기체

Airframe
마이클 크라이튼의 소설은 에어프레임을 참고하세요.
밴의 RV-14 절단기가 기체를 보여주고 있다.

항공기의 기계적 구조는 기체라고 알려져 있다.이 구조는 일반적으로 동체, 언더캐리지, 엠펜니지 및 날개를 포함하는 것으로 간주되며 추진 [1]시스템은 제외됩니다.

기체 설계는 공기역학, 재료 기술 및 제조 방법, 무게, 강도 및 공기역학 항력, 신뢰성 및 비용에 초점을 맞춘 항공우주 공학 분야입니다.

역사

4가지 유형의 기체 구조: (1) 캔버스 트러스, (2) 코루게이트 플레이트 트러스, (3) 모노코크 구조, (4) 세미 모노코크 구조.

현대 기체 역사는 1903년 오빌과 윌버 라이트가 만든 나무 복엽기가 고정 날개 디자인의 가능성을 보여주면서 미국에서 시작되었다.

1912년 Deperdussin Monoque는 원형 프레임 위에 얇은 합판 층을 형성한 가볍고 튼튼하며 유선형 모노코크 동체를 개척하여 210km/h(130mph)[2][3]를 달성했습니다.

제1차 세계 대전

많은 초기 개발은 제1차 세계대전 동안 군사적 필요에 의해 촉진되었다. 그 시대의 잘 알려진 항공기로는 네덜란드 디자이너 앤서니 포커의 독일 제국용 전투기와 미국의 커티스 비행선과 독일/오스트리아 타우벨란 등이 있다.이것들은 하이브리드 목재와 금속 구조물을 사용했다.

그 1915/16 기간까지 독일 Luft-Fahrzeug-Gesellschaft 회사만 뼈대가 되는 내부 프레임으로, 합판을 가늘게 힘들여서 대각선 패션에 최대 4계층들에서," 떠났다"과"바로"반 구체적인 남성 곰팡이, Wickelrumpf(wrapped-body)건설로 알려진 주변"포장"을 사용하여 완전한 모노코 우크all-wood 구조 마련했었다.[4]1916년식 LFG Roland C에 처음 등장했다.II, 그리고 나중에 D 시리즈 복엽기 전투기 Pfalz Flugzeugwerke에 면허를 취득하게 된다.

1916년 독일의 알바트로스 D.III 양면 전투기는 종방향 롱곤 및 격벽에 부착된 하중 지지 합판 피부 패널이 있는 세미 모노코크 동체를 특징으로 했습니다. 금속이 나무를 [2]대체하면서 일반적인 응력 피부 구조 구성으로 대체되었습니다.Albatros 회사의 컨셉과 유사한 방법을 Hannovesche Waggonfabrik는 가벼운 2인승 CL에 사용했습니다.II ~ CL 。V 디자인, Siemens-Schuckert가 나중에 Siemens-Schuckert D를 위해 만들었습니다.III 이상의 퍼포먼스 D.IV 양면 전투기 설계.알바트로스 D.III 구조는 특허받은 LFG Wickelrumpf 개념보다 훨씬 덜 복잡했습니다.[original research?]

독일 엔지니어 휴고 융커스는 1915년 강철로 [2]만든 올메탈 캔틸레버 날개, 응력 피부 단엽기 융커스 J1을 가지고 처음으로 금속으로 된 항공기를 조종했다.그것은 전쟁 전에 독일에서 알프레드 빌름에 의해 발명된 더 가벼운 두랄루민으로 더욱 발전했다; 융커스 D의 기체에서.1918년의 I. 미국 엔지니어 윌리엄 부시넬 스타우트와 소련 항공우주 엔지니어 안드레이 투폴레프에 의해 전후 기술이 거의 변하지 않고 채택되어 1930년대까지 날개 길이가 최대 60미터인 항공기에 유용하다는 것이 입증되었다.

세계 대전 사이

1915년의 J1과 D.1918년의 I 전투기는 1919년에 최초의 금속 수송기인 D로 두랄루민으로 만든 융커스 F.13이 뒤를 이었다.저는 300대를 만들었습니다. 최초의 4엔진 올메탈 여객기, 유일한 제플린 스타켄 E-4/[2][3]20과 함께요.1920년대와 1930년대 상업용 항공기 개발은 레이디얼 엔진을 사용한 단발기 설계에 초점을 맞췄다.일부는 단일 사본으로 제작되거나 성령의 정령과 같이 소량으로 제작되었다. 루이스는 1927년 찰스 린드버그에 의해 대서양을 횡단했다.윌리엄 스타우트는 1926년에 [5]올메탈 포드 트리모터를 설계했다.

1929년에 비행한 Hall XFH 해군 전투기 시제품은 금속 동체가 리벳으로 고정된 최초의 항공기였습니다. 즉, 강철 튜브 위에 알루미늄 껍질이 덮여 있고,[2] Hall PH 비행선의 스킨 패널 사이에 리벳과 버트 조인트가 있는 것도 1929년에 비행한 것입니다.이탈리아 사보이아-마르체티 S.56을 기반으로 한 1931년형 Budd BB-1 Pioneer 실험 비행선은 미국 철도회사 [2]Budd Company가 새롭게 개발한 스폿 용접으로 조립된 내식성 스테인리스강으로 제작되었습니다.

정커스의 골판지 두랄루민으로 덮인 최초의 기체 철학은 1932년에 탄생한 정커스 Ju 52 트리모터 여객기에서 절정을 이뤘는데, 이 여객기는 2차 세계대전 내내 나치 독일 공군이 수송과 낙하산 보급을 위해 사용했다.안드레이 투폴레프가 소련에서 설계한 설계안은 지속적으로 크기가 증가하는 일련의 금속 항공기를 설계하여 1934년 8기의 투폴레프 ANT-20을 정점에 이르렀고,[6] 도널드 더글러스의 회사는 1936년에 상징적인 더글러스 DC-3 트윈 엔진 여객기를 개발했다.그것들은 올메탈 에어프레임을 사용하여 그 시대에 등장한 가장 성공적인 디자인 중 하나였다.

1937년, 록히드 XC-35는 광범위한 고고도 비행 시험을 거치기 위해 실내 압력으로 특별히 제작되었고, 보잉 307 Stratoliner가 상업 서비스를 [3]시작하는 첫 번째 항공기가 될 것이다.

웰링턴 마크 X는 지오데식 기체의 구조와 내공성을 유지하면서 견딜 수 있는 처벌 수준을 보여준다.

제2차 세계 대전

제2차 세계 대전 동안, 군사적 필요성은 다시 기체 설계를 지배했다.가장 잘 알려진 것 중 하나는 1930년대 오리지널 디자인을 개조한 미국 C-47 스카이트레인, B-17 플라잉 포트리스, B-25 미첼과 P-38 라이트닝, 영국 비커스 웰링턴이다.최초의 제트기는 전쟁 중에 생산되었지만 대량으로 만들어지지는 않았다.

전시에는 알루미늄이 부족했기 때문에 de Havilland Mosciator 전폭기는 발사우드 코어에 접합된 목재(plywood)로 제작되었고 금형을 사용하여 모노코크 구조를 제작하여 나중에 de Havilland Comet과 Fokker F27 및 [2]F28에 사용된 금속 간 접합을 개발하게 되었습니다.

전후

전후 상업용 기체 설계는 여객기, 터보프롭 엔진, 제트 엔진에 초점을 맞췄다.터보프롭과 제트의 일반적으로 빠른 속도와 인장 응력은 주요 [7]과제였다.구리, 마그네슘 및 아연을 함유한 알루미늄 합금이 이러한 설계에 매우 [8]중요했습니다.

1952년에 비행하여 피부 마찰이 내열성을 필요로 하는 마하 2의 속도로 순항하도록 설계된 더글러스 X-3 스틸레토는 최초의 티타늄 항공기였지만 동력이 부족하여 거의 초음속이 되지 않았다. 또한 마하 3.2 록히드 A-12와 SR-71은 취소된 보잉 2707 마하 2.7 초음속 [2]수송기와 마찬가지로 주로 티타늄이었다.

마하 2.8 미코얀-구레비치 MiG-25 전투기는 용접이 어렵고, 마하 3.1 북미 XB-70 발키리는 납땜 스테인리스강 벌집패널과 티타늄을 사용했지만 1964년 시간이 [2]흐르면서 취소됐다.

컴퓨터 보조 설계 시스템은 1974년 그루먼 F-14 Tomcat과 함께 처음 비행한 맥도널 더글러스 F-15 Eagle을 위해 1969년에 개발되었으며, 양쪽 꼬리에 붕소 섬유 복합체를 사용했다. 맥도널 더글러스 AV-8B Harrier II, F-18a의 날개 껍질에는 보다 저렴한 탄소 섬유 강화 폴리머가 사용되었다. B-2 [2]스피릿

근대

보잉 747 기체의 대략적인 내부
리브와 스파가 1개 있는 날개 구조

에어버스와 보잉은 대형 제트 여객기의 주요 조립업체이며, ATR, 봄바디어 및 엠브레어는 지역 여객기 시장을 주도하고 있으며, 많은 제조업체들이 기체 부품을 [relevant?]생산하고 있습니다.

1985년에 처음 비행한 에어버스 A310-300의 수직 안정기는 상업용 항공기에 사용된 최초의 탄소 섬유 1차 구조였다. 복합 재료는 에어버스 여객기에서 1987년 A320과 1994년 A330/A340의 수평 안정기, 2005년 [2]A380의 중앙 날개 상자 및 기체와 같은 이후 점점 더 많이 사용되고 있다.

1998년에 형식 인증을 받은 Cirrus SR20은 종합구조로 제조된 최초의 일반 항공기로, 2000년대에 여러 [9]대의 다른 경비행기가 그 뒤를 이었다.

2009년에 처음 비행한 보잉 787은 구조 중량의 50%를 탄소 섬유 복합 재료와 20%의 알루미늄, 15%의 티타늄으로 만든 최초의 상업 항공기이다. 이 재료는 낮은 드래그, 높은 날개 석면비, 높은 실내 압력을 가능하게 한다. 2013년에 비행한 경쟁 에어버스 A350은 구조상 53%의 탄소 섬유이다.무게는 [2]탄소 섬유 동체가 일체형으로 되어 있어 "1,200장의 알루미늄과 40,000개의 리벳"[10]을 대체한다고 합니다.

2013 봄바디어 CSeries는 경량 알루미늄-리튬 합금 동체와 건식 섬유 수지 이송 주입 날개를 갖추고 있어 손상 저항성과 수리성을 갖추고 있으며, 이 조합은 향후 협체 [2]항공기에 사용될 수 있습니다.2016년 Cirrus Vision SF50은 탄소 섬유 복합 재료만으로 제작된 최초의 인증 경항공기가 되었습니다.

2017년 2월, Airbus는 Sciaky,[11] Inc.의 전자 빔 적층 제조를 사용하여 티타늄 항공기 구조 부품용 3D 프린팅 기계를 설치했습니다.

질량별[12] 여객기 구성
재료. B747 B767 B757 B777 B787 A300B4
알루미늄 81% 80% 78% 70% 20% 77%
강철 13% 14% 12% 11% 10% 12%
티타늄 4% 2% 6% 7% 15% 4%
컴포지트 1% 3% 3% 11% 50% 4%
다른. 1% 1% 1% 1% 5% 3%

안전.

기체 제작은 까다로운 과정이 되었다.제조업체는 엄격한 품질 관리 및 정부 규제 하에 운영됩니다.확립된 표준으로부터의 이탈은 주요 [13]관심사가 된다.

1954년 판버러 에어쇼에서 시연하는 DH106 Comet 3 G-ANLO

항공 설계의 랜드마크인 세계 최초의 제트 여객기 드 하빌랜드 코메트는 1949년에 처음 비행했다.초기 모델들은 치명적인 기체 금속 피로에 시달렸고, 널리 알려진 일련의 사고를 야기했습니다.Farnborough 공항의 Royal Aircraft Assistment 조사는 항공기 추락 재건을 위한 과학을 확립했다.특수하게 구성된 압력 챔버에서 3000회의 가압 사이클을 수행한 후, 기체 고장은 네모난 창문의 결과인 응력 집중으로 인한 것으로 밝혀졌다.창문은 접착제와 리벳으로 고정되어 있었지만 펀치 리벳으로만 고정되어 있었다.드릴 리벳과 달리 펀치 리벳으로 인해 발생하는 구멍의 불완전한 특성으로 인해 리벳 주변의 피로 균열이 시작될 수 있습니다.

1957년에 처음 비행한 록히드 L-188 일렉트라 터보프롭은 진동을 제어하고 금속 피로를 방지하는 데 비용이 많이 드는 교훈이 되었다.1959년 브래니프 542편 추락 사고는 항공업계와 항공 고객들이 새로운 기술을 채택할 때 겪을 수 있는 어려움을 보여주었다.

이 사건은 2001년 아메리칸 에어라인 587편 이륙 당시 에어버스 A300의 수직 안정기가 동체에서 떨어져 나간 후 발생한 추락 사고와 비교된다. 이 사고는 최근 많은 [14][15][16]기체에서 사용되는 복합 재료와 관련된 작동, 유지보수 및 설계 문제에 대한 주의를 환기시켰다.A300은 다른 구조적 문제를 겪었지만 이 정도 규모는 아니었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "FAA Definitions". Retrieved 2020-04-30.
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m Graham Warwick (Nov 21, 2016). "Designs That Changed The Way Aircraft Are Built". Aviation Week & Space Technology.
  3. ^ a b c Richard P. Hallion (July 2008). "Airplanes that Transformed Aviation". Air & space magazine. Smithsonian.
  4. ^ Wagner, Ray & Nowarra, Heinz (1971). German Combat Planes: A Comprehensive Survey and History of the Development of German Military Aircraft from 1914 to 1945. New York: Doubleday. pp. 75 & 76.
  5. ^ David A. Weiss (1996). The Saga of the Tin Goose. Cumberland Enterprises.
  6. ^ Peter M. Bowers (1986). The DC-3: 50 Years of Legendary Flight. Tab Books.
  7. ^ Charles D. Bright (1978). The Jet Makers: the Aerospace Industry from 1945 to 1972. Regents Press of Kansas.
  8. ^ Aircraft and Aerospace Applications. Key to Metals Database. INI International. 2005. Archived from the original on 2006-03-08.
  9. ^ "Top 100 Airplanes:Platinum Edition". Flying. November 11, 2013. p. 11.
  10. ^ Leslie Wayne (May 7, 2006). "Boeing Bets the House on Its 787 Dreamliner". New York Times.
  11. ^ Graham Warwick (Jan 11, 2017). "Airbus To 3-D Print Airframe Structures". Aviation Week & Space Technology.
  12. ^ Woidasky, Jörg; Klinke, Christian; Jeanvré, Sebastian (5 November 2017). "Materials Stock of the Civilian Aircraft Fleet". Recycling. 2 (4): 21. doi:10.3390/recycling2040021.
  13. ^ Florence Graves and Sara K. Goo (Apr 17, 2006). "Boeing Parts and Rules Bent, Whistle-Blowers Say". Washington Post. Retrieved April 23, 2010.
  14. ^ Todd Curtis (2002). "Investigation of the Crash of American Airlines Flight 587". AirSafe.com.
  15. ^ James H. Williams, Jr. (2002). "Flight 587". Massachusetts Institute of Technology.
  16. ^ Sara Kehaulani Goo (Oct 27, 2004). "NTSB Cites Pilot Error in 2001 N.Y. Crash". Washington Post. Retrieved April 23, 2010.

추가 정보