Mục tiêu ; mô tả các bộ phận chính của cánh điển hình, các  phương pháp chế tạp khác nhau và một số tính chất đặc biêt của cánh hiện đại

Giới thiệu

Như đã mô tả, nhiều kích thước và loại máy bay khác nhau cần kết cấu khác nhau, điều này áp dụng cho cánh cũng như là phần khác máy bay. Mỗi cánh cơ bản cấu tạo gồm 2 phần , kết cấu bên trong gồm thanh dầm dọc cánh, kết cấu khung sườn cánh, và vỏ , nó ( vỏ ) có thể là vải, kim loại hoặc vật liệu tổng hợp , mặc dù sự phân biệt giữa kết cấu và vỏ, có thể không thấy rõ ràng trong máy bay bay nhanh và máy bay vận tải lớn

SPARS, RIBS, STRINGERS, SKIN

Cánh được tạo từ số lượng lớn các bộ phận, thậm chí một số chứa máy nằm trong kết cấu cánh, những phần kết cấu của nó có cấu tạo 4 thành phần chính

Dầm dọc cánh

Phần lớn lực nâng, và lực cắt xảy ra trong cánh được thu thập vào với nhau thành các dầm dọc cánh. Các dầm này chạy theo hướng sải cánh ( từ đầu mút bên này sang đầu mút bên kia ) ,  nói cách khác từ chân( nơi mà cánh gắn vào thân )  cánh đến đỉnh cánh. Hầu hết cánh bao gồm 2 dầm này – dầm trước và sau, nhưng mà cũng khá thường xuyên có cánh có nhiều hơn 2 dầm điều này đặc biệt áp dụng cho máy bay cánh mũi tên, và máy bay vận tải, nó thườn có dâm ngắn, được gọi là dầm phụ, dầm kích, nó hỗ trợ càng cung cấp cho các vị trí cánh tà sau

Khung sườn cánh

Nó tạo lên hình dạng của tiết diện cánh do vỏ cánh và tác động như là cơ cấu giảm trấn để tăng áp của nhiên liệu xung quanh máy bay khi nó điều khiển. Những sườn cánh thu thập tải từ các bề mặt điều khiển, càng và bể chứa, ở chỗ mà nó được nắp đặt, và truyền những lực này đến cánh và các dầm, Nó giúp cấu trúc cánh đứng vững đặc biệt đối vs xoắn. Các khung sườn thường chạy dọc một trong hai phía trước và phía sau hoặc là vuông góc với xà dọc, như được mô tả trên hình

Stringer

Nó được gắn vào vỏ cánh và dọc theo chiều rộng cánh, công việc nó là làm cho vỏ đứng vững không bị cong nhiều khi tác động tải lên khi mà cánh bị cong hay vặn , và những tải từ hiệu ứng khí động của lực nâng và chuyển đông mặt điều khiển. Để hiệu quả thì chúng phải được gép lien tục hoặc gián đoạn dọc theo chiều dài, hoặc dần dọc theo toàn bộ chiều dài. Ưu điểm của việc liên kết này là xác định khi nào có xuất hiện những lỗ hổng qua vỏ lên sẽ được đóng kín để ngăn chặn nguyên liệu không rò rỉ, chi phí sản xuất có thể giảm và các tính mỏi tương đối tốt

Vỏ

Hầu hết các cánh có kết cấu là vỏ được kéo dãn ( nhìn từ bên dưới ) vì vậy vỏ thực hiện một số nhiệm vụ . Nó tạo cho cánh có hình dạng khí đông, nó mang theo một phần tải trọng gây ra bởi sự thay đổi áp suất xung quanh cánh trong chuyến bay và nó mang tải xoắn được tạo ra bởi những đăc điểm gắn liền với cánh- cánh liệng , cánh tà sau, động cơ gắn trên cánh, Như hầu hết máy bay cho nhiên liệu trong cánh, nó tác động lên các vách ngăn của các thùng nhiên liệu  cùng với xà dọc phía trước và sau. Để kiểm tra và bảo dưỡng,  nó bao gồm nhiều cửa sổ để kiểm tra , những cửa sổ này có thể mở ra được để kiểm tra kết cấu của cánh         

Cánh có vỏ chịu lực

Bởi vì tải khí tăng với bình phương vận tốc, tại vận tốc liên quan đến hầu hết các kiểu bay, vỏ cần phải khỏe để đỡ toàn bộ tải . Các hợp kim nhôm thường đươc sử dụng, chúng khỏe đến nối mà có thể dung cho những tiết diện rât mỏng. Tuy nhiên vỏ mỏng rất linh hoạt phụ thuộc             vào các cấu trúc hỗ trợ để cung cấp độ cứng cần  thiết. Nếu vỏ có một độ dày hợp lý, có lẽ khoảng 1mm, nó có thể chia sẻ những tải được chịu bởi cấu trúc bên dưới, nó có thể được làm bởi vật liệu nhẹ hơn. Phần lớn  mọi máy bay có kết cấu bằng kim loại hoặc hỗn hợp kim loại và vật liệu tổng hợp

Hai dầm dọc xà là hai thành phần cấu tạo chính, nhưng có đóng góp lớn đối với sức bền và độ đứng vững là do vỏ và thanh khung dọc thân

Toàn bộ hộp cánh thường có cấu trúc bằng kim loại , mặc dù đỉnh cánh , cánh liệng, mép trước có thể được làm bằng từ vật liệu tổng hợp. Để làm giảm trọng lượng các kết cấu khung sườn cánh thường có các lỗ thông lớn bên trong, cạnh gờ để duy trì độ vững cần thiết

Vỏ có thể được cố định vào kết cấu bên trong bằng đinh tán, hoặc bằng liên kết với nhau,  sử dụng chất kết dính đặc biệt như là Redux

Thể tích giữa dầm ngang trước và sau thường được sử dụng chứa nhiên liệu và những lỗ trên khung sườn cánh cho phép điều khiển nhiên liệu trong không gian này, tiết diện mép trước và sau sử sụng dây cáp điện, dây điều khiển, hệ thống thủy lực và các chi tiết khác trong cánh , cạnh trước có thể chứa ống chống đóng băng

Sử dụng vỏ cánh để chia sẻ phần tải cánh như thế này được gọi là vỏ cánh chịu lực và nó cho phép cánh công xon mỏng được tạo ra và có đủ bền chống lại các tải sinh ra khi bay ở tốc độ cao. Kết cấu vỏ chịu lực là lựa chọn hợp lý duy nhất đối với máy bay tốc độ trung bình đến cao

Thiết kế dầm dọc cánh

Kết cấu dầm dọc cánh phải có độ dày xác định để chịu được tải uống tác động lên cánh, một ví dụ về điều này là cái thước bình thường, nó sẽ uốn cong dễ dàng khí bị tải tác động lên đầu mút của nó hay bề mặt dưới, nhưng nó rất vững khi bị tải tác động lên mép cạnh ( hình 6.5 )

Dầm dọc cánh có vật liệu tập trung ở trong đỉnh hoặc phần dưới, gọi là đầu xà ( đầu cột ), với những gân tăng cứng tương đối mỏng ở giữa chúng. Đầu xà có thể là phần riêng biệt hoặc chúng cũng có thể bao gồm một nửa số gân tăng cứng, xem hình 6.6 .Điều này làm cho hạn chế các vết nứt, nó đơn giản chỉ là một đầu nối sẽ đóng vai trò nếu như vết nứt do mỏi gây ra bắt đầu xuất hiện trên dầm dọc cánh. Trong hai phần của dầm, nêu chỉ một phần bị phá vỡ, và dầm được thiết kế dể phần còn lại sẽ đủ khỏe để mang toàn bộ tải. Điều này được gọi là tính an toàn trong trường hợp hỏng hóc, và là phần quan trọng trong  thiết kế hầu hết máy bay. Nếu một dầm được cấu tạo từ ba phần thì có nghĩa là bất kỳ hai phần nào trong số đó đều chịu được tải, do đó bất kỳ một phần nào hỏng hóc cũng không làm cho kết cấu máy bay bị hỏng toàn bộ. Chi tiết hỏng sẽ không làm cho tai nạn xảy ra trước khi được sửa chữa trong lần kiểm tra tiếp theo,

Một dầm đơn không bao giờ thiết kế đặc biệt cứng trong khi xoắn, vì cánh có thể vặn quá mức trong khi bay. Hầu hết máy bay hiện đại sử dụng hai dầm chính, với vỏ chịu lực giữa chúng, để tạo thành cấu trúc  hộp dầm chịu xoắn . Tiết diện mép trước và sau được thêm vào trong khi làm may bay chiến đâu, thường bằng compozit và chúng cống hiến cho sự chịu lực là không đáng kể, ưu điểm chính của việc bố chí là không gian trong hộp chịu xoắn là không gian lý tưởng để chứa nhiên liệu. Toàn bộ thể tích được sử lý bẳng vật lieu bịt kín để tránh rò rỉ,   và được chia thành nhiều thùng lớn. Nhiên liệu sau đó có thể được di chuyển xung quanh để duy trì cân bằng máy bay cần thiết hoặc để giảm tải khi bay. Vỏ phải đủ cứng để chống lại vặn cánh , và stringer đủ cứng sẽ được liên kết với nhau hoặc gắn chặt với nhau. Chúng có thể được gia công toàn vẹn như một phần của vỏ

Trong một số máy bay tốc độ cao, cánh có kết cấu nhiều dầm được sử dụng. Sử dụng một số dầm dọc cánh lớn cho phép cánh có độ vững cao, không cần tăng độ dày, vì vậy thích hợp cho máy bay tốc độ cao. Chế tạo  điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng những xà dọc được gia công toàn bộ, với các cánh được chế tạo từ một số ít của gia công quy mô lớn

GIA CÔNG VỎ

Như một sự thay thế để làm cho vỏ chịu ứng suất bởi những thanh stringer gắn vào cánh, vỏ, thanh khung dọc thân, dầm dọc cánh tất cả có thể được chế tạo từ một mảnh hợp kim duy nhất, còn gọi là thanh phôi kim loại. Những thanh này có thể  dài nhiều m, vì nó có thể làm cho vỏ phía trên hoặc dưới của cánh thành một mảnh duy nhất . Nó dày và nặng hơn so với trước khi gia công , có lẽ 90 phần trăm của nó được bỏ bớt trong khi gia công . Mặc dù điều này sẽ rất đăt, trong cả vật liệu và giá gia công, kết quả cuối cùng thu được vỏ nhẹ và khỏe hơn so với truoc khi che tao

Ưu điểm của việc gia công vỏ

Giảm bớt tán đinh ko cần thiết, do đó đạt được bề mặt mượt mà hơn

Cấu trúc nhẹ hơn có khả năng chịu tải lớn hơn so với trước chế tạo

Gia công được điều khiển bằng máy tính sẽ có it sai sót và lỗi và dễ phát hiện

Dễ dàng kiểm tra trong quá trình sản xuất và phục vụ

Không cần thiết phải bảo dưỡng

Dễ dàngbịt kínkhông giannhiên liệu

Nhược điểm

Giá thành cao, đặc biệt làthiết lậpcông cụ

Trong máy bay chiến đâu, sửa chữa sau trận chiến có thể gặp khó khăn hơn

Cần phải thiết kế cẩn thận để bảo trì những lỗi về an toàn bằng cách ngăn chặn các vết nứt do mỏi gây ra

Bởi vì chúng khác nhau trong hình dạng các loại cánh, cánh delta và cánh mũi tên có cấu trúc khác nhau. Cánh delta có dây cung profin lớn ở gốc cánh, do đó nó cung cấp đầy đủ dày cho độ đứng vững của cấu trúc . Cánh mũi tên có thể nơi chứa của càng khi nó được thu lại , và với cánh mũi tên phải được chịu  tải gần từ các mép trước. Như đã mô tả trước đây, giải pháp này phải thêm một dầm dọc cánh phụ trợ, và tăng các dây cung profin của cánh tại gốc cánh . Điều này khi đó có đủ chiều sâu để chứa càng khi được thu lại, và cung cấp một điểm đủ khỏe để nắp càng vào.

ĐIỂM CỨNG( máy bay chiến đấu )

Theo lý thuyết, máy bay chiến đấu phải có khả năng mang một loạt các vũ khí, với đơn giản hóa để thay đổi vũ khí khác nhau một cách nhanh chóng cho từng nhiệm vụ. Điều này đạt được bằng cánh định vị những điểm cứng ở những nơi khác nhau trên máy bay ,thường dưới cánh và thân ( hình 6.10 ). Điểm cứng trên cánh được gọi là pylon ( kết cấu khung treo động cơ máy báy ) , và mỗi pylon có khả năng mang theo nhiều thùng chứa, lên đến trọng lượng tốt đa cho phép đối vs pylon. Việc bố trí gắn kết của các kho lưu trữ  để các hardpoint được tiêu chuẩn hóa để cho phép điều này. Các pylon bên ngoài , những khu vực gần thân máy bay thường là pylon ướt- chúng có khả năng chuyển nhiên liều từ thùng chứa đặc biệt dưới cánh. Điều này cho phép pham vi bay và thời gian bay của máy bay tăng lên, nó có thể sử dụng một cách tận dụng. Trong trường hợp khẩn cấp hay máy bay chiến đấu, trọng lượng và lực cản gây bất lợi cho thùng chứa có thể loại bỏ bằng cách vứt bỏ chúng, cho phép chúng rơi khỏi pylon. Ở mục lưu trữ khác, như là tên lửa, cần hệ thống dây dẫn đặc biệt để cho phép sử dụng, và điểm cứng nào đó sẽ được nối để cho phép một loạt kho lưu trữ như vậy được trang bị. Tên lửa cần một bệ phóng mà từ đó để được bắn; bệ phóng có các phụ kiện tiêu chuẩn cho phép,  nó có thể  được trang bị cho một số máy bay mà không cần chỉnh sửa

THÙNG CHỨA NHIÊN LIỆU

Như đã mô tả, máy bay cần một lượng lớn nhiên liệu để có khả năng hoạt động trên một khoảng cách hữu ích. Trong máy bay thương mại điều này thường là  khoảng một phần tư trọng lượng hoạt động tối đa của máy bay. Một số lượng lớn nhiên liệu như vậy là khó khăn để chứa, vì nó chiếm một thể tích lớn. Biện pháp thông thường là hầu hết hay tất cả nhiên liệu được chứa bên trong cánh. Bởi vì hình dạng dài và mỏng của cánh, cánh được chia làm nhiều thùng chứa, mỗi thùng thường có bơm riêng của mình. Điều này cho phép nhiên liệu di chuyển giữa các thùng với nhau trong khi bay, nó làm điều chỉnh cho máy bay có lực cản thấp nhất. Nhiên liệu có thể được chứa trong các túi cao su, có hình dạng lấp đầy không gian có sẵn, hoặc bên trong các cấu trúc cánh có thể được đóng kín bằng cách sử dụng các hợp chất cao su đặc biệt để ngăn chặn rò rỉ

Máy bay chiến đấu thường có cánh khá nhỏ , vì vậy khối lượng bên trong chúng có thể là quá nhỏ để mang số lượng  hợp lý của nhiên liệu. Trong trường hợp này, các thùng chứa bổ sung có thể lắp ở thân, cũng có thể là các loại túi, nó có thể tự đóng kín trong trường hợp hỏng hóc. Mở rộng phạm vi xa hơn mà không làm mất hiệu suất, (jettisonable external fuel tanks may be fitted to wing pylon )

LẮP CÀNG

Vị trí của càng được thiết lập liên quan đến trọng tâm máy bay. Đảm bảo ổn định vị trí của cánh cũng liên quan đến trọng tâm máy bay. Trong hầu hết máy bay thương mại, điều này có nghĩa càng cần được lắp gần mép sau của cánh. Chân càng chính cần phải có một khoảng cách hợp lý để máy bay ổn đỉnh trong khi cất cánh và hạ cánh. Nó là thuận tiện cho việc gắn nó vào cánh, một khoảng cách ngắn từ gốc cánh. Càng thường có lực cản thấp khi thu về và nó được gấp thành một undercarriage well ( hình 6.11 ) trong cánh và/hoặc thấp hơn thân

 Càng và chỗ lắp nó phải chịu lực rất lớn khi hạ cánh, và tất cả tải phải được an toàn truyền vào trong cánh, vì thế xung quanh chỗ lắp càng được gia cố. Khi càng thu, cửa lắp sẽ được đóng lại, cung cấp lực cản thấp

CÁNH TÀ SAU, TRƯỚC

Cánh tà sau được gắn ở mép sau của cánh, và được đính  kèm đằng sau thanh dọc trục cánh và / hoặc thanh dọc trục phụ. Có những loại khác nhau của  cánh tà sau, và mức độ phức tạp và hiệu quả khác nhau. Ở máy bay hạng nhẹ sẽ thường có cánh tà sau đơn, nếu có. Ở máy bay cỡ lớn thỳ có sự phân chia cánh  tà sau phức tạp hơn và cánh tà Fowler. Hầu hết máy bay thương mại cỡ lớn có cánh tà Fowler hai khe khí, được mô tả trên hình 6.12. Nếu gắn ở mép trước của cánh thì được gọi là cánh tà trước, có thể được thêm vào để tăng lực nâng hơn nữa. Chúng thường được gắn ở máy bay chiến đấu, nơi mà cánh rất nhỏ cần thiết cho hoạt động tốc độ cao, không phù hợp với việc cung cấp lực nâng ở tốc độ thấp để cất cánh và hạ cánh. Khi được mở ra, nhiều cánh tà trước sẽ để lại một khoảng trống hoặc là khe giữa nó và mép trước. Những khoảng trống này cho phép không khí lưu thông qua và giúp những dong khí lưu lại gắn liền với bề mặt cánh, làm giảm xu hướng của cánh để đứng dòng. Cánh tà trước, sau làm tăng lực nâng và lực cản, và cả hai đều có lợi cho quá trình hạ cánh. Khi máy bay có tốc độ cao, chúng không cần thiết và được rút ra khỏi dòng khí

Tấm cản

Tấm cản được gắn ở bề mặt trên cánh của máy bay làm cho máy bay lướt tốt và có thể làm giảm tốc độ. Trong khi hạ cánh, chiếc máy bay loại này sản xuất rất nhiều lực nâng, ngay cả ở tốc độ thấp, mà chúng rất khó để hạ cánh, bởi vì chúng thường có xu hướng nổi. Trong khi hoạt động, tấm cản cản trở dòng chảy không khí trên cánh, điều này làm tăng lực cản và giảm lực nâng. Chúng làm dốc góc trượt và làm cho hạ cánh dễ dàng hơn

Lift dumper

Được gắn ở bề mặt trên của cánh trong những máy bay cỡ lớn ( hình 6.13 ) các thiết bị này hoạt động khi máy bay hạ cánh. Khi lift dumper được dương lên thì lực nâng sẽ giảm ngay lập tức, nó cũng tương tự như tấm cản, nó ngăn chặn máy bay bị nhảy cóc trở lại vào không khí. Điều này làm cho máy bay hạ cánh an toàn hơn, và đặt toàn bộ trọng lượng máy bay vào cánh một cách nhanh chóng. Làm cho phanh bánh máy bay hiệu quả hơn, làm giảm chiều dài của đưởng băng

Đóng băng

Bởi vì áp suất thay đổi ( do đó nhiệt độ cũng thay đổi ) nó xảy ra khi có dòng khí chảy trên cánh, trong điều kiện nhất định băng sẽ hình thành, đặc biệt là gần mép trước. Băng có thể làm thêm trọng lượng đáng kể cho máy bay, và làm thay đổi hình dạng của tiết diện cánh từ các bộ phận, nó phát triển một cách dần dần  có thể nhìn thấy trong thiết bị thổi ống khí động, khiến hiệu quả của chúng kém đy. Băng được hình thành cần phải được ngăn chặn hoặc xử lý thường xuyên. Hệ thống chống đóng băng và hệ thống phá băng được gắn trên hầu hết các máy bay và chúng hoạt động trên mép trươc của cánh và thường trên bề mặt đuôi và động cơ thông hơi