟΛΙΚΗ ΣΤΑΤΙΚΗ - ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΠΙΕΣΗ Η ΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 0 ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ ΣΤΟ ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΤΥΡΒΩΔΕΣ ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ 131 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 4 από 193

6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ 10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 0 ΑΕΡΟΤΟΜΕΣ ΑΕΡΟΤΟΜΕΣ ΧΑΜΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΕΡΟΤΟΜΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΤΕΡΥΓΑΣ ΧΑΜΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΑΕΡΟΤΟΜΕΣ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΕΡΟΤΟΜΗΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΤΕΡΥΓΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΕΡΟΤΟΜΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΠΙΕΣΗΣ ΣΕ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΣΩΜΑΤΑ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΟΜΟΙΟΤΗΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ 154 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 5 από 193

7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ 157 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 178 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 193 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 6 από 193

8 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Επιβατικό αεροσκάφος 11 Σχήμα 1.2 Μορφές ουραίων πτερωμάτων 12 Σχήμα 1.3 Κελυφοειδής τύπος 14 Σχήμα 1.4 Ημικελυφοειδής τύπος 15 Σχήμα 1.5 Γωνία Προσβολής 16 Σχήμα 1.6 Γωνία Πρόσπτωσης 17 Σχήμα 1.7 Δίεδρος γωνία 17 Σχήμα 1.8 Γωνία πλαγιολίσθησης 18 Σχήμα 1.9 Κύρια δομικά στοιχεία πτέρυγας 19 Σχήμα 1.10 Τύποι πτερύγων 19 Σχήμα 1.11 Σχήματα πτερύγων ανάλογα με τη μορφή του χείλους προσβολής 20 Σχήμα 1.12 Περίβλημα τύπου φλοιού πορτοκαλιού 21 Σχήμα 2.1 Άξονες αεροσκάφους 26 Σχήμα 2.2 Περιστροφές γύρω από τους τρεις άξονες 27 Σχήμα 2.3 Πρωτεύουσες επιφάνειες ελέγχου 28 Σχήμα 2.4 Διάφοροι τύποι αντισταθμιστικών πτερυγίων 29 Σχήμα 2.5 Τύποι πτερυγίων καμπυλότητας ( α )Τύπος Slat σε δύο θέσεις ( β ) 29 Σχήμα 2.6 Έλεγχος γύρω από τον διαμήκη άξονα 31 Σχήμα 2.7 Έλεγχος γύρω από τον εγκάρσιο άξονα 32 Σχήμα 2.8 Έλεγχος γύρω από τον κατακόρυφο άξονα 32 Σχήμα 2.9 Οδηγοί συρματόσχοινων 33 Σχήμα 2.10 Ζυγοστάθμιση επιφανειών ελέγχου 35 Σχήμα 2.11 Διάφορα πίεσης στις επιφάνειες της πτέρυγας 37 Σχήμα 2.12 Βασικές δυνάμεις που ενεργούν στο αεροσκάφος 38 Σχήμα 2.13 Κλασική διαδικασία ανακύκλωσης 41 Σχήμα 2.14 Κανονική περιδίνηση 43 Σχήμα 2.15 Διατοιχισμός 43 Σχήμα 2.16 Πλαγιολίσθηση 44 Σχήμα 2.17 Ανάστροφη πτήση 45 Σχήμα 2.18 Οριζόντια στροφή 45 Σχήμα 3.1 Διάταξη διπλού τροχού. 47 Σχήμα 3.2 ( α ):Αποσβεστήρας τύπου πείρου ( β ):Λειτουργιά αποσβεστήρα 48 Σχήμα 3.3 Σειρά λειτουργίας σκελών πτέρυγας 49 Σχήμα 3.4 Ανεξάρτητο σύστημα φρένων 50 Σχήμα 3.5 Τυπικό σύστημα ελέγχου ισχύος 51 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 7 από 193

9 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 3.6 Τυπικό σύστημα ενισχυμένης ισχύος 51 Σχήμα 3.7 Συγκρότημα φρένων ενός δίσκου ( α ) Συγκρότημα φρένων διαστελλόμενων σωλήνων ( β ) 52 Σχήμα 3.8 Βασικό υδραυλικό σύστημα με χειραντλία και βαλβίδα διαλογής 54 Σχήμα 3.9 Βασικό υδραυλικό σύστημα με αντλία ισχύος και άλλα εξαρτήματα 55 Σχήμα 3.10 Κύριο φίλτρο καυσίμου 57 Σχήμα 3.11 Μηχανοκίνητη αντλία καυσίμου 58 Σχήμα 3.12 Βαλβίδα διαλογής τύπου παπαρούνας 59 Σχήμα 3.13 Βαλβίδα διαλογής τύπου δίσκου 59 Σχήμα 4.1 Θεωρητικός κύκλος OTTO 66 Σχήμα 4.2 Πραγματικός κύκλος OTTO 67 Σχήμα 4.3 Έμβολο κινητήρα 70 Σχήμα 4.4 Αστεροειδείς κινητήρας 71 Σχήμα 4.5 Στροφαλοφόρος άξονας αστεροειδούς κινητήρα 71 Σχήμα 4.6 Μεταβολές μεγεθών σε αεριοστρόβιλο κινητήρα 74 Σχήμα 4.7 Διπλός φυγοκεντρικός αεροσυμπιεστής 76 Σχήμα 4.8 Αξονικός συμπιεστής 76 Σχήμα 4.9 Τυπικό πτερύγιο 77 Σχήμα 4.10 Τύποι ασφάλισης πτερυγίων στο στροφείο 78 Σχήμα 4.11 Ασφάλιση πτερυγίων στο περίβλημα με δακτύλιο στήριξης 78 Σχήμα 4.12 Τυπικοί αξονικοί συμπιεστές (Α) Απλός (Β) Διπλός 79 Σχήμα 4.13 Διανομή αέρα στο θάλαμο καύσης 80 Σχήμα 4.14 Δακτυλιοειδής θάλαμος καύσης 81 Σχήμα 4.15 Πολυβάθμιος στρόβιλος με διπλό άξονα 82 Σχήμα 4.16 Βασικό σύστημα εξαγωγής 83 Σχήμα 4.17 Μέθοδος ανάστροφης ώσης 84 Σχήμα 4.18 Βασικά τμήματα έλικας 86 Σχήμα 4.19 Τυπική αεροτομή έλικας 86 Σχήμα 4.20 Σταθμοί πτερυγίου έλικας 87 Σχήμα 4.21 Δραστικό βήμα, γεωμετρικό βήμα και ολίσθηση 88 Σχήμα 4.22 Με την πτέρωση τα πτερύγια στρέφονται σε γωνία 90 ο 89 Σχήμα 4.23 Ελάχιστες ανοχές έλικας 90 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 8 από 193

10 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ Σχήμα 8.1 Χοάνη Βεντούρι 118 Σχήμα 8.2 Κατανομή της επιφανειακής πίεσης 121 Σχήμα 8.3 Κρουστικά κύματα 127 Σχήμα 9.1 Έλεγχος οριακού στρώματος σφαίρας με προσροή δ2>δ1 134 Σχήμα 9.2 Έλεγχος οριακού στρώματος με προσροή 134 Σχήμα 9.3 Έλεγχος οριακού στρώματος σφαίρας με αναρρόφηση 135 Σχήμα 10.1 Είδη αεροτομών 136 Σχήμα 10.2 NACA Σχήμα 10.3 Σκίτσα αεροτομών 137 Σχήμα 10.4 Αεροτομή του Challenger 138 Σχήμα 10.5 (ι)μέγιστη αναλογία (ιι) αναλογία AR=10 (ιιι) λόγος AR=5 140 Σχήμα 10.6 Ροή κυμάτων ήχου γύρω από πτέρυγα για διάφορες ταχύτητες 142 Σχήμα 10.7 Συμμετρική διπλή σφήνα 145 Σχήμα 10.8 Συμμετρική αμφίκυρτη πτέρυγα 145 Σχήμα 10.9 Υπερκρίσιμη πτέρυγα 146 Σχήμα Σύγκριση συντελεστή οπισθέλκουσας με λόγο πάχους/χορδής 147 Σχήμα Χαρακτηριστική αεροτομή 147 Σχήμα Αεροτομή με μικρό πάχος σε σχέση με το μήκος της χορδής 149 Σχήμα Σημεία ανακοπής με τη μεταβολή της κυκλοφορίας 149 Σχήμα Αυτοεκπλήρωση συνθήκης Kutta-Joukowski 150 Σχήμα Κατανομή πίεσης γύρω από σφαίρα και κύλινδρο 151 Σχήμα Κατανομή πίεσης σε σχέση με τη γωνία προσβολής 152 Σχήμα Διάγραμμα CL - CD σε συνάρτηση με τη γωνία προσβολής 153 Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 9 από 193

11 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η δυναμική φύση της αναπτύξεως της επιστήμης και της τεχνολογίας στον αιώνα μας και οι αντίκτυποι τους στην κοινωνία και στα άτομα πουθενά αλλού δεν είναι τόσο φανερά όσο στην πραγματοποίηση του παλαιού ονείρου του ανθρώπου να πετάξει στον αέρα. Η αεροπορία αναπτύχτηκε αργά στην αρχή και πιο γρήγορα αργότερα, ώσπου απομάκρυνε τα εμπόδια της αποστάσεως και του χρόνου που χώριζαν τους λαούς της γης. Η αεροπορία ήταν μια από τις πρώτες τεχνολογίες του αιώνα αυτού που χρειάστηκε τη στενή συνεργασία επιστημόνων, μηχανικών, και βιομηχάνων πολλών ειδικοτήτων, για να σημειώσει γοργή διεύρυνση των ορίων της γνώσεως. Κανένας μεμονωμένος νους δεν θα μπορούσε να έχει όλες τις γνώσεις που είναι ενσωματωμένες στη σχεδίαση, την κατασκευή και τη λειτουργία ενός μεταφορικού αεριωθούμενου αεροπλάνου. Η αεροπορία ήταν μια από τις πρώτες δύσκολες και πολύπλοκες τεχνολογικές εξελίξεις που μεταπήδησαν από το στάδιο της ατομικής δημιουργίας του πρωτοπόρου εφευρέτη σε προϊόν μιας νέας κοινωνικής εφευρέσεως, στην οποία η ομάδα των ειδικών που τη μελέτησε συνεργάστηκε αρμονικά, για να δημιουργήσει ένα αποτέλεσμα που ξεπερνά πολύ την ικανότητα οποιουδήποτε ατόμου. Σε αυτό το σύγγραμμα θα εξετάσουμε τα βασικά τμήματα ενός αεροπλάνου, θα δούμε τις αλλαγές στα υλικά κατασκευής και τη δομή του, θα μάθουμε για τον έλεγχο και την ευστάθεια του, όπως και για τα βασικά του συστήματα. Θα αναφερθούμε στους εμβολοφόρους κινητήρες, στις έλικες και στην ώση των κινητήρων αντιδράσεως. Θα εξετάσουμε τις επιδόσεις των αεροσκαφών, τις βασικές αρχές για την σχεδίαση τους και τις προδιαγραφές συντήρησης. Επίσης θα γίνει αναφορά και στις αρχές πτήσης των ελικοπτέρων. Γενικά θα δούμε όλα τα στοιχεία εκείνα που συνθέτουν αυτό το πολύπλοκο ανθρώπινο δημιούργημα που ονομάζεται αεροσκάφος. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 10 από 193

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ-ΚΥΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΑ-ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ 1.1. Γενικά Σήμερα στην αεροπορία υπάρχουν διάφορες κατηγορίες στις οποίες θα μπορούσαμε να εντάξουμε τα αεροπλάνα ανάλογα με τον τρόπο ωθήσεως, την ταχύτητα που αναπτύσσουν και τη χρήση τους. Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσουμε τις κατηγορίες των αεροσκαφών και τα κύρια τμήματα που αποτελούν το σκελετό τους. Τα εξαρτήματα του σκελετού κατασκευάζονται από μια μεγάλη ποικιλία υλικών και συνδέονται μεταξύ τους με κοχλίες, βλήτρα, περικόχλια και συγκολλήσεις. Τα εξαρτήματα του αεροσκάφους αποτελούνται από πολλά μέρη που ονομάζονται δομικά στοιχεία (π.χ. ράβδοι, διαμήκεις δοκοί, νευρώσεις, διαφράγματα κ.λ.π.). Τα μέρη του αεροσκάφους έχουν κατασκευαστεί, έτσι ώστε να μεταφέρουν βάρος και να αντιστέκονται στις διάφορες τάσεις. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα δομικά στοιχεία του αεροσκάφους μπορούν να μεταφέρουν ακραία φορτία, ώστε να μπορούν να ανταπεξέλθουν στις καταπονήσεις που δέχονται κατά την διάρκεια της πτήσης. Στη συνέχεια του κεφαλαίου θα εξετάσουμε αναλυτικότερα τη δομή και τα τμήματα ενός αεροσκάφους Κατηγορίες αεροσκαφών Τα αεροπλάνα διακρίνονται ανάλογα με τις μορφές του προωθητικού συστήματος σε: ελικοφόρα αεριωθούμενα Ανάλογα την ταχύτητα που αναπτύσσουν σε: υποηχητικά διηχητικά υπερηχητικά Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 11 από 193

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Ανάλογα με τη χρήση τους σε: Γενικής χρήσης Πολιτικής αεροπορίας Πολεμικής αεροπορίας Γενικής χρήσης Στα αεροπλάνα γενικής χρήσης ανήκουν μικρά ελαφρά αεροπλάνα που χρησιμοποιούνται για αεραθλητισμό και ψυχαγωγία, μικρές μεταφορές, μετακινήσεις των ιδιοκτητών τους ή ειδικές χρήσεις όπως ο αεροψεκασμός, η πυρόσβεση, νοσοκομειακά (με ειδικά διαρρυθμισμένο χώρο για άμεση εξυπηρέτηση). Στην κατηγορία αυτή ανήκουν και τα υδροπλάνα, που μπορούν να προσθαλασσώνονται και να αποθαλασσώνονται σε μέρη όπου δεν υπάρχουν αεροδρόμια, καθώς και κάπως μεγαλύτερα, σύγχρονα αεροσκάφη με όλα τα συστήματα ελέγχου και πλοήγησης αυτά ανήκουν σε μεγάλες εταιρείες, κρατικούς οργανισμούς και υπηρεσίες ή ιδιώτες και χρησιμοποιούνται κυρίως για τις μεταφορές προσωπικού και σπανιότερα εμπορευμάτων. Τα πρώτα από τα παραπάνω είναι συνήθως μονοκινητήρια - σπανιότερα δικινητήρια - με σταθερό ή ανασυρόμενο σύστημα προσγείωσης και μεταφέρουν ένα ως πέντε περίπου άτομα. Έχουν συνήθως εμβολοφόρους βενζινοκινητήρες και σπανιότερα ελικοστροβιλοκινητήρες. Ανήκουν σε ιδιώτες, αερολέσχες ή μικρές επιχειρήσεις. Τα σπουδαιότερα από τα αεροπλάνα γενικής χρήσης είναι σύγχρονα δικινητήρια, τρικινητήρια, ακόμη και τετρακινητήρια, στροβιλοελικοφόρα ή αεριωθούμενα, που έχουν συνήθως τη δυνατότητα να μεταφέρουν άνετα 8-16 περίπου άτομα σε αποστάσεις μερικών χιλιάδων χιλιομέτρων Πολιτικής αεροπορίας Η πολιτική αεροπορία στις μέρες μας έχει τεράστια οικονομική σημασία. Το αεροπλάνο αποτελεί το κυριότερο μεταφορικό μέσο επιβατών για μεγάλες αποστάσεις και χρησιμοποιείται ευρύτατα και στις μεταφορές εμπορευμάτων. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 12 από 193

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Τα επιβατικά αεροπλάνα, ιδιαίτερα τα μεγάλα, διαθέτουν όλες τις ανέσεις και οπωσδήποτε κλιματισμό και σταθερή πίεση στην καμπίνα των επιβατών και του πληρώματος, ανεξάρτητα από το ύψος της πτήσης. Στις μικρές αποστάσεις επικρατούν τα στροβιλοελικοφόρα αεροπλάνα σχετικά μικρού ή μέσου μεγέθους, που μεταφέρουν συνήθως μερικές δεκάδες επιβατών, ενώ για τις μέσες και μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιούνται μεγάλα αεριωθούμενα, χωρητικότητας επιβατών, σε ορισμένες περιπτώσεις και περισσότερων. Αυτά είναι δικινητήρια ή τρικινητήρια για τις μέσες αποστάσεις και τρικινητήρια ή τετρακινητήρια για τις μεγάλες. Στα τελευταία χρόνια όμως παρατηρείται η τάση μείωσης του αριθμού των κινητήρων και σχεδιάζονται δικινητήρια αεροπλάνα ακόμη και για τις υπερατλαντικές πτήσεις. Τα επιβατικά αεροπλάνα έχουν τη δυνατότητα να μεταφέρουν μαζί με τους επιβάτες τις αποσκευές τους και ενδεχόμενα ορισμένο φορτίο, που βρίσκει θέση σε διαμερίσματα κάτω από το θάλαμο των επιβατών. Συνήθως μερικά επιβατικά μετατρέπονται σε καθαρά μεταφορικά εμπορευμάτων, οπότε αφαιρούνται τα καθίσματα και άλλοι χώροι που προορίζονται για την εξυπηρέτηση των επιβατών και το κήτος διαμορφώνεται κατάλληλα για την υποδοχή ογκωδών φορτίων Πολεμικής αεροπορίας Πολεμικά αεροπλάνα υπάρχουν για ένα πλήθος αποστολών και χρήσεων. Μερικά απ' αυτά μπορούν με αλλαγή οργάνων ή οπλισμού να εκτελούν αποστολές διαφορετικής φύσης. Οι κατηγορίες πολεμικών αεροπλάνων είναι: Μαχητικά. Αναγνωριστικά. Εκπαιδευτικά. Βομβαρδιστικά. Μεταγωγικά. Πετρελαιοφόρα εναέριου ανεφοδιασμού. Για την εξυπηρέτηση περιοχών με μικρά αεροδρόμια ή τη χρησιμοποίηση πρόχειρων διαδρόμων κατασκευάζονται αεροπλάνα που αρκούνται σε Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 13 από 193

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 διαδρόμους λίγων εκατοντάδων μέτρων, χάρη στη μικρή ταχύτητα στήριξης τους, που πετυχαίνεται με υπεραντωτικές διατάξεις της πτέρυγας και ιδιαίτερα με μεγάλα αρθρωτά πτερύγια καμπυλότητας του πίσω χείλους της πτέρυγας. Για τη δυνατότητα επιχειρήσεων σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν αεροδρόμια ή την απογείωση από το κατάστρωμα πλοίων κατασκευάστηκαν αεροπλάνα κατακόρυφης απογείωσης. Τα περισσότερα απ' αυτά έμειναν σε πειραματικό στάδιο ή βρήκαν περιορισμένη χρήση μερικά όμως έφτασαν στο επιχειρησιακό στάδιο και κατασκευάστηκαν σε αρκετά μεγάλους αριθμούς. Για την κατακόρυφη απογείωση απαιτείται βέβαια μεγαλύτερη δύναμη των κινητήρων από το βάρος του αεροπλάνου και η βαριά κατασκευή ενός τέτοιου κινητήρα περιορίζει τη συνολική απόδοση και την αυτονομία του αεροπλάνου Κύρια τμήματα αεροσκάφους Το αεροπλάνο αποτελείται βασικά από 3 μέρη που διαφέρουν στη μορφή και στον προορισμό τους. Αυτά είναι: το κύριο σώμα του αεροπλάνου που λέγεται σκάφος ή αεροσκάφος το σύστημα προώθησης ο μηχανικός εξοπλισμός. Το σκάφος αποτελεί τον κορμό του αεροπλάνου και χωρίζεται σε 3 μέρη: τις πτέρυγες, την άτρακτο και το ουραίο πτέρωμα(βλ.σχ.1.1). Οι πτέρυγες είναι σταθερά συνδεμένες με την άτρακτο και σ' αυτό ακριβώς διαφέρει από το ελικόπτερο, που σ' αυτό τα πτερύγια του κινούνται. Το ουραίο πτέρωμα αποτελείται από την οριζόντια και κάθετη σταθερή πτέρυγα, που δίνουν ευστάθεια και από τις κινητές επιφάνειες που είναι τα πηδάλια ύψους-βάθους και διευθύνσεως. Η άτρακτος, όπως το λέει και το όνομά της, έχει σχήμα ατρακτοειδές και αποτελεί το βασικό τμήμα του σκάφους, στο οποίο προσαρμόζονται και οι πτέρυγες. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι το αεροπλάνο δεν μπορεί να παραμένει στον αέρα χωρίς να κινείται με μεγάλη ταχύτητα. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 14 από 193

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Επίσης πρέπει να καταλάβουμε από την αρχή ότι το "μυστικό" της στερέωσης του αεροπλάνου στον αέρα βρίσκεται στο σχήμα και στις διαστάσεις των πτερύγων του. Ουραίο Πτέρωμα Άτρακτος Πτέρυγα Σχήμα 1.1 Επιβατικό αεροσκάφος Άτρακτος αεροσκάφους Είναι ένα από τα κύρια μέρη του αεροσκάφους στο οποίο στηρίζονται όλες οι πτέρυγες (κύρια πτέρυγα, οριζόντιο σταθερό, κάθετο σταθερό). Επίσης στην άτρακτο βρίσκεται το σύστημα προσγείωσης (μπροστινό και κύριο) και κάποιες φορές και οι κινητήρες (ανάλογα με το μέγεθος τους και τον τύπο του αεροσκάφους). Η άτρακτος παρέχει χώρο για επιβάτες, φορτίο και εξαρτήματα, όπως επίσης και για διάφορες ηλεκτρικές καλωδιώσεις, αεραγωγούς και σωληνώσεις των διαφόρων συστημάτων του αεροσκάφους Πτέρυγες αεροσκάφους Είναι το βασικότερο στοιχείο του αεροσκάφους και κύριος σκοπός της είναι να παράγει άντωση. Εκτός αυτού στην πτέρυγα βρίσκονται πολλά συστήματα (υδραυλικό, καυσίμου). Επίσης στην πτέρυγα πολλών αεροσκαφών τοποθετούνται οι κινητήρες, το σύστημα προσγείωσης, τα πηδάλια κλίσεως, τα αερόφρενα και τα πτερύγια καμπυλότητας που είναι απαραίτητα για την πτήση Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 15 από 193

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ουραίο πτέρωμα Είναι η αεροδυναμική επιφάνεια που αποτελείται από το οριζόντιο σταθερό, κάθετο σταθερό και τον κώνο. Επίσης πάνω στο οριζόντιο και κάθετο σταθερό βρίσκονται αντίστοιχα τα πηδάλια ανόδου-καθόδου και διευθύνσεως. Το ουραίο πτέρωμα προσδίδει στο αεροσκάφος τη σωστή και απαραίτητη διαμήκη ευστάθεια. Αυτή επιτυγχάνεται με τις επιφάνειες ελέγχου πτήσεως (πηδάλια διευθύνσεως και ανόδου-καθόδου). Το πηδάλιο διεύθυνσης βρίσκεται στο πίσω μέρος του κάθετου σταθερού, ενώ το πηδάλιο ανόδου-καθόδου βρίσκεται στο πίσω μέρος του οριζόντιου σταθερού. Οι ποιο συνήθεις γεωμετρικές μορφές ουραίων πτερωμάτων είναι (βλ. Σχ.1.2) : απλή μορφή σε σχήμα σταυρού σε σχήμα (Τ) σε σχήμα (V) Σχήμα 1.2 Μορφές ουραίων πτερωμάτων 1.4. Κατασκευαστική δομή και υλικά αεροσκάφους Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 16 από 193

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Ένα απλό στοιχείο της κατασκευής του αεροσκάφους μπορεί να υπόκειται σε συνδυασμένες καταπονήσεις. Η αντοχή πρέπει να είναι βασική απαίτηση κατά την επιλογή των υλικών που θα χρησιμοποιηθούν στο αεροσκάφος καθώς και στην κατασκευαστική δομή του Κύριες τάσεις δομής Ένα αεροσκάφος σχεδιάζεται και κατασκευάζεται, ώστε κάθε κομμάτι της πτέρυγας και της ατράκτου, να μπορεί να αντέχει στα διάφορα φορτία που επιβάλλονται κατά την διάρκεια της πτήσης. Τα φορτία αυτά ονομάζονται τάσεις και ο υπολογισμός τους είναι απαραίτητος για τη σχεδίαση, κατασκευή και επιλογή των υλικών σε ένα αεροσκάφος. Υπάρχουν πέντε κύριες καταπονήσεις στις οποίες υπόκεινται όλα τα αεροσκάφη: εφελκυσμός θλίψη στρέψη διάτμηση κάμψη Εφελκυσμός: ο κινητήρας ενός αεροσκάφους το ωθεί προς τα εμπρός, αλλά η αντίσταση του αέρα το ωθεί προς τα πίσω. Το αποτέλεσμα είναι να έχουμε τάση εφελκυσμού που προσπαθεί να τεντώσει το αεροσκάφος. Θλίψη: ονομάζεται η τάση, η οποία προσπαθεί να συμπιέσει το σώμα του αεροσκάφους. Στρέψη: ονομάζεται η τάση που δημιουργεί συστροφή στο αεροσκάφος που κινείται, ως αποτέλεσμα της τάσης που έχει ο κινητήρας να στρέψει το σκάφος προς τη μια πλευρά, ενώ αυτό διατηρεί την αρχική του θέση. Διάτμηση: ονομάζεται η τάση που αντιτίθεται στην κίνηση ενός στρώματος στην επιφάνεια άλλου στρώματος του σώματος. Άρα δυο σώματα ενωμένα με κοχλίες, βλήτρα και περικόχλια,που αποτελούν εξαρτήματα σύνδεσης του αεροσκάφους, υπόκεινται σε διάτμηση. Κάμψη: ονομάζεται η τάση που είναι συνδυασμός θλίψης και εφελκυσμού. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 17 από 193

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Τύποι ατράκτων αεροσκαφών - Δομή Υπάρχουν δύο γενικοί τύποι κατασκευής της ατράκτου: 1)Τύπος δικτυώματος 2) Κελυφοειδής τύπος 1) Τύπος δικτυώματος: Είναι μια στερεά μεταλλική επιφάνεια αποτελούμενη από δοκούς, ράβδους και στυλίδια που εμποδίζουν την παραμόρφωση του αεροσκάφους από τα φορτία. Οι δοκοί και τα στυλίδια συνδέονται με ήλους ή με κοχλίες. Αυτός ο τύπος ατράκτου χρησιμοποιείται στα μονοκινητήρια αεροσκάφη για αεραθλητισμό και ακροβατισμούς. 2) Κελυφοειδής τύπος: Η σχεδίαση μιας κελυφοειδούς ατράκτου (βλ.σχ.1.3) μπορεί να διακριθεί σε τρεις κατηγορίες: Σχήμα 1.3 Κελυφοειδής τύπος α) Καθαρή κελυφοειδή: Για την κατασκευή της χρησιμοποιούνται επιμέρους εξαρτήματα της μεταλλικής επιφάνειας όπως μεταλλικές γωνίες, δικτυώματα και κύρια χωρίσματα. Δεν χρησιμοποιούνται πλέγματα και η κατασκευή της ατράκτου είναι τέτοια, ώστε να αντέχει τα αεροδυναμικά και επιφανειακά φορτία. β) Ημικελυφοειδή: Διαθέτει δικτυώματα, κύρια χωρίσματα και ενισχυμένη τη μεταλλική επιφάνεια με διαμήκεις δοκούς (βλ.σχ.1.4). Κατασκευάζεται από κράματα αλουμινίου και μαγνησίου. Τις καταπονήσεις δέχονται κυρίως οι διαμήκεις δοκοί που εκτείνονται κατά μήκος πολλών σημείων στηρίξεως της ατράκτου. Τα κάθετα κατασκευαστικά μέρη είναι διαφράγματα, δικτυώματα και μεταλλικές γωνίες. Τα βαρύτερα από αυτά είναι τοποθετημένα σε τέτοια μέρη, ώστε να μπορούν να μεταφέρουν συγκεντρωμένα φορτία, κυρίως στα σημεία συνδέσεως με αλλά εξαρτήματα. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 18 από 193

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Σχήμα 1.4 Ημικελυφοειδής τύπος γ) Ενισχυμένου κελύφους: Οι βοηθητικοί διαμήκεις δοκοί είναι μικρότεροι και ελαφρότεροι από τους κύριους. Έχουν μικρότερη αντοχή και χρησιμοποιούνται κυρίως, για να δώσουν το κατάλληλο σχήμα στην επιφάνεια της ατράκτου. Στην άτρακτο ασκούνται κυρίως αεροδυναμικά φορτία και φορτία επιφανειακά από τα υπόλοιπα μέρη του αεροσκάφους. Τα αεροδυναμικά φορτία ασκούνται πρώτα στην μεταλλική επιφάνεια και στη συνέχεια μεταφέρονται στις κύριες δοκούς και τα υπόλοιπα μέρη της ατράκτου (στυλίδια, δοκίδες, διαφράγματα). Οι γεωμετρικοί παράμετροι της ατράκτου είναι: 1) Διάμετρος ατράκτου 2) Μήκος ατράκτου 3) Ύψος ατράκτου Για την εύκολη εξεύρεση της τοποθεσίας των διαφόρων στοιχείων, όπως διαφράγματα επιφανειών, δοκών και άλλων τμημάτων, υπάρχει ένα σύστημα αριθμήσεως της ατράκτου. Οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συστήματα αριθμήσεως σταθμών. Ορίζοντας το ρύγχος του αεροσκάφους ως το σταθμό μηδέν θα μπορούμε εύκολα να εντοπίσουμε από το σχέδιο κάποιο σημείο της ατράκτου, βρίσκοντας την απόσταση του από το ρύγχος του αεροσκάφους. Για τον εντοπισμό σημείων που βρίσκονται αριστερά ή δεξιά από τον κεντρικό άξονα του αεροσκάφους θεωρείται σαν σημείο μηδέν ο ίδιος ο άξονας σε σχέση με αυτά τα σημεία Τύποι πτερύγων αεροσκαφών Δομή Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 19 από 193

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Γενικά η κατασκευή της πτέρυγας στηρίζεται σε μία από τις εξής βασικές σχεδιάσεις: 1 ) Πτέρυγα με μία κύρια δοκό: Έχει κατά το διαμήκη άξονα ένα μόνο κύριο στοιχείο. Νευρώσεις και διαφράγματα δίνουν κατάλληλο αεροδυναμικό σχήμα. Αν και ο τύπος δεν είναι συνηθισμένος μπορεί να χρησιμοποιηθεί με κατάλληλη τροποποίηση με χρήση ψευτοδοκών ή ελαφρών νευρώσεων για την υποστήριξη των επιφανειών ελέγχου. 2 ) Πτέρυγα με δύο ή περισσότερες κύριες δοκούς: Ο τύπος αυτός έχει περισσότερα από ένα κύρια δομικά στοιχεία κατά τον διαμήκη άξονα. Για να δοθεί αεροδυναμικό σχήμα στην πτέρυγα, χρησιμοποιούνται συνήθως νευρώσεις και διαφράγματα. 3 ) Πτέρυγα δοκού τύπου κουτιού: Αυτός ο τύπος χρησιμοποιεί δύο κύρια δομικά στοιχειά κατά το διαμήκη άξονα που συνδέονται με διάφραγμα και έτσι παρέχουν μεγαλύτερη αντοχή στη κατασκευή, αλλά δεν δίνουν κατάλληλο αεροδυναμικό σχήμα. Ένα ραβδωτό έλασμα μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ των διαφραγμάτων και της λείας εξωτερικής επιφάνειας, έτσι ώστε η πτέρυγα να μπορεί να αντέχει σε φορτία εφελκυσμού και θλίψεως. Σε μερικές περιπτώσεις αντ αυτού τοποθετούνται ισχυρά ενισχυτικά στηρίγματα. Η πάνω επιφάνεια της πτέρυγας έχει ραβδωτά ελάσματα και η κάτω υποστηρίγματα. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά μιας πτέρυγας είναι: 1 ) Γωνία προσβολής (α) : ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τη διεύθυνση της ταχύτητας ροής και της χορδής της πτέρυγας(βλ.σχ.1.5). Η γωνία προσβολής αλλάζει με τη βούληση του χειριστή και την ονομάζουμε θετική, όταν είναι προς τα πάνω και αρνητική προς τα κάτω. α =Γωνία Προσβολής Πορεία Πτήσης Ροή Αέρα Σχήμα 1.5 Γωνία Προσβολής Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 20 από 193

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ) Γωνία πρόσπτωσης (β) : ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τον διαμήκη άξονα του αεροσκάφους και τη χορδή της πτέρυγας στην ρίζα της(βλ.σχ.1.6). Η γωνία αυτή είναι πάντα θετική. β = Γωνία Πρόσπτωσης Σχήμα 1.6 Γωνία Πρόσπτωσης 3 ) Δίεδρος γωνία (γ) : ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από την κάτω επιφάνεια της πτέρυγας με το οριζόντιο επίπεδο και ονομάζεται θετική (βλ.σχ.1.7), ή από την πάνω επιφάνεια της πτέρυγας με το οριζόντιο επίπεδο (αρνητική). Η γωνία αυτή είναι αρνητική ή θετική ανάλογα με το είδος του αεροσκάφους. γ Σχήμα 1.7 Δίεδρος γωνία Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 21 από 193

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ) Γωνία πλαγιολίσθησης (δ) : ονομάζεται η γωνία μεταξύ του διαμήκη άξονα του αεροσκάφους και τη σχετική ταχύτητα ροής(βλ.σχ.1.8). δ Σχήμα 1.8 Γωνία πλαγιολίσθησης Η σχεδίαση της πτέρυγας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το μέγεθος, το βάρος και τη χρήση του αεροσκάφους. Οι πτέρυγες μερικών αεροσκαφών είναι σχεδιασμένες, ώστε η μεταλλική επικάλυψη να αποτελεί μέρος της δομής και να μπορεί να μεταφέρει μεγάλα φορτία. Σε άλλα αεροσκάφη χρησιμοποιούνται εσωτερικά πλέγματα, για να ενισχυθεί η πτέρυγα. Η πτέρυγα, όπως και η άτρακτος, κατασκευάζεται σε τμήματα. Ένας κοινός τύπος πτέρυγας αποτελείται από το κεντρικό τμήμα, τα εξωτερικά τμήματα και τα ακροπτερύγια. Υπάρχουν θυρίδες πρόσβασης συνήθως στην κάτω επιφάνεια της πτέρυγας, όπως επίσης ειδικές οπές αποστράγγισης της υγρασίας και θυρίδες για εύκολη πρόσβαση σε κάποια συστήματα του αεροσκάφους (καυσίμου, υδραυλικό). Τα κύρια δομικά στοιχειά μιας πτέρυγας είναι (βλ.σχ.1.9) : 1 ) Οι κύριες δοκοί : είναι τα βασικά στοιχεία δομής και τοποθετούνται κατά μήκος του εγκάρσιου άξονα ή προς το ακροπτερύγιο και συνδέονται συνήθως στην άτρακτο με δακτυλοειδείς ράβδους ή με σύστημα δικτυώματος. 2 ) Οι νευρώσεις : ονομάζονται τα δομικά στοιχεία που ενωμένα σταυροειδώς σχηματίζουν το σκελετό της πτέρυγας. Οι νευρώσεις εκτείνονται συνήθως από το σημείο του χείλους προσβολής μέχρι την πίσω κύρια δοκό ή ως Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 22 από 193

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 το χείλος εκφυγής. Οι νευρώσεις δίνουν στην πτέρυγα το καμπύλο σχήμα και μεταφέρουν τα φορτία από την μεταλλική επιφάνεια και τις διαμήκεις δοκίδες στις κύριες δοκούς. 3 ) Τα διαφράγματα. 4 ) Διαμήκεις δοκίδες (υποστηρίγματα). Διαμήκεις δοκίδες Νευρώσεις χείλους προσβολής Κύριες δοκοί Σχήμα 1.9 Κύρια δομικά στοιχεία πτέρυγας Επίσης, ανάλογα με τη μορφή τους οι πτέρυγες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε (βλ.σχ.1.10) : Χαμηλή πτέρυγα Υψηλή πτέρυγα Γλαρόμορφη πτέρυγα Πτέρυγα δίεδρης γωνίας Μεσοπτέρυγα Αναστραμμένη γλαρόμορφη πτέρυγα Χαμηλή πτέρυγα Μεσοπτέρυγα Υψηλή πτέρυγα Πτέρυγα δίεδρης γωνίας Αναστραμμένη γλαρόμορφη πτέρυγα Γλαρόμορφη πτέρυγα Σχήμα 1.10 Τύποι πτερύγων Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 23 από 193

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Όπως και με τη διαμόρφωση του χείλους προσβολής και χείλους εκφυγής κατηγοριοποιούνται σε (βλ.σχ.1.11) : α ) Χείλος προσβολής τραπεζοειδούς σχήματος, χείλος εκφυγής ευθύγραμμο β ) Χείλος προσβολής και εκφυγής τραπεζοειδούς μορφής γ ) Πτέρυγα σχήματος ΔΕΛΤΑ δ ) Βελοειδείς πτέρυγες ε ) Χείλος προσβολής ευθύγραμμο, χείλος εκφυγής τραπεζοειδούς σχήματος στ ) Χείλος προσβολής και εκφυγής ευθύγραμμο. ( α ) ( β ) ( γ ) ( δ ) ( στ ) ( ε ) Σχήμα 1.11 Σχήματα πτερύγων ανάλογα με τη μορφή του χείλους προσβολής Αεροδυναμικά καλύμματα Καλύπτουν τον κινητήρα και μπορούν να αφαιρεθούν, έτσι ώστε να έχουμε πρόσβαση στα διάφορα μέρη του, όπως τα παρελκόμενα, τη βάση του αλλά και τον ίδιο τον κινητήρα. Σε μερικά εμβολοφόρα αεροσκάφη οι κινητήρες έχουν περίβλημα που ανοίγει από εμπρός προς τα πίσω (βλ.σχ.1.12). Το κάτω μέρος του περιβλήματος στερεώνεται με πείρους που ασφαλίζουν αυτόματα και αφαιρούνται με την έλξη ενός δακτυλίου. Τα πλευρικά πλαίσια συγκρατούνται ανοιχτά με ράβδους, όπως και τα πλαίσια του επάνω μέρους. Τα κάτω πλαίσια συγκρατούνται με συρματόσχοινα και ελατήρια. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 24 από 193

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 Σχήμα 1.12 Περίβλημα τύπου φλοιού πορτοκαλιού Στους κινητήρες JET, τα πλαίσια του περιβλήματος σχεδιάζονται, για να παρέχουν ομαλή ροή γύρω από τον κινητήρα και να τον προστατεύουν από ζημιές. Το σύνολο του περιβλήματος περιλαμβάνει το ριναίο περίβλημα, τα άνω και κάτω αφαιρούμενα πλαίσια και τα σταθερά πλαίσια Υλικά αεροσκαφών Υλικά αεροσκαφών ονομάζουμε όλα εκείνα τα διαμορφωμένα ή αδιαμόρφωτα υλικά τα οποία με την κατάλληλη επεξεργασία και τη σωστή συναρμολόγηση ή εφαρμογή συγκροτούν ένα αεροσκάφος με τους κύριους μηχανισμούς του. Τα υλικά αυτά είναι πολλά και διάφορα με ξεχωριστές ιδιότητες για το καθένα, οι οποίες πρέπει να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των αεροπορικών κατασκευών, και παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του αεροσκάφους Ξύλινες ή υφασμάτινες κατασκευές Για λόγους διαθεσιμότητας χαμηλού βάρους και προϋπάρχουσας κατασκευαστικής πείρας, τα περισσότερα πρώιμα αεροσκάφη ήταν κατασκευασμένα από ξύλο και ύφασμα. Τα προτιμώμενα είδη ξυλείας ήταν Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 25 από 193

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 σχετικώς ελαφρά και ανθεκτικά (π.χ. έλατο) και τα υφάσματα ήταν συνήθως λινά ή από κάτι παρόμοιο με πυκνή ύφανση, όχι καραβόπανο, όπως συχνά αναφέρεται. Τα κατασκευασμένα από ξύλο και ύφασμα αεροσκάφη ήταν δύσκολο να συντηρηθούν και φθείρονταν ταχύτατα, όταν έμεναν εκτεθειμένα στα στοιχεία της φύσης. Αυτό το πρόβλημα, μαζί με την ανάγκη για μεγαλύτερη αντοχή, οδήγησε στη χρήση του μετάλλου στα αεροσκάφη Σιδηρούχα υλικά Από μια περίοδο και μετά εκδηλώθηκε μια σταδιακή τάση προς τις μεταλλικές κατασκευές, όπου ορισμένα αεροσκάφη διέθεταν μεταλλικό σκελετό (σχεδόν πάντα από αλουμίνιο ή κράμα αλουμινίου) με επιφάνειες επενδυμένες με ύφασμα, ενώ άλλα χρησιμοποιούσαν πλήρως μεταλλική ολόσωμη κατασκευή. Το μέταλλο ήταν ανθεκτικότερο στην καταπόνηση και τη φθορά από το ύφασμα και το ξύλο, ενώ η χρήση του κατέστησε τα αεροπλάνα ελαφρότερα και πιο εύκολης κατασκευής. Από την άλλη όμως, οι μεταλλικές κατασκευές υπόκεινται στη διάβρωση και την κόπωση των μετάλλων, γι αυτό αναπτύχθηκαν νέες κατεργασίες για την προστασία τους έναντι αυτών των απειλών. Μεγάλη ποικιλία κραμάτων αλουμινίου και τιτανίου αναπτύχθηκε ιδίως σε σκάφη για τα οποία απαιτούνταν ακραία μηχανική αντοχή ή εξαιρετική θερμική αντίσταση, που μπορούσαν να ασκηθούν στο αεροσκάφος από τις υψηλές ταχύτητες που ξεπερνούσαν την ταχύτητα του ήχου Σύνθετα και μη μεταλλικά υλικά Οι διαρκείς εξελίξεις της τεχνολογίας νέων υλικών αποκαλύπτουν μια ολοένα αυξανόμενη προτίμηση χρησιμοποίησης στην αεροναυπηγική σύνθετων υλικών έναντι των μεταλλικών που παραδοσιακά χρησιμοποιούνταν. Ως σύνθετο υλικό ορίζεται το υλικό που αποτελείται από δυο ή περισσότερα συστατικά, τα οποία συνδυάζονται μεταξύ τους, για να επιτύχουν ειδικές ιδιότητες Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 26 από 193

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 και χαρακτηριστικά, που κανένα από τα συμμετέχοντα συστατικά δεν μπορεί από μόνο του να επιτύχει. Τα βασικότερα πλεονεκτήματα της χρησιμοποίησης σύνθετων υλικών στην αεροναυπηγική είναι τα εξής: 1 ) Κατασκευές χαμηλού βάρους (μείωση βάρους κατά 20% και περισσότερο σε σχέση με το αλουμίνιο) 2 ) Μείωση κόστους 3 ) Ασφάλεια, λόγω της υψηλής αντοχής σε διάβρωση και σε κόπωση που παρουσιάζουν. Τα περισσότερα σύνθετα υλικά που χρησιμοποιούνται έχουν οργανική μήτρα, η οποία δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στις διαβρωτικές συνθήκες της ατμόσφαιρας. Συνήθως αποτελούνται από μια βάση ρητίνης οπλισμένη με ίνες. Η ρητίνη μπορεί να είναι εστέρας του βινυλίου, εποξική ή πολυεστέρας, ενώ ο οπλισμός μπορεί να συνίσταται από ποικιλία ινών, εκτεινόμενων από γυαλί μέχρι άνθρακα, το βόριο και αρκετούς πατενταρισμένους τύπους που παρουσιάζουν εξαιρετική συμπεριφορά σε κόπωση, αιφνιδιασμούς, κρούσεις και χαράξεις. Η διάδοση τέτοιου είδους βλαβών είναι βραδεία, ενώ ο τρόπος θραύσης που εισάγουν δε θέτει σε κίνδυνο τη λειτουργικότητα του εξαρτήματος μέχρι την επόμενη επιθεώρηση του Στοιχεία σύνδεσης Τα στοιχεία σύνδεσης αναγνωρίζονται από τον αριθμό προδιαγραφής τους ή από την ονομασία που έχουν στο εμπόριο. Οι κοχλίες, τα μπουλόνια και οι ήλοι αναγνωρίζονται από την τυποποίηση που τους έχουν κάνει διάφοροι φορείς, όπως η υπηρεσία εθνικής αεροπορικής τυποποίησης. Οι σύνδεσμοι ταχείας αποσυνδέσεως αναγνωρίζονται συνήθως από τις διαστάσεις τους και από την ονοματολογία με την οποία τα διαθέτουν οι βιομηχανίες στο εμπόριο. 1 ) Κοχλιωτοί σύνδεσμοι : Υπάρχουν διάφοροι τύποι συνδέσμων που επιτρέπουν τη γρήγορη αποσύνδεση ή αντικατάσταση εξαρτημάτων που πρέπει να αφαιρούνται και να τοποθετούνται κατά συχνά διαστήματα στο αεροσκάφος. Η ήλωση ή η συγκόλληση των εξαρτημάτων αυτών θα είχε σαν αποτέλεσμα Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 27 από 193

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0 τη φθορά ή την καταστροφή των σημείων συνδέσεως. Επίσης, σε μερικές συνδέσεις χρειάζεται μεγάλη συνοχή και ακαμψία που οι ήλοι δεν μπορούν να εξασφαλίσουν. Όταν η αντοχή αποτελεί τη κύρια απαίτηση της συνδέσεως χρησιμοποιούνται βλήτρα, ενώ στην αντίθετη περίπτωση χρησιμοποιούνται κοχλίες. Οι κοχλίες κατασκευάζονται από υλικά μικρότερης αντοχής από αυτά των βλήτρων. Μερικοί όμως τύποι κοχλιών έχουν το ίδιο υλικό με τα βλήτρα και ξεχωρίζουν μόνο από την κεφαλή. 2 ) Περικόχλια αεροσκαφών : Τα περικόχλια αεροσκαφών κατασκευάζονται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη. Τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται είναι ανοξείδωτος χάλυβας και κράμα αλουμινίου, με αριστερόστροφο ή δεξιόστροφο σπείρωμα. Τα περικόχλια χωρίζονται γενικά σε δύο κατηγορίες: Τα μη αυτασφαλιζόμενα, τα οποία μπορούν ν ασφαλισθούν με ασφαλιστικά περικόχλια, κοπίλιες και σύρμα ασφαλείας. Τα αυτασφαλιζόμενα, τα οποία ασφαλίζουν μόνα τους. 3 ) Παράκυκλοι αεροσκαφών : Οι αεροπορικοί παράκυκλοι διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες, Απλούς Ασφαλιστικούς Αντιδονηστικούς Ειδικούς 4 ) Συρματόσχοινα : Τα συρματόσχοινα χρησιμοποιούνται σαν κύρια μέσα συνδέσεως του χειριστηρίου και ποδοστηρίου με τα αντίστοιχα πηδάλια. Επίσης τα συρματόσχοινα χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο διαφόρων συστημάτων του κινητήρα, του συστήματος προσγειώσεως ανάγκης και για τον έλεγχο διαφόρων άλλων συστημάτων του αεροπλάνου. Ο τρόπος συνδεσμολογίας με συρματόσχοινα έχει αρκετά πλεονεκτήματα όπως: εύκολη προσαρμογή, λειτουργία του συστήματος χωρίς χαλάρωση, υψηλή απόδοση και μικρό βάρος. Το βασικό μειονέκτημα είναι ότι χρειάζεται συχνά ρύθμιση, επειδή το μήκος του επηρεάζεται από την θερμοκρασία με αποτέλεσμα τη μεταβολή της έντασης. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 28 από 193

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ) Ήλοι : Η ικανότητα σε αντοχή ενός αεροπλάνου δεν εξαρτάται μόνο από τα υλικά που είναι κατασκευασμένο αλλά και από τον τρόπο συνδέσεως των υλικών αυτών. Ο σκελετός, τα εξαρτήματα και η επικάλυψη των περισσότερων αεροσκαφών αποτελούνται κατά το μεγαλύτερο μέρος από αλουμίνιο ή κράματά του. Για την περίπτωση των αεροσκαφών ο πιο πρόσφορος τρόπος μόνιμης σύνδεσης είναι η ήλωση, γιατί είναι ικανοποιητική σε ότι αφορά την αντοχή και πιο εύκολη σε σύγκριση με την ηλεκτροσυγκόλληση. Εκτός από τα ελάσματα, ο ήλος χρησιμοποιείται για μόνιμη σύνδεση και άλλων συγκροτημάτων της δομής των αεροπλάνων. Οι ήλοι στα αεροπλάνα είναι δύο ειδών, οι ήλοι με συμπαγές στέλεχος και οι ειδικοί ήλοι που χρησιμοποιούνται στις τυφλές ηλώσεις. Όπως αντιλαμβανόμαστε, το αεροσκάφος αποτελείται από μια μεγάλη ποικιλία εξαρτημάτων και υλικών που συνδέονται μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο, ώστε να επιτευχθεί το ζητούμενο που είναι η πτήση. Στο επόμενο κεφάλαιο θα εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο τα διάφορα μέρη που εξετάσαμε παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν, ώστε να έχουμε τον απόλυτο έλεγχο του αεροσκάφους. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 29 από 193

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΙ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΥΣ 2.1. Γενικά Αφού είδαμε τα κύρια τμήματα του αεροσκάφους και τις κατασκευαστικές δομές του, θα αναφερθούμε στο πώς αυτά τα τμήματα συνεργάζονται μεταξύ τους, ώστε να επιτύχουμε το αποτέλεσμα μιας ομαλής πτήσης. Θα δούμε τους τρεις άξονες στους οποίους μπορεί να κινηθεί το αεροσκάφος, τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να το ελέγξουμε κατά τη διάρκεια της πτήσης αλλά και τις πτητικές φάσεις μιας ολοκληρωμένης πτήσης Άξονες και περιστροφή αεροσκάφους Το αεροσκάφος είναι δυνατόν να στραφεί γύρω από τους τρεις άξονες του (βλ.σχ.2.1) : 1 ) Τον διαμήκη 2 ) Τον εγκάρσιο 3 ) Τον κατακόρυφο Κατακόρυφος άξονας Διαμήκης άξονας Εγκάρσιος άξονας Σχήμα 2.1 Άξονες αεροσκάφους Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 30 από 193

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ) Ο διαμήκης άξονας: Είναι αυτός που διατρέχει την άτρακτο του αεροσκάφους, από την κεφαλή ως την ουρά. Η στροφή του αεροπλάνου γύρω από αυτόν τον άξονα ονομάζεται διατοιχισμός. Η ευστάθεια, που αναφέρεται στον συγκεκριμένο άξονα, ονομάζεται εγκάρσια ευστάθεια. 2 ) Ο εγκάρσιος άξονας: Είναι αυτός που διατρέχει τις πτέρυγες από τη μια άκρη τους ως την άλλη, διέρχεται από το κέντρο βάρους του αεροσκάφους και τέμνει κάθετα τον διαμήκη άξονα. Η ευστάθεια γύρω από τον εγκάρσιο άξονα ονομάζεται διαμήκης ευστάθεια. 3 ) Ο κατακόρυφος άξονας: Είναι ο άξονας που περνά κάθετα από το κέντρο βάρους του αεροσκάφους. Η ευστάθεια γύρω από αυτόν τον άξονα ονομάζεται παρειακή ευστάθεια. Όπως είναι φανερό από τα παραπάνω, οι τρεις άξονες τέμνονται στο κέντρο βάρους του αεροσκάφους και ο καθένας είναι κάθετος στο επίπεδο που ορίζουν οι άλλοι δύο. Η περιστροφή γύρω από τον διαμήκη άξονα ονομάζεται διατοιχισμός, η περιστροφή γύρω από τον εγκάρσιο άξονα ονομάζεται πρόνευση, ενώ η περιστροφή του σκάφους γύρω από τον κάθετο άξονα ονομάζεται εκτροπή (βλ.σχ.2.2). Διατοιχισμός Πρόνευση Εκτροπή Σχήμα 2.2 Περιστροφές γύρω από τους τρεις άξονες Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 31 από 193

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Επιφάνειες ελέγχου πτήσης αεροσκάφους Οι επιφάνειες ελέγχου είναι κινούμενες αεροτομές που μπορούν να αλλάξουν την πορεία του αεροσκάφους κατά την διάρκεια της πτήσης. Οι επιφάνειες ελέγχου χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: 1 ) Πρωτεύουσες επιφάνειες: Αυτές περιλαμβάνουν τα πηδάλια κλίσεως, τα πηδάλια ύψους-βάθους και το πηδάλιο διευθύνσεως. Οι επιφάνειες αυτές χρησιμοποιούνται, για να κινούν το αεροσκάφος και στους τρεις άξονες του (βλ.σχ.2.3). Πηδάλιο ύψους-βάθους Δεξιό πηδάλιο κλίσεως Πηδάλιο διευθύνσεως Αριστερό πηδάλιο κλίσεως Σχήμα 2.3 Πρωτεύουσες επιφάνειες ελέγχου 2 ) Δευτερεύουσες επιφάνειες: Αυτές περιλαμβάνουν τα αντισταθμιστικά πτερύγια (βλ.σχ.2.4) και τα ενισχυτικά. Τα αντισταθμιστικά είναι μικρές αεροτομές που βρίσκονται στο χείλος εκφυγής και βοηθούν το χειριστή να αντιμετωπίζει τις διάφορες εκτροπές του αεροσκάφους χωρίς να χρησιμοποιήσει τα πηδάλια, ενώ τα ενισχυτικά βοηθούν το χειριστή στην κίνηση των επιφανειών ελέγχου. 3 ) Βοηθητικές επιφάνειες: Αυτές περιλαμβάνουν τα πτερύγια καμπυλότητας, τους καταστροφείς αντώσεως και τα slats (βλ.σχ.2.5). Τα πτερύγια καμπυλότητας χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πρόσθετης αντώσεως, βρίσκονται στο χείλος προσβολής και εκφυγής της πτέρυγας, και σκοπός τους είναι στη μεν προσγείωση Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 32 από 193

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 την ελάττωση της ταχύτητας, στη δε απογείωση την ελάττωση της διαδρομής απογειώσεως. Οι καταστροφείς αντώσεως χρησιμοποιούνται στην ελάττωση της άντωσης, όταν αυτό χρειαστεί, ενώ τα slats βοηθούν στο χειρισμό του αεροσκάφους στις χαμηλές ταχύτητες. Σχήμα 2.4 Διάφοροι τύποι αντισταθμιστικών πτερυγίων Slat σε κλειστή θέση Slat σε ανοικτή θέση ( α ) ( β ) Σχήμα 2.5 Τύποι πτερυγίων καμπυλότητας ( α ) Τύπος Slat σε δύο θέσεις ( β ) Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 33 από 193

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Στατική και δυναμική ευστάθεια αεροσκάφους Το αεροσκάφος πρέπει να έχει ευστάθεια έτσι ώστε να μπορεί να διατηρεί την πορεία του ανεξάρτητα των διαταράξεων της πτήσεως. Ευστάθεια είναι η ικανότητα της ευθείας και οριζόντιας πτήσεως χωρίς τη βοήθεια των πηδαλίων. Τα είδη της ευστάθειας που θα συναντήσουμε περισσότερο είναι η στατική και η δυναμική. 1 ) Στατική ευστάθεια: Όταν το άθροισμα των δυνάμεων και των ροπών που ενεργούν σε ένα αεροσκάφος είναι μηδέν, τότε αυτό το αεροσκάφος βρίσκεται σε ισορροπία. Αν για οποιοδήποτε λόγο διαταραχτεί η ισορροπία του σκάφους, τότε έχουμε και διαταραχή της σταθερής του πορείας. Η στατική ευστάθεια ορίζεται από την πορεία που θα ακολουθήσει το αεροσκάφος μετά τη διαταραχή. Αν το αεροσκάφος μετά τη διαταραχή τείνει να επιστρέψει στην θέση ισορροπίας του, τότε λέμε ότι έχει θετική στατική ευστάθεια. Αν το αεροσκάφος μετά τη διαταραχή ακολουθήσει τη διεύθυνση της διαταραχής του, τότε λέμε ότι έχει αρνητική στατική ευστάθεια. Αν το αεροσκάφος μετά τη διαταραχή παραμείνει σε ισορροπία στη διεύθυνση της διαταραχής του, τότε λέμε ότι έχει ουδέτερη στατική ευστάθεια. 2 ) Δυναμική ευστάθεια: Η ευστάθεια αυτή καθορίζεται από τη χρονική διάρκεια της διαταραχής που υπέστη το αεροσκάφος. Γενικά λέμε ότι: Ένα αεροσκάφος έχει θετική δυναμική ευστάθεια, αν η κίνηση από τη διαταραχή ελαττώνεται με το χρόνο. Ένα αεροσκάφος έχει δυναμική αστάθεια, αν η κίνηση αυτή αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. Όλα τα αεροσκάφη θα πρέπει να έχουν στατική και δυναμική ευστάθεια αλλά μέχρι ένα συγκεκριμένο βαθμό, ώστε να αποφύγουμε τα αντίθετα αποτελέσματα Έλεγχος γύρω από τους τρεις βασικούς άξονες περιστροφής Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 34 από 193

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 Ο έλεγχος γύρω από τους άξονες του αεροσκάφους επιτυγχάνεται με το συνδυασμό των πηδαλίων κλίσεως, ύψους-βάθους και διευθύνσεως. 1 ) Έλεγχος γύρω από τον διαμήκη άξονα : Η κίνηση γύρω από το διαμήκη άξονα ονομάζεται κλίση (βλ.σχ.2.6). Τα πηδάλια κλίσεως, που είναι επάνω στις πτέρυγες, είναι υπεύθυνα για τον έλεγχο αυτής της κίνησης. Τα πηδάλια κλίσεως ευθυγραμμίζονται με τις πτέρυγες, όταν βρίσκονται σε ουδέτερη θέση και αντιδρούν με τις πλευρικές κινήσεις του χειριστηρίου. Όταν ο χειριστής στρίβει το χειριστήριο προς τα αριστερά, ανυψώνει το αριστερό πηδάλιο κλίσεως και κατεβάζει το δεξί αναγκάζοντας έτσι το αεροσκάφος να κλίνει στα αριστερά (το αντίθετο θα συνέβαινε αν έστριβε προς τα δεξιά). Το πηδάλιο που κατεβαίνει, αυξάνει την άντωση, αυξάνοντας την καμπυλότητα της πτέρυγας, και συγχρόνως αυξάνει την οπισθέλκουσα, στην όποια θα αναφερθούμε παρακάτω. Το πηδάλιο που ανεβαίνει ελαττώνει την άντωση και έτσι το αεροσκάφος κινείται γύρω από τον διαμήκη άξονα. Δεξιό πηδάλιο κλίσεως Αριστερό πηδάλιο κλίσεως Σχήμα 2.6 Έλεγχος γύρω από τον διαμήκη άξονα 2 ) Έλεγχος γύρω από τον εγκάρσιο άξονα : Όταν το ρύγχος του αεροσκάφους ανεβαίνει ή κατεβαίνει λέμε ότι αυτό κινείται γύρω από τον εγκάρσιο άξονα, με την βοήθεια των πηδαλίων ύψους-βάθους που βρίσκονται στο χείλος εκφυγής του οριζόντιου σταθερού (βλ.σχ.2.7). Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 35 από 193

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 Πηδάλιο ύψους-βάθους Σχήμα 2.7 Έλεγχος γύρω από τον εγκάρσιο άξονα Τα πηδάλια προκαλούν την άνοδο ή την κάθοδο του αεροσκάφους, έτσι ώστε να υπάρχει άντωση σε όλο το εύρος των ταχυτήτων. Όταν κινηθούν προς τα πάνω, ελαττώνουν την άντωση του ουραίου τμήματος, με αποτέλεσμα αυτό να κατεβαίνει και το ρύγχος να ανεβαίνει κάνοντας το αεροσκάφος να χάνει ταχύτητα (το αντίθετο συμβαίνει, αν κινηθεί προς τα κάτω). 3 ) Έλεγχος γύρω από τον κατακόρυφο άξονα : Η κίνηση γύρω από τον κατακόρυφο άξονα ελέγχεται με το πηδάλιο διευθύνσεως και βοηθάει στην στροφή του αεροσκάφους (βλ.σχ.2.8). Η κίνηση του πηδαλίου δεξιά προκαλεί δεξιά στροφή και το αντίθετο. Η κύρια λειτουργία του πηδαλίου είναι η στροφή κατά την πτήση, αλλά χρησιμοποιείται και για τον έλεγχο της κλίσεως του αεροσκάφους. Πηδάλιο διευθύνσεως Σχήμα 2.8 Έλεγχος γύρω από τον κατακόρυφο άξονα Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 36 από 193

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Μηχανική συνδεσμολογία και λειτουργιά πηδαλίων Τα συστήματα που ενεργοποιούν τις επιφάνειες ελέγχου, πρωτεύουσες, δευτερεύουσες και βοηθητικές, αποτελούνται από εξαρτήματα, συνδεσμολογίες και μηχανισμούς που συνδέουν τις επιφάνειες ελέγχου με τα χειριστήρια. Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνουν: 1 ) Συγκροτήματα συρματόσχοινων : Τα κοινά συρματόσχοινα αποτελούνται από πολύκλωνα συρματόσχοινα, ακροδέκτες για την σύνδεση μεταξύ τους και εντατήρες. Για την ρύθμιση της εντάσεως των συρματόσχοινων χρησιμοποιείται ο ρυθμιζόμενος σύνδεσμος, με τον οποίο επιτυγχάνουμε την ομοιόμορφη σύσφιξη ή απόσφιξη των δύο πλευρών του. 2 ) Οδηγοί συρματόσχοινων : Οι οδηγοί συρματόσχοινων αποτελούνται από τον βασικό οδηγό, τα παρεμβάσματα στεγανότητας και τις τροχαλίες (βλ.σχ.2.9). Σκοπός τους είναι να κατευθύνουν το συρματόσχοινο ευθύγραμμα στα σημεία που αυτό περνάει από τρύπες ή αλλά τμήματα της δομής του αεροσκάφους. Οι οδηγοί δεν πρέπει ποτέ να δίνουν στο συρματόσχοινο απόκλιση μεγαλύτερη των 3 0 μοιρών. Σχήμα 2.9 Οδηγοί συρματόσχοινων Τα παρεμβάσματα δεν επιτρέπουν τυχόν διαρροές αέρα και ταυτόχρονα εμποδίζουν την κίνηση του συρματόσχοινου. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 37 από 193

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 Οι τροχαλίες χρησιμεύουν σαν οδηγοί για τα συρματόσχοινα και βοηθούν στην αλλαγή της διευθύνσεως τους. 3 ) Μηχανικές συνδεσμολογίες : Οι μηχανισμοί που χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση των χειριστηρίων με τα πηδάλια, μεταφέρουν την κίνηση ή της αλλάζουν διεύθυνση στο σύστημα ελεγχου, αν αυτό χρειαστεί. Η συνδεσμολογία αποτελείται από: Ράβδους ελεγχου που χρησιμοποιούνται, για να παρέχουν κινήσεις ώσεως-έλξεως. Οι ράβδοι πρέπει να μην έχουν καθόλου απόκλιση εκτός και αν αυτό απαιτείται από την κατασκευή. Όταν μία γωνιακή ή παλινδρομική κίνηση απαιτείται στο σύστημα ελεγχου, τοποθετείται σωλήνας ροπής. Για την αλλαγή και μετάδοση της κίνησης στις ράβδους ελέγχου, στα συρματόσχοινα και στους σωλήνες ροπής χρησιμοποιούνται πλαίσια, αγκωνωτοί μοχλοί, τροχαλίες και τύμπανα. 4 ) Εμποδιστήρες : Αυτοί χρησιμοποιούνται για να περιορίζουν τη μέγιστη επιτρεπόμενη διαδρομή των πηδαλίων κλίσεως, ύψους-βάθους και διευθύνσεως. Συνήθως υπάρχουν δύο ζεύγη τα οποία δημιουργούν ένα μικρό διάκενο, όταν τα πηδάλια βρίσκονται στην ακραία θέση τους, έτσι ώστε σε περίπτωση βίαιου ή λανθασμένου χειρισμού να εμποδίσουν την υπερφόρτωση του συρματόσχοινου και την πιθανή του βλάβη. 5 ) Αποσβεστήρες και συστήματα ασφαλίσεως : Αυτοί χρησιμοποιούνται για την ασφάλιση των πηδαλίων, όταν το αεροσκάφος είναι σταθμευμένο, έτσι ώστε να προστατευτούν τα πηδάλια και οι μηχανισμοί από τους ισχυρούς ανέμους ή τις καταιγίδες. Συνηθισμένα συστήματα είναι το εσωτερικό φρένο ασφαλίσεως, οι ασφαλιστικοί πείροι και οι εξωτερικές ασφάλειες πηδαλίων. Τα συστήματα αυτά θα πρέπει να ρυθμίζονται, ώστε να καλύπτουν τις απαιτήσεις λειτουργίας τους. Η ρύθμιση περιλαμβάνει : Τοποθέτηση και ασφάλιση των πηδαλίων στην ουδέτερη θέση τους Ρύθμιση εντάσεως συρματόσχοινων πηδαλίων Ρύθμιση εμποδιστήρων διαδρομής σύμφωνα με τις απαιτήσεις του κατασκευαστή. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 38 από 193

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Αρχές ζυγοσταθμίσεως και επαναζυγοσταθμίσεως Οι επιφάνειες ελέγχου πτήσης ενός αεροσκάφους χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση ελιγμών. Οι τρεις αυτές κύριες επιφάνειες ελέγχου έχουν σχεδιαστεί και τοποθετηθεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να εξασφαλίζουν το καλύτερο αποτέλεσμα για όλο το εύρος ταχυτήτων αλλά και να παραμένουν σε ουδέτερη θέση κατά την ευθεία και οριζόντια πτήση του αεροσκάφους. Αν οι επιφάνειες ελέγχου δεν έχουν εγκατεστημένα βάρη ζυγοσταθμίσεως στο μπροστινό χείλος τους, τότε οι απαιτούμενες δυνάμεις για την μεταβολή της γωνίας από τον χειριστή θα ήταν απαγορευτικές. Αυτή η οπισθοβαρής επιφάνεια ελεγχου, άρα και μη ζυγοσταθμισμένη, μπορεί να προκαλέσει ένα πτερυγισμό στο αεροσκάφος ο οποίος θα μπορούσε να είναι καταστροφικός. Ο καλύτερος τρόπος για την αποφυγή αυτού του φαινομένου είναι η τοποθέτηση βαρών στο χείλος προσβολής των διαφόρων επιφανειών ή σε κατάλληλη θέση στα πλαίσια ζυγοσταθμίσεως (βλ.σχ.2.10). Κατάσταση που απαιτεί πρόσθεση βαρών Κατάσταση που απαιτεί αφαίρεση βαρών Κατάσταση ζυγοσταθμίσεως Σχήμα 2.10 Ζυγοστάθμιση επιφανειών ελέγχου Μετά από κάθε επισκευή θα πρέπει να γίνεται επαναζυγοστάθμιση με την πρόσθεση βάρους, όπου αυτό απαιτείται, ώστε να μην παρατηρηθεί καμιά Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 39 από 193

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 περίπτωση αστάθειας και λανθασμένων χειρισμών λόγω επαναζυγοσταθμίσεως του αεροσκάφους. Η επαναζυγοστάθμιση περιλαμβάνει την : Στατική ζυγοστάθμιση η οποία είναι η τάση ενός αντικειμένου να παραμένει σε ισορροπία, όταν στηρίζεται στο κέντρο βάρους του. Δυναμική ζυγοστάθμιση, όταν όλες οι παραγόμενες δυνάμεις ενός περιστρεφόμενου σώματος είναι ισορροπημένες μεταξύ τους και δε δημιουργούνται κραδασμοί κατά την κίνηση του Εισαγωγή στις εξισώσεις κίνησης του αεροσκάφους Η διαφορά στην καμπυλότητα της πάνω και κάτω επιφάνειας της πτέρυγας δημιουργεί τη δύναμη αντώσεως. Ο αέρας που ρέει στην πάνω μεριά της επιφάνειας, πρέπει να φθάσει στο χείλος εκφυγής στον ίδιο χρόνο με τον αέρα που ρέει στη κάτω μεριά. Ο αέρας στην πάνω μεριά κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα,από αυτόν της κάτω, διότι λόγω της καμπυλότητας στη πτέρυγα έχει να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση. Η αύξηση της ταχύτητας,σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli (εξίσωση 2.1 & 2.2), προκαλεί διαφορά πίεσης της πάνω επιφάνειας με την κάτω, η οποία διαφορά ωθεί την πτέρυγα προς τα επάνω δημιουργώντας την δύναμη της άντωσης (εξίσωση 2.3) (βλ.σχ.2.11). P ολ = P 1 + pu 1 2 /2 = cοnst (2.1) P ολ = P 2 + pu 2 2 / 2 = cοnst (2.2) Όπου, P 1 : η πίεση στο πάνω μέρος της πτέρυγας U 1 : η ταχύτητα στο πάνω μέρος της P 2 : η πίεση στο κάτω μέρος της πτέρυγας U 2 : η ταχύτητα στο κάτω μέρος της πτέρυγας p : η πυκνότητα του αέρα που μεταβάλετε με το ύψος L = Cl * pu 2 / 2 *S (2.3) Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 40 από 193

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0 Όπου, L : η δύναμη άντωσης Cl : συντελεστής άντωσης (αδιάστατο) p : η πυκνότητα του αέρα που μεταβάλλετε με το ύψος U : η ταχύτητα S : η επιφάνεια της πτέρυγας Σχήμα 2.11 Διάφορα πίεσης στις επιφάνειες της πτέρυγας Η άντωση αυξάνεται με την αύξηση της γωνίας προσβολής, της επιφάνειας της πτέρυγας, της ταχύτητας, της πυκνότητας του αέρα ή την αλλαγή σχήματος της αεροτομής. Ένα αεροσκάφος που πετά είναι το κέντρο μιας συνεχούς εξασκήσεως δυνάμεων που η επιμέρους εκμετάλλευση τους βοηθούν στους ελιγμούς. Σε όλες τις συνθήκες οι υπολογισμοί της πτήσεως γίνονται βάσει της τιμής και της διεύθυνσης τεσσάρων δυνάμεων (βλ.σχ.2.12). Βάρος Άντωση Οπισθέλκουσα Ώση Το βάρος είναι η δύναμη της βαρύτητας που επενεργεί προς τα κάτω και περιλαμβάνει το αεροσκάφος, το πλήρωμα, το καύσιμο και το φορτίο. Η άντωση ενεργεί κάθετα και αντίθετα με το βάρος. Αναστασιάδης Δημήτριος Σελίδα 41 από 193