Budowa platowców - Szybowce, Szkolenie szybowcowe
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
BUDOWA PŁATOWCÓW*
Rozdział 1 CHARAKTERYSTYKA I PRZEZNACZENIE
KLASYFIKACJA SZYBOWCÓW*
* Słowo
płatowce
będzie w niniejszym wykładzie używane zamiennie ze słowem
szybowce
.
Szybowce konstruowane są odpowiednio do przeznaczenia. Konsekwencją różnic konstrukcyjnych są odrębne
własności lotne i pilotażowe. Własności te odpowiadają wymaganiom stawianym przez przepisy budowy
sprzętu lotniczego i są charakterystyczne dla poszczególnych klas szybowców. Ze względu na przeznaczenie
rozróżnia się następujące klasy szybowców:
1) szybowce szkolne,
2) szybowce treningowe,
3) szybowce wyczynowe,
4) szybowce akrobacyjne,
5) szybowce specjalne.
Od szybowców szkolnych wymaga się
szczególnie prawidłowych i bezpiecznych
własności lotnych oraz łatwego i pra-
widłowego pilotażu zapewniającego
odpowiednią tolerancję na
charakterystyczne błędy popełniane przez
pilota podczas szkolenia.
Dawniej stosowana była wyłącznie
metoda szkolenia na szybowcach
jednomiejscowych. Tego rodzaju
szybowce były szczególnie narażone na
uszkodzenia spowodowane błędami
pilotażu, a głównie błędami popełnianymi
podczas lądowania. Dlatego wymagana
była duża odporność konstrukcji na
nieprawidłowe lądowania. Ostatnie lata
przyniosły zasadnicze zmiany w
metodyce szkolenia szybowcowego,
polegające na wprowadzeniu szkolenia
metodą dwusterową. Obecność instruktora na pokładzie szybowca, a więc możliwość eliminowania błędów
ucznia, zwiększyła wydatnie bezpieczeństwo szkolenia i zmniejszyła radykalnie częstość występowania
uszkodzeń sprzętu.
Wkrótce okazało się, że przy stosowaniu metody dwusterowej istnieje możliwość szkolenia od podstaw na
szybowcu bardziej doskonałym, mającym cechy szybowca wyczynowego, po którego opanowaniu przejście
na podstawowy jednomiejscowy szybowiec wyczynowy nie nastręcza uczniowi trudności. Takie warunki
spełnia szybowiec dwumiejscowy o cechach szybowca wyczynowego. Może to być szybowiec
specjalnie skonstruowany w tym celu, można też wykorzystać do tego rodzaju zadań istniejące typy
szybowców dwumiejscowych wyczynowych. W szybowcach konstruowanych specjalnie do tego celu miejsca
załogi mogą być usytuowane obok siebie, najczęściej jednak stosowane są szybowce wyczynowe z miejscami
jedno za drugim (ucznia umieszcza się zawsze z przodu). Przykładem dwumiejscowego szybowca wyczyno-
wego wykorzystywanego do szkolenia może być szeroko stosowany w kraju szybowiec „Bocian". Układ
przedstawiony na rysunku 4 jest konstrukcją wolnonośną o owalnym przekroju kadłuba, odznaczającą dobrym
opracowaniem aerodynamicznym.
Największe zróżnicowanie konstrukcji widoczne jest w klasie szybowców wyczynowych, które służą do
doskonalenia pilotażowego, do uprawiania latania wyczynowego oraz do zdobywania warunków sportowych i
rekordów. Tutaj poszczególne konstrukcje różnią się nieraz znacznie od siebie, co świadczy nie tylko o
pewnym zróżnicowaniu założeń, ale też o wielotorowości poszukiwań w dążeniu do uzyskania jak najlepszych
wyników. Rozwój tych szybowców postępuje zasadniczo w dwóch kierunkach: szybowce treningowe
przeznaczone do szerokiego użytkowania „na co dzień", a więc w różnych warunkach (co powoduje, że ich
własności lotne stanowią pewne optimum wymagań), i szybowce wysoko wyczynowe, o szczególnie starannie
wypracowanych własnościach lotnych, z którego wywodzą się szybowce zawodnicze i rekordowe.
– 2 –
Niejednokrotnie uzyskanie wysokich własności lotnych, a przede wszystkim dużej doskonałości, odbywa się
kosztem zrezygnowania z innych własności i w niektórych przypadkach pociąga za sobą występowanie mniej
bezpiecznych własności, trudniejszy pilotaż, mogą więc latać tylko odpowiednio doświadczeni piloci. W
porównaniu z poprzednio omawianymi klasami szybowce wyczynowe charakteryzuje:
– staranne opracowanie aerodynamiczne, w tym staranne wykończenie powierzchni zewnętrznych,
– większa mechanizacja (chowane podwozia, klapy, zbiorniki na balast wodny), a tym samym bardziej skom-
plikowana obsługa urządzeń,
– duża doskonałość aerodynamiczna,
– mniejsza prędkość opadania,
– zwiększona wytrzymałość umożliwiająca wykonywanie lotów chmurowych oraz lotów przy występowaniu
znacznych podmuchów pionowych,
– bardziej czuły i trudniejszy pilotaż.
Konstrukcja szybowca wyczynowego przewiduje możliwość zabudowy instalacji tlenowej oraz bagażu w
postaci narzędzi montażowych, przyborów do kotwiczenia, pokrowca na kabinę oraz osobistych rzeczy pilota.
Szybowce wyczynowe budowane są w układzie średniopłata lub grzbietopłata jako jedno- lub dwumiejscowe.
Rysunek 6 przedstawia wysokowyczynowy
szybowiec konstrukcji laminatowej "Jantar l",
będący przedstawicielem klasy współczesnych
szybowców wyczynowych.
Szybowce wyczynowe stanowią główny sprzęt
służący do uprawiania sportu szybowcowego i z
nich wywodzą się konstrukcje, na których
rozgrywane są krajowe i międzynarodowe zawody
szybowcowe. O wyniku uzyskanym podczas
zawodów decyduje nie tylko pilot, ale w dużym
stopniu także szybowiec, dlatego też zawody
szybowcowe, zwłaszcza międzynarodowe,
stanowią także sprawdzian jakości sprzętu.
Zawody międzynarodowe (mistrzostwa świata)
rozgrywane są już od wielu lat w dwóch klasach, w
klasie standard i w klasie otwartej. Klasa standard
ogranicza w pewnym stopniu zapędy
konstruktorów, narzucając liczne postulaty w
stosunku do konstrukcji szybowca, natomiast klasa
otwarta pozwala na dowolność konstrukcji i jest
"kuźnią" nowych, niejednokrotnie eksperymen-
talnych koncepcji, tworzących postęp w technice
szybowcowej.
Założeniem dla klasy standard miał być szybowiec
prosty w konstrukcji, łatwo dostępny czyli
szybowiec do użytkowania na co dzień. W miarę
rozwoju tej klasy w zasadzie zachował się jedynie
postulat dotyczący rozpiętości skrzydeł
(maksymalnie 15 m). Dopuszczone zostało
chowane podwozie, klapy wyporowe na
zawiasach, zrezygnowano z pełnej skuteczności hamulców aerodynamicznych, zgadzając się na ograniczanie
przez nie prędkości po torze nachylonym pod kątem 45° do dopuszczalnej prędkości maksymalnej.
Szybowce akrobacyjne odznaczają się bardziej zwartą budową, zapewniającą im większą wytrzymałość, a tym
samym możliwość realizowania dużych przeciążeń tak w locie normalnym, jak i odwróconym. Wymagana jest
dobra sterowność, a także dobre własności w locie odwróconym. W następstwie takich założeń charakteryzuje
je stosunkowo mała rozpiętość przy dość znacznym ciężarze własnym, co sprawia, że mają one większe niż
szybowce innych klas prędkości startu i lądowania oraz większe prędkości ewolucyjne. Uzyskanie
odpowiednich własności w akrobacji nie idzie zwykle w parze z zapewnieniem zupełnie bezpiecznych
własności lotnych i pilotażowych, jakich wymaga się od szybowców pozostałych klas. Szybowce akrobacyjne
charakteryzuje bardziej gwałtowny przebieg utraty prędkości i związana z tym łatwość wprowadzania w
korkociąg oraz dobra "zrywność", czyli łatwość rozpędzania. Szybowce akrobacyjne budowane są w układzie
średniopłata, rzadziej grzbietopłata. W celu uzyskania dobrych własności w locie odwróconym kąt
zaklinowania skrzydła jest u nich zwykle bardzo mały, co z kolei wymaga stosowania wysokiego podwozia,
zapewniającego możliwość uzyskania podczas startu i lądowania odpowiednio dużych kątów natarcia (w celu
zmniejszenia prędkości i skrócenia długości startu i lądowania). Latać mogą na nich jedynie zaawansowani
piloci, przy czym czasy trwania lotów, w porównaniu na przykład z szybowcami wyczynowymi, są tu krótkie.
Rys. 6. Jednomiejscowy szybowiec wyczynowy laminatowy "Jantar 1"
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
– 3 –
Do klasy szybowców specjalnych zalicza się niektóre typy szybowców zawodniczych i rekordowych oraz
różne układy szybowców doświadczalnych.
Pojęciem „specjalny" określa się też takie konwencjonalne konstrukcje, które pod pewnymi względami nie
spełniają wymagań przepisów i nie mogą być zaszeregowane do normalnych klas użytkowych. Są one w
takich przypadkach dopuszczone do użytkowania z odpowiednimi ograniczeniami. Szybowce doświadczalne
mogą się charakteryzować nowymi rozwiązaniami aerodynamicznymi, konstrukcyjnymi lub
technologicznymi. Mogą to być zarówno konstrukcje o dużej, jak i o małej wytrzymałości. Przykładem może
być układ bezogonowca, latającego skrzydła lub szybowiec "Eta" o rozpiętości przekraczającej 30m.
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
Rozdział 2 MATERIAŁY l TECHNOLOGIA
1. OGÓLNE WIADOMOŚCI O MATERIAŁACH
Do budowy szybowców stosowane są tylko materiały o jakości sprawdzonej na podstawie wymagań i
postanowień odpowiednich warunków technicznych. W tym celu z materiałów tych pobierane są próbki,
kierowane do laboratoriów wytrzymałościowych i analitycznych. Instytucje te wystawiają odpowiednie
orzeczenia, będące podstawą do cechowania materiałów za pomocą odbicia stempli, barwienia, przywieszek
lub świadectw materiałowych.
Zależnie od rodzaju i jakości, badane materiały mogą być podzielone na różne kategorie wytrzymałościowe
lub jakościowe. Okres ważności orzeczenia o przydatności niektórych materiałów (np. klejów i lakierów)
może być ograniczony. Materiały sklasyfikowane jako lotnicze powinny być przechowywane w warunkach
określonych odpowiednimi przepisami lub instrukcjami składowania. W następstwie niespełniania
obowiązujących wymagań materiały lotnicze mogą stracić świadectwa jakości.
2. DREWNO
Do niedawna drewno było głównym materiałem służącym do budowy szybowców. Obecnie w dalszym ciągu
zaliczane jest ono do materiałów podstawowych, jednak straciło swój prymat, w wyniku coraz szerszego
stosowania nowych tworzyw, takich jak laminaty z włókna szklanego oraz z włókna węglowego i innych.
W naszych warunkach do budowy szybowców stosuje się, głównie drewno sosnowe, brzozowe i jesionowe. Z
drewna sosnowego wykonywane są główne elementy i zespoły konstrukcji, brzoza służy do wyrobu
wodoodpornych sklejek lotniczych, natomiast z jesionu wykonuje się podkładki pod silnie obciążone okucia
oraz płozy.
W przeciwieństwie do sosny od drewna jesionowego wymaga się grubych, a więc rzadkich słojów, z którymi
w parze występuje dobra elastyczność tego drewna. Drewno jesionowe stosowane jest, w bardzo małych
ilościach, w postaci przekładek warstwowych w pasach dźwigarów przy nasadzie skrzydła oraz na podkładki
pod okucia (gdy na drewno jest wywierany duży nacisk). Niekiedy z drewna jesionowego wyrabiane są płozy,
które stosowane są w szybowcach coraz rzadziej.
3. SKLEJKI
Sklejki lotnicze powstają przez sklejenie nieparzystej liczby
oklein (warstw), wytwarzanych przez obtaczanie bali
drewna na specjalnych strugarkach. Okleiny układane są w
arkuszu kolejno w ten sposób, aby kierunki ich słojów krzy-
żowały się ze sobą pod kątem 90° (rys. 20). Stąd kierunki
słojów w okleinach zewnętrznych arkusza są zawsze do
siebie równoległe i dlatego sklejka odznacza się większą
wytrzymałością w kierunku słojów
4. KLEJE
Do łączenia części szybowców stosuje się kleje do drewna, kleje do laminatów, kleje do tkanin pokryciowych
oraz kleje uniwersalne, stosowane dla celów drugorzędnych. Klej lotniczy powinien mieć odpowiednią
wytrzymałość, odporność na zmienne oddziaływanie czynników zewnętrznych (temperatura, wilgotność,
ciecze itp.), odporność na obciążenia zmienne oraz długą trwałość. Nie pozostają także bez znaczenia takie
własności, jak łatwość uzyskania kleju, niska cena, łatwość posługiwania się klejem, długi czas zdatności
przygotowanej porcji kleju oraz tolerancyjność na wartości docisków i na warunki klimatyczne w pracowni.
Przykłady typowych prób wytrzymałościowych przedstawione są na rysunku 22. Od klejów przeznaczonych
do łączenia drewna i sklejek wymagana jest wytrzymałość na ścinanie spoiny około 100 kG/cm2. Przyjmuje
się zasadę, że spoina musi być silniejsza niż materiał, który klei.
– 4 –
Ważne jest także zapewnienie spoinie odpowiednio wysokiego docisku,
którego wartość, zależnie od rodzaju kleju, wynosi od 0,8 do 4,0 kG/cm2.
Czasy stosowania docisków wynoszą przy klejeniu na zimno od 6 do 24
godzin. Po zdjęciu zacisków wymagane jest sezonowanie, polegające na
wstrzymaniu się od dalszej obróbki przez okres równy zwykle
podwójnemu czasowi trzymania w zaciskach.
Obecnie znajdują się w zastosowaniu wyłącznie kleje syntetyczne z żywic
sztucznych, w użytkowaniu jednak znajdują się jeszcze szybowce
budowane przy użyciu organicznego kleju kazeinowego.
Klej kazeinowy.
Klej kazeinowy, znany u nas pod nazwą handlową
Certus, stosowany był przez wiele lat do produkcji drewnianego sprzętu
lotniczego. Głównym składnikiem tego kleju jest kazeina, będąca
produktem wywodzącym się z mleka krowiego. Zaletą kleju Certus było
dobre wiązanie, duża tolerancyjność na niedokładności w przygotowaniu
sklejanych powierzchni (dobre przyleganie) a także brak składników
szkodliwych dla zdrowia oraz łatwość przyrządzania kleju.
Poważną jednak wadą, był brak odporności na oddziaływanie wilgoci i
pleśni. W związku z wycofaniem kleju kazeinowego szybowce, które
budowane były przy użyciu tego kleju, naprawiane są obecnie przy użyciu
kleju rezorcynowego AR.
Klej rezorcynowy AR.
Jest to dwuskładnikowy klej składający się z
żywicy rezorcynowej AR oraz utwardzacza. Żywica, o brunatnej barwie,
dostarczana jest w postaci ciekłej, a utwardzacz w postaci proszku. Klej
rezorcynowy nakładany jest na obie powierzchnie klejone. Odczyn kleju jest obojętny, w związku z czym na-
daje się on do wykonywania napraw konstrukcji klejonej uprzednio klejem kazeinowym. Do zalet tego kleju
zalicza się odporność na działanie wilgoci, drobnoustrojów i kwasów oraz znaczną tolerancyjność w
odniesieniu do samej technologii klejenia. Klej jest w pewnym stopniu szkodliwy dla zdrowia, zwłaszcza w
przypadku skaleczeń lub zatarcia oka.
Klej fenolowo-formaldehydowy AG.
Jest to także dwuskładnikowy klej składający się z ciekłej żywicy AG
o barwie słomkowo-brunatnej oraz z płynnego utwardzacza KBS, będącego silnym kwasem. Oba czynniki
łączone są ze sobą w odpowiednich proporcjach bezpośrednio przed klejeniem. Czas przydatności gotowej
kompozycji jest jednak bardzo krótki i zależnie od serii kleju (produkcja krajowa) wynosi od kilkunastu do
kilkudziesięciu minut. Zaletą kleju AG jest jego całkowita odporność na działanie wilgoci. Jest on jednak
trudny w przyrządzaniu, a uzyskanie dobrego połączenia wymaga bardzo ścisłego przestrzegania ustalonych
warunków. Ponadto znajdujący się w kleju fenol jest szkodliwy dla zdrowia, co wymaga przestrzegania
odpowiednich przepisów BHP.
Klej mocznikowo-formaldehydowy Aerolite 306.
Jest to dwuskładnikowy klej importowany, składający się
ze sproszkowanej żywicy oraz ciekłego utwardzacza. Bezpośrednio przed przystąpieniem do pracy
sproszkowaną żywicę miesza się z wodą. Powstała w ten sposób masa klejowa zdatna jest do użytkowania w
przeciągu kilku dni.
W przeciwieństwie do poprzednich klejów żywicznych w przypadku omawianym nie miesza się utwardzacza
z żywicą, lecz zwilża się nim obficie jedną z powierzchni klejonych. Na drugą powierzchnię nanosi się masę
klejową. Klej odznacza się odpornością na działanie wody i wysoką wytrzymałością. Podczas klejenia
wymagane jest stosowanie odzieży ochronnej i rękawic, a pomieszczenie powinno być w umiarkowany
sposób wietrzone (bez przeciągów).
Klej epoksydowy Epidian 57.
Jest to dwuskładnikowy klej produkcji krajowej. Żywica Epidian 57
dostarczana jest w postaci brązowej cieczy i bezpośrednio przed użyciem wymaga wymieszania w
odpowiednich proporcjach z utwardzaczem Z-1. Utwardzacz, także w postaci ciekłej, ma barwą żółtawo
zieloną i daje odczyn alkaliczny o działaniu żrącym. Przygotowana do użycia kompozycja zdatna jest do pracy
przez okres kilkudziesięciu minut. Klej nanoszony jest na obie powierzchnie klejone. Klejem Epidian 57
można łączyć elementy drewniane, laminaty, a także odpowiednio przygotowane powierzchnie metali. Spoiny
kleju są odporne na działanie wilgoci. Zarówno żywice, jak i utwardzacze powinny być przechowywane w
naczyniach ceramicznych, aby nie miały kontaktu z metalami. Niektóre z żywic są łatwopalne, a podczas
łączenia z utwardzaczami występują dość silne reakcje egzotermiczne (nagrzewanie mieszanki). Kleje
epoksydowe mają działanie toksyczne i dlatego wymagane jest zachowanie specjalnej ostrożności podczas
pracy.
Klej fenolowy modyfikowany BWF 21.
Jest to jednoskładnikowy klej stosowany jako klej pomocniczy przy
łączeniu za pomocą klejenia elementów metalowych z konstrukcją drewnianą lub z innymi częściami
metalowymi. Klej jest mieszaniną żywicy fenolowo formaldehydowej z żywicą poliwinylobutarylową. Aby
uniknąć zjawiska korozji metali, w kleju tym nie stosuje się utwardzacza, a utwardzanie kleju uzyskiwane jest
przez wygrzewanie warstwy kleju w wysokich temperaturach.
Rys. 22. Próbki kleju na ścinanie
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
– 5 –
Przy klejeniu metalu z drewnem klej BWF 21 nanoszony jest na oczyszczoną gładką powierzchnię metalu.
Za pomocą kleju BWF 21 wykonywane są jedynie tzw. klejenia technologiczne, to znaczy pomocnicze, a na
przykład w przypadku łączenia okucia z drewnem niezależnie od klejenia wymagane jest zastosowanie
sworzni śrubowych lub nitów.
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
5. LAMINATY
Laminaty
są to powłoki warstwowe z żywic poliestrowych i epoksydowych wzmocnionych włóknem
szklanym. Włókno szklane stosowane jest w nich w postaci tkanin oraz pasm, zwanych rowingami.
O zastosowaniu laminatów w konstrukcjach szybowcowych zadecydowały następujące właściwości
laminatów:
– wysoka wytrzymałość,
– odporność na działanie czynników zewnętrznych,
– zdolność zachowania uformowanego przy wytwarzaniu kształtu,
– możliwość wiernego odwzorowania kształtów z foremnika,
– uzyskiwanie idealnie gładkich powierzchni zewnętrznych powłok,
– mniejsza pracochłonność w porównaniu z innymi metodami wytwarzania,
– stosunkowo prosta konstrukcja i technologia szybowców z laminatów.
Do wytwarzania zespołów szybowców laminatowych stosowane są specjalne, najczęściej wklęsłe, foremniki,
w których układa się i kolejno przesyca żywicą warstwy tkanin z włókna szklanego, nadając im przy tym
wymagany kształt. Z chwilą stwardnienia żywic sztywne już elementy wyjmowane są z foremników i
kierowane do dalszej obróbki. Strona licowa elementów, która podczas wytwarzania przylegała do
foremników, odznacza się dużą gładkością. Do wytwarzania laminatów niezbędne są następujące składniki:
– tkaniny z włókna szklanego o różnych rodzajach splotów i różnych gramaturach (ciężarach jednostkowych),
– rowing szklany w postaci podłużnych pasm, składających się z bardzo cienkich nitek,
– żywice epoksydowe, rzadziej poliestrowe, do przesycania
tkanin i rowingu oraz do łączenia oddzielnie wykonanych
części ze sobą,
– utwardzacze do tych żywic, mieszane z żywicami
bezpośrednio przed procesem laminowania,
– tworzywa przekładkowe stosowane do usztywniania po-
włok, które wlaminowuje się między warstwy tkanin (są to
sztuczne tworzywa spienione lub tworzywa o budowie
ulowej),
– wypełniacze do żywic stosowanych do klejenia, zwłaszcza
przy niezbyt dokładnym spasowaniu powierzchni lub przy
połączeniu z pogrubioną spoiną (drobno cięty rowing,
płatki bawełniane, mikrobalon lub krzemionka koloidalna
zapobiegająca wyciekaniu żywicy ze spoin).
Tkaniny wytwarzane są o różnych splotach odpowiednio
ukierunkowanych i mają właściwość formowania się na
skomplikowanych pod względem kształtu foremnikach.
Grubość i wytrzymałość laminatu zależy przede wszystkim od
rodzaju i liczby nałożonych tkanin. Przykłady splotów tkanin
z włókna szklanego pokazane są na rysunku 23. Pasma
rowingu stosuje się w miejscach wymagających pogrubienia
przekroju (np. krawędzie elementów, wykrojów), a głównie
do przenoszenia większych obciążeń liniowych (pasy
dźwigarów, podłużnice).
Początkowo w budowie szybowców stosowano laminaty
niewytrzymałościowe, z których wykonywane były kołpaki
przodu kadłuba, różne osłony, przejścia aerodynamiczne itp.
Obecnie wytwarzane są z laminatów całe konstrukcje, przy czym stosuje się głównie żywice epoksydowe.
Żywica epoksydowa Epidian 52
. Jest to żywica pochodzenia krajowego powstała na bazie żywicy Epidian5.
Stosowana jest ona wraz z utwardzaczem Z-l. Oba składniki dostarczane są w stanie ciekłym, a łączy się je
bezpośrednio przed użyciem.
Żywica epoksydowa Epikote 162.
Jest to żywica importowana, stosowana z utwardzaczem Laromin C 250.
Żywica i utwardzacz dostarczane są w stanie ciekłym, a łączy się je bezpośrednio przed przystąpieniem do
laminowania. Czas przydatności przygotowanej kompozycji wynosi kilkadziesiąt minut.
Żywica Epikote 162 stosowana jest równolegle z krajową żywicą Epidian 52.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl lemansa.htw.pl
BUDOWA PŁATOWCÓW*
Rozdział 1 CHARAKTERYSTYKA I PRZEZNACZENIE
KLASYFIKACJA SZYBOWCÓW*
* Słowo
płatowce
będzie w niniejszym wykładzie używane zamiennie ze słowem
szybowce
.
Szybowce konstruowane są odpowiednio do przeznaczenia. Konsekwencją różnic konstrukcyjnych są odrębne
własności lotne i pilotażowe. Własności te odpowiadają wymaganiom stawianym przez przepisy budowy
sprzętu lotniczego i są charakterystyczne dla poszczególnych klas szybowców. Ze względu na przeznaczenie
rozróżnia się następujące klasy szybowców:
1) szybowce szkolne,
2) szybowce treningowe,
3) szybowce wyczynowe,
4) szybowce akrobacyjne,
5) szybowce specjalne.
Od szybowców szkolnych wymaga się
szczególnie prawidłowych i bezpiecznych
własności lotnych oraz łatwego i pra-
widłowego pilotażu zapewniającego
odpowiednią tolerancję na
charakterystyczne błędy popełniane przez
pilota podczas szkolenia.
Dawniej stosowana była wyłącznie
metoda szkolenia na szybowcach
jednomiejscowych. Tego rodzaju
szybowce były szczególnie narażone na
uszkodzenia spowodowane błędami
pilotażu, a głównie błędami popełnianymi
podczas lądowania. Dlatego wymagana
była duża odporność konstrukcji na
nieprawidłowe lądowania. Ostatnie lata
przyniosły zasadnicze zmiany w
metodyce szkolenia szybowcowego,
polegające na wprowadzeniu szkolenia
metodą dwusterową. Obecność instruktora na pokładzie szybowca, a więc możliwość eliminowania błędów
ucznia, zwiększyła wydatnie bezpieczeństwo szkolenia i zmniejszyła radykalnie częstość występowania
uszkodzeń sprzętu.
Wkrótce okazało się, że przy stosowaniu metody dwusterowej istnieje możliwość szkolenia od podstaw na
szybowcu bardziej doskonałym, mającym cechy szybowca wyczynowego, po którego opanowaniu przejście
na podstawowy jednomiejscowy szybowiec wyczynowy nie nastręcza uczniowi trudności. Takie warunki
spełnia szybowiec dwumiejscowy o cechach szybowca wyczynowego. Może to być szybowiec
specjalnie skonstruowany w tym celu, można też wykorzystać do tego rodzaju zadań istniejące typy
szybowców dwumiejscowych wyczynowych. W szybowcach konstruowanych specjalnie do tego celu miejsca
załogi mogą być usytuowane obok siebie, najczęściej jednak stosowane są szybowce wyczynowe z miejscami
jedno za drugim (ucznia umieszcza się zawsze z przodu). Przykładem dwumiejscowego szybowca wyczyno-
wego wykorzystywanego do szkolenia może być szeroko stosowany w kraju szybowiec „Bocian". Układ
przedstawiony na rysunku 4 jest konstrukcją wolnonośną o owalnym przekroju kadłuba, odznaczającą dobrym
opracowaniem aerodynamicznym.
Największe zróżnicowanie konstrukcji widoczne jest w klasie szybowców wyczynowych, które służą do
doskonalenia pilotażowego, do uprawiania latania wyczynowego oraz do zdobywania warunków sportowych i
rekordów. Tutaj poszczególne konstrukcje różnią się nieraz znacznie od siebie, co świadczy nie tylko o
pewnym zróżnicowaniu założeń, ale też o wielotorowości poszukiwań w dążeniu do uzyskania jak najlepszych
wyników. Rozwój tych szybowców postępuje zasadniczo w dwóch kierunkach: szybowce treningowe
przeznaczone do szerokiego użytkowania „na co dzień", a więc w różnych warunkach (co powoduje, że ich
własności lotne stanowią pewne optimum wymagań), i szybowce wysoko wyczynowe, o szczególnie starannie
wypracowanych własnościach lotnych, z którego wywodzą się szybowce zawodnicze i rekordowe.
– 2 –
Niejednokrotnie uzyskanie wysokich własności lotnych, a przede wszystkim dużej doskonałości, odbywa się
kosztem zrezygnowania z innych własności i w niektórych przypadkach pociąga za sobą występowanie mniej
bezpiecznych własności, trudniejszy pilotaż, mogą więc latać tylko odpowiednio doświadczeni piloci. W
porównaniu z poprzednio omawianymi klasami szybowce wyczynowe charakteryzuje:
– staranne opracowanie aerodynamiczne, w tym staranne wykończenie powierzchni zewnętrznych,
– większa mechanizacja (chowane podwozia, klapy, zbiorniki na balast wodny), a tym samym bardziej skom-
plikowana obsługa urządzeń,
– duża doskonałość aerodynamiczna,
– mniejsza prędkość opadania,
– zwiększona wytrzymałość umożliwiająca wykonywanie lotów chmurowych oraz lotów przy występowaniu
znacznych podmuchów pionowych,
– bardziej czuły i trudniejszy pilotaż.
Konstrukcja szybowca wyczynowego przewiduje możliwość zabudowy instalacji tlenowej oraz bagażu w
postaci narzędzi montażowych, przyborów do kotwiczenia, pokrowca na kabinę oraz osobistych rzeczy pilota.
Szybowce wyczynowe budowane są w układzie średniopłata lub grzbietopłata jako jedno- lub dwumiejscowe.
Rysunek 6 przedstawia wysokowyczynowy
szybowiec konstrukcji laminatowej "Jantar l",
będący przedstawicielem klasy współczesnych
szybowców wyczynowych.
Szybowce wyczynowe stanowią główny sprzęt
służący do uprawiania sportu szybowcowego i z
nich wywodzą się konstrukcje, na których
rozgrywane są krajowe i międzynarodowe zawody
szybowcowe. O wyniku uzyskanym podczas
zawodów decyduje nie tylko pilot, ale w dużym
stopniu także szybowiec, dlatego też zawody
szybowcowe, zwłaszcza międzynarodowe,
stanowią także sprawdzian jakości sprzętu.
Zawody międzynarodowe (mistrzostwa świata)
rozgrywane są już od wielu lat w dwóch klasach, w
klasie standard i w klasie otwartej. Klasa standard
ogranicza w pewnym stopniu zapędy
konstruktorów, narzucając liczne postulaty w
stosunku do konstrukcji szybowca, natomiast klasa
otwarta pozwala na dowolność konstrukcji i jest
"kuźnią" nowych, niejednokrotnie eksperymen-
talnych koncepcji, tworzących postęp w technice
szybowcowej.
Założeniem dla klasy standard miał być szybowiec
prosty w konstrukcji, łatwo dostępny czyli
szybowiec do użytkowania na co dzień. W miarę
rozwoju tej klasy w zasadzie zachował się jedynie
postulat dotyczący rozpiętości skrzydeł
(maksymalnie 15 m). Dopuszczone zostało
chowane podwozie, klapy wyporowe na
zawiasach, zrezygnowano z pełnej skuteczności hamulców aerodynamicznych, zgadzając się na ograniczanie
przez nie prędkości po torze nachylonym pod kątem 45° do dopuszczalnej prędkości maksymalnej.
Szybowce akrobacyjne odznaczają się bardziej zwartą budową, zapewniającą im większą wytrzymałość, a tym
samym możliwość realizowania dużych przeciążeń tak w locie normalnym, jak i odwróconym. Wymagana jest
dobra sterowność, a także dobre własności w locie odwróconym. W następstwie takich założeń charakteryzuje
je stosunkowo mała rozpiętość przy dość znacznym ciężarze własnym, co sprawia, że mają one większe niż
szybowce innych klas prędkości startu i lądowania oraz większe prędkości ewolucyjne. Uzyskanie
odpowiednich własności w akrobacji nie idzie zwykle w parze z zapewnieniem zupełnie bezpiecznych
własności lotnych i pilotażowych, jakich wymaga się od szybowców pozostałych klas. Szybowce akrobacyjne
charakteryzuje bardziej gwałtowny przebieg utraty prędkości i związana z tym łatwość wprowadzania w
korkociąg oraz dobra "zrywność", czyli łatwość rozpędzania. Szybowce akrobacyjne budowane są w układzie
średniopłata, rzadziej grzbietopłata. W celu uzyskania dobrych własności w locie odwróconym kąt
zaklinowania skrzydła jest u nich zwykle bardzo mały, co z kolei wymaga stosowania wysokiego podwozia,
zapewniającego możliwość uzyskania podczas startu i lądowania odpowiednio dużych kątów natarcia (w celu
zmniejszenia prędkości i skrócenia długości startu i lądowania). Latać mogą na nich jedynie zaawansowani
piloci, przy czym czasy trwania lotów, w porównaniu na przykład z szybowcami wyczynowymi, są tu krótkie.
Rys. 6. Jednomiejscowy szybowiec wyczynowy laminatowy "Jantar 1"
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
– 3 –
Do klasy szybowców specjalnych zalicza się niektóre typy szybowców zawodniczych i rekordowych oraz
różne układy szybowców doświadczalnych.
Pojęciem „specjalny" określa się też takie konwencjonalne konstrukcje, które pod pewnymi względami nie
spełniają wymagań przepisów i nie mogą być zaszeregowane do normalnych klas użytkowych. Są one w
takich przypadkach dopuszczone do użytkowania z odpowiednimi ograniczeniami. Szybowce doświadczalne
mogą się charakteryzować nowymi rozwiązaniami aerodynamicznymi, konstrukcyjnymi lub
technologicznymi. Mogą to być zarówno konstrukcje o dużej, jak i o małej wytrzymałości. Przykładem może
być układ bezogonowca, latającego skrzydła lub szybowiec "Eta" o rozpiętości przekraczającej 30m.
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
Rozdział 2 MATERIAŁY l TECHNOLOGIA
1. OGÓLNE WIADOMOŚCI O MATERIAŁACH
Do budowy szybowców stosowane są tylko materiały o jakości sprawdzonej na podstawie wymagań i
postanowień odpowiednich warunków technicznych. W tym celu z materiałów tych pobierane są próbki,
kierowane do laboratoriów wytrzymałościowych i analitycznych. Instytucje te wystawiają odpowiednie
orzeczenia, będące podstawą do cechowania materiałów za pomocą odbicia stempli, barwienia, przywieszek
lub świadectw materiałowych.
Zależnie od rodzaju i jakości, badane materiały mogą być podzielone na różne kategorie wytrzymałościowe
lub jakościowe. Okres ważności orzeczenia o przydatności niektórych materiałów (np. klejów i lakierów)
może być ograniczony. Materiały sklasyfikowane jako lotnicze powinny być przechowywane w warunkach
określonych odpowiednimi przepisami lub instrukcjami składowania. W następstwie niespełniania
obowiązujących wymagań materiały lotnicze mogą stracić świadectwa jakości.
2. DREWNO
Do niedawna drewno było głównym materiałem służącym do budowy szybowców. Obecnie w dalszym ciągu
zaliczane jest ono do materiałów podstawowych, jednak straciło swój prymat, w wyniku coraz szerszego
stosowania nowych tworzyw, takich jak laminaty z włókna szklanego oraz z włókna węglowego i innych.
W naszych warunkach do budowy szybowców stosuje się, głównie drewno sosnowe, brzozowe i jesionowe. Z
drewna sosnowego wykonywane są główne elementy i zespoły konstrukcji, brzoza służy do wyrobu
wodoodpornych sklejek lotniczych, natomiast z jesionu wykonuje się podkładki pod silnie obciążone okucia
oraz płozy.
W przeciwieństwie do sosny od drewna jesionowego wymaga się grubych, a więc rzadkich słojów, z którymi
w parze występuje dobra elastyczność tego drewna. Drewno jesionowe stosowane jest, w bardzo małych
ilościach, w postaci przekładek warstwowych w pasach dźwigarów przy nasadzie skrzydła oraz na podkładki
pod okucia (gdy na drewno jest wywierany duży nacisk). Niekiedy z drewna jesionowego wyrabiane są płozy,
które stosowane są w szybowcach coraz rzadziej.
3. SKLEJKI
Sklejki lotnicze powstają przez sklejenie nieparzystej liczby
oklein (warstw), wytwarzanych przez obtaczanie bali
drewna na specjalnych strugarkach. Okleiny układane są w
arkuszu kolejno w ten sposób, aby kierunki ich słojów krzy-
żowały się ze sobą pod kątem 90° (rys. 20). Stąd kierunki
słojów w okleinach zewnętrznych arkusza są zawsze do
siebie równoległe i dlatego sklejka odznacza się większą
wytrzymałością w kierunku słojów
4. KLEJE
Do łączenia części szybowców stosuje się kleje do drewna, kleje do laminatów, kleje do tkanin pokryciowych
oraz kleje uniwersalne, stosowane dla celów drugorzędnych. Klej lotniczy powinien mieć odpowiednią
wytrzymałość, odporność na zmienne oddziaływanie czynników zewnętrznych (temperatura, wilgotność,
ciecze itp.), odporność na obciążenia zmienne oraz długą trwałość. Nie pozostają także bez znaczenia takie
własności, jak łatwość uzyskania kleju, niska cena, łatwość posługiwania się klejem, długi czas zdatności
przygotowanej porcji kleju oraz tolerancyjność na wartości docisków i na warunki klimatyczne w pracowni.
Przykłady typowych prób wytrzymałościowych przedstawione są na rysunku 22. Od klejów przeznaczonych
do łączenia drewna i sklejek wymagana jest wytrzymałość na ścinanie spoiny około 100 kG/cm2. Przyjmuje
się zasadę, że spoina musi być silniejsza niż materiał, który klei.
– 4 –
Ważne jest także zapewnienie spoinie odpowiednio wysokiego docisku,
którego wartość, zależnie od rodzaju kleju, wynosi od 0,8 do 4,0 kG/cm2.
Czasy stosowania docisków wynoszą przy klejeniu na zimno od 6 do 24
godzin. Po zdjęciu zacisków wymagane jest sezonowanie, polegające na
wstrzymaniu się od dalszej obróbki przez okres równy zwykle
podwójnemu czasowi trzymania w zaciskach.
Obecnie znajdują się w zastosowaniu wyłącznie kleje syntetyczne z żywic
sztucznych, w użytkowaniu jednak znajdują się jeszcze szybowce
budowane przy użyciu organicznego kleju kazeinowego.
Klej kazeinowy.
Klej kazeinowy, znany u nas pod nazwą handlową
Certus, stosowany był przez wiele lat do produkcji drewnianego sprzętu
lotniczego. Głównym składnikiem tego kleju jest kazeina, będąca
produktem wywodzącym się z mleka krowiego. Zaletą kleju Certus było
dobre wiązanie, duża tolerancyjność na niedokładności w przygotowaniu
sklejanych powierzchni (dobre przyleganie) a także brak składników
szkodliwych dla zdrowia oraz łatwość przyrządzania kleju.
Poważną jednak wadą, był brak odporności na oddziaływanie wilgoci i
pleśni. W związku z wycofaniem kleju kazeinowego szybowce, które
budowane były przy użyciu tego kleju, naprawiane są obecnie przy użyciu
kleju rezorcynowego AR.
Klej rezorcynowy AR.
Jest to dwuskładnikowy klej składający się z
żywicy rezorcynowej AR oraz utwardzacza. Żywica, o brunatnej barwie,
dostarczana jest w postaci ciekłej, a utwardzacz w postaci proszku. Klej
rezorcynowy nakładany jest na obie powierzchnie klejone. Odczyn kleju jest obojętny, w związku z czym na-
daje się on do wykonywania napraw konstrukcji klejonej uprzednio klejem kazeinowym. Do zalet tego kleju
zalicza się odporność na działanie wilgoci, drobnoustrojów i kwasów oraz znaczną tolerancyjność w
odniesieniu do samej technologii klejenia. Klej jest w pewnym stopniu szkodliwy dla zdrowia, zwłaszcza w
przypadku skaleczeń lub zatarcia oka.
Klej fenolowo-formaldehydowy AG.
Jest to także dwuskładnikowy klej składający się z ciekłej żywicy AG
o barwie słomkowo-brunatnej oraz z płynnego utwardzacza KBS, będącego silnym kwasem. Oba czynniki
łączone są ze sobą w odpowiednich proporcjach bezpośrednio przed klejeniem. Czas przydatności gotowej
kompozycji jest jednak bardzo krótki i zależnie od serii kleju (produkcja krajowa) wynosi od kilkunastu do
kilkudziesięciu minut. Zaletą kleju AG jest jego całkowita odporność na działanie wilgoci. Jest on jednak
trudny w przyrządzaniu, a uzyskanie dobrego połączenia wymaga bardzo ścisłego przestrzegania ustalonych
warunków. Ponadto znajdujący się w kleju fenol jest szkodliwy dla zdrowia, co wymaga przestrzegania
odpowiednich przepisów BHP.
Klej mocznikowo-formaldehydowy Aerolite 306.
Jest to dwuskładnikowy klej importowany, składający się
ze sproszkowanej żywicy oraz ciekłego utwardzacza. Bezpośrednio przed przystąpieniem do pracy
sproszkowaną żywicę miesza się z wodą. Powstała w ten sposób masa klejowa zdatna jest do użytkowania w
przeciągu kilku dni.
W przeciwieństwie do poprzednich klejów żywicznych w przypadku omawianym nie miesza się utwardzacza
z żywicą, lecz zwilża się nim obficie jedną z powierzchni klejonych. Na drugą powierzchnię nanosi się masę
klejową. Klej odznacza się odpornością na działanie wody i wysoką wytrzymałością. Podczas klejenia
wymagane jest stosowanie odzieży ochronnej i rękawic, a pomieszczenie powinno być w umiarkowany
sposób wietrzone (bez przeciągów).
Klej epoksydowy Epidian 57.
Jest to dwuskładnikowy klej produkcji krajowej. Żywica Epidian 57
dostarczana jest w postaci brązowej cieczy i bezpośrednio przed użyciem wymaga wymieszania w
odpowiednich proporcjach z utwardzaczem Z-1. Utwardzacz, także w postaci ciekłej, ma barwą żółtawo
zieloną i daje odczyn alkaliczny o działaniu żrącym. Przygotowana do użycia kompozycja zdatna jest do pracy
przez okres kilkudziesięciu minut. Klej nanoszony jest na obie powierzchnie klejone. Klejem Epidian 57
można łączyć elementy drewniane, laminaty, a także odpowiednio przygotowane powierzchnie metali. Spoiny
kleju są odporne na działanie wilgoci. Zarówno żywice, jak i utwardzacze powinny być przechowywane w
naczyniach ceramicznych, aby nie miały kontaktu z metalami. Niektóre z żywic są łatwopalne, a podczas
łączenia z utwardzaczami występują dość silne reakcje egzotermiczne (nagrzewanie mieszanki). Kleje
epoksydowe mają działanie toksyczne i dlatego wymagane jest zachowanie specjalnej ostrożności podczas
pracy.
Klej fenolowy modyfikowany BWF 21.
Jest to jednoskładnikowy klej stosowany jako klej pomocniczy przy
łączeniu za pomocą klejenia elementów metalowych z konstrukcją drewnianą lub z innymi częściami
metalowymi. Klej jest mieszaniną żywicy fenolowo formaldehydowej z żywicą poliwinylobutarylową. Aby
uniknąć zjawiska korozji metali, w kleju tym nie stosuje się utwardzacza, a utwardzanie kleju uzyskiwane jest
przez wygrzewanie warstwy kleju w wysokich temperaturach.
Rys. 22. Próbki kleju na ścinanie
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
– 5 –
Przy klejeniu metalu z drewnem klej BWF 21 nanoszony jest na oczyszczoną gładką powierzchnię metalu.
Za pomocą kleju BWF 21 wykonywane są jedynie tzw. klejenia technologiczne, to znaczy pomocnicze, a na
przykład w przypadku łączenia okucia z drewnem niezależnie od klejenia wymagane jest zastosowanie
sworzni śrubowych lub nitów.
BUDOWA PŁATOWCÓW
– skrypt Aeroklubu Łódzkiego
5. LAMINATY
Laminaty
są to powłoki warstwowe z żywic poliestrowych i epoksydowych wzmocnionych włóknem
szklanym. Włókno szklane stosowane jest w nich w postaci tkanin oraz pasm, zwanych rowingami.
O zastosowaniu laminatów w konstrukcjach szybowcowych zadecydowały następujące właściwości
laminatów:
– wysoka wytrzymałość,
– odporność na działanie czynników zewnętrznych,
– zdolność zachowania uformowanego przy wytwarzaniu kształtu,
– możliwość wiernego odwzorowania kształtów z foremnika,
– uzyskiwanie idealnie gładkich powierzchni zewnętrznych powłok,
– mniejsza pracochłonność w porównaniu z innymi metodami wytwarzania,
– stosunkowo prosta konstrukcja i technologia szybowców z laminatów.
Do wytwarzania zespołów szybowców laminatowych stosowane są specjalne, najczęściej wklęsłe, foremniki,
w których układa się i kolejno przesyca żywicą warstwy tkanin z włókna szklanego, nadając im przy tym
wymagany kształt. Z chwilą stwardnienia żywic sztywne już elementy wyjmowane są z foremników i
kierowane do dalszej obróbki. Strona licowa elementów, która podczas wytwarzania przylegała do
foremników, odznacza się dużą gładkością. Do wytwarzania laminatów niezbędne są następujące składniki:
– tkaniny z włókna szklanego o różnych rodzajach splotów i różnych gramaturach (ciężarach jednostkowych),
– rowing szklany w postaci podłużnych pasm, składających się z bardzo cienkich nitek,
– żywice epoksydowe, rzadziej poliestrowe, do przesycania
tkanin i rowingu oraz do łączenia oddzielnie wykonanych
części ze sobą,
– utwardzacze do tych żywic, mieszane z żywicami
bezpośrednio przed procesem laminowania,
– tworzywa przekładkowe stosowane do usztywniania po-
włok, które wlaminowuje się między warstwy tkanin (są to
sztuczne tworzywa spienione lub tworzywa o budowie
ulowej),
– wypełniacze do żywic stosowanych do klejenia, zwłaszcza
przy niezbyt dokładnym spasowaniu powierzchni lub przy
połączeniu z pogrubioną spoiną (drobno cięty rowing,
płatki bawełniane, mikrobalon lub krzemionka koloidalna
zapobiegająca wyciekaniu żywicy ze spoin).
Tkaniny wytwarzane są o różnych splotach odpowiednio
ukierunkowanych i mają właściwość formowania się na
skomplikowanych pod względem kształtu foremnikach.
Grubość i wytrzymałość laminatu zależy przede wszystkim od
rodzaju i liczby nałożonych tkanin. Przykłady splotów tkanin
z włókna szklanego pokazane są na rysunku 23. Pasma
rowingu stosuje się w miejscach wymagających pogrubienia
przekroju (np. krawędzie elementów, wykrojów), a głównie
do przenoszenia większych obciążeń liniowych (pasy
dźwigarów, podłużnice).
Początkowo w budowie szybowców stosowano laminaty
niewytrzymałościowe, z których wykonywane były kołpaki
przodu kadłuba, różne osłony, przejścia aerodynamiczne itp.
Obecnie wytwarzane są z laminatów całe konstrukcje, przy czym stosuje się głównie żywice epoksydowe.
Żywica epoksydowa Epidian 52
. Jest to żywica pochodzenia krajowego powstała na bazie żywicy Epidian5.
Stosowana jest ona wraz z utwardzaczem Z-l. Oba składniki dostarczane są w stanie ciekłym, a łączy się je
bezpośrednio przed użyciem.
Żywica epoksydowa Epikote 162.
Jest to żywica importowana, stosowana z utwardzaczem Laromin C 250.
Żywica i utwardzacz dostarczane są w stanie ciekłym, a łączy się je bezpośrednio przed przystąpieniem do
laminowania. Czas przydatności przygotowanej kompozycji wynosi kilkadziesiąt minut.
Żywica Epikote 162 stosowana jest równolegle z krajową żywicą Epidian 52.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]