Flugzeugaufbau

Die Flugzeugstruktur der heutigen konventionellen Flugzeuge lässt sich in vier Unterbaugruppen unterteilen: Rumpf, Flügel, Leitwerk und Fahrwerk. Rumpf In den Anfängen der Luftfahrt war der Rumpf nur ein offener Flugzeugkörper zum Tragen der anderen Komponenten des Flugzeugs. Der Boden der Flugzeugkarosserie diente als Fahrwerk. Später führte der Wunsch nach mehr Stabilität und Leistung zur Entwicklung geschlossener, kastenförmiger “Strut-and-wire”-Rümpfe, die den Luftwiderstand reduzierten und gleichzeitig Schutz für Pilot und Passagier sowie Platz für die Nutzlast boten. Nach und nach wurde diese “Gitterkonstruktion” durch den Hüllenkörper ersetzt. Die auf eine solche Struktur einwirkenden Kräfte werden in erster Linie von der
Haut und nicht so sehr vom Flugzeugkörper im Inneren aufgenommen wie bei der Gitterstruktur. Flugzeuge
mit mehreren Flügeln haben den Vorteil eines höheren Auftriebs und einer relativ stabileren Konstruktion, aber mit dem Monoplan ist der Rücklauf geringer. In den 1930er Jahren dominierte der Kragarm (ein Kragarm ist ein starres Strukturelement, wie z.B. ein Balken oder eine Platte, die nur an einem Ende an einem Träger verankert ist, aus dem er herausragt) Prinzip im Flügelbau und machte den Eindecker (ein Eindecker ist ein Starrflügelflugzeug mit einer einzigen Hauptflügelebene, im Gegensatz zu einem Doppeldecker oder einem anderen Eindecker, der jeweil

s mehrere Ebenen hat) die vorherrschende Bauart. Auskragungen erreichen ihre volle Stabilität durch die innenliegenden Bauelemente. Im heutigen Flugzeugbau wird für die meisten Flugzeuge die Kragarmbauweise verwendet. Außenstreben werden nur für kleine, leichte Flugzeuge verwendet.

Ein typischer Flügel besteht aus einem Rahmen aus Holmen und Versteifungsrippen, die von einer dünnen Blechhaut umgeben sind. Für einige Kleinflugzeuge oder Segelflugzeuge wird imprägniertes Gewebe oder selten verleimtes Sperrholz (Sperrholz ist ein Plattenmaterial, das aus dünnen Schichten oder “Lagen” von Holzfurnieren hergestellt wird, die mit benachbarten Schichten verklebt werden, deren Holzmaserung um bis zu 90 Grad gegeneinander gedreht wird) oder harzimprägnierte Glasfaser (Glasfaser ist ein Material, das aus zahlreichen extrem feinen Glasfasern besteht) verwendet. Der Holm (bei einem Flugzeug mit festem Flügel ist der Holm oft das Hauptbauglied des Flügels, das quer zum Rumpf überspannt) oder der Träger erstreckt sich vom Rumpf bis zur Flügelspitze. Im Flügel können ein oder mehrere Holme verwendet werden, aber die gebräuchlichste Konstruktion sind zwei Holme. Die Versteifungsrippen, die normalerweise rechtwinklig an den Holmen befestigt sind, geben dem Flügel seine äußere Form. Besteht die Haut aus Blech, trägt sie selbst zur Stabilität des Flügels bei. Diese “tragende Haut” wird in allen großen Flugzeugen eingesetzt, obwohl der Einsatz von Häuten und Konstruktionen aus hochfestem, versteiftem Kunststoff zunimmt.

Die Flügel haben unterschiedliche Größen und Formen, abhängig von den spezifischen aerodynamischen Gesichtspunkten. Die Flügel vieler Überschallflugzeuge haben eine sehr starke Pfeilform (Pfeil, der sich von der Rumpfspitze des Flugzeugs weg verjüngt) und sind mit einer klingenförmigen Flügelvorderkante so dünn wie möglich. Eine solche Form trägt dazu bei, den Druckstoß zu reduzieren, wenn sich das Flugzeug der Schallgeschwindigkeit nähert (Die Schallgeschwindigkeit ist die Strecke, die eine Schallwelle pro Zeiteinheit zurücklegt, während sie sich durch ein elastisches Medium ausbreitet).

Die konstruktive Bedeutung des Flügels zeigt sich deutlich in der Entwicklung des so genannten Flugflügels (A-Flugzeug ist ein schwanzloses Starrflügelflugzeug ohne definitiven Rumpf) Fluggerät, ein Fluggerät, bei dem der Rumpf (Der Rumpf ist der Hauptkörperabschnitt eines Flugzeugs) und das Heck fast vollständig verschwunden sind.

Das konventionelle Heck besteht aus zwei wichtigen Ruderflächen, der horizontalen und der vertikalen, die beide bewegliche Abschnitte zur Steuerung des Flugzeugs und feste Teile zur Gewährleistung der Stabilität aufweisen. Der vordere Teil der horizontalen Ruderfläche wird als Stabilisator bezeichnet, und der hintere bewegliche Teil ist der Aufzug. Manchmal ist die gesamte Fläche beweglich und der Aufzug entfällt. Der feste Teil der vertikalen Ruderfläche wird als Seitenleitwerk bezeichnet, und der bewegliche Teil ist das Seitenleitwerk. Einige Flugzeuge verwenden zwei vertikale Ruderflächen. In diesem Fall wird ein Doppelruder (Ein Ruder ist eine primäre Steuerfläche, die zum Steuern eines Schiffes, Bootes, U-Bootes, Luftkissenfahrzeugs, Flugzeugs oder einer anderen Beförderung, die sich durch ein flüssiges Medium bewegt, verwendet) . Das V-förmige Leitwerk vereint die Funktionen von Ruder und Höhenruder in einer einzigen Vorrichtung. Je nach Flugzeugtyp gibt es Leitwerke unterschiedlicher Größe. Bei einigen Überschallflugzeugen wird das Seitenleitwerk durch eine Kopffinne in der Nähe der Rumpfspitze des Flugzeugs ersetzt. Fahrwerk Das heute übliche Fahrwerk ist eines der kompliziertesten aller aeronautischen Mechanismen. Zu seinen Komponenten gehören die Fahrwerkstrebe, ein hydraulisches Bein, das das Rad mit dem Flügel oder Rumpf verbindet, um den Schock der Landung zu absorbieren, der Einziehmechanismus, der das Fahrwerk einzieht und ausfährt, die Räder und die Radbremsen. Es gibt eine Reihe von Fahrwerkstypen, aber die häufigsten sind zwei: das ältere Zweiradfahrwerk und das Bugradfahrwerk, das heute üblich ist. Der erste besteht aus zwei großen Rädern, die vor dem Schwerpunkt des Flugzeugs montiert sind, und einem kleinen Rad am Heck. Ein Bugradfahrwerk (Dreiradfahrwerk ist eine Art Flugzeugfahrwerk oder Fahrwerk, das dreirädrig angeordnet ist) besteht aus zwei großen Rädern oder Radgruppen hinter dem Schwerpunkt (in der Physik ist der Massenschwerpunkt einer Massenverteilung im Raum der einzigartige Punkt, an dem die gewichtete relative Position der verteilten Massen auf Null sinkt oder der Punkt, an dem sich eine Kraft, wenn sie aufgebracht wird, in Richtung der Kraft ohne Drehung bewegt) und ein drittes Rad, genannt Bugrad, das vor den beiden Haupträdern montiert ist. Mit dem Bugfahrwerk ist die Landung einfacher, da Bremsen und Manövrierfähigkeit verbessert werden. Auch die Gefahr des Umkippens nach vorne ist geringer. Einige große Flugzeuge haben mehr als zwei Gruppen von Hinterrädern. Zu den weiteren Fahrwerken gehört ein Raupentraktor (Continuous Track, auch Tank tread oder Raupenfahrwerk genannt, ist ein System des Fahrzeugantriebs, bei dem ein durchgehendes Band von Laufflächen oder Raupenplatten von zwei oder mehr Rädern angetrieben wird) Unterkonstruktion zur Handhabung schwerer Lasten auf schlechten Landeplätzen, ein schwenkbares Fahrwerk zur Landung im Seitenwind und eine Kombination aus Ski- und Radfahrwerk zur Landung auf Eis und Schnee. Der auf einem Flügel oder einer ähnlichen Fläche erzeugte Auftrieb ist direkt proportional zur Grundfläche, die dem Luftstrom ausgesetzt ist, und proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Luftstroms. Sie ist auch ungefähr proportional zur Neigung (oder zum Anstellwinkel) des Flügels zum Luftstrom in einem Winkel, der normalerweise im Bereich von plus und minus 14 Grad liegt. Bei größeren Winkeln ändern sich die Eigenschaften des Luftstroms schnell, der Luftstrom “bricht ab” und der Auftrieb nimmt enorm ab. Dann spricht man davon, dass der Flügel “verdeckt” war. Fliegt ein Flugzeug auf einem horizontalen Kurs, gleicht der von den Tragflächen und anderen Komponenten eingebrachte Auftrieb das Gewicht des Flugzeugs aus. Wird der Anstellwinkel bei konstanter Geschwindigkeit erhöht, steigt das Flugzeug bis zu einem gewissen Grad an. Wird der Anstellwinkel reduziert, d.h. der Flügel nach unten geneigt, verliert das Flugzeug Auftrieb und beginnt zu sinken. Darüber hinaus steigt ein Flugzeug auf, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, und sinkt, wenn die Geschwindigkeit verringert wird. Im Laufe eines Fluges ändert der Pilot oft die Geschwindigkeit und den Anstellwinkel des Flugzeugs. Diese beiden Maßnahmen werden oft gegeneinander abgewogen. Will der Pilot beispielsweise die Geschwindigkeit erhöhen, aber den Horizontalflug beibehalten, muss der Anstellwinkel reduziert werden, um den zusätzlichen Auftrieb durch die Geschwindigkeitssteigerung des Flugzeugs auszugleichen. In Vorbereitung auf die Landung muss der Pilot das Flugzeug nach unten bewegen und gleichzeitig seine Geschwindigkeit so weit wie möglich reduzieren. Um den erheblichen Auftriebsverlust durch die Geschwindigkeitsreduzierung auszugleichen, bietet der Pilot zusätzlichen Auftrieb durch Veränderung der Flügelfläche, der nutzbaren Krümmung und des Anstellwinkels. Zu diesem Zweck werden Hebevorrichtungen verwendet, die als Spreizklappen bezeichnet werden, große Flügelverlängerungen, die sich an der Hinterkante (Die Hinterkante einer aerodynamischen Fläche, wie z.B. eines Flügels, ist seine Hinterkante, an der sich der durch die Vorderkante getrennte Luftstrom wieder verbindet) des Flügels befinden. Die meisten Spreizklappen (Klappen sind eine Art Hochauftriebseinrichtung, die verwendet wird, um den Auftrieb eines Flugzeugflügels bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit zu erhöhen) werden normalerweise während der Fahrt in den Flügel eingeklappt. Will der Pilot einen zusätzlichen Auftrieb erreichen, klappt er die Streuklappen nach außen und unten. Manchmal gibt es auch Hebevorrichtungen an der Vorderkante des Flügels. Umkehrantrieb Faktoren, die zum Auftrieb während des Fluges beitragen, erzeugen auch unerwünschte Kräfte, den sogenannten Umkehrantrieb. Der Rücklaufantrieb ist die Kraft, die dazu beiträgt, die Bewegung des Flugzeugs durch die Luft zu verzögern. Ein Teil des Rückwärtsantriebs ist das Ergebnis des Widerstands der Luft gegen die sich in ihr bewegenden Körper und hängt von der Form und Ebenheit ihrer Oberfläche ab. Sie kann durch Rationalisierung des Flugzeugs reduziert werden. In einigen Konstruktionen gibt es auch Vorrichtungen zur Reduzierung des Reibungswiderstands, die den Oberflächenluftstrom in so genannter “Schichtform” halten. Eine andere Form des Rückwärtsfahrens, die jedoch als induzierter Luftwiderstand bezeichnet wird (In der Aerodynamik ist der Luftwiderstand, der induzierte Luftwiderstand, der induzierte Luftwiderstand, der Wirbelwiderstand oder manchmal der Luftwiderstand durch den Auftrieb, eine aerodynamische Luftwiderstandskraft, die auftritt, wenn ein sich bewegendes Objekt den an ihm anliegenden Luftstrom umleitet), das direkte Ergebnis des vom Flügel erzeugten Auftriebs. Um Auftrieb zu erreichen (In der Wissenschaft ist Auftrieb oder Auftrieb eine Auftriebskraft, die von einer Flüssigkeit ausgeübt wird, die dem Gewicht eines eingetauchten Objekts entgegenwirkt), muss Arbeit geleistet werden und der induzierte Widerstand ist das Maß dafür. Der Energieaufwand manifestiert sich in Form von Wirbeln, die sich entlang der Hinterkante des Flügels und insbesondere an den äußeren Enden oder Flügelspitzen bilden. Flugzeugkonstrukteure entwickeln Flugzeuge mit dem bestmöglichen Verhältnis von Auftrieb und Rückwärtsfahrt, was erreicht wird, wenn die formbedingte Rückwärtskraft gleich dem durch den Auftrieb induzierten Widerstand ist. Faktoren wie die Geschwindigkeit und das zulässige Gewicht der Zelle setzen Grenzen für das Verhältnis von Auftrieb und Rückwärtsfahrt. Ein Transportflugzeug mit Unterschallgeschwindigkeit kann ein Lift-to-Back-Verhältnis von etwa 20 aufweisen, während das eines Hochleistungsseglers doppelt so hoch ist. Andererseits reduziert der zusätzliche Widerstand, der entsteht, wenn ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, das erreichte Lift-to-Back-Verhältnis auf weniger als zehn. Antriebsflugzeuge werden entweder durch Propeller oder durch Strahlantrieb angetrieben. In einem propellergetriebenen Flugzeug ist entweder ein kolbenbetriebener (Ein Hubkolbenmotor, auch bekannt als Kolbenmotor, ist typischerweise ein Wärmemotor, der einen oder mehrere Hubkolben verwendet, um den Druck in eine Drehbewegung umzuwandeln) ein Verbrennungsmotor (Ein Verbrennungsmotor ist ein Wärmemotor, bei dem die Verbrennung eines Kraftstoffs mit einem Oxidationsmittel in einer Brennkammer stattfindet, die ein integraler Bestandteil des Arbeitsfluidströmungskreislaufs ist) oder ein Propeller (Ein Flugzeugpropeller oder eine Luftschraube wandelt die Drehbewegung von einem Motor oder einer anderen mechanischen Energiequelle um, um Antriebskraft bereitzustellen) Turbinen-Luftstrahltriebwerk (Ein Strahltriebwerk ist ein Reaktionstriebwerk, das einen schnell laufenden Strahl abgibt, der durch Strahlantrieb einen Schub erzeugt) wird verwendet, um den Propeller anzutreiben, der die Luft nach hinten drückt, weil er flügelförmige Tragflügelprofile hat, die schraubenförmig durch die Luft geschnitten sind. Beim Strahlantrieb wird der Vorwärtsschub durch das Entweichen von Hochgeschwindigkeitsgasen durch eine am Bug angeordnete Düse erzeugt. Gelegentlich werden Raketentriebwerke eingesetzt, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Ein Flugzeugtriebwerk muss eine Reihe wichtiger Konstruktionsanforderungen erfüllen. Dazu gehören hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, geringes Gewicht, geringer Kraftstoffverbrauch und eine kleine Frontfläche. Der wichtigste Faktor ist die Zuverlässigkeit. Die lange Lebenserwartung ist vor allem ein wirtschaftlicher Aspekt, der in der zivilen Luftfahrt von besonderer Bedeutung ist. Für die anderen drei Anforderungen hängt die Bedeutung von dem Flugzeugtyp ab, für den der Motor bestimmt ist. Natürlich sind geringes Gewicht und niedriger Kraftstoffverbrauch im Zusammenhang zu sehen, da der Kraftstoff selbst ein Einflussfaktor für das Gewicht ist. Wenn sich das Flugzeug vorwärts bewegt, strömt die Luft von vorne zum Flügel. Dadurch wird der Luftstrom aufgeteilt. Die Unterseite des Flügels ist kaum gewölbt. Dadurch kann die Luft relativ ungestört passieren. Die Luft wird auf der stark gekrümmten Oberseite des Flügels verdrängt, die sie vermeiden muss, um eine größere Strecke zurückzulegen und so die Geschwindigkeit zu erhöhen. Nach einem Gesetz der Strömungsmechanik (Die Strömungsmechanik ist ein Zweig der Physik, der sich mit der Mechanik von Flüssigkeiten und den Kräften auf sie befasst) (“Bernoulli -Gleichung (In der Strömungsdynamik besagt das Bernoulli -Prinzip, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit eines Fluids gleichzeitig mit einer Verringerung des Drucks oder einer Verringerung der potentiellen Energie des Fluids erfolgt) “), führt die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Gases zu einer Verringerung des Drucks. Durch die höhere Luftgeschwindigkeit auf der Oberseite (Saugseite) ist der Druck niedriger als auf der Unterseite (Druckseite), der Flügel wird nach oben gehoben. Die Auftriebskraft FA kann mit dem Auftriebskoeffizienten berechnet werden (Der Auftriebskoeffizient ist ein dimensionsloser Koeffizient, der den von einem Hubkörper erzeugten Auftrieb mit der Fluiddichte um den Körper, der Fluidgeschwindigkeit und einer zugehörigen Referenzfläche in Beziehung setzt) cA, der ein dimensionsloser Wert ist und von der Form und dem Anstellwinkel abhängt (in der Strömungsdynamik, Anstellwinkel ) ist der Winkel zwischen einer Referenzlinie auf einem Körper und dem Vektor, der die Relativbewegung zwischen dem Körper und der Flüssigkeit, durch die er sich bewegt, darstellt) des Profils (Ein Profil oder Flügel ist die Form eines Flügels, einer Schaufel oder eines Segels) und der Einfallsgeschwindigkeit: FA = cA-1/2r-v2-ATF (Jet-Kraftstoff, Flugturbinentreibstoff oder Avtur, ist eine Art von Flugtreibstoff, der für den Einsatz in Flugzeugen mit Gasturbinenantrieb bestimmt ist), wobei r die Luftdichte, v die Einströmgeschwindigkeit und ATF die Flügelfläche ist, die den Auftrieb erzeugt.