Почему тросы управления полетом не ослабевают при низких температурах в крейсерском режиме?

Если вы внимательно посмотрите на свой рисунок, вы увидите, что тросы на самом деле не простые тяговые тросы, а действуют как стальные ремни. То есть на каждом конце есть шкив, и когда вы приводите в действие элемент управления, трос вращается вокруг системы по петле.

Концевые шкивы и/или натяжные шкивы подпружинены для поддержания заданного натяжения тросов и должны компенсировать любое провисание в системе, вызванное работой, температурой или старением троса.

Если верхний левый шкив наверху является бугелем в кабине, и вы его повернете, то верхний трос вращается вокруг петли, как ремень, и поворачивает привод внизу справа. Обратите внимание, что это также означает, что когда вы поворачиваете хомут, он не сильно натягивает пружины, трос просто вращается.

Интересно, что Concorde приходилось справляться как с сокращением, так и с расширением. При крейсерском полете на сверхзвуковой скорости самолет вытягивался примерно на десять дюймов.

ДОБАВЛЕНИЕ:

Для кабелей без петли, а иногда и для кабелей с петлей, когда кабелю необходимо проходить между объектами, которые движутся относительно друг друга, также используются кабельные кожухи.

Вы, вероятно, знакомы с ними на велосипедах. Хитрость заключается в том, что концы корпуса где-то прикреплены или закреплены на раме. Корпус является гибким, поэтому может быть расположен в виде петли или S-образной формы, которая может расширяться или сжиматься при перемещении фиксированных концов относительно друг друга.

С другой стороны, трос управления всегда имеет фиксированную длину внутри корпуса, несмотря на изменение конечных положений.

Однако проблема с ними заключается в высоком трении по сравнению со шкивами, внутренняя часть корпуса может быть загрязнена грязью и мусором, и невозможно осмотреть кабель внутри корпуса.

Как и в петлевой системе, по-прежнему требуется пружина, обычно на рабочем конце, чтобы оттянуть кабель. В случае с одним кабелем приведение в действие троса со стороны управления также требует натяжения пружины.

Они, вероятно, делают, но есть источники, которые принимают слабину. Собственно на приведенной вами схеме это видно. Это называется " подтяжка троса ".

Посмотрите на маленькую пружинку внизу в центре.

Тросы могут передавать только силы растяжения, поэтому нам нужно два троса, чтобы иметь возможность отклоняться в двух направлениях: тросы управления, идущие от кабины к рулевым поверхностям, можно рассматривать как петлю, как правильно определяет Тревор.

небрежность

Кабели тоже растягиваются, а для приложения дистанционных нагрузок это недостаток. Натяжение троса связано со всем динамическим и статическим поведением органов управления полетом: установка неаккуратного троса приводит к расплывчатому и непостоянному поведению рукоятки и ощущению, как будто пилот помешивает суп в кастрюле. Ощущаемая жесткость пружины разбавляется жесткостью кабеля и никогда не может быть выше. Тросы должны иметь большую жесткость, поэтому натянем их, придадим им большую предварительную нагрузку.

Однако сильное предварительное натяжение тросов вызывает большие структурные усилия. Тросы проходят по шкивам, которые установлены на подшипнике, прикрепленном к конструктивному элементу. Один подшипник. Таким образом, шкив нагружает подшипник скручивающей нагрузкой, и трос пытается его перекосить, что не очень хорошо для тросовой трассы. Он может соскочить со шкива и застрять, что приведет к невозможности управления летательным аппаратом и падению. К сожалению, в самолете все должно быть легким и гибким, и мы не можем усилить корпус подшипника.

двусторонность

Таким образом, мы не можем давать очень высокую предварительную нагрузку на кабель. Но некоторое предварительное напряжение полезно:

• Тросы только тянут, а не тянущий трос не может быть провисшим, иначе он тоже может слететь.
• Предварительно натянутые кабели могут создавать толкающие нагрузки за счет уменьшения предварительного натяжения, которому они подвергались.

Изменчивость

Самолет представляет собой конструкцию, подверженную переменным нагрузкам:

• Законцовки крыла загибаются вверх во время полета, еще больше загибаются вверх, когда заканчивается топливо, и резко опускаются при посадке.
• Как упоминалось в OP, структура расширяется и сжимается в зависимости от температуры. Тепловое расширение составляет 23,1 мкм/(м·К). Боинг 747 имеет длину 70 м, перепад температур может достигать 90 °C, поэтому в результате получается 15 см. Стальные тросы растягиваются вдвое меньше, а общая длина троса отличается на 7 см только от температуры.
• Во время полета рули высоты и хвостовое оперение воздействуют на фюзеляж вверх/вниз, изгибая его вверх/вниз. Элероны изгибают крылья более или менее.
• Во время турбулентности крылья взмахивают вверх и вниз.
• Проведя 12 часов при -60 °C на крейсерской высоте, топливо в крыле стало очень холодным, и ему подвергалась только нижняя обшивка крыла. Обшивка верхней части крыла подвергается воздействию солнца и при приближении прогревается все больше и больше: верхняя обшивка растягивается от жары, а законцовка крыла опускается на удивительное расстояние.

Таким образом, тросы управления полетом должны выдерживать разницу в длине, которая в большом самолете составляет порядка 10-20 см. Кабель управления имеет диаметр 3-5 мм. Модуль упругости стали составляет 200 ГПа, растяжение -0,2/70 м/м вызывает растяжение 500 МПа, что вдвое больше, чем у конструкционной стали, и усилие 4000 Н (800 фунтов). Слишком много. Да, вы можете увеличить толщину кабеля с соответствующей тяжестью, но лучше всего уменьшить предварительную нагрузку до уровня, при котором не натягивающий кабель все еще имеет некоторое натяжение.

Решение

Нам нужно предварительное натяжение тросовой петли, но не слишком сильное. Мы хотим, чтобы она не менялась при изменении длины и изгиба, она должна быть всегда постоянной. И нам нужна высокая дифференциальная жесткость: приятная и легкая пружинистость при отклонении, очень высокая жесткость при отклонении. Что делать?

Источник изображения

Решение действительно в применении пружины, но не такой, которая крепится к конструкции самолета:

• «Колесо» — это не блок с несколькими вращениями, а два тросовых квадранта, каждый из которых отклоняется примерно на 40 градусов каждый.
• Пружины тянут их навстречу друг другу, когда нет нагрузки, когда пилот не прикладывает усилие к ручке.
• Механизм блокировки предотвращает перемещение двух половинок относительно друг друга, когда пилот прикладывает усилие. Более подробное описание можно найти в источнике изображения выше.

Таким образом, в то время как органы управления полетом обрезаны, трос хорошо натянут и приспосабливается к различным обстоятельствам. При приложении силы этот механизм частично блокируется, только слегка при приложении силы.

Они делают. См. http://www.billzilla.org/aviationpage3.html , в частности:

После нескольких часов крейсерской езды в холодной атмосфере тросы дроссельной заслонки, идущие от нижней части дроссельной заслонки к двигателям, сжимаются немного по-разному, и поэтому, чтобы получить одинаковые обороты, вам часто приходится держать дроссели в нечетном положении. углами друг к другу. Вот как они выглядели при спуске с высоты 37 000 футов в один прекрасный день.