How strong är A380-fäste-vingen?

Detaljerna om styrkan som krävs är sannolikt att vara komplicerade och proprietära. Men vi kan göra en mycket grov uppskattning.

Använda ekvationen för att uppskatta rotböjningsmomentet här och följande nummer:

• Kroppsvikt: 230 000 kg
  • MTOW: 577 000 kg
  • Motorer: 25 000 kg
  • Bränsle: 260 000 kg
  • Vingar: 60 000 kg
• Wingspan: 79,75 m
• Vinkelavlastningsförhållande: 0.17

Ekvationen ger ett rotböjningsmoment på 17,300,000 Nm. Naturligtvis är det bara en statisk belastning. Om du överväger en 2,5 g pullup, kan detta vara 43.300.000 Nm. Men på marken kommer vingarna att böja sig under egen vikt. Att köra böjningsekvationen på vingevikten och lägga till i motorerna ger 23 900 000 Nm i andra riktningen.

Hur man kan lita på det: en mycket av matte. Organisationer som EASA förväntar sig mer precision än min ovanstående uppskattning, vilket kräver analys av de specifika belastningsförhållandena som måste uppfyllas, både statiska och dynamiska, och vingeens specifika utformning, strukturellt och aerodynamiskt, vilket är hur flygtekniker tjänar stora pengar.

Naturligtvis är A380 större än någonting massproducerad tidigare. Men den djupgående analysen tar hänsyn till detta. Airbus har viss erfarenhet av att bygga stora flygplan, så de har en ganska bra uppfattning om vad som fungerar och vad som inte gör det. Detaljerad testning görs också på allt från muttrar och bultar till hela flygplan . All denna information används för att säkerhetskopiera designen. Airbus kommer inte att investera pengar i ett stort test utan att vara ganska säker på att det kommer att fungera, och EASA kommer inte att certifiera en design tills den har testats framgångsrikt. Moderna analyser gör det möjligt att förutsäga ganska exakt var och vid vilken belastningsstruktur som kommer att misslyckas.

Men även då, med något så stort och komplext, saker händer. Viktiga saker som vingarna måste inte misslyckas även om de är skadade och att de har överflödiga lastvägar så att även om en del misslyckas kvarstår den kvarvarande strukturen. Delar inspekteras för att leta efter skador innan det blir kritiskt. Problem hittas . Mer analys görs och korrigeringar implementeras. Vanligtvis är det inte fråga om "vingen kan inte hantera lasten", men att "vingen går ut för snabbt". Utmattning är svårare att förutsäga och utforma för.

FAA-kraven finns i 14 CFR Del 25 . Detta inkluderar:

Unless otherwise specified, a factor of safety of 1.5 must be applied to the prescribed limit load which are considered external loads on the structure.

Så de måste ta den maximala belastningen som förväntas utan permanent deformation (gränsbelastning) och tillåta en 1,5 säkerhetsfaktor ovanpå det utan att misslyckas (ultimata belastningen). För att visa att strukturen kan uppfylla kraven:

Compliance with the strength and deformation requirements of this subpart must be shown for each critical loading condition. Structural analysis may be used only if the structure conforms to that for which experience has shown this method to be reliable. The Administrator may require ultimate load tests in cases where limit load tests may be inadequate.

Det betyder att all analys måste visa sig vara pålitlig. Detta måste antingen testas eller jämföras med den kända prestandan av tidigare konstruktioner. Testningen måste också vara tillräcklig för att bevisa att kraven kommer att uppfyllas.

how could it be trusted?

Liksom alla flygplan kräver typcertifiering att dessa testas. Jag tror att vingarna testas till 1,5 x sin lastgräns.

A380: STRUKTURALSTATISKA TESTER

The A380’s structural static tests on began in November 2004, in preparation for the first flight clearance.

The tests included: Flight Test Installation (FTI) calibration test, maximum wing bending at limit load, ailerons and spoilers functioning test during max wing bend, fuselage pressure test, and fatigue tests and flight cycles simulation.

De placerar en flygplan i en testriggar och ökar belastningen på vingarna tills vingarna går sönder . Det empiriska beviset jämförs med de förutsägelser som matematiska modeller gör.

AirbusA380vingetest

Airbus A350 vinge test ... (A350 tortyrvideo )

Boeing 787 vinge test

Den fula sanningen är: Sprickor uppträder och har inträffat på A380 vinge rot, men det är normalt. Läs vidare för mer.

Den statiska belastningen är bara en aspekt. Normalt är det som driver konstruktionen trötthetsbelastningen, vilket är den konstanta jerkingen av aerodynamiska och tröghetsstyrkor på alla delar av ett flygplan. I dag är flygplan utformade så att sprickor inte blir hotande mellan två inspektionsintervaller.

Den här tekniken lärt sig den svåra vägen med flygplanet i slutet av fyrtioåret och början av femtiotalet . Fram till dess var driftstiden för metallflygplan i storleksordningen tiotals timmar. Delarna konstruerades för maximal statisk belastning plus en säkerhetsfaktor på 1,5 till 2,0. Trötthet övervägdes inte.

Träplan har inga trötthetsproblem, men aluminium är extremt känsligt för cyklisk belastning. Sprickor kommer att dyka upp efter tillräckliga belastningscykler, även vid mycket låga stressnivåer, och kommer att växa med någon extra belastningscykel. Nu är tillvägagångssättet att definiera inspektionsintervall så att sprickor som börjar strax efter den senaste inspektionen inte kommer att växa till en punkt som hotar strukturell integritet innan nästa inspektion planeras. För att säkerställa detta måste alla större delar tillverkas av två lastbärande medlemmar, varav en kan misslyckas utan att hela delen misslyckas.

Nu har vi fastställt att varje del av fästevingen är gjord av två parallella medlemmar, som var och en kan bära den fulla gränsbelastningen för vilken delen måste utformas. Vi vet också att denna styrka endast kan garanteras för en del av flygplanets liv. I fallet med A380 kombinerar två saker för att göra vinge rotdesign en särskild utmaning. Den första är skalningslagar: Om något växer i storlek växer volymen och massan med kuben av storleken ökning, men tvärsnittet av den bärande strukturen växer bara med kvadraten av ökningen. Den andra faktorn är det höga Cruise Mach-numret på 0,85 av A380. Detta hade krävt att se till att flyg med A380 inte tar längre tid än flyg med någon konkurrerande flyglinje, så att A380-flyg alltid finns på första skärmen av bokningssystemen.

Det höga kryssnings-Mach-numret kräver en tunn vingefläkt, och skalningslagen innebär att en A380 behöver relativt tjockare flänsar och beslag än ett mindre flygplan. Detta kan beräknas med hög noggrannhet med ändliga elementkoder som Patran i kombination med NASTRAN , eller ANSYS . Efter beräkningsmetoden måste en vinge laddas tills den bryts i en provrigg och en annan vinge utsätts för simulerade flygspänningar i en annan provrigg. Här är västbelastningen viktig, vilket inte kan simuleras i en vindtunnel. Därför laddas vingen av en rad hydrauliska uttag som är datorstyrda för att simulera aerodynamiska belastningar. När noggrann testning har gjorts kommer flygplanet att certifieras för ett första antal flygtimmar som gradvis kommer att öka när det dynamiska provet fortskrider. I fallet med A380, några tidiga flygplan visade sprickor vid vinge rot, så lokala förstärkningar tillkom.

Så den fula sanning är att sprickor uppträder regelbundet, men den strukturella konstruktionen och driftsprocedurerna säkerställer att de inte orsakar massiva fel.