strutture aeronautiche

8/10/2019 Strutture aeronautiche

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COSTRUZIONI

AERONAUTICHE L

Capitolo 1 Aircraftstructures

AA 2008-2009


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Capitolo 1 2/81

NOTE

Il presente materiale non copre tutte le

problematiche relative alle costruzioni

aeronautiche.


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Capitolo 1 3/81

Riferimenti bibliografici

M.C.Y. Niu, Airframe structural design. Practical design information

and data on aircraft structures, Conmilit Press Ltd. 1988

J. Roskam, Airplane Design, part 3Roskam Aviation and Engineering Corp., Ottawa (KS), 1985

D. P. Raymer, Aircraft Design: a conceptual approachAIAA Education Series, New York (NY), 1999

E.F. Bruhn, Analysis and design of flight vehicle structures


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Capitolo 1 4/81

Struttura

Parti strutturali del velivolo

ala (wing)

parte fissa

superfici mobili (flaps, alettoni, spoilers) elementi accessori (serbatoi destremit, carichi esterni, ...)

fusoliera (fuselage)

piani di coda (empennage)

piano orizzontale (horizontal tail) stabilizzatore (stabilizer) equilibratore (elevator)

piano verticale (vertical tail) deriva (fin) timone di coda (rudder)

installazione del motore (engine mount)

carrello (landing gear)


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Capitolo 1 5/81

vincoli cerniere

Ala Struttura

Tipologia di ala*

ala controventata (strut braced wing)

ala a sbalzo (cantilever wing)

vincolo incastro

* si fa riferimento a strutturealari in metallo


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Capitolo 1 6/81

Ala Struttura

Elementi strutturali

rivestimento (skin) longheroni (spars)

correnti (stringers)

centine (ribs)

Particolari strutturali

attacco ala-fusoliera aperture

serbatoi

superfici mobili


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Capitolo 1 7/81

Ala Struttura


skinstringers

ribsfront spar

rear spar


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Capitolo 1 8/81

Ala Struttura


rivestimento

correnti

longheroni

J. Roskam, Airplane Design, part 3


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Capitolo 1 9/81

Ala Struttura

spessore del profilo alare non piccolo: ex: velivoli monomotore a elica: t/c= 12 16 %

rivestimento spessori sottili: 0.020 0.90 in

strutture generalmente con uno o due longheroni

presenza di molte centine

bending material concentrato nelle solette (spar caps) dei longheroni

Velivoli subsonici a basse velocit


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Capitolo 1 10/81

Ala Struttura

spessore del profilo alare: velivoli bimotore a elica: t/c= 12 16 % jet da trasporto commerciale t/c= 10 12 % ....

rivestimento spessori sottili

strutture generalmente a due o tre longheroni

presenza dei correnti di irrigidimento presenza di molte centine

bending material distribuito sulla periferia del profilo, ripartito trale solette dei longheroni e i correnti

Velivoli subsonici ad alte velocit

torque box


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Capitolo 1 11/81

Ala Struttura

Torque box

rivestimento

correnti

longheroni



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Capitolo 1 12/81

Ala Struttura

Il torque box generalemente chiuso tra un longherone

anteriore e uno posteriore ed posizionato in corda in mododa sfruttare la parte di profilo con spessore maggiore

Velivoli subsonici ad alte velocit con torque box

torque box


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Capitolo 1 13/81

Ala Struttura

posizione tipica dei longheroni

Roskam

longherone anteriore: 15 % 30 % della corda

longherone posteriore: 55 % 60 % della corda

NIU (rif. prevalente: jet per trasporto passeggeri)

longherone anteriore: 12 % 17 % della corda (con ilsuggerimento di mantenere costante lungo laperturala posizione in percentuale di corda)

longherone posteriore: (55 % ) 60 % della corda(installazione tipica: longherone posteriore al 60 %della corda con alettone di corda pari al 30 % di quelladel profilo)

Velivoli subsonici ad alte velocit con torque box


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Capitolo 1 14/81

Ala Struttura

spessore del profilo alare: molto sottile

rivestimento spessori maggiori: 0.5 1 in

strutture multispar

poche centine bending material costituito prevalentemente dal rivestimento

Velivoli supersonici

ex: velivoli a crociera supersonica, caccia e trainers


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Capitolo 1 15/81

Ala Struttura

multispar wing

unstiffened skins

few ribs


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Capitolo 1 16/81

Ala Rivestimento e Correnti

Pannelli irrigiditi con correnti con collegamento realizzato per rivettatura

correnti a Z correnti a J

correnti a J utilizzati per realizzare unagiunzione di testa tra due pannelli

clip rib cap clip rib cap

M.C.Y. Niu, Airframe structural design. Practical

design information and data on aircraft structures


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Capitolo 1 17/81


Pannelli irrigiditi integrali Integrally stiffened panels

integral Z -section

integral blade section




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Capitolo 1 18/81


Pannelli irrigiditi Problemi costruttivi

Giunzione tra pannelli (splices)

Aperture nei pannelli (cut-outs) Interruzione dei correnti (stringer run-out)

centina

stringer run-out

rivestimento a

spessore variabile




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Capitolo 1 19/81

Ala Longheroni

Chord

Upright or Rib Pos t

Web

Chord

Strut

Rib Post

built-up web

built-up truss

sine-wave web

integrally machined web

integrally machined truss

shear web type

truss type


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Capitolo 1 20/81

Ala Longheroni

Longheroni Built-up web

upperspar cap

lowerspar cap

web

stiffener

crack stopper

web




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Capitolo 1 21/81

Ala Longheroni

Longheroni Built-up web

irrigidimentiverticali

M.C.Y. Niu, Airframe structuraldesign. Practical design information

and data on aircraft structures


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Capitolo 1 22/81

Ala Longheroni

Longheroni Built-up web rivestimento

rivestimento

spar caps

clip

irrigidimentoverticale

CLIPS: supporto per fili, condotti dellimpianto idraulico,

aste del sistema di controllo delle superfici mobili

devono essere vincolate solo agli irrigidimenti verticali

M.C.Y. Niu, Airframe structural design. Practicaldesign information and data on aircraft structures


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Capitolo 1 23/81

Ala Longheroni

Longheroni Integrally machined

upper flange

vertical stiffener shear web

fail-safe crack stopper

lower flangeM.C.Y. Niu, Airframe structuraldesign. Practical design information



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Capitolo 1 24/81

Ala Centine

strutture a traliccio

shear web type built-up web realizzate per stampaggio integrally machined


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Capitolo 1 25/81

bead

Ala Centine

skin

flange

web

beam web

holes

stiffenerala monolongherone consezione resistente ad una cella

E.F. Bruhn, Analysis and designof flight vehicle structures


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Capitolo 1 26/81

Ala Centine

Disposizione delle centine

(valori tipici, rif.: J. Roskam, Airplane Design, part 3)

non ci sono dati standard:la struttura alare in genere di

tipo multisparcon poche centine

2436

distanza tra le centine [in]

caccia e addestratori

velivoli da trasportopiccoli velivoli commerciali


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Capitolo 1 27/81

Ala Centine

Disposizione delle centine lungo lapertura



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Capitolo 1 28/81

Ala Attacco ala-fusoliera

Attacco ala-fusoliera (wing root joint)

Attacco fisso

spliced plates

tension bolts

lug (shear type)

combination of spliced plates and tension bolts

Attacchi che consentono rotazione relativa:

ali a freccia variabile (ex: Tornado, F 14)

ali ripiegabili (velivoli imbarcati sulle portaerei)


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Capitolo 1 29/81


Attacco ala-fusoliera: attacco fisso

rif. M.C.Y. Niu, Airframe structural design. Practical design information and data on aircraft

structures, Conmilit Press Ltd. 1988


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Capitolo 1 30/81


Lug joint (shear type)

M.C.Y. Niu, Airframe structural

design. Practical design information



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Capitolo 1 31/81


a




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Capitolo 1 32/81


b




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Capitolo 1 33/81


c




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Capitolo 1 34/81


Spliced plates

wing root rib web

wing root rib cap




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Capitolo 1 35/81

Ala Carrythrough structure

Carrythrought structure

parte strutturale che serve per trasferire attraverso la fusoliera il

momento flettente generato dalla portanza sullala

ring frames

strut-bracedwing boxcarrythrough

rif. : D. P. Raymer, Aircraft Design: a conceptual approach


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Capitolo 1 36/81


Carrythrought structure Wing carrythroug box

standard per jet commerciali per trasporto passeggeri e perbusinnes jets

consiste nel prolungare attraverso la fusoliera il box strutturale

dellala

il momento flettente dellala non si scarica su alcun elemento

strutturale della fusoliera minimizzazione del peso strutturaledella fusoliera


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Capitolo 1 37/81


Carrythrought structure Wing carrythroug box

occupa una porzione notevole della sezione di fusoliera einterferisce con il meccanismo di trasferimento dei carichi di

fusoliera basato sui longheroni di fusoliera

non consente di ridurre la sezione di fusoliera nella zona di

attacco alare non permette di adottare una supersonic arearule che consenta di ridurre la resistenza donda aerodinamica


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Capitolo 1 38/81


Carrythrought structure Ordinate di forza

Il momento flettente alare trasmesso attraverso la fusoliera permezzo di ordinate di forza a cui sono vincolati i pannelli alari

maggiore peso strutturale, minore resistenza aerodinamica soluzione prevalentemente adottata sui caccia moderni


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Capitolo 1 39/81


Carrythrought structure Bending beam

compromesso tra il wing carrythrough box e le ordinate di forza

pannelli alari vincolati ai lati della fusoliera per trasferire la portanza

momento flettente alare trasferito lungo uno dei longheroni alari chenon viene interrotto attraverso la fusoliera

questa soluzione strutturale occupa una porzione minore dellasezione di fusoliera


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Capitolo 1 40/81


Carrythrought structure Ala controventata

utilizzato prevalentemente su velivoli da turismo monomotore

il momento non viene trasferito attraverso la fusoliera il momento flettente reagito per mezzo della controventatura si

scarica nei punti di attacco sulla fusoliera tramite reazioniconcentrate

soluzione strutturale pi leggera in assoluto soluzione non adottabile a velocit medio-alte a causa dellelevato

contributo di resistenza aerodinamica legato al montante alare


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Capitolo 1 41/81

Fusoliera Struttura


rivestimento (skin)

correnti (stringers / longerons)

ordinate (frames/ bulkheads)


aperture (cut-outs)

ponte (floor)

cockpit


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Capitolo 1 42/81

Fusoliera Struttura

Schematizzazione fusoliera

ponte

longheronidi fusoliera

ordinate

rivestimento

rivestimento


F li El i l i di li


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Capitolo 1 43/81

Fusoliera Elementi longitudinali

Elementi strutturali longitudinali

fuselagestringers

fuselagelongerons

fuselagekeel beam

devono reagire ilcarico flettente

rif. : D. P. Raymer, AircraftDesign: a conceptual approach

F li El ti l it di li


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Capitolo 1 44/81



fuselagekeel beam

rif. : D. P. Raymer, AircraftDesign: a conceptual approach

utilizzata frequentemente per reagire il carico flettente in corrispondenzadella porzione di fusoliera interessata da aperture nella parte inferiore

F li El ti l it di li


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Capitolo 1 45/81



fuselage longerons

Questa soluzione strutturale si pu ritrovare sia nei velivoli che

presentano elevati carichi concentrati (caccia e trainers), sia neipiccoli velivoli monomotore da turismo. Il peso dei longheroni di fusoliera, di per s piuttosto elevato,

minore se tali componenti sono rettilinei.

F solie a Elementi longit dinali


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Capitolo 1 46/81


Longerons system




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Capitolo 1 47/81


Longerons system



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Capitolo 1 48/81

d

h

Stringer System

d > hStringer system: h< d

d

h

d

h

Longeron System

d < hLongeron system: d< h



fuselage stringers

d

h

Soluzione adottata per i velivoli commercialida trasporto che presentano poche aperturenel rivestimento e pochi carico concentrati.

Il peso strutturale risulta minore se i correntidi fusoliera sono realizzati in modo da non

presentare interruzioni e se sono rettilinei.



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Capitolo 1 49/81


Stringers system




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Capitolo 1 50/81


Disposizione dei correnti/longheroni(valori tipici, rif.: J. Roskam, Airplane Design, part 3)

distanza tra i correnti [in]

8 12caccia e addestratori

6 12velivoli da trasporto

10 15piccoli velivoli commerciali

df

Fusoliera Ordinate


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Capitolo 1 51/81

Fusoliera Ordinate

Disposizione delle ordinate(valori tipici, rif.: J. Roskam, Airplane Design, part 3)

15 20

18 22

24 30

distanza tra leordinate [in]

distanza tra ilongheroni [in]

altezza delbordo [in]

8 122.0caccia e

addestratori

6 120.02 df+ 1.0velivoli datrasporto

10 151.5piccoli velivolicommerciali

df

Fusoliera Ordinate


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Capitolo 1 52/81

Fusoliera Ordinate

strutturaad anello

ordinata di forma

ordinate di forza

ex: ordinate

utilizzate perdelimitare la zonapressurizzata

dome

flat bulkhead



peso

spaziopeso

spazio

Fusoliera Aperture


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Capitolo 1 53/81

Fusoliera Aperture


Fusoliera Aperture


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Capitolo 1 54/81

Fusoliera Aperture

Apertura per il portellone daccesso

Installazione di un finestrino

window frame


Fusoliera Ponte


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Capitolo 1 55/81

Fusoliera Ponte


Fusoliera Ponte


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Capitolo 1 56/81

Fusoliera Ponte


Fusoliera Cockpit


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Capitolo 1 57/81

p


Impennaggi Struttura


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Capitolo 1 58/81

p gg


rivestimento (skin)

longheroni (spars)

correnti (stringers)

centine (ribs)


attacco impennaggi-fusoliera

attacco parte fissa parte mobile



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Capitolo 1 59/81

p gg

Piano orizzontale di coda




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Capitolo 1 60/81

p gg

Piano verticale di coda




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Capitolo 1 61/81

Piano verticale di coda

Esempio di due diverse metodologie per realizzare lattacco trail piano verticale di coda e la fusoliera.




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Capitolo 1 62/81

Dettagli costruttivi piano orizzontale di coda delMcDonnel Douglas DC9-30




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Capitolo 1 63/81

Dettagli costruttivi

Beech 77 Skipper


Impennaggi Longheroni e correnti


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Capitolo 1 64/81

struttura tipo multispar

torque box:

longherone anteriore: 15 25 % cordalongherone posteriore: 70 75 % corda

disposizione tipica dei longheroni


piccoli velivoli commercialie velivoli da trasporto

Longheroni


Correnti

Il numero, la disposizione e la tipologia dei correnti varia notevolmentea seconda del velivolo considerato.

Impennaggi Centine


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Capitolo 1 65/81

Disposizione delle centine


non ci sono valori standard

24

15 30

distanza tra le centine [in]


velivoli da trasporto

piccoli velivoli commerciali

Funzioni delle centine

stabilizzano il torque box introducono i carichi concentrati:

supporto per i punti di attacco delle cerniere attacco con la fusoliera intersezione con altre superfici

Installazione del motore


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Capitolo 1 66/81

Motori a elica

installazione in fusoliera(velivolo monomotore)

installazione sulle ali

(velivolo bimotore)




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Capitolo 1 67/81

Castello motore Velivolo monomotore a elica




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Capitolo 1 68/81

Castello motore Velivolo bimotore a elica




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Capitolo 1 69/81

Motori a getto Velivoli subsonici/transonici

installazione in fusoliera rear fuselage mount

installazione in coda tail mount

installazione sullala wing pod mount

M.C.Y. Niu, Airframe structuraldesign. Practical design informationand data on aircraft structures



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Capitolo 1 70/81

Motori a getto Velivoli supersonici

installazione in fusoliera (bimotore)fuselage mount (twin engine)

installazione in fusolierafueselage mount (single engine)

installazione sullala wing mount

M.C.Y. Niu, Airframe structuraldesign. Practical design informationand data on aircraft structures

Motore a getto Installazione sullala

M t tt i t ll t ll l


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Capitolo 1 71/81

schematizzazione

Motore a getto installato sullala






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Capitolo 1 72/81

drag strut installation

wing upper support arm

(struttura ridondante)box beam installation

Piloni alari

cantileverbox beam





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Capitolo 1 73/81

Drag strut installation

cantilever box beam:

due longheroni superiori

due longheroni inferiori due pannelli laterali per assorbire il taglio verticale pannello inferiore per assorbire il taglio laterale

costituisce il firewall diaframma anteriore e posteriore per trasferire i carichi dal motore al pilone e

dal pilone al box alare longherone superiore vincolato al longherone anteriore dellala tramite un

attacco concentrato drag strut per trasferire i carichi dal longherone inferiore al punto dattacco

sul box alare, situato in posizione intermedia tra i due longheroni alari

attacco

attacco



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Capitolo 1 74/81

drag strut installation





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Capitolo 1 75/81

Box beam installation

termina in corrispondenza dellattacco posteriore sullala, invece che diquello anteriore (si veda linstallazione tramite drag strut)

lattacco posteriore sullala si trova in un punto intermedio tra i duelongheroni alari

aumenta il peso del pilone, ma diminuisce quello del box alare e si riducono iproblemi di fatica sulla parte inferiore dellala


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Capitolo 1 77/81

Wing upper support arm

struttura ridondante intrinsecamente fail-safe momento flettente generato dai carichi del motore trasferito in modo pi

efficiente riduzione di peso

complessit strutturale progetto complicato procedure di installazione/disinstallazione complesse

interferenza con le parti strutturali e le parti di impianto poste nella zona delbordo dattacco dellala.

Motore a getto Installazione in coda


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Capitolo 1 78/81

support frame mount

side support mount

peso rivestimento

peso castello

Piloni in fusoliera

cowling mount

peso rivestimento

peso castello



Motore a getto Installazione in coda


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Capitolo 1 79/81

Side support mount

trasferisce tutte le componenti dicarico, compreso il momento

trasferisce solo le componenti

di carico verticale e laterale



Carrello datterraggio


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Capitolo 1 80/81

Componenti

pneumatici rif. J. Roskam, Airplane Design, part 4

gamba del carrello sistemi di ammortizzazione

freni

attuatori per la retrazione (se presente)

interfaccia per decollo da catapulta

gancio per procedura di atterraggio su portaerei

Carrello datterraggio


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Capitolo 1 81/81

Sistemi di ammortizzazione

pneumatici

ammortizzatori

a molla

pneumatici

oleo dinamici

oleo-pneumatici

con inserti elastomerici

aria o azoto

olioorifizio

ammortizzatoreoleo-pneumatico

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