Proč letečtí konstruktéři neradi létají?

Martin Šrubař · 12. 11. 2006

Technologie

Přece proto, že ví, jak je letadlo postavené. Jsem teprve na začátku studia konstrukce letadel, ale již jsem se dozvěděl několik zajímavostí, o které se chci s vámi podělit. Překvapilo by vás na letadle zvlněné křídlo? Je létání opravdu bezpečné?

Bezpečnost letecké dopravy

Křídlo přistávajícího Boeingu 747 je v podstatě samá díra

Moderní letadla jsou navrhována tak, že když v nich sedíte, máte statisticky stejnou nebo menší pravděpodobnost že zemřete, jako když jdete po ulici či děláte cokoliv běžného. To by vás mohlo uklidnit. Znepokojující může být, že data používaná pro výpočty statistické mechaniky nemusí být vždy zcela směrodatná, protože existuje spousta vlivů, které se do výpočtů zahrnout nepodaří.

Mohutně předimenzovaný Fokker Dr. I byl za první světové války proslulý velkou stoupavostí, obratností, ale nízkou rychlostí

Na začátku letectví byla výpočetní bezpečnost letounu (Tedy zjednodušeně to, že vám vyjde, že konstrukce bude zatěžována nějak a vy toto číslo vynásobíte koeficientem bezpečnosti a dále s ním počítáte.) rovna 5. Nyní je osvědčeným standardem 1,5. Je to dost. Kdysi (dávno) se zatížení letounu považovalo za statické, dnes tam zahrnujeme všechno možné. Životnost letounů se stále prodlužuje. Využívá se toho, že v konstrukci se může šířit trhlina, ale jen určitou rychlostí, aby se při příští prohlídce daný díl stačil vyměnit.

Zvlněné křídlo? Žádný problém!

Traduje se, že by ve skutečnosti průhyby křídel letounů mohly být mnohem větší, ale kvůli toho, že by to dráždilo cestující, se to nepraktikuje. To se mi nepodařilo ověřit. Zajímavé je, že za určitých okolností se může počítat i s tím, že se potah křídla zvlní a vrátí se zpět. Jestli tedy uvidíte z okénka, že plech na křídle je trochu zvlněný, i když předtím nebyl, tak se nelekejte. Je to v pořádku.

Letou DH Comet 1 byl prvním dopravním tryskovým letadlem, které bouhžel nechvalně proslulo sérií nehod způsobechných hranatými okénky

Okénka jsou případem samy pro sebe. Že by se letadla mnohem lépe navrhovala bez nich, se ví už od té doby, co letouny Comet (první proudové dopravní letouny) začaly hromadně padat do moře, kvůli toho, že se jim od trhliny nastartované na obdélníkových okénkách rozpadnul trup. Okénka se začala dělat kulatá, ale i tak dělají nepořádek. No a dveře? O těch je škoda mluvit. S nimi je to ještě horší. Kdyby nebyli pasažéři, letadla by se navrhovala mnohem jednodušeji.

Boj pevnostníků s aerodynamiky

Další věcí, která mě zaujala, je profesní napětí mezi mezi těmi, kteří se zabývají pevnostními výpočty letounů a těmi, co řeší aerodynamiku. Když chcete mít aerodynamicky čisté letadlo, těžko se konstruuje. Jednoduché konstrukční řešení zase znamená špatnou aerodynamiku. Co teď. Na okraj těchto sporů jsou odsunuti technologové, kteří si pohledem dříve uvedených představují optimální letadlo jako tři prkénka stlučená dvěmi hřebíky. Ale když nakonec přijdou a řeknou, že to nejde vyrobit, musí se všichni vrátit ke svým “prknům”.

Žádné velké počítání

Počítačové modelování vzniku rázových vln v okolí hypersonického letounu
Credit: NASA

Zatímco pevnostníci si počítají o sto šest a svým výpočtům celkem věří, aerodynamici taky pořád počítají, ale nevěří tomu. V aerodynamice lze téměř všechno nějak spočítat, ale je to hrozně složité a dává to nic-moc výsledky (Hlavně těm, kteří nemají dost zkušeností.). Takže se mnoho a mnoho věcí řeší raději experimentálně. Proč týden zatěžovat výpočetní cluster (údajně polovina výpočetního výkonu fakulty) jednoduchým modelem obtékání letounu, když se výsledek bude lišit třeba o 20 %, v některých hodnotách i o 50 % od skutečnosti?

Letecká doprava je bezpečná

Nemusíte mít obavy. To co zde nastiňuji je sice pravda, ale vykládaná populárně. Letecká doprava je skutečně bezpečná a naprostá většina nehod současnosti je způsobena lidskou chybou – obvykle nedbalostí. Já osobně létám rád.

Komentáře

sweet – 12.11.2006

Já osobně mám rád pevnou půdu pod nohama.

Andrej – 13.11.2006

som rad ze je na techblogu novy clanok

Jirka Cech – WWW – 13.11.2006

[2] ja jsem taky moc rad, ze techblog obzivnul. Snad to vydrzi.

Peta – 13.11.2006

ja už sem myslel že funguje jen jako archiv...I když toto téma nijak nesleduji a momentálně nemám moc času nazbyt, četl jsem přímo horlivě! :-) Supr článek a doufám, že bude pořád, co číst (samozřejmě myslím tady).

aldin – 13.11.2006

take jsem rad, ze to tu zase obzivlo

Sadja – 14.11.2006

Taky jsem si nový článek strašně rád přečetl. Jen tak dál a více článků. Nechci si tady přečíst nový článek po půl roce.

Indian – WWW – 15.11.2006

Jj taky jsem přímo hltal, podobných článků je jak šafránu. Zajímalo by mne jak je to s tím prohýbaním křídel, taky jsem o tom slyšel.

Prcek – 16.11.2006

Prosimte kde jsi prisel na ten vyraz "kvuli toho"? :-). Zasadne se rika "kvuli tomu" - jinak jsem to jeste neslysel, az ted od tebe...

Erix – 17.11.2006

Huraaa, dalsi clanek! :-) Mozna jsi mohl pridat nejakej obrazek z lamacich zkousek dopravnich letadel. To by pak lidi koukali, kam az jdou kridla ohnout :-)Tak aspon video z lamacich zkousek Boeingu 777.

Erix – 17.11.2006

jeste jednou: http://www.youtube.com/watch?v=6Uo0C01Fwb8

palo – 29.11.2006

prijemny clanok, skoda ze ich nieje viac

veetek – 27.12.2006

diky za fajn clanek... clovek uz po te dobe ani nedoufal ;-)

Teddy – 28.12.2006

Pracoval som 6 rokov vo firme ktora vyrabala niektore kriticke komponenty pre civilne dopravne lietadla, konkretne ja som robil tie pevnostne vypocty co sa spominaju v clanku. A do bodky suhlasim, ze lepsie je nevediet nic o tom, ako sa lietadlo projektuje! Lebo odkedy som nazrel "pod poklicku", citim sa pri lietani akosi "neisto"... :-)

Oskar – 29.12.2006

Ako konštruktér súhlasím s napísaným. Ešte treba dodať, že čím komplikovanejšie dielo, stroj, eroplán, most, tower....tým horší spánok jeho autora. Výpočty sú jedna vec a prekvapenia v praxi dalšia.

B0B0 – 29.12.2006

Bezpecnost leteckej dopravy sa myslim pocita dost podobne ako automobilovej dopravy. Lenze.Treba zobrat do uvahy, ze auto sa po cely cas pohybuje v priestore, v ktorom moze dojst k nehode. Treba zobrat do uvahy, aka je hustota aut na ceste, technicky stav aut, nie kazdy sofer je skutocne sofer, nie kazdy absolvuje pravidelne prehliadky a tak podobne. O alkohole a fete ani nehovorim.Naproti tomu je lietadlo vacsinu svojho casu v relativnom bezpeci nad oblakmi. Zrazit sa s inym lietadlom je skor neuveritelne "stastie" a tak jedine porovnatelne riziko, ake maju auta, vznika pri starte a pristavani. Takze keby sa okresala statistika bezpecnej letovej dopravy len na pristavanie a starty, percenta bezpecnosti leteckej a autodopravy by isli blizsie k sebe.Ako vravia klasici, nie je problem lietat, problem je pristat a prezit to.

gripen – 29.12.2006

a nielen v konstrukcii,ale aj v navrhovani napr.letovych postupov...Inac ludia nevedia ocenit to,ze je kridlo "flexibilnejsie" a preto sa boja...

Martin – WWW – 31.12.2006

[13] To mi připomnělo, že kamarád studující materiálové inženýrství mi vykládal, že na jeho ústavu zkoumali ulomenou páku řízení výškovky ultralehkého letadla. Zjistili, že jeden svar byl proveden mírně řečeno nedbale - neočištěné plochy, rez, neprovařený, a tak o tom informovali výrobce. Ten prohlásil, že to není možné, že se museli splést. Vyžádali si nový nepoškozený kus na vyzkoušení. K překvapení všech zkouška dopadla úplně stejně.[14] Je to tak, ale pečlivou prací se riziko dá omezit. Pokud nejsou nějaké extrémní tlaky na dokončení v nereálném termínu či škrty ve financování. Postavil bych proti sobě zřícení terminálu na letišti Charles de Gaulle v Paříži a zkoušku křídla Boeingu 777 odkazovanou v [10]. Tam došlo k porušení v naprosto ideálním momentu - s ohledem na výpočty. O 4 procentní body nad požadovanou hodnotou, na obou křídlech zároveň, i když na různých místech.[15] Máš pravdu, určitě vzlet a přistání jsou mnohem rizikovější, než let samotný. Jiní klasici zase praví: Vzlétnout můžeš, přistát musíš.[16] Nás učí, že konstrukce letounu by měla být co nejtužší (ideálně), ale flexibilita má také své výhody.

Mirek – WWW – 2.1.2008

No, vždy mne dostanou řeči typu, kdybyste tak věděli, jak se dělá to či ono, tak byste to nepoužívali (nejedli). Nemohu si pomoci, ale cítím za nimi autorovu skrytou potřebu udělat ze sebe zajímavého na konto svého členství v nějaké výběrové skupině informovaných.U Cometu si hranatými okénky vyrobili učebnicový případ koncentrace napětí na konstrukčním vrubu. Konstruktérům by to asi prošlo, kdyby se nejednalo o tlakové těleso (přetlakovanou kabinu) a cyklické namáhání materiálu, kde rozhodující nebyla pak pevnost statická, ale únavová. Pružné křídlo funguje za letu v turbulenci jako pérování auta. K tomu přistupuje ale problém aeroelastický - zjednošeně jde o poměr v tuhosti ohybové a krutové, který je rozhodující pro hodnotu kritické rychlosti fluteru - to je rychlost, kdy se křídlo nekontrolovaně rozkmitá a v důsledku netlumeného kmitání utrhne. Hraje zde roli také rozložení hmot a vlastní hmotnost křídla. Hodně pomáhá umístit motory co nejvíce před osu krutu křídla. Proto je moderní doprváky mají vystrčené na pylonech před a dolů (to zas kvůli údržbě atd.) Potom se ovšem zas musí křídlo udělat ohybově tuhé, aby při pojíždění po zemi nedrhly motory o zem. Je to prostě věc sladění spousty protichůdných požadavků.

Martin – WWW – 3.1.2008

[18] Děkuji za doplnění.K prvnímu odstavci - samozřejmě, máte naprostou pravdu, tato potřeba ovšem není skrytá.Pokud znáte další zajímavé pikantnosti, velice rád je uveřejním.

Mirek – WWW – 3.1.2008

Pikantnosti? :o) Myslíte mou narážku na skryté potřeby, nebo zjednodušeně podaná technická fakta? :o)

Martin – WWW – 3.1.2008

[20] Myslím zjednodušeně podaná technická fakta a to ještě podaná tím způsobem, že svou, do jisté míry, skandálností zaujmou širokou veřejnost. :-)

Mirek – WWW – 3.1.2008

Aha :o)No jo, skandální jsou, v dnešním světě formovaném TV Nova, asi všechny prosté technické pravdy ... počínaje Newtonovými zákony :o)))Ne, vážně, na místě je otázka, do jaké míry se dá skandalizovat a zjednodušovat (ano, tudy cesta vede v rámci "osvěty"), aby lidé v dané věci málo vzdělaní nezískali zkreslené představy. Vyžaduje to trochu sádla navíc, tak až bude dost času, něco Vám se napíšu, platí? :o)

Martin – WWW – 3.1.2008

[22] Budu velice rád. Moc děkuji.

Martin – 17.2.2009

Snad jen malou poznámku - doplnění. Konstruktéři nikdy nepovažovali u letadel zatížení za statické. Dynamickým namáháním se zabýval již pan Wohler v 19. století. A od těch dob do kontrukcí prvních letadel nějaký čas uplynul. Ovšem zjednodušeně se pro pracné ruční výpočty uvažoval pro dynamické zatížení několika násobek zatížení statického. Mimochodem, umí si dnes ještě někdo představit jako jedinou pomůcku pro výpočet letadla (či jiného stroje) logaritmické pravítko a tabulky?!

Martin – WWW – 17.2.2009

[24] Díky za doplnění. Rozhodně máte pravdu v tom, že se bezpečnost konstrukce zajišťovala použitím vyšších násobků/koeficientů bezpečnosti. Ale stále se jednalo o uvažování statického zatěžování, které nepostihne třeba flatter (periodické kroucení křídla při vysokých rychlostech) nebo buffeting (dynamické zatížení vyvozené zejména víry, překládá se jako třepání).Dynamickým zatížením jsem myslel zatížení působící na konstrukci samotnou a jak je definováno a ne ohled na životnost materiálů (jak zmiňujete Wöhlera, který se zabýval únavou materiálů).A rozhodně ano, nedokážu si představit nepoužívání počítače, kalkulačky a podobných vymožeností a přitom velké složité letouny jako Boeing 747, 737 byly navrženy jen s velmi malým příspěvkem výpočetní techniky a létají, byť v modifikovaných verzích, dodnes.

ReileRoureTic – WWW – 11.6.2011

velmi zaujimavy, vdaka

Komentáře můžete zaslat na tento email.

Share: Twitter, Facebook