Strona techniczna samolotow lekcja 5.

Lekcja piata zostanie poświęcona nowej książce M11.02 Airframe Structures General Concepts.
Jest to książka opisująca konstrukcje samego samolotu i jego poszycia. Opisuje również wymogi wytrzymałości poszczególnych elementów oraz jak zabezpiecza się go przed korozja.

Zacznijmy od podstaw konstrukcja samolotu nie jest tylko bazowana na bezpieczeństwie i wytrzymałości lecz musi tez wytrzymać przeciążenia związane z manewrami i dać się łatwo sterować co jest związane z potrzeba pozytywnej stabilności konstrukcji. Ponieważ samoloty z czasem zaczęły latać na wyższych wysokościach i korzystać z kabiny ciśnieniowej kontrolowana jest także ilość lotów która jest ograniczona ze względu na zużycie materiałów.

Z czasem materiały używane do konstrukcji samolotu były coraz silniejsze i lżejsze, ich żywotność i odstępy miedzy serwisem zostały wydłużone ale nadal mechanicy kontrolują i szukają śladów wcześniejszego zużycia podczas rutynowych kontroli.

Wymogi trwałości i wytrzymałości konstrukcji samolotu uzależnione są w dużej mierze od materiału z którego jest skonstruowany. Natomiast wybór materiału opiera się na kilku czynnikach: wytrzymałość podczas kołowania, startów, lądowań, napraw, turbulencji, podmuchów oraz manewrowania.

Konstrukcja samolotu dzieli się na trzy podrodzaje. Pierwszy z nich to Primary Structure jest to konstrukcja która nadaje samolotowi wytrzymałość i musi być sprawna i kompletna aby móc lecieć. Następny rodzaj to Secondary Structure jest to konstrukcja drugorzędna głównie uznawane wszystko inne co jest potrzebne do lotu ale nie nadaje konstrukcji samolotu wytrzymałości jak miedzy innymi obudowy aerodynamiczne lub przednie natarcie skrzydła. Trzeciorzędna konstrukcja samolotu są to dodatki które nie są potrzebne do lotu ale mogą być zamontowane dla większej wygody, oszczędności lub wyglądu. Gdy jest już zamontowane na samolocie musi spełniać wszystkie wymogi i być w dobrym stanie chociaż ze nie jest potrzebna.

A tu schemat pokazujący pierwszorzędna i drugorzędna strukturę w standardowym samolocie typu A340.

Następie przyjrzyjmy się trzem rodzajom konstrukcji samolotów. Pierwszy z nich używany w latach 30 i 40 nazywany Safe Life polegał na korzystaniu z części przez określony czas po czym były one wymieniane na nowe a stare nie nadawały się już do naprawy ani ponownego użytku. Następnie powstała konstrukcja Fail Safe gdzie komponenty które były poddawane obciążenia były duplikowane aby w razie uszkodzenia jednego z nich drugi był w stanie wytrzymać cale obciążenie. Jest to stary typ konstrukcji nadal używany w wielu produkowanych samolotach. Używanie tego typu  konstrukcji zapoczątkowano miedzy innymi przy budowie Boeinga 727. 

Ostatnim i najnowszym typem konstrukcji dzisiaj używanym jest Damage tolerance gdzie obciążenie jest rozprowadzane po większej części konstrukcji i w razie powstania pęknięć i zużycia w pewnych jej częściach nadal ma wystarczającą sile. Następnie pęknięcia i zużycie są wykrywane podczas planowanych serwisów i usuwane po czym samolot odzyskuje swoja pełną wytrzymałość w ten sposób jest to powtarzane przez cala żywotność samolotu.

Na tym skończymy dzisiejsza lekcje. W następnej lekcji będziemy kontynuować temat konstrukcji samolotu. 

Ciekawostka nr 5.

Ta ciekawostka również została udostępniona mi przez nowego nauczyciela. Samolot rejsowy WizzAir lecący z Katowic do Londynu  w 2013 roku miał nieodczuwalne dla pasażerów problemy z automatyczna korekcja kierunku lotu podczas lądowania przy silnym bocznym wietrze.
Po wylądowaniu i zgłoszeniu problemu przez pilotów przeprowadzono inspekcje która wykazała zły montaż siłownika hydraulicznego sterowanego przez autopilota. Problemem był brak połączenia go z powierzchnia sterującą.
Powodem tego był źle wykonany serwis poprzedniej nocy przez wynajęta firmę na lotnisku w Katowicach. Kontrola wykazała kilka czynników które przyczyniły się do tego błędu i przyczyniła się do poprawienia struktury, rutyn i jakości wykonywanych prac przez ta firmę.

Boeing 747

Boeing 747 był pierwszym produkowanym samolotem typu szerokokadłubowego. Prace nad nim zaczęły się w 1963 rogu gdy Amerykańska marynarka potrzebowała jeszcze większego samolotu transportowego który mógł by pomieścić ich największe ładunki. W 1965 roku linia Pan Am zauważyła duży potencjał w tym samolocie i rozpoczęła współpracę z Boeingiem w jego projektowaniu. Miał on zostać następcą samolotu 707.

Podczas fazy projektowej Pan Am był bardzo zainteresowany samolotem który zabierze trzystu pasażerów na odległość pięciu tysięcy kilometrów. Ponieważ było to duże wyzwanie Pan Am zagwarantował ze kupi 20 maszyn jeżeli tylko inżynierom Boeinga uda się zaprojektować taki samolot i doprowadzić do jego bezpiecznego oderwania się od ziemi.
Na początku fazy projektowej inżynierowie planowali zbudować samolot dwupoziomowy w stylu A380 ale technologia z tego czasu niepozwalala na wykonanie takiej konstrukcji. Po wielu miesiącach planowania i budowy pierwszego egzemplarza Boeing przedstawił maszynę która spełniała kryteria a na dodatek przerosła wszystkie oczekiwania. Boeing planował zostawić górny pokład samolotu jako część wypoczynkowa dla załogi samolotu lecz Pan Am widząc duży potecial tej części samolotu przerobił ja na kabinę pierwszej klasy.
Samolot który wyprodukował Boeing stal się symbolem lotów międzykontynentalnych i rekordzista z tytułem największego seryjnie produkowanego samolotu pasażerskiego. Utrzymał ten tytuł aż przez około 40 lat od pierwszego lotu do czasu powstania A380.
Chociaz ze historia tego samolotu wydaje się tak niesamowita i udana jego powstanie stało pod wielkim znakiem zapytania gdy podczas projektowania samolotu Boeing znalazł się w kryzysie i planował zwolnic polowe z 4000 inżynierów pracujących nad projektem. W tym momencie pomysłodawca projektu zaryzykował własna posadę i sprzeciwił się zadaniom firmy i zażądał dodatkowych 800 inżynierów dzięki czemu projekt został dokończony. Podczas budowy samolotu musiała powstać hala produkcyjna dla niego która powstała na lotnisku Everest na północ od Seattle w USA. Ta hala produkcyjna jest do tej pory uważana za najdluzszy budynek na świecie i składane są w niej wszystkie szerokokadłubowe modele Boeinga.
Boeing chcąc odzyskać tytuł najdłuższego samolotu pasażerskiego przeprojektował 747 i stworzył wariant 747-8 który jest dłuższy od A380 i bardziej ekonomiczny w ilości zużytego paliwa na pasażera niż A380. Boeing 747-8 ma skrzydła nowego projektu które maja mniejszy opór powietrza i są lżejsze od poprzednika, lżejsze silniki które chodzą ciszej i dają większą moc przy zużyciu mniejszej ilości paliwa oraz wydłużony górny pokład mogący pomieścić więcej pasażerów. Oprócz tego system mechanicznego przekazywania komend sterowania do powierzchni sterujących został zamieniony na fly by wire czyli sterowanie powierzchniami sterującymi za pomocą komend elektrycznych które sterują siłownikami hydraulicznymi.

Specyfikacje rożnych wariantów 747

Typ	747-100	747-200B	747-300	747-400 747-400ER	747-8I
Załoga	Trzy osoby			Dwie osoby
Standardowa ilość siedzeń	452 (2-klasy) 366 (3-klasy)		496 (2-klasy) 412 (3-klasy)	524 (2-klasy) 416 (3-klasy)	467 (3-klasy)
Długość	70,6 m				76,3 m
Rozpiętość skrzydeł	59,6 m			64,4 m	68,5 m
Wysokość	19,3 m			19,4 m	19,4 m
Masa własna	358 000 lb (162 400 kg)	383 000 lb (174 000 kg)	392 800 lb (178 100 kg)	393 263 lb (178 756 kg) ER: 406 900 lb (184 600 kg)	472 900 lb (214 503 kg)
Maksymalna masa startowa	735 000 lb (333 390 kg)	833 000 lb (377 842 kg)		875 000 lb (396 890 kg) ER: 910 000 lb (412 775 kg)	975 000 lb (442 253 kg)
Prędkość przelotowa (na wysokości 35 000 ft)	Mach 0,84 (555 mph, 893 km/h, 481 kt )			Mach 0,85 (567 mph, 913 km/h, 493 kt) ER: Mach 0,855 (570 mph, 918 km/h, 495 kt)	Mach 0,855 (570 mph, 918 km/h, 495 kt)
Prędkość maksymalna	Mach 0,89 (594 mph, 955 km/h, 516 kt)			Mach 0,92 (614 mph, 988 km/h, 533 kt)
Maksymalny zasięg	5 300 Mm (9 800 km)	6 850 Mm (12 700 km)	6 700 Mm (12 400 km)	7 260 Mm (13 450 km) ER: 7 670 Mm (14 205 km)	8 000 Mm (14 815 km)
Pojemność zbiorników	183 380 L	199 158 L		216 840 L ER: 241 140 L	243 120 L
Dostępne silniki	PW JT9D-7A RR RB211-524B2	PW JT9D-7R4G2 GE CF6-50E2 RR RB211-524D4	PW JT9D-7R4G2 GE CF6-80C2B1 RR RB211-524D4	PW 4062 GE CF6-80C2B5F RR RB211-524G/H ER: GE CF6-80C2B5F	GEnx-2B67
Ciąg (pojedynczej jednostki)	PW 46 500 lbf (207 kN) RR 50 100 lbf (223 kN)	PW 54 750 lbf (244 kN) GE 52 500 lbf (234 kN) RR 53 000 lbf (236 kN)	PW 54 750 lbf (244 kN) GE 55 640 lbf (247 kN) RR 53 000 lbf (236 kN)	PW 63 300 lbf (282 kN) GE 62 100 lbf (276 kN) RR 59 500/60,600 lbf (265/270 kN) ER: GE 62 100 lbf (276 kN)	66 500 lbf (296 kN)

Strona techniczna samolotów lekcja 4.

To będzie ostatnia lekcja związana z książką M11.01 Theory of flight. W tej lekcji zajmiemy się budową poszczególnych lotek oraz w jaki sposób one działają i typami klap i ich działaniu.
Zacznijmy od podstaw, poszczególne powierzchnie sterujące mają różną budowę oraz działanie ale wszystkie są bazowane na tej samej zasadzie. Zasada ta polega na zwiększeniu lub zmniejszeniu siły nośnej danej powierzchni zależnie od wychylenia powierzchni sterującej.

Jak widać powyżej powierzchnia sterującą jest zamocowana do profilu za pomocą mocowania w osi jej obrotu. Może się ona wychylać w dół zwiększając siłę nośną lub w górę zmniejszając siłę nośną. Ponieważ podczas lotu w okuł powierzchni sterujących jest duży przepływ powietrza i wychylenie ich tworzy ogromny opór a co za tym idzie potrzeba do tego ogromnej siły, dlatego używane są powierzchnię wspomagające. Pierwszą z nich są powierzchnię balansujące które dzięki temu że wystają w przeciwnym kierunku do wysunięcia powierzchni sterującej pomagają utrzymać ją w wybranej pozycji za pomocą oporu powietrza. 

Następną powierzchnią jest Balance tab. Jej zadanie to zmienić przepływ powietrza wzdłuż powierzchni sterującej tak aby ułatwić operowanie nią. Jej zalety to prosta konstrukcja oraz ułatwienie w operowaniu powierzchnią sterującą ale ma też wadę ponieważ zmieniając przepływ powietrza wzdłuż powierzchni zmniejsza jej efektywność. Jest ona zbudowana w sposób pokazany poniżej i jest ona automatyczna to znaczy że nie jest kontrolowana przez człowieka. 

Następną powierzchnią jest Balance panel. Ma ona takie same zadanie jak Balance tab ale jest inaczej zbudowana i działa na innej zasadzie, można ją określić jako trudniejszą do zrozumienia. Pomaga ona w operowaniu powierzchnią sterującą ale nie zmniejsza ona aż tak efektywności jak Balance tab. Poniżej zdjęcie Balance panel a pod nim wyjaśnienie działania. 

Działa ona  na zasadzie zmiany ciśnienia. Gdy pilot popchnie wolant powierzchnia zostanie pociągnięta w dół za pomocą przymocowanego do niej pałąka (to ten pałąk pod powierzchnią od którego idzie strzałka w lewo) następnie gdy powierzchnia zacznie się już przemieszczać zmieni się wielkość slot'u (otworu) do upper and lower chamber (górnej i dolnej komory). W momencie w którym zmienia się wielkość slot'u zmienia się ciśnienie w środku komory, ponieważ dolny slot się zamyka i ciśnienie w dolnej komorze się nie zmienia ale górny slot się otwiera i opływ powietrza przy nim powoduje spadek ciśnienia w górnej komorze. W ten sposób większe ciśnienie w dolnej komorze popycha balance panel oddzielający komory do góry wspomagając operowanie powierzchnią.

Następna powierzchnia to Anti-balance tab. Jest ona zbudowana i działa tak samo jak Balance tab, jedyną różnicą jest to że działa w przeciwnym kierunku. Ma ona za zadanie wspomóc powrót powierzchni do pozycji neutralnej oraz tworzyć większy opór gdy powierzchnia jest operowana przy małych prędkościach. 

Kolejna powierzchnia to Control tab. Jest to tab operowany przez pilota służący do poruszania cała powierzchnią sterującą. Zazwyczaj używany na większych samolotach działa na zasadzie zmiany przepływu powietrza. Gdy pilot zmieni położenie wolantu Control tab zmieni swoje położenie zmieniając przepływ powietrza w taki sposób że cała powierzchnia zmieni swoje położenie. 

Następnie mamy Trim tab o którego działaniu rozmawialiśmy już w jednej z poprzednich lekcji.Służy on do stałej zmiany położenia powierzchni sterującej. Na zdjęciu poniżej możecie zobaczyć jak jest zbudowany i jak działa. 

To by było na tyle Tab'ów teraz zajmiemy się ostatnią pozostałą rzeczą w książce M11.01. Są to różne rodzaje klap oraz pokazanie co robi spoiler. Zacznijmy od klap. Klapy zwiększają siłę nośną przy niskich prędkościach czyli podczas startu oraz lądowania. Poniżej widzimy schemat jakie klapy o ile zwiększają siłę nośną oraz ich wygląd w rzeczywistości.

Slat

Na koniec mamy spoiler który psuje przepływ powietrza wzdłuż skrzydła dzięki czemu zwalnia samolot ale również psuje siłę nośną.

Ciekawostka nr. 4

Ta ciekawostka pochodzi od nowego nauczyciela który pracował w SAS jako instruktor dla mechaników i pilotów w kierunku faktorów ludzkich. Do 2005 roku był wypożyczony fabryce Boeinga w Tuluzie aby prowadzić tam szkolenia.

Historia odbyła się w 2007 roku i dotyczy całkiem nowego Airbus'a A340 który miał przejść pierwszy test uruchamiania silników a w następnym tygodniu pierwszy lot testowy. Miał on należeć do linii lotniczej z Emiratów Arabskich która konkuruje z linią Emirates. Na test pierwszego uruchomienia silników przyjechało pięciu przedstawicieli tej linii lotniczej. W kokpicie usiadł na miejscu kapitana technik z Airbus'a a na miejscu drugiego pilota kapitan tej linii lotniczej reszta techników i delegacji odrazu za nimi i w kabinie pasażerskiej. Silniki udało się uruchomić bez problemu, gdy samolot stał już z włączonymi silnikami z miejsca drugiego pilota pada pytanie jakie są wibracje. Technik Airbus'a nic nie odpowiada. Po chwili pytanie się powtarza wtedy nie wiadomo z jakiego powodu, najprawdopodobniej technik pomyślał że jak już silniki chodzą to można to przetestować. Samolot stał na hamulcach postojowych bez klocków pod kołami, był bardzo lekki i zatankowano mu niewiele benzyny bo miał to być tylko test uruchomienia silników. Technik zabiera się do testu i przesuwa przepustnice wszystkich silników na pełną moc startową. Obserwuje on bacznie instrumenty sprawdzając czy wszystko działa jak należy. Z miejsca drugiego pilota dochodzi informacja samolot się porusza, technik jednak na nią nie reaguje. Po ponownym wypowiedzeniu tej informacji technik oderwał wzrok od instrumentów i zauważył że samolot się porusza. Użył on od razu pedałów do hamowania ale nie działały, wtedy zorientował się że aby pedały działały najpierw trzeba zwolnić hamulec postojowy. Wtedy wyłączył hamulec postojowy ale zapomniał o przestawieniu przepustnicy na ciąg jałowy. Samolot pociągnęło do przodu i rozpędzał się aż trafił na betonowy mur odgradzający betonowy dół do testów silnika. Samolot przebił się przez ten mur i zawisł na nim, dziób samolotu oderwał się i zwisał 75 stopni w duł. Technik wtedy się zorientował i wyłączył wszystkie silniki, niestety przez to że dziób był oderwany zadziałało to tylko na silniki na lewym skrzydle. Na prawym skrzydle silniki niezgasły, jeden udało się zadławić pianą przez strażaków ale drugi chodził przez następne trzy godziny aż skończył się fuel. Nikt nie zginął ale trzy osoby zostały ciężko ranne. Technik stracił na pewno swoje stanowisko ale nie wiemy co dokładnie się z nim stało później. Wrak samolotu został później kupiony przez Lufthansa i użyty jako symulator ewakuacji. Cała sytuacja odbyła się na terenie prywatnym Airbus'a dlatego nie została wezwana komisja wypadków lotniczych a cała sytuacja została utajniona przed mediami ze względu na prestiż firmy.

Boeing 727

Boeing 727 jest jedynym trzysilnikowym samolotem produkcji Boeinga. Jest to samolot mogący pomieścić 149 do 189 pasażerów o krótkim i średnim zasięgu.

Był on następcą samolotu 707 i otrzymał on od niego konstrukcje kadłuba oraz kokpit. Pierwszy samolot tego typu wszedł do użytku w 1963 roku. Następnie po dobrym przyjęciu się na rynku powstało kilka odmiennych wariantów z których najpóźniejsze miały zasięg do 5000 kilometrów przy pełnym załadunku. Samolot był produkowany w ogromnych ilościach przez lata siedemdziesiąte. Jest on uznawany jako najgłośniejszy z samolotów o podobnej wielkości. Jego produkcja zakończyła się w 1984 roku po wyprodukowaniu 1831 egzemplarzy głównie z powodu dużego hałasu i wychodzącego zamiennika Boeing'a 757. B757 był większy i miał leprze parametry oraz tylko dwa silniki. Ponieważ 757 był większy dużo linii lotniczych na zamiennika wybrało Boeing'a 737 lub Airbus'a 320. Według informacji z 2011 roku w użytku nadal znajduje się 250 samolotów które są głównie używane do przewozu cargo. Musiały one również przejść przebudowy związane ze zmniejszeniem hałasu. Na koniec tabela parametrów różnych wersji tego samolotu.

Strona techniczna samolotów lekcja 3.

Dzisiejsza lekcja zostanie poświęcona dalszej kontynuacji systemu sterowania samolotem i powierzchni sterujących. w pierwszej części przerobimy w jaki sposób porusza się wszystkimi powierzchniami sterującymi. Następnie w jaki sposób przekazywana jest komenda z kokpitu do powierzchni sterującej.
Sterowanie ailerons oraz elevator odbywa się za pomocą wolantu lub drążka sterującego zależnie od modelu samolotu.

Aby poruszyć ailerons należy skręcić wolant w prawo lub lewo, albo przechylić drążek w prawo lub lewo. Gdy chcemy przechylić samolot w lewo skręcamy wolant w lewo, następnie aileron na lewym  skrzydle unosi się powodując jego opadniecie. W tym samym momencie aileron na prawym skrzydle opada powodując uniesienie się skrzydła. W ten sposób uzyskujemy przechyl w lewo. Chcąc uzyskać przechyl w prawo wykonujemy ta sama akcje tylko w tym przypadku wszystkie ruchy są odwrotne. 

Gdy chcemy poruszyć elevator ciągniemy do siebie lub odpychamy od siebie wolant albo drążek. Gdy chcemy wzlecieć wyżej czyli nose up pociągamy wolant do siebie. W tym momencie elevator wychyla się w górę w ten sposób powodując opadniecie ogona samolotu. W tego efekcie dziób samolotu unosi się do góry. Chcąc przechylić dziób samolotu w dół należy wykonać te same czynności tylko w odwrotnym kierunku.

Następną powierzchnia którą kontrolujemy jest rudder. Kontroluje się go za pomocą pedałów.

Gdy chcemy poruszyć rudder popychamy jeden z pedałów do przodu w tym samym momencie drugi z nich wysunie się. Chcąc wychylić dziób samolotu w prawo popychamy prawy pedał. W skutek tego rudder wychyla się w prawo tworząc opór powietrza który zmusza ogon samolotu do wychylenia się w lewo. Działa to jak pewnego rodzaju poślizg gdzie tył samolotu wychyla się w lewo co powoduje że dziób skręca w prawo. Chcąc skręcić w lewo wszystko odbywa się w odwrotnym kierunku.

Teraz zajmijmy się kontrolą klap i spoilerów, ich wysuwanie odbywa się za pomocą dźwigni umieszczonych zazwyczaj pomiędzy siedzeniami pilotów. 

Zacznijmy od klap, jest to dźwignia stopniowa po której przestawieniu wysuwamy klapy do chcianej pozycji zwierzając powierzchnie nośną skrzydeł przy niskich prędkościach. Następnie jest dźwignia spoilera która jest używana do do wysuwania spoilerów na skrzydłach. Są one używane do spowalniania samolotu w trakcie lotu oraz po wylądowaniu. Ostatnie są guziki oraz pokrętła do ustawiania trymu. Zależnie od samolotu i jego producenta mogą się one znajdować w różnych miejscach i być w formie pokręteł lub przycisków. 

W przypadku gdy użyte są przyciski zawsze używane są dwa połączone szeregowo. To oznacza że aby przesunąć trym należy wcisnąć obydwa równocześnie. Jest to pewien typ zabezpieczenia który ma zapobiec niechcianemu wysunięciu się trymu w razie gdyby jeden z przycisków się zaciął.  

Teraz gdy wiemy już czym kontroluje się poszczególne powierzchnie sterujące możemy zastanowić się w jaki sposób są one połączone z powierzchniami które kontrolują. Najpierw trzeba ustalić podstawy, wszystkie powierzchnie sterujące w większych samolotach są poruszane za pomocą siłowników hydraulicznych o ciśnieniu 3000psi lub w najnowszych samolotach 5000psi. Jest to spowodowane potrzebą użycia dużej siły aby poruszyć powierzchniami sterującymi na które oddziałuje ogromny opór powietrza. Jest to nazywane hydraulicznie operowane.

Dalsza część systemu o której najczęściej się słyszy gdy mówi się o systemie sterowania samolotem w mediach to połączenie między kontrolerami w kabinie a kontrolerem siłownika który porusza powierzchnią sterującą. Systemy dzieli się na dwa rodzaje mechanicznie sterowany i hydraulicznie operowany oraz elektrycznie sterowany i hydraulicznie operowany. Obydwa widać na zdjęciu powyżej. 

Zacznijmy od mechanicznie sterowanego i hydraulicznie operowanego. Wolant i inne sterowniki są połączone za pomocą stalowych linek przechodzących przez system rolek oraz stalowych prętów z zaworem hydrauliki danej powierzchni sterującej. Gdy poruszymy kontrolerami linki mechanicznie otworzą zawór który wpompuje hydraulikę do siłownika a ten poruszy powierzchnią sterującą. 

Drugą opcją jest system elektrycznie sterowany i hydraulicznie operowany. Działa on na zasadzie gdzie wszystkie kontrolery dają elektryczny sygnał w jakiej są pozycji, trafia on do komputera sterowania lotem który ten sygnał przetwarza. Następnie komputer kontroli lotu wysyła elektryczny sygnał do zaworu hydrauliki który steruje w jaką stronę ma się poruszać siłownik. Ten system jest tak zwanym systemem fly by wire, na tej samej zasadzie działa również fly by light. Jedyną różnica jest to że sygnał jest przesyłany światłowodem zamiast zwykłym kablem.