Узкий фюзеляж что это значит – На чем комфорте лететь на большие расстояния? широкофюзеляжный самолет или узкофюзеляжный самолет! Обоснуйте почему?

Содержание

Фюзеляж Википедия

Фюзеля́ж (фр. fuselage, от fuseau — веретено) — корпус летательного аппарата. Связывает между собой консоли крыла, оперение и (иногда) шасси. Фюзеляж пилотируемого летательного аппарата (например, самолёта) предназначен для размещения экипажа, оборудования и целевой нагрузки. В фюзеляже может размещаться топливо, шасси, двигатели.

Конструкция самолёта типа летающее крыло, в утолщённой части которого размещается всё, что обычно размещают в фюзеляже, традиционно считается безфюзеляжной, потому рассматривается отдельно.

Общие сведения[ | ]

Являясь строительной основой конструкции самолёта, он объединяет в силовом отношении в единое целое все его части. Основным требованием к фюзеляжу является выполнение им своего функционального назначения в соответствии с назначением самолёта и условиями его использования при наименьшей массе конструкции фюзеляжа.

Выполнение этого требования достигается:

выбором таких внешних форм и значений параметров фюзеляжа, при которых получаются минимальное его лобовое сопротивление и наибольшие полезные объёмы при определившихся габаритах;

использованием несущих фюзеляжей, создающих значительную (до 40 %) подъёмную силу в интегральных схемах самолёта (например, Ту-160). Это позволяет уменьшить площадь крыла и снизить его массу;
рациональным использованием полезных объёмов за счёт повышения плотности компоновки, а также за счёт более компактного размещения грузов вблизи ЦМ. Последнее способствует уменьшению массовых моментов инерции и улучшению характеристик маневренности, а сужение диапазона изменения центровок при различных вариантах загрузки, выгорании топлива, расходе боеприпасов обеспечивает большую стабильность характеристик устойчивости и управляемости самолёта;
согласованием силовой схемы фюзеляжа с силовыми схемами присоединённых к нему агрегатов. При этом необходимо обеспечить: надёжное крепление, передачу и уравновешивание нагрузок от силовых элементов крыла, оперения, шасси, силовой установки на силовых элементах фюзеляжа; восприятие массовых сил от целевой нагрузки, оборудования и от конструкции фюзеляжа, а также от аэродинамической нагрузки, действующей на фюзеляж, и нагрузки от избыто

ru-wiki.ru

узкий Фюзеляж — Изображения и картинки

Картинки

Не нашли то что искали? Искать через поисковую систему [RED]

e-wiki.org

Фюзеляж

Фюзеляж

Фюзеляж ( фр. fuselage , От fuseau «веретено») — корпус летательного аппарата. Связывает между собой крылья, оперение и (иногда) шасси. Фюзеляж самолета предназначен для размещения экипажа, оборудования и полезной нагрузки. В фюзеляже может размещаться топливо, шасси, двигатели. Отдельно рассматривается схема компоновки летающее крыло, в утолщенной части которого и размещается все, что обычно размещают в фюзеляже.

1. Общие сведения о фюзеляж

Так как фюзеляж является основой конструкции самолета, он объединяет в силовом отношении в единое целое все части. К фюзеляжу, при сохранении наименьшей массы, относится ряд основных требований ^[1] :

минимальный лобовое сопротивление;
рациональное использование внутренних объемов;
обеспечение необходимого обзора из кабины пилотов и экипажа;
простота загрузки и разгрузки;
надежная герметизация и теплозвукоизоляция, необходимое вентилязия, отопления и освещения кабин.

Выполнение этих требований достигается:

выбором таких внешних форм и значений параметров фюзеляжа, при которых получаются минимальный лобовое сопротивление и самый полезный объем при определенных габаритах;
использованием несущих фюзеляжей, создающих значительную (до 40%) подъемную силу в интегральных схемах самолета. Это позволяет уменьшить площадь крыла и снизить его массу;
рациональным использованием полезных объемов за счет повышения плотности компоновки, а также за счет более компактного размещения грузов вблизи центра масс (ЦМ). Последнее способствует уменьшению массовых моментов инерции и улучшению характеристик маневренности, а сужение диапазона изменения центровок при различных вариантах загрузки, выгорании топлива, расходе боеприпасов обеспечивает большую стабильность характеристик устойчивости и управляемости самолета;
согласованию силовой схемы фюзеляжа с силовыми схемами присоединенных к нему агрегатов. При этом необходимо обеспечить: надежное крепление, передачу и уравновешивания нагрузок от силовых элементов крыла, оперения, шасси, силовой установки на силовые элементы фюзеляжа; восприятия массовых сил от целевого нагрузки, оборудования и от конструкции фюзеляжа, а также от аэродинамической нагрузки, действующей на фюзеляж, и нагрузки от избыточного давления в гермокабины.
обеспечением удобство подходов к различных агрегатов, расположенных в фюзеляже, для их осмотра и ремонта; удобство входа и выхода экипажа и пассажиров, выброса десанта и вооружения, удобство загрузки, швартовки и выгрузки предназначенных для перевозки грузов. Пассажирам и экипажу забезпечуются необходимые жизненные условия и определенный уровень комфорта при полете на большой высоте, тепло-и звукоизоляция кабин, возможность быстрого и безопасного аварийного покидания самолета, экипажа — хороший обзор из кабины.

2. Внешние формы фюзеляжа

Лучшей формой фюзеляжа является осесимметричных тело вращения с плавным сужением в носовой и хвостовой частях. Такая форма обеспечивает минимальную при заданных габаритах площадь поверхности, а значит и минимальную массу обшивки, и минимальное сопротивление трения фюзеляжа. Круглое сечение тела вращения выгодно по массе и при действии избыточного давления в гермокабины. Однако из компоновочных и другим соображениям от такой идеальной формы приходится отступать. Так, фонари кабины экипажа, повитрозаборникы, антенны радиолокаторов нарушают плавность обводов и приводят к увеличению сопротивления и массы фюзеляжа. Такой же эффект дает и отступление от плавных форм в хвостовых отсеках фюзеляжа с целью увеличения угла опрокидывания или для укорочения грузового люка и рампы.

Поперечное сечение фюзеляжа обычно определяется условиями компоновки грузов, двигателей, пассажирских салонов.

3. Нагрузки, действующие на фюзеляж

В полете и при посадке на фюзеляж действуют следующие нагрузки:

сил, передающихся на фюзеляж от присоединенных к нему частей самолета — крыла, оперения, шасси, силовой установки и др..;
массовые инерционные силы агрегатов, грузов, оборудования, расположенных в фюзеляже, и инерционные силы от собственной массы конструкции фюзеляжа;
аэродинамические силы, распределенные по поверхности фюзеляжа;
силы избыточного давления в герметичных кабинах, отсеках оборудования, каналах повитрозаборников.

Все перечисленные нагрузки с учетом принципа д’Аламбера полностью уравновешено на фюзеляже.

С точки зрения строительной механики фюзеляж можно рассматривать как коробчатую балку, закрепленную на крыле и нагруженную вышеперечисленными нагрузками. В любом сечении такой балки действуют вертикальные и горизонтальные составляющие перерезая сил, изгибающих моментов, а также крутящий момент. В герметичных отсеках к этим нагрузкам добавляются усилия от избыточного внутреннего давления.

4. Конструктивно-силовые схемы фюзеляжа

Рациональной конструкцией, способной воспринимать все вышеперечисленные нагрузки при минимальной собственной массе, есть тонкостенный пространственная оболочка, подкрепленная изнутри силовым каркасом. Рациональность такой оболочки обеспечивается полноценным использованием ее рабочей обшивки как при восприятии местного аэродинамической нагрузки, внутреннего избыточного давления, так и в общей силовой работе, которая заключается в том, что обшивка воспринимает всю перерезая силу, весь крутящий момент и участвует в восприятии изгибающих моментов. Оболочка, подкрепленная каркасом наилучшим образом удовлетворяет и требования удобства компоновки, обеспечения технологической простоты, а также живучести и эксплуатационной технологичности. С точки зрения силовой работы такая оболочка рассматривается как тонкостенная коробчатая балка, вследствие чего силовую схему подобных фюзеляжей принято называть балочной.

Фюзеляже ферменной конструкции, которые использовались ранее, неизбежно проигрывают по массе балочной конструкции в связи с тем, что обшивка ферменных фюзеляжей полностью исключена из общей силовой работы, воспринимая только местное воздушное нагрузки и являясь, таким образом, дополнительным конструктивным элементом, который увеличивает массу конструкции. Пространственная ферма чрезвычайно затрудняет и компоновку грузов в фюзеляже. Все это привело к тому, что ферменные фюзеляже в наше время ^{[ Когда? ]} полностью вытеснены балочными и их применение оправдано лишь на легких тихоходных самолетах «малой» авиации. Поэтому в дальнейшем ферменные фюзеляжи не рассматриваются.

Балочные фюзеляжи делятся на три основные разновидности:

лонжеронная
стрингерний
обшивочный

Продольный набор балочного фюзеляжа состоит из лонжеронов и стрингеров. Лонжерон отличается от стрингера формой и большей площадью поперечного сечения. Обшивочный фюзеляж продольного набора не имеет. Поперечный набор фюзеляжа состоит из шпангоутов, обеспечивающих сохранение при деформациях заданной формы поперечного сечения оболочки и передачу на обшивку распределенных и сосредоточенных нагрузок. В местах приложения к фюзеляжу больших сосредоточенных сил устанавливаются усиленные шпангоуты.

В балочных фюзеляжах перерезая сила любого направления полностью воспринимается обшивкой, в которой возникает поток касательных усилий. Закон распределения этих усилий по контуру оболочки зависит от направления внешней нагрузки и от формы поперечного сечения фюзеляжа.

Крутящий момент также полностью воспринимается обшивкой. Поток касательных усилий в этом случае равномерно распределен по периметру оболочки, имеющей, как правило, однозамкнутий контур поперечного сечения. Восприятие изгибающих моментов фюзеляжа определяется типом балочного фюзеляжа. В местах вырезов в оболочке устанавливаются силовые окантовки, обеспечивающие передачу всех усилий в зоне выреза.

4.1. Лонжероны и стрингеры

Продольные элементы каркаса проходят, как правило, по всей длине фюзеляжа. Совместно с обшивкой они воспринимают нормальные усилия при изгибе фюзеляжа. Простые стрингеры и лонжероны обычно изготавливаются из прессованных или гнутых профилей различного сечения. Лонжероны отличаются от стрингеров большей жесткостью.

При больших нагрузках могут использоваться составные лонжероны, состоящих из нескольких соединенных между собой профилей.

Для окантовки больших вырезов в фюзеляже часто используются лонжероны коробчатого сечения — бимсы, которые состоят из прессованных профилей, связанных между собой стенками и обшивкой.

4.2. Шпангоуты

Делятся на нормальные и усиленные. Нормальные обеспечивают сохранение формы поперечного сечения фюзеляжа. Усиленные шпангоуты устанавливаются в местах передачи на фюзеляж больших сосредоточенных нагрузок. На них располагаются стыковые узлы агрегатов, узлы крепления грузов, двигателей, крупного оборудования, перегородки гермовидсикив и т.п. Силовые шпангоуты могут устанавливаться по границам больших вырезов в фюзеляже. Нормальные шпангоуты обычно имеют рамную конструкцию и изготавливаются штамповкой или гибкой из листа.

Усиленные шпангоуты выполняются в виде замкнутой рамы обычно двутаврового или швеллерного сечения. Рама шпангоуту распределяет внешнюю нагрузку по периметру обшивки, поток касательных усилий в которой является опорной реакцией для рамы. Сама рама работает на изгиб, который в основном определяет ее сечение. Кроме того, в любом сечении рамы действуют перерезая и нормальная силы. Конструктивно такая рама изготавливается сборной или монолитной. В местах установки перегородок силовой шпангоут полностью зашивается стенкой, подкрепленной вертикальными и горизонтальными профилями, или сферической оболочкой с радиально расположенными подкрепляющими элементами.

4.3. Обшивка

Изготавливается из металлических листов, которые формируются по профилю поверхности фюзеляжа и затем крепятся к каркасу. Стыки листов располагаются на продольных и поперечных элементах каркаса. Применяется, особенно для обшивочный фюзеляжей, применение монолитных оребренных панелей и слоистой обшивки с легким, конечно сотовым, заполнителем. В последнее время получает распространение обшивка из композиционных материалов.

4.4. Соединение элементов каркаса и обшивки

Возможны три способа соединения обшивки с каркасом:

обшивка крепится только к стрингеров;
обшивка крепится и к стрингеров, и в шпангоутов;
обшивка крепится только к шпангоутов.

В первом случае есть только продольные заклепочные швы, а поперечные швы отсутствуют, что улучшает аэродинамику фюзеляжа. Однако, незакрепленная на шпангоутах обшивка теряет устойчивость при меньших нагрузках, что приводит к увеличению массы конструкции. Чтобы избежать этого часто обшивку связывают с шпангоутом дополнительной накладкой — компенсатором. Третий способ крепления используется только в обшивочный (безстрингерних) фюзеляжах.

4.5. Стыковые соединения отсеков фюзеляжа

Стыки отсеков фюзеляжа балочно-лонжеронной схемы выполняются с помощью стыковых узлов, расположенных только на лонжеронах — точечный стык. Конструктивно для этого используются узлы типа «ухо-вилка» или узлы фитинговой схемы.

Балочно-стрингерни фюзеляже стыкуются по принципу контурного стыка с расположением стыковых фитингов по всему периметру стыкового шпангоуту с обязательным силовым связыванием обшивки и всех стрингеров частей фюзеляжа стыкуются. Балочно-обшивочные фюзеляжи обычно соединяются фланцевым стыком, обеспечивающий силовой связь обшивок частей, соприкасающихся по всему контуру. Это по сути, контурный стык с единым стыковым элементом — углом, лентой и т.п.

5. Крепление агрегатов самолета к фюзеляжу

Узлы крепления агрегатов к фюзеляжу устанавливаются на усиленных шпангоутах, которые выполняют роль жесткого диска, обеспечивая распределение сосредоточенных нагрузок по всему периметру оболочки фюзеляжа. Для передачи сосредоточенных нагрузок продольного направления стыковые узлы агрегатов должны быть связаны с усиленными продольными элементами фюзеляжа. Для уменьшения массы конструкции фюзеляжа всегда желательно уменьшать число усиленных шпангоутов, размещая на одном шпангоуте узлы крепления нескольких агрегатов.

5.1. Крепление крыла и стабилизатора

Принципиальной особенностью стыка крыла с фюзеляжем является способ уравновешивания изгибающих моментов консолей крыла в этом стыке. Рациональным считается уравновешивание изгибающих моментов левого и правого крыла на центроплане, пропущенном через фюзеляж. Для лонжеронной крыла с этой целью достаточно пропустить через фюзеляж только лонжероны, на которых и произойдет уравновешивание изгиба.

Для кессонных и моноблочных крыльев через фюзеляж обязательно должны пропускаться целиком все силовые панели крыла.

В том случае, когда компоновочных причин пропуск через фюзеляж силовых элементов крыла невозможен, замыкание изгибающих моментов слева и справа должно выполняться на силовых шпангоутах фюзеляжа. Очевидно, что такое решение применимо лишь для лонжеронных крыльев, в которых число лонжеронов невелико. Кессонные и моноблочные крылья требуют большого числа силовых шпангоутов для замыкания силовых панелей, конструктивно выполнить очень сложно. В этом случае следует отказаться от указанных силовых схем крыла и перейти на лонжеронной схему.

Перерезая сила крыла с каждой его половины должна передаваться на фюзеляж. С этой целью стенки лонжеронов и дополнительные продольные стенки крыла стыкуются с силовыми шпангоутами. На эти же силовые шпангоуты обычно опираются и бортовые нервюры крыла, которые, собирая с замкнутого контура крыла крутящий момент, передают его на эти опорные шпангоуты. Часто для передачи крутящего маменту, обшивка крыла и фюзеляжа соединяется по контуру стыковочным угловым профилем.

Крепление стабилизатора к фюзеляжу принципиально ничем не отличается от схемы стыковки крыла. Ось вращения управляемого стабилизатора обычно закрепляется на одном или двух силовых шпангоутах фюзеляжа.

5.2. Крепление киля

Крепление киля к фюзеляжу требует обязательной передачи его изгибающего момента на фюзеляж. С этой целью каждый лонжерон киля соединяется с силовым шпангоутом стинковои или рамной конструкции.

Если позволяют условия компоновки, то можно использовать «Мачтовый» закладки лонжерона в двух точках, разнесенных по высоте силового шпангоуту. Стреловидный лонжерон киля имеет излом в точке пересечения с силовым шпангоутом, что требует обязательной постановки в этом сечении бортовой усиленной нервюры или усиленной балки на фюзеляже. От них можно отказаться, если силовой шпангоут поставить наклонно к оси фюзеляжа так, чтобы плоскость была продолжением плоскости стенки лонжерона киля. Но такое решение имеет значительные технологические трудности при изготовлении пожилого шпангоута и сборке фюзеляжа.

5.3. Крепление шасси и двигателей к фюзеляжу

Крепление двигателей к фюзеляжу осуществляется как внутри к усиленным элементам каркаса, так и снаружи на специальных пилонах. Крепление пилонов к фюзеляжу подобно крепления стабилизатора или крыла.

6. Вырезы в фюзеляже

Вырезы под двери, окна, фонари, люки, ниши шасси, боевая нагрузка нарушают замкнутость контура оболочки фюзеляжа и резко снижают ее крутильных и изгибную жесткость и прочность. Компенсировать эти потери можно путем создания по контуру выреза достаточно жесткой рамной окантовки. При малых размерах выреза такая окантовка создается в виде монолитной конструкции, полученной штамповкой из листа или другими способами изготовления.

Большие вырезы окантовываются по торцам силовыми шпангоутами, а в продольном направлении усиленными лонжеронами или бимсами, которые не должны заканчиваться в пределах выреза, а продолжаться за силовые шпангоуты, обеспечивая жесткое закладки этих продольных элементов.

Крепление шасси выполняется к усиленным шпангоутов и продольных балок в нижней части фюзеляжа. Обшивки киля и фюзеляжа обычно соединяются стыковочным уголком по контуру киля.

7. Гермовидсикы

В гермокабины при полете на больших высотах поддерживается избыточное давление до 40 — 60 кПа. Рациональной формой гермовидсику, что обеспечивает его минимальную массу, является сферическая или немного проигрывая ей — цилиндр со сферическими днищами. Шпангоут на стыке цилиндра со сферическим сегментом за счет перелома обшивки воспринимает достаточно большие сжимающие нагрузки и должен быть усилен. Обшивка в таких отсеках при нагрузке избыточным давлением полностью избавлена от изгибных деформаций и работает только на растяжение.

Однако, из компоновочных соображений иногда приходится отступать от этих рациональных форм, неизбежно приводит к увеличению массы конструкции. Плоские и близкие к ним панели для обеспечения необходимой изгибной жесткости при восприятии избыточного давления должны иметь достаточно мощное подкрепление в виде продольных и поперечных ребер (балок) или изготавливаться в виде трехслойных конструкций.

В конструкциях герметичных отсеков должна быть обеспечена надежная герметизация по всем заклепочных и болтовых швам. Герметизация швов обеспечивается прокладкой между элементами специальных лент, пропитанных герметиком, промазыванием швов невысыхающим мастикой, покрытием швов жидким герметиком с последующей горячей сушкой. В местах стыка листов обшивки используются многорядные заклепочные швы с малым шагом заклепок.

С помощью специальных гермовузлив обеспечивается уплотнение выходов проводки управления, трубопроводов и др..

Особое внимание уделяется герметизации фонарей, люков, дверей, окон, обеспечивается специальными уплотнительными устройствами в виде резиновых лент, жгутов, прокладок, надувных трубок.

Примечания

Гребеньков А. Конструкция самолетов: Учеб. пособие для авиационных вузов. — М. Машиностроение, 1984. — 240 с.

nado.znate.ru

что такое Фюзеляж — Изображения и картинки

Картинки

Не нашли то что искали? Искать через поисковую систему [RED]

e-wiki.org

Фрегат Экоджет: Конструктивно-силовая компоновка самолёта с фюзеляжем овального сечения

В компоновке перспективного пассажирского самолёта Фрегат Экоджет предложена нетрадиционная схема с поперечным сечением фюзеляжа в виде вытянутого горизонтального овала. Подобная схема обеспечивает более эффективное использование поперечного сечения фюзеляжа и позволяет на 30-40% уменьшить взлётную массу самолёта при одинаковой пассажировместимости около 300-350 пассажиров.

Проведённые исследования показали, что при разработанной авторами конструктивно-силовой схеме фюзеляжа можно решить проблему противодействия внутреннему давлению и обеспечить требуемый уровень деформаций вдоль фюзеляжа при заданных лимитных весах конструкции. Исследование проведено с использованием подробной конечно-элементной модели (КЭМ).

Предлагаемые результаты исследования были опубликованы в журнале «Полёт» № 9, 2011 г.

Авторы:
Бирюк Виктор Илларионович — главный научный сотрудник НИО-3 ФГУП «ЦАГИ», кандидат технических наук
Климов Александр Валентинович — заместитель генерального директора ОАО ФПГ «Росавиаконсорциум»
Навоев Алексей Александрович — младший научный сотрудник НИО-3 ФГУП «ЦАГИ»
Черноусов Владимир Иванович — главный конструктор проекта Фрегат Экоджет ОАО ФПГ «Росавиаконсорциум»

В настоящее время традиционно используются и проектируются самолёты с круглым или близким к круглому поперечным сечением фюзеляжа, например, применяется так называемая схема «double-bubble», при которой в районе средней линии фюзеляжа располагается пол пассажирской кабины, а верхний и нижний контуры поперечного сечения фюзеляжа представляют собой дуги окружностей.

Силовая схема фюзеляжа круглого сечения, включающая в себя, как правило, обшивку, шпангоуты, стрингеры и поперечные балки пассажирского пола, достаточно эффективна с точки зрения воздействия внутреннего давления. Избыточное давление, действующее по нормали к обшивке, уравновешивается окружными напряжениями в обшивке (цепными напряжениями). При радиальной деформации обшивки через изгиб стрингеров, часть радиальной нагрузки передаётся шпангоуту. Эта нагрузка уравновешивается окружными растягивающими напряжениями шпангоута. Балки пола пассажирской кабины растягиваются одновременно с растяжением шпангоутов.

Жёсткость обшивки, стрингеров и шпангоутов такова, что растягивающие напряжения в обшивке и шпангоутах различаются незначительно, а изгиб стрингеров мал. Конструкция фюзеляжа круглой круговой формы или формы типа «double-bubble» позволяет обеспечить его статическую прочность, долговечность, живучесть и требуемые эксплуатационные характеристики при высоком весовом совершенстве. Однако круговая форма или форма «double-bubble» поперечного сечения накладывает значительные ограничения на компоновочные решения по размещению пассажиров и грузов.

Существуют варианты аэродинамических компоновок, в которых ширина фюзеляжа значительно больше его высоты. При этом используются свойства фюзеляжа создавать аэродинамическую подъёмную силу. Работа силовых элементов боковой части такого фюзеляжа — с обычным радиусом кривизны, под действием избыточного давления аналогична работе этих элементов в круговых фюзеляжах. Работа верхней и нижней частей такого фюзеляжа существенно отличается от работы силовых элементов в круговых цилиндрических фюзеляжах. Использование традиционной силовой схемы круглых фюзеляжей с обшивкой, шпангоутами и стрингерами приводит к неприемлемым весовым затратам из-за изгиба шпангоутов в зонах с малой кривизной. Необходимы нетрадиционные конструктивные решения, позволяющие обеспечить эффективное использование площади поперечного сечения фюзеляжа и оптимальную работу конструктивно-силовой схемы (КСС) фюзеляжа.

Одним из приемлемых вариантов является проект самолёта «111» (патент RU2270135 (C2) ― 2006-02-20), у которого фюзеляж имеет поперечное сечение, вытянутое по горизонтали, с шириной, значительно превышающей его высоту. Для решения проблемы воздействия внутреннего давления используются последовательно расположенные вдоль фюзеляжа шпангоуты, на которых закреплена наружная обшивка и стрингеры, соединённые с обшивкой и шпангоутами. По длине герметичной части этот фюзеляж снабжён продольными силовыми конструкциями арочного типа. Они расположены по боковым сторонам и содержат соединённые между собой нижний и верхний продольные силовые элементы, вертикальные стойки, установленные определённое число шпаций.

Однако фюзеляж должен иметь объёмы для размещения грузов. Поскольку под полом пассажирской кабины самолёта «111» такие объёмы отсутствуют, необходимо увеличивать длину фюзеляжа, а, следовательно, возрастает и его вес. Для регионального самолёта подобное решение является оптимальным, однако при увеличении пассажировместимости с 60-100 до 300-350 человек рост весовых затрат перестаёт быть оптимальным, поскольку для размещения грузов увеличение длины самолёта должно быть существенным.

Самолёт ЭМЗ им. Мясищева М-60 «Катунь»

На Экспериментальном машиностроительном заводе им. В.М.Мясищева в 1990-х годах была предложена компоновка высотного самолёта М-60 в пассажирском и транспортном вариантах, в которой также использовалась нетрадиционная схема сечения фюзеляжа.

Однако проблема борьбы с внутренним давлением в этом проекте решалась установкой вертикальных стяжек как для пассажирского, так и для транспортного варианта. Причём конструкция фюзеляжа пассажирского самолёта при наличии объёмов под полом пассажирской кабины с точки зрения КСС практически не была проработана. Этому мешало отсутствие в то время инструмента для исследования при детальной проработке конструкции. Наличие стоек решает задачу обеспечения прочности и приемлемых деформаций, но не обеспечивает комфорта и безопасности пассажиров.

Предлагаемый проект самолёта Фрегат Экоджет имеет поперечное сечение фюзеляжа, значительно отличающееся от кругового, что обеспечивает существенно более эффективное использование его площади.

Поперечные сечения фюзеляжей самолётов А330/340, B-777 и Фрегат Экоджет. Здесь Da – диаметр поперечного сечения фюзеляжа, для самолёта Фрегат Экоджет приведён эквивалентный диаметр Dф экв.

Процесс выбора геометрических параметров самолёта Фрегат Экоджет является поиском компромиса между требованиями комфорта и безопасности с одной стороны и приемлемыми экономическими и лётно-техническими характеристиками, требованиями технологии производства и удобства эксплуатации — с другой.

Поиск оптимального сечения фюзеляжа с точки зрения компоновки проводился в направлении обеспечения минимальных габаритов самолёта на стоянке при условии размещения в фюзеляже 300-350 пассажиров в трёх салонах с тремя главными проходами шириной не менее 500 мм с шагом кресел не менее 810 мм или 32», размещения в герметической части фюзеляжа 8 дверей (тип А): четыре — входные по левому борту, четыре служебные — по правому, и размещения восьми туалетов. Все двери могут служить аварийными выходами. При принятой длине фюзеляжа 46-47 метров условиями поиска оптимального сечения фюзеляжа с точки зрения компоновки являлись:

необходимость размещения одиннадцати кресел в ряду для салона обычного экономического класса (для обеспечения приемлемой длины фюзеляжа) при трёхпроходной схеме 2+4+3+2
необходимость размещения десяти кресел в ряду (в том же сечении) для салона экономического класса повышенного комфорта при трёхпроходной схеме 2+3+3+2
необходимость размещения восьми кресел в ряду (в том же сечении) для салона бизнес-класса с шириной проходов 600 мм
необходимость размещения на нижней палубе (в багажном отделении) стандартных багажных паллет, перевозимых широкофюзеляжными самолётами.

Было принято решение выбрать поперечное сечение фюзеляжа в виде симметричного вытянутого овала, образованного сопряжением дуг окружностей диаметром 2 и 6 м с габаритными размерами ~7750×4940 мм как наиболее полно удовлетворяющие комплексу требований к сечению фюзеляжа. Выбранное сечение позволило уменьшить площадь омываемой поверхности фюзеляжа, приходящуюся на одного пассажира, на 4-14%% (в зависимости от компоновки салона) по сравнению с аналогичными параметром современных широкофюзеляжных самолётов типа B-777-200, Ил-86, Ил-96, A340-300. В таблице для сравнения приведены параметры различных самолётов такого класса.

	Фрегат Экоджет	В777-200	Ил-86	Ил-96	A340-300	В767-300ER
Nпасс, количество пассажиров	302–352	305–367	350	289	295	286–350
D, диаметр фюзеляжа, м	экв. 6.236	6.200	6.080	6.080	5.640	5.030
L, длина фюзеляжа, м	47.34	63.73	56.90	51.15	63.64	54.94
Sмид. Площадь миделя фюзеляжа, м²	30.548	30.190	29.030	29.030	24.980	19.870
Sом. Площадь омываемой поверхности фюзеляжа, м²	860*	1 045.79	915.50	823.10	949.90	731.39
Кресел в ряд	10–11	9	9	9	8	7
Количество проходов	3	2	2	2	2	2
Sмид./Nпасс. в ряду	3.055–2.777	3.354	3.230	3.230	3.123	2.840
Sом./Nпасс	2.848–2.443	3.430–2.850	2.620	2.850	3.220	2.560/2.090
Nпасс/Nпроход	100.66–117.33	152.50–183.50	175.00	144.50	147.50	143.00–175.00

Видно, что наличие трёх главных проходов снижает загруженность проходов пассажирами в полтора раза, что ведёт к уменьшению времени на посадку-высадку пассажиров и улучшает условия аварийной эвакуации.

Удачный выбор геометрии поперечного сечения фюзеляжа самолёта Фрегат Экоджет позволил за счёт оптимального распределения материала между шпангоутами, обшивкой, стрингерами и балками пола минимизировать деформации конструкции вдоль фюзеляжа от наддува. Обеспечено их соответствие нормативным требованиям по аэродинамике, при этом вес конструкции планера остался в пределах принятых лимитов. Кроме того, подобная конфигурация сечения позволила использовать в силовой схеме не только балки грузового пола, не мешающие размещению грузовых контейнеров и систем, но и верхнюю поперечную балку, расположенную выше потолка пассажирского салона.

Отказ от вертикальных силовых стоек и переход к конструктивно-силовой схеме, в которой используется пол пассажирской кабины, пол грузовой кабины и потолочная балка для восприятия внутреннего давления, обеспечивают требуемое весовое совершенство самолёта.

Конструктивно-силовая схема крыла и оперения Фрегат Экоджет соответствует традиционно используемой для пассажирских самолётов схемы «низкоплан». Это кессонная конструкция с двумя лонжеронами в крыле и стабилизаторе. Конструктивно-силовая схема киля состоит из панелей, воспринимающих в основном изгиб, и нескольких лонжеронов, обеспечивающих крепления киля к фюзеляжу.

При исследованиях конструктивно-силовая схема фюзеляжа, из-за эллиптической формы поперечного сечения, моделировалась с использованием конечно-элементного программного комплекса MSC/NASTRAN. В качестве конечного элемента использовался четырёхугольник QUAD). Каждому конечному элементу присвоено свойство пластины (SHELL), позволяющее моделировать плоское напряжённое состояние, изгиб и поперечный сдвиг. Конечно-элементная модель подробно отражает всю конструкцию, включая регулярные шпангоуты, расположенные с шагом 810 мм.

Таким образом, конструктивно-силовая схема фюзеляжа подробно исследована с помощью метода конечных элементов. Число переменных составляет 198 313, что позволяет достаточно подробно отражать работу конструкции при исследовании её КСС. Предложенный вариант фюзеляжа летательного аппарата имеет поперечное сечение, образованное в верхней и нижней частях фюзеляжа одинаковыми дугами окружностей большого радиуса (т.е., рассматривается симметричное сечение фюзеляжа), а в боковых частях — дугами окружностей с радиусами, отличающимися не менее чем в 2,5 раза от верхних и нижних дуг окружностей. Это позволяет, во-первых, обеспечить комфртабельные условия размещения пассажиров, значительно увеличив отношение числа проходов к числу пассажиров в сравнении с аналогичным параметром для самолёта с круглым фюзеляжем, а во-вторых, поместить всю номенклатуру груза, характерную для данного класса самолётов, под полом пассажирского салона, не увеличивая длины фюзеляжа и, кроме того, включить в силовую схему потолочную балку, обеспечивающую восприятие внутреннего давления.

Такое поперечное сечение, в котором пол пассажирского салона находится вблизи нейтральной линии фюзеляжа, позволяет обеспечить КСС, в которой балки пола будут работать на сжатие при действии избыточного давления, в отличие от других вариантов круговых или овальных фюзеляжей, где эти балки работают на растяжение. Введение в КСС балок грузового пола и потолочной балки позволило отказаться от установки вертикальных стоек рядом с зоной перехода боковой поверхности в поверхность малой кривизны, которые портят интерьер и мешают размещению пассажиров.

Для обшивки фюзеляжа рассматриваются листы из сплава 1163АТВ или 1163РДТВ. В качестве альтернативы могут использоваться алюминий-литиевые сплавы 1424ТГ1 и 1441ЗРТ1, обладающие пониженной плотностью. Альтернативой прессованным профилям из 1163ТПП и В95очТ2 являются профили из алюминий-литиевых сплавов 1424ТГ1 и 1441Т1.

Аксонометрия конечно-элементной схемы (КЭМ) самолёта Фрегат Экоджет.

Конечно-элементная схема (КЭМ) самолёта Фрегат Экоджет содержит 199 164 элемента, которые распределены по конструкции самолёта следующим образом:

Обшивка 49 084
Шпангоуты 56 217
Стрингеры 49 084
Пол 10 222
Отсеки шасси 2 500
Крыло (кессон) 21 114
Горизонтальное оперение (кессон) 6 200
Вертикальное оперение (кессон) 4 743

В основном используются элементы следующих видов: четырёхугольные (число элементов 198 244), треугольные (23), балочные (46). Число узлов КЭМ — 184 528.

Все элементы конструкции, кроме стоек в грузовом отсеке (балочные элементы), представляются пластинчатыми элементами (SHELL), которые позволяют моделировать плоское напряжённое состояние, изгиб и поперечный сдвиг.

Следует обратить внимание на то, что в данном случае несиловые элементы крыла не моделировались. Были созданы лишь КЭМ кессонов крыла, включая центроплан, стабилизатора и киля. Тем более, что они не оказывают влияния на основной случай нагружения эллиптического фюзеляжа, а именно действие внутреннего давления.

Основная идея конструктивно-силовой схемы фюзеляжа самолёта Фрегат Экоджет заключается в использовании для восприятия нагрузок от давления пола пассажирской кабины, пола грузовой кабины и введении дополнительного элемента — потолочной балки.

Бимсы в силовой схеме фюзеляжа самолёта Фрегат Экоджет

На рисунке ниже показано изменение перемещений конструкции при последовательном введении элементов КСС при равной нагрузке.

Видно, что последовательное введение в КСС пола пассажирской кабины, затем пола грузовой кабины, затем потолочной балки на порядок уменьшает деформации конструкции от внутреннего давления. Однако пол пассажирской кабины нагружается силами сжатия. В силовую схему были введены бимсы, не мешающие размещению груза. В результате оптимизации распределения силового материала удалось добиться требуемых уровней кольцевых напряжений в обшивке и равномерности в распределении перемещений по длине фюзеляжа.

Значения напряжений в обшивке в основном лежат в пределах от 0,84 до 17,5 кгс/мм².

Масса конструкции составляет 12 387 кг и распределяется по её элементам следующим образом:

Обшивка 3 899 кг
Шпангоуты 4 345 кг
Стрингеры 2 224 кг
Пол пассажирского отсека 1 191 кг
Стойки в грузовом отсеке (подкосы) 87 кг
Ниши шасси 167 кг
Гермоднище 470 кг

Весовые характеристики, полученные на основании предварительных весовых расчётов и принятые в качестве лимитных весов, следующие:

Взлётный вес самолёта 129 271 кг
Вес пустого снаряжённого самолёта 72 615 кг
Вес конструкции, в том числе: 40 024 кг
- крыла 13 869 кг
- фюзеляжа 18 411 кг
- оперения 2 244 кг
- шасси 5 200 кг
- окраски 300 кг

Видно, что даже с учётом несиловых элементов мы находимся в пределах лимитных весов, принятых для анализа лётно-технических характеристик.

Таким образом, проведённые исследования конструктивно-силовой схемы планера и расчёт прочности самолёта Фрегат Экоджет на подробной конечно-элементной модели, включающей около 200 000 элементов, показали, что при реализации заявленных лётно-технических характеристик весовая сводка конструкции может быть реализована в пределах заданных лимитных весов.

Загрузка…

aviation21.ru