Chương 8: Thân máy bay

Mục tiêu: mô tả chức năng của thân máy bay, đặc điểm thiết kế của các thân máy bay điển hình và cấu tạo của chúng.

Giới thiệu

Phần thân của máy bay thông thường thực hiện hai chức năng chính. Đầu tiên nó mang vác trọng tải, trong trường hợp máy bay thể thao, trọng tải là toàn bộ phi hành đoàn, trong trường hợp máy bay vận tải, trọng tải là hành khách hoặc hàng hóa. Thứ hai, nó định hình các liên kết cấu trúc chính của máy bay trong khi  các bộ phận lắp ráp hoàn thành. Liên kết cấu trúc này có trách nhiệm cố định hai cánh và đuôi vào các vị trí khí động xác định, sự quan hệ của trọng lượng và các tải trọng khác từ tất cả các thành phần và truyền lực nâng hỗ trợ chúng. Thân máy bay luôn mang các động cơ và bộ phận càng. Nó cũng có trách nhiệm cung cấp các yếu tố an toàn giúp phi hành đoàn và hành khách có thể tồn tại, và tận hưởng du lịch trong sự thoải mái. Vì vậy thân máy bay phải có khả năng chống lại tải trọng cao của các đặc tính khác nhau. Khối lượng và tải trọng nâng từ đuôi máy bay tạo ra lực uốn lớn trên thân máy bay, trong khi cánh thăng bằng vá đuôi đứng tạo lực xoắn để xoắn thân máy bay. Buồng lái gây ra áp lực bằng 1 tải trọng khác thích hợp tới sự chênh lẹch áp suất bên trong và bên ngoài, điều này cố gắng làm vỡ thân máy bay. Sự chênh lệch áp suất này có thể lên tới 56000 niu tơn trên 1 mét vuông (bằng sức nặng của 6 chiếc ô tô cho mỗi mét vuông của vỏ thân máy bay).

Có những tải trọng khác trong thân máy bay, một số chỉ xảy ra trong giai đoạn máy bay hoạt động. Độ bền cấu trúc và độ cứng của thân máy bay phải cao đủ để chống lại những tải trọng này, vì vậy mỗi phần của mỗi chuyến bay có thể mang ra với khả năng an toàn cao. Trong những trường hợp tương tự trọng lượng phải được giữ ở mức nhỏ nhất có thể, để hiệu quả hoạt động của máy bay đạt tối đa. Điều này có nghĩa là mọi bộ phận của cấu trúc này không có sự liên quan ... của tải trọng không hợp lí.

Thân máy bay được xem như được tạo thành từ ba phần:

+) Phần mũi máy bay hoặc phần thân phía mũi

+) Phần trung tâm hoặc thân trung tâm

+) Phần đuôi máy bay hoặc phần thân phía đuôi

3 phần này sẽ mang những tải trọng khác nhau được sinh ra từ máy bay, nhưng trong mọi trường hợp phần thân trung tâm cần độ khỏe và độ cứng lớn. Trong khi bay, toàn bộ máy bay sẽ được hỗ trợ bởi lực nâng của hai cánh, truyền qua phần thân trung tâm để nâng tất cả các phần còn lại. Trong máy bay vận tải, đa số thân máy bay có hình trụ hoặc những những hình gần giống hình trụ, với hình nón ở phần mũi và phần đuôi. Đó là hình dáng tiện lợi cho việc chở hàng hóa hoặc hành khách, và tạo khả năng dài ra của máy bay (làm cho thân máy bay dài hơn để tăng sức chứa) bởi những bộ phận gắn thêm vào hoặc những chốt chính thay đổi thiết kế của thân máy bay. Máy bay chiến đấu thì hoàn toàn khác, và hình dạng của thân cũng rất phức tạp vì những nhiệm vụ của nó.

Những yếu tố khác cũng phải được xem xét cẩn thận khi thiết kế thân máy bay. Các của phải được thêm vào vì phải mang  hành khách và hàng hóa, và hành khách sẽ yêu cầu cửa sổ. Điều này sẽ gia tăng những vấn đề của trọng lượng vì chúng yêu cầu cắt bỏ phần thân máy bay để lắp đặt, yêu cầu thêm vào những cấu trúc chính và  yêu cầu về độ bền, bởi vì chúng nhằm vào sự liên tục của cấu trúc. Rất khó để đặt tải trọng lên các cửa sổ và cửa ra vào, vì chúng thường xuyên (chứ không phải luôn luôn) liên quan như 1 phần không chịu tải trọng ở trụ. và chúng không có vẻ có yêu cầu về sức bền. Vì vậy vùng cấu trúc của những vùng bị cắt bỏ phải bền và chắc hơn những vùng khác. nhiều máy bay sẽ yêu cầu nhiều tầng, những ghế hay tải trọng gắn liền khác phải được lpaws đặt, và điều này cũng thêm tải trọng vào cấu trúc.

Mặc dù ý tưởng về thân máy bay xuất hiện đầu tiên rất phức tạp, nó gồm các số nhỏ của các thành phần cơ bản, nhắc lại không gian đến khi yêu cầu cấu trúc hoàn thành.

Như cấu trúc cánh được miêu tả ở Chương 6, thân máy bay thường được làm từ lớp vỏ chịu ứng suất, nơi mà lớp vỏ có sự cân đối về tải trọng. Kết cấu 1 nửa là vỏ kim loại liền được áp dụng vào hầu hết máy bay trừ loại máy bay nhẹ, gồm có lớp vỏ chịu ứng suất cùng với các thanh xà để ngăn ngừa sự xoắn, gắn với vòng định hình khung. Nhà thiết kế sẽ cố gắng tìm ra những điểm tốt nhất từ sức bền của vỏ (và sức nặng) và khung và xà chịu lực, cùng với lớp vỏ thường xuyên được nhắc đến như 1 nửa của tải trọng.

ở phần mũi và đuôi máy bay, sự uốn cong được tăng gấp đôi, giống như bề mặt của quả trứng, làm cho lớp vỏ trở nên cứng hơn. Một mặt sàn, bao gồm có 1 số xà ngang ở bên trong của thân máy bay và được bảo vệ bằng tấm hợp kim hoặc pa-nen hỗn hợp, giống như bề mặt của cánh tà sau để hỗ trợ cho việc đi lại và lắp đặt ghế ngồi. Nó cũng giống như không gian bên dưới để xếp hành lí, hàng hóa và một số hệ thống máy bay.

Vách ngăn áp suất được lắp đặt ở phần mũi và đóng ở phần đuôi máy bay, ở những nơi chịu nhiều áp lực nhất của máy bay vận tải. Chúng là những đĩa tròn dẹt, giống như mặt của chiếc trống, hoặc cong giống như cái bát của bữa điểm tâm, và công việc của chúng là mang tải trọng sinh ra từ áp lực của thân máy bay. Như đã đề cập trước đây, những phần bị cắt bỏ cần được làm trên khắp thân máy bay để cho phép lắp cửa và cửa sổ, yêu cầu phải gia cố toàn bộ vùng bị cắt bỏ. Điều này thật sự quan trọng để đảm bảo rằng tải trọng có thể đi vòng quanh vùng bị cắt bỏ,và sự căng ra bằng nhau bên trong xung quanh vỏ và cấu trúc máy bay. Ý tưởng cho hình dạng của vùng bị cắt bỏ trên thân máy bay là hình elip, và nhiều máy bay có cửa sổ hình elip. Điều này lại không thiết thực cho cửa chính, thông qua, và săp xếp thông thường là hình chữ nhật và được làm vát tròn ở góc

SÀN MÁY BAY

 Bởi vì những phần trụ hoặc gần trụ  phù hợp nhất cho áp lực thân máy bay không được tiên lợi cho việc mang hành khách, hàng hóa; một cấu trúc sàn cần được kết hợp. Nó cung cấp một mức bề mặt lên, ghế hàng hóa đi kèm và những mục như nhau đi kèm. Sàn máy bay phải hỗ trợ tải tạo ra bởi các hàng hóa này, mang không chỉ tầng nặng mà còn các tải đặc trưng cao. Tổng tải chỉ được tập trung trên một vùng nhỏ, là chủ yếu tiêu tan bởi bề mặt bao gồm những mảnh composite như là Fibrelam.

Sàn máy bay  giống như là dầm chạy ngang dọc theo thân máy bay và được kèm theo khung ở mỗi bên. Theo chiều dọc(bên trái và bên phải) hỗ trợ và ổn định các dầm.Với các dầm, nó quan trọng để cung cấp đủ độ sâu trong cấu trúc để cho phép tải uốn để thực hiện với yêu cầu cho cấu trúc nặng. Trên một số máy bay sàn hỗ trợ bởi bổ sung những thanh chống, có thể giảm mô men uốn trên những dầm sàn nhưng có thể 1 phần cản trở vùng bên dưới sàn vậy làm giảm khối lưởng của hàng hóa.

Trong máy bay với áp lực của thân máy bay, khối lượng của thân máy bay bao gồm cả phía trên và phía dưới sàn máy bay là áp lực, vậy không có áp lực của tải tồn tại trên sàn máy bay. Nếu thân máy bay đột nhiên áp lực, ví dụ do mất một cửa, sàn nhà sẽ phải chịu tải bởi vì sự khác biệt của áp lực. Tải sẽ vẫn tồn tại cho đến khi phần trên của cabin được cân bằng tỉ số với phần dưới của nó, thường thường thông qua tâng cấp trên tường lỗ thông hơi. Nếu sàn máy bay sụp đổ sau đó 1 thảm họa gần như không thể tránh khỏi và tại một máy bay sẽ bị hỏng vì lý do này.Vì vậy những nhà thiết kế được yêu cầu chứng minh để phía trên của sàn máy bay sẽ phải không bị hỏng trong hoàn cảnh này, và bổ sung các biện pháp được giới thiệu để đảm bảo một máy bay không thể bay trừ khi những cửa hang hóa đã được khóa.

 Ghế ngồi được gắn kết trên sàn sử dụng seat tracks, được chế tạo theo chuẩn kích thước. Bếp ở dưới tàu và nhà vệ sinh cũng được thiết kế để trang bị  seat tracks. Tính năng này bao gồm sự linh hoạt của bố trí, vậy nên điều hành dễ dàng điều chỉnh bố trí để phù hợp với yêu cầu của tuyến đường riêng hoặc loại hoạt động.

Nếu một máy bay được sử dụng như là chuyên vận tải hàng hóa, hoặc như là một phần vận tải hàng hóa và một phần máy bay chở khách, một vùng bằng cửa vận tải hàng hóa thường xuyên được trang bị với một ball mat, và con lăn đặt thong tin trên sàn dọc theo phần còn lại của vùng để hàng hóa. Ball mat là một thiết lập của quả bong chịu lực,thiết lập thong tin của sàn máy bay để cho phép chuyển động đơn giản của hàng hóa trong một hướng khác. Hàng hóa tất nhiên phải được hạn chế đúng cho chuyến bay và có một thường thường hình thức của chuẩn hóa hệ thống kiểm soát tải cái mà sẽ chọn đưa sự linh hoạt lớn nhất cỉa việc sử dụng. Hàng hóa không khí nhất được thực hiện trên pallet đựng hàng, và nhiều hàng hóa trên máy bay có trang bị chốt cho cửa cái mà có thể kẹp lại pallet rất nhanh và dễ dàng.

Đáng ngạc nhiên là rất nhiều vận tải hàng hóa không khí không thực hiện trong vận tải hàng hóa đặc biệt của máy bay, nhưng trên dự kiến dịch vụ hành khách vẫn nếu không sử dụng không gian ở phía dưới của sàn chính máy bay. Một lần nữa, pallet được sử dụng cho hầu hết vận tải hàng hóa và giữ bình thường sàn chứa hàng hóa cho mục đích này.

Các cửa chính và cửa sổ

Một máy bay được coi là nhỏ nếu nó không chở hàng hóa và hành khách, phi hành đoàn nhưng cửa ra vào là yêu cầu bắt buộc. Tương tự, các cửa sổ với các hình dạng khác nhau cũng là sự cần thiết. Cửa chính và cửa sổ có những vấn đề đặc biệt cho nhà thiết kế, từ lúc chúng thường xuyên không chịu được tải trọng và vẫn còn trong cấu trúc máy bay. Cửa chính phải có khả năng chịu áp lực của tải trọng và không được phép mở khi máy bay đang bay. Tuy nhiên, các cửa chính cũng cần phải dễ dàng mở trong trường hợp khẩn cấp trên mặt đất, trong trường hợp này, hành khách của máy bay cũng cần rời khỏi máy nhanh nhất có thể.

Một máy bay chuyên chở hàng hóa sẽ có cửa lớn hơn nhiều so với máy bay chở khách, và nó cũng sẽ không phải cửa phẳng hay của mở phía trên, phụ thuộc trên máy bay. Thường thì máy bay lớn có của chính mở lên phía trên, hoạt động bằng thủy lực hoặc năng lượng điện. Nó có thể có hình tán dù khi mở ra theo hướng ngang hoặc có thể mở toàn bộ để don dẹp toàn bộ. Vì kích thước của loại cửa này, nên việc truyền tải cho chúng từ thân và xà là tất yếu để duy trì tính liên tục. Những nơi có cửa chính nhỏ, xung quanh viền của được gia cố để truyền tải xung quanh cửa. Cửa phục vụ hành khách trên tất cả các máy bay phải có kiểu bịt chặt, vị trí đặt cửa thích hợp để áp suất bên trong máy bay có thể giữ cửa đóng trong khi bay. Cửa chính cũng có thể mở bằng cách trượt lên bên trong thân máy bay hoặc nâng lên trước khi mở, nhưng phần lớn cửa ban đầu được mở kéo vào bên trong thân máy bay. Các cửa van ở phía trên vài phía dưới của của của chính giúp giảm bớt sức nặng của cửa và cho phép nó xuyên qua khe hở. Sự sắp xếp phức tạp này không làm cản trở lối ra của hành khách, trong khi vẫn cho phép cửa hoạt động mở hoặc đóng. Một đường trượt bằng hơi có thể tự động bơm phồng nếu cửa chính mở trong trường hợp khẩn cấp, vì vậy hành khách có thể tìm thấy lối thoát ra mặt đất nhanh chóng và an toàn.

Các cửa sổ của buồng lái có thể không cung cấp đầy đủ tầm nhìn cho phi hành đoàn, nhưng phải có khả năng chịu được các cú va đập, các cuộc tấn công của chim. Thậm chí sự va chạm với 1 con chim nhỏ trong khi đang bay tạo ra động năng rất lớn. Quá trình va chạm phải được ngăn chặn và tầm nhìn phải được duy trì đủ xa để cho phép máy bay quay trở về an toàn hoặc tiếp tục chuyến bay. Các cửa sổ bị phơi bày bên ngoài nhiệt độ không khí, liên quan đến tốc độ cao của máy bay, có thể thay đổi rất nhiều trong 1 khoảng thời gian, và cần ngăn ứng suất yêu cầu. Kính dùng cho hầu hết cửa sổ phải có khả năng chịu được sự thay đổi nhiệt độ lớn. Ứng dụng áp lực cho hình vòm sử dụng nhiều ở máy bay chiến đấu cần giữ ở mức thấp, vì chúng thường xuyên phải nghiêng lượn. Trong hầu hết máy bay, các cửa sổ có thiết kếtoàn tự động, với ít nhất hai lớp kính, và sẽ duy trì sức bền thích hợp nếu 1 lớp kính bị hỏng. Cửa sổ của khoang chở khách 1 lớp kính không chịu lực cắt cũng như cấu trúc của lớp không thể làm yếu đi bởi những tác động bên trong cabin. Kính chắn gió của buồng lái và vòm của máy bay thông thường gồm những phiến làm từ 1 số lớp, thường ghép lại từ những vật liệu khác nhau để đạt yêu cầu về hầu hết thuộc tính.

Để ngăn chạn sự hội tụ ánh sáng, cửa sổ của buồng lái trên hầu hết máy bay thường nóng, thường xuyên được ghép 1 lớp màng vàng để dòng điện chạy qua. Lớp màng này rất mỏng, gần như trong suốt, cùng với màu hổ phách để có thể nhìn thấy trạng thái

Từ khi các cửa chính và cửa sổ cần cắt bỏ lớp vỏ của thân máy bay, sự sắp xếp chúng hỗ trợ cấu trúc của thân máy bay và làm cân bằng dộ bền bị mất đi vì các khe hở. Khe hở của cưa chính có thanh rầm ở các tầng sàn, và tương tự với rầm phía trên của cửa. Những chiếc rầm này duy trì cả các khe hở của cửa và áp lực lên vỏ của thân máy bay. Cửa trên khung thân máy bay  cũng cần gia cường  bởi vì tải trọng cũng xuất hiện xung quanh cửa, và cũng có tải trọng ở bản lề và chốt cửa.

Các cửa sổ cũng cần gia cường xung quanh chúng, nhưng mức độ không lớn như cho cửa chính. Cửa sổ thường được lắp giữa khung thân máy bay, vì chúng làm gãy khoảng 1 đến 2 thanh xà. Tính toán chính xác áp lực truyền tới các cửa sổ