Конструкция фюзеляжа самолета – Сборник иллюстраций по курсу конструкций самолетов. Фюзеляж. Управление самолетом.

Содержание

Конструкция фюзеляжей самолетов » Привет Студент!

Фюзеляж самолета состоит из каркаса и обшивки. Существуют фюзеляжи трех типов: ферменные, силовой каркас которых представляет собой пространственную ферму; балочные — их силовой каркас образован продольными и поперечными элементами и работающей обшивкой; смешанные, у которых передняя часть является ферменной, а хвостовая — балочной или наоборот.

Ферменные фюзеляжи. Как было указано выше, силовой частью ферменного фюзеляжа является каркас, представляющий собой пространственную ферму. Стержни фермы работают на расстяжение или сжатие, а обшивка служит лишь для придания фюзеляжу обтекаемой формы. Ферма образована (рис. 50) лонжеронами, расположенными на всей длине или части длины фюзеляжа, стойками и раскосами в вертикальной плоскости, распорками и расчалками в горизонтальной плоскости и диагоналями.

Вместо жестких раскосов и диагоналей широко практикуется установка проволочных или ленточных расчалок.

К каркасу фермы крепятся узлы, которые служат для присоединения к фюзеляжу крыла, оперения, шасси и других частей самолета. Фермы фюзеляжа, как правило, изготовляются сварными из труб и реже клепанными из дюралюминиевых профилей. Обшивка выполняется из полотна, фанеры или листов дюралюминия. Обтекаемую форму ферменному фюзеляжу придают специальные несиловые надстройки — обтекатели, называемые гаргротами.

Основными преимуществами ферменных фюзеляжей перед балочными являются простота изготовления и ремонта, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного в фюзеляже.

К недостаткам относятся несовершенство аэродинамических форм, малая жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов. В настоящее время ферменные конструкции применяются редко и в основном для легких самолетов.

Балочные фюзеляжи представляют собой балку обычно овального или круглого сечения, в которой на изгиб и кручение работают подкрепленная обшивка и элементы каркаса. Встречаются три разновидности балочных фюзеляжей: лонжеронно-балочный, стрингерно-балочный (полумонокок), скорлупно-балочный (монокок). Балочные конструкции фюзеляжей выгоднее ферменных, так как силовая часть у них образует обтекаемую поверхность, причем силовые элементы размещаются по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это дает возможность получить меньший мидель; жесткая работающая обшивка обеспечивает получение гладкой неискажаемой поверхности, что приводит к уменьшению лобового сопротивления. Балочные фюзеляжи выгоднее и в весовом отношении, так как материал конструкции более удален от нейтральной оси и, следовательно, лучше используется, чем у фюзеляжей ферменной конструкции.

Каркас лонжеронно-балочного фюзеляжа образуют лонжероны, стрингеры и шпангоуты. Каркас обшит дюралюминиевыми листами (обшивкой).

Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 51) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым

крепится металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.

Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 52) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки, подкрепленной шпангоутами.

В настоящее время преобладающим типом фюзеляжей является стрингерно-балочный.

Стрингеры — это элементы продольного набора каркаса фюзеляжа, которые связывают между собой элементы поперечного набора — шпангоуты. Стрингеры воспринимают главным образом продольные силы и подкрепляют жесткую обшивку. По конструктивным формам стрингеры фюзеляжа подобны стрингерам крыла. Расстояние между стрингерами зависит от толщины обшивки и колеблется в пределах 80—250 мм. Размеры сечения стрингеров изменяются как по периметру контура, так и по длине фюзеляжа в зависимости от характера и величины нагрузки на каркас фюзеляжа.

Лонжероны — это также элементы продольного набора каркаса фюзеляжа, которые, работая на сжатие-растяжение, воспринимают (частично) моменты, изгибающие фюзеляж. Как видно по задачам и условию работы, лонжероны фюзеляжа подобны стрингерам.

Конструктивное выполнение лонжеронов чрезвычайно разнооб

разно. Они представляют собой гнутые или прессованные профили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности склепываются из нескольких профилей и листовых элементов.

Шпангоуты являются элементами поперечного набора фюзеляжа, они придают фюзеляжу заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки.

В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на ряд отсеков и кабин.

Шпангоуты разделяются на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливаются в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения и т. п.

Нормальные шпангоуты (рис. 53) собираются из дуг, штампованных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Силовые шпангоуты склепываются из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда такие шпангоуты выпрессовываются на мощных прессах из алюминиевого сплава.

Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах 200—650 мм.

Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана различной толщины (от 0,8 до 3,5 мм) и крепится к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяются между собой по стрингерам и шпангоутам или встык, или внахлест, без подсечки. В последнем случае каждый передний лист перекрывает нижний. Типовое соединение обшивки со стрингерами и шпангоутами показано на рис. 53.

Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингерами и усиленными шпангоутами. Небольшие вырезы окантовываются кольцами из материала большей толщины, чем обшивка, иногда необходимая жесткость обеспечивается отбортовкой отверстия.

Фюзеляжи самолетов небольших размеров делают, как правило, неразъемными. У более крупных самолетов для упрощения производства, ремонта и эксплуатации фюзеляж расчленяют на несколько частей. Соединение частей фюзеляжа зависит от его конструктивной схемы. Соединение ферменных фюзеляжей производится стыковыми узлами, установленными на лонжеронах,

у балочных фюзеляжей крепление производится по всему контуру разъема.

На рис. 54 показаны типовые технологические разъемы фюзеляжа транспортного самолета. Фюзеляж состоит из трех частей, причем каждая из частей в свою очередь образована панелями, представляющими участки обшивки с элементами продольного набора. Панели, соединяясь со шпангоутами, собираются окончательно в сборочном стапеле. Соединение панелей неразъемное и производится заклепочным швом, отдельные части фюзеляжа соединяются болтами по всему периметру разъема. Стыковка осуществляется через фитинги, прикрепленные к стрингерам фюзеляжа (рис. 55).

Пол в кабинах самолета обычно рассчитывают на максимальную распределенную статическую нагрузку. На пассажирских самолетах эта нагрузка не превышает 500 кГ/м², на грузовых достигает 750 и более кГ/м². Каркас пола состоит из набора продольных и поперечных балок, стрингеров и соединяющих узлов.

Поперечный набор пола состоит из нижних балок шпангоутов. Пояса этих балок изготавливаются из фрезерованных или штампованных профилей. Панели, закрывающие каркас, изготавливают из листов прессованной фанеры толщиной 10—12 мм, из дюралюминиевых листов, усиленных прикрепленными снизу профилями

уголкового и швеллерного сечений или гофром из прессованных листов алюминиевого или магниевого сплава с последующей механической или химической обработкой. Для предупреждения скольжения панели пола имеют рифленую или шероховатую поверхность, а в некоторых случаях покрываются пробковой крошкой. На полу установлены гнезда для крепления пассажирских кресел, а на грузовых самолетах— кольца для крепления перевозимых грузов.

Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круглой формы. Все окна кабины, как правило, имеют двойные органические стекла. Очень часто в герметических кабинах внутреннее стекло является основным работающим стеклом и принимает на себя нагрузку от избыточного давления в кабине. Только в случае разрушения внутреннего стекла наружное стекло начинает воспринимать избыточное давление. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запотевания и замерзания, связано с полостью гермокабины. Уплотнение остекления выполняется с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда — невысыхающей замазкой.

Застекленная часть фюзеляжа, обеспечивающая обзор экипажу, называется фонарем. Форма фонарей, их размещение и размеры выбираются из соображения обеспечения наилучшего обзора и наименьшего сопротивления. На рис. 56 показаны внешний вид фонаря штурмана и внешний вид фонаря кабины экипажа. Угол наклона козырька фонаря принимают равным 50—65° (в зависимости от величины V макс). Лобовые стекла фонаря, как правило, оборудуются электрообогревом для предотвращения их обледенения в полете. Фонарь состоит из каркаса, отлитого или отштампованного из алюминиевого или магниевого сплавов, и стекол. Стекла крепятся к каркасу болтами и прижимаются дюралюминиевой лентой. Герметизация стекол осуществляется резиновой прокладкой, уплотнительной лентой и замазкой (рис. 56, в).

Вырезы под входные двери транспортных самолетов чаще всего располагаются на боковой поверхности фюзеляжей, но в некоторых случаях устанавливаются и в нижней части. Ширина двери обычно не превышает 800 мм, а высота — 1 500 мм. Выбор размеров грузовых дверей (люков) и их размещение производятся с учетом габаритов грузов и минимальной затраты времени на загрузку (разгрузку) самолета. Открываются двери внутрь кабины либо сдвигаются вверх или в сторону. Двери делают обычно в виде клина, основанием которого является внутренняя поверхность створки двери. Избыточное давление в герметизированном фюзеляже прижимает створку двери к ее основанию. В закрытом положении дверь запирается замком. При открытой двери в кабине экипажа загорается сигнальная лампочка.

Вырезы под двери усиливаются установкой в месте выреза более мощных шпангоутов и стрингеров, установкой дополнительной обшивки. Окантовка дверей входит в силовой каркас фюзеляжа. Дверь — металлическая, состоит, как правило, из отштампованной из листового дюралюминия чаши, подкрепленной каркасом. Герметизация дверей осуществляется с помощью резиновых профилей.

Многие современные самолеты летают на больших высотах и для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей, находящихся на борту такого самолета, потребовалось создание в кабинах необходимого давления. Кабина самолета, внутри которой в полете поддерживается повышенное (по сравнению с атмосферным) давление воздуха, называется герметической. Герметическая кабина, выполненная в виде обособленного силового агрегата и установленная в фюзеляже без включения ее в силовую схему, называется подвесной. Размеры такой кабины не зависят от размеров и обводов фюзеляжа, и поэтому она может быть выполнена с наивыгоднейшими с точки зрения прочности формами и минимальных размеров. Кабины пассажирских самолетов, как правило, представляют собой герметизированный отсек фюзеляжа и полностью включены в его силовую схему. Подобная кабина работает как сосуд под действием внутреннего давления, а также подвергается изгибу и кручению, как и обычный фюзеляж. По соображениям прочности наилучшей формой сооружения, нагруженного изнутри избыточным давлением, является шар, но в связи с несоответствием формы фюзеляжа и неудобствами размещения в такой кабине экипажа и пассажиров стремятся придать кабине форму цилиндрической оболочки, закрытой по концам сферическими днищами. Переход с цилиндрических стенок на днище по возможности должен быть плавным без переломов. При наличии переломов днище, нагруженное избыточным давлением, сжимает стенки цилиндра в направлении радиусов и тогда в этом месте необходимо ставить усиленный шпангоут. Особенно сильно нужно подкреплять плоские днища.

Для сохранения в кабине избыточного давления необходимо обеспечить ее герметичность. Разумеется, обеспечить полную герметичность кабины очень трудно, поэтому допускается некоторая утечка воздуха из кабины, не снижающая безопасности полета. Критерием герметичности может служить время падения давления с величины рабочего избыточного до значения 0,1 кГ/см². Это время должно быть не менее 25—30 мин.

Герметизация кабин достигается: герметизацией обшивки и остекления люков и дверей, выводов из кабин тяг, тросов, валиков управления самолетом и двигателями, электропроводки, трубопроводов гидросистем и т. п.

Герметизация листов обшивки в месте их соединения и крепления к элементам каркаса фюзеляжа достигается применением многорядных швов, установкой специальных уплотнительных лент, закладываемых между листами обшивки и каркаса. С внутренней стороны кабины заклепочные швы покрываются герметизирующими замазками. Герметизация входных дверей, загрузочных люков, запасных выходов, подвижных частей фонаря, окон (остекления) и т. п. осуществляется резиновыми профилями и прокладками. Применяются следующие способы герметизации: уплотнение типа «нож по резине»; уплотнение резиновой прокладкой, имеющей сечение трубы; уплотнение с помощью пластинчатого клапана; уплотнение резиновой трубкой, надуваемой воздухом.

Люки и двери, открывающиеся внутрь кабины, герметизируются по первым трем указанным способам. При герметизации с помощью пластинчатого клапана полосу из пластинчатой резины укрепляют с внутренней стороны по контуру выреза, тогда избыточное давление прижимает края клапана к люку и тем самым герметизируются щели.

Сложней загерметизировать люки, открывающиеся наружу и имеющие относительно большие размеры, так как внутреннее избыточное давление будет отжимать люк. Такие люки герметизируются чаще всего резиновой трубкой, надуваемой воздухом.

Гермовыводы тяг и тросов управления, электрических проводов и других элементов существуют трех типов: одни из них рассчитаны на обеспечение возвратно-поступательного движения, другие обеспечивают герметизацию вращательного движения, а третьи герметизируют неподвижные детали.

Для обеспечения герметичности тяг с возвратно-поступательным движением часто используют гофрированный резиновый шланг цилиндрической или конической формы либо делают устройство, состоящее из корпуса, отлитого из магниевого сплава с запрессованными бронзовыми втулками, в которых перемещаются стальные тяги. Между тягами и втулками имеются войлочные и резиновые уплотнения. Внутренняя полость корпуса через специальное отверстие забивается консистентной смазкой.

Тросы герметизируются резиновыми пробками, имеющими сквозные отверстия диаметром меньшим, чем диаметр троса, и продольный разрез, позволяющий надевать пробку на трос. Для уменьшения силы трения трос на всей длине его хода покрывается незамерзающей смазкой, содержащей графит. Герметизация деталей, передающих вращательное движение, осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами. Герметизация трубопроводов производится с помощью специальных переходников, закрепленных на гермоперегородке. К переходнику с одной и другой стороны при помощи накидных гаек крепятся трубопроводы. Электропроводка герметизируется при помощи специальных электровводов.

Используемая литература: «Основы авиации» авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

privetstudent.com

Что такое фюзеляж самолета? Схема, устройство, элементы конструкции

Фюзеляж пассажирского самолета связывает крылья, оперение и в некоторых случаях шасси. Он предназначается для размещения оборудования, экипажа, грузов. Самолет без фюзеляжа именуется летающим крылом. В его утолщенном отсеке располагается все, что находится в корпусе обычного аппарата. Рассмотрим далее подробно, что такое фюзеляж самолета. Фото этого компонента будет также представлено в статье.

Общие требования

Объясняя двумя словами, что такое фюзеляж самолета, можно сказать, что это корпус аппарата. К этому компоненту воздушного судна предъявляется ряд требований:

Рациональное использование всех внутренних объемов.
Минимальное лобовое сопротивление.
Обеспечение достаточного обзора из кабины пилотов и помещения для экипажа.
Надежная теплозвукоизоляция и герметичность.
Простота разгрузки/загрузки.
Необходимая вентиляция, освещение и отопление.

Внешняя форма

Геометрия фюзеляжа самолета представлена осесимметричным телом с плавным сужением к хвостовой и носовой частям. При такой форме обеспечивается минимальная площадь поверхности при заданных габаритах. Соответственно, снижается масса обшивки, уменьшается сопротивление. Небольшой вес дает определенные преимущества при воздействии избыточного давления в герметичные кабины. Однако по ряду соображений такая идеальная форма не соблюдается. Плавность обводов нарушают, в частности, такие элементы фюзеляжа самолета, как фонари кабины, антенны радиолокаторов. Это, в свою очередь, приводит к повышению сопротивления и увеличению массы. Этот же эффект имеет место при отступлении от плавных форм в хвостовых отсеках. В данном случае обеспечивается увеличение угла опрокидывания или укорочение рампы и грузового люка.

Нагрузки

Разъясняя, что такое фюзеляж самолета (фото, представленное в статье, иллюстрирует его особенности), необходимо сказать о воздействиях, которые он испытывает. При посадке и в полете на этот компонент действуют:

Силы, передающиеся от присоединенных компонентов. К ним, в частности, относят крылья, шасси, оперение, силовую установку и пр.
Массовое инерционное воздействие оборудования, грузов, агрегатов, которые находятся непосредственно в нем.
Аэродинамические силы, которые распределены по поверхности.
Инерционное воздействие собственной массы. Его оказывает сама конструкция фюзеляжа самолета.
Силы излишнего давления в отсеках оборудования, герметичных кабинах.

Все указанные нагрузки полностью сбалансированы. Рассматривая, что такое фюзеляж самолета в рамках строительной механики, можно представить его в виде коробчатой балки. В любом сечении на нее воздействуют горизонтальные и вертикальные силы, крутящий момент. В герметичных отсеках к ним добавляется излишнее внутреннее давление.

Рациональность модуля

Наиболее оптимальной считается такая схема фюзеляжа самолета, при которой он сможет воспринимать все указанные выше нагрузки при достаточно небольшом собственном весе. Тонкостенная оболочка в этом случае закрепляется на силовом каркасе. Рациональность обеспечивается полноценным использованием обшивки. В том месте, где находится фюзеляж у самолета, существуют местные аэродинамические силы, внутреннее избыточное давление, общая силовая работа. Тонкостенная оболочка, подкрепляясь изнутри каркасом, максимально удовлетворяет требованиям удобства компоновки, обеспечивает технологическую простоту, эксплуатационные характеристики. Такое устройство фюзеляжа самолета именуется балочным. Ранее использовались ферменные модули. Они существенно проигрывали балочным по своей массе. Что такое фюзеляж самолета ферменного типа? Обшивка в данном случае полностью исключается из силовой работы. Она воспринимает только местные аэродинамические нагрузки. Если говорить о том, что такое фюзеляж самолета в данном случае, то его можно определить как дополнительный модуль, увеличивающий общую массу аппарата. Пространственная ферма существенно осложняет компоновку груза. Недостатки такого модуля привели к тому, что в современном самолетостроении они практически не используются. Их применение целесообразно только на тихоходных легких аппаратах малой авиации.

Классификация

Существует три типа самолетных фюзеляжей:

Обшивочные.
Лонжеронный.
Стрингерный.

Последние два отличаются друг от друга формой и площадью в поперечном сечении. Продольный набор в том месте, где находится фюзеляж у самолета, состоит из стрингеров и лонжеронов. Обшивочный модуль в поперечном сечении включает в себя шпангоуты. Они обеспечивают сохранение заданной формы при деформациях оболочки и передачу сосредоточенных и распределенных нагрузок. В месте, где у самолета фюзеляж, присутствуют участки, в которых может быть большая концентрация сил. Для предотвращения деформации в этих случаях устанавливают усиленные шпангоуты. В балочных модулях воздействие любого направления воспринимается полностью обшивкой. В ней возникает касательный поток усилий. Их распределение зависит от направления внешнего воздействия и формы поперечного сечения модуля. Обшивка также полностью воспринимает крутящий момент. В этом случае касательный поток равномерно распределяется по периметру. Оболочка при этом, как правило, имеет однозамкнутый контур в поперечном сечении. На участках, где присутствуют вырезы в оболочке, устанавливают силовые окантовки. Они обеспечивают в этих зонах передачу всех усилий.

Стрингеры и лонжероны

Продольные части фюзеляжа самолета проходят обычно по всей его длине. Вместе с обшивкой они принимают нормальные усилия сгиба. Изготовление простых стрингеров и лонжеронов осуществляется, как правило, из гнутых или прессованных профилей с разным сечением. Продольные элементы имеют большую жесткость. При больших нагрузках в некоторых случаях могут устанавливаться составные лонжероны. Они включают в себя несколько профилей, соединенных друг с другом. При окантовке вырезов большого размера применяют бимсы — продольные элементы коробчатого сечения. Они изготавливаются из прессованных профилей, которые связываются между собой обшивкой и стенками.

Шпангоуты

Они могут быть усиленными или обычными. Последние обеспечивают сохранность формы поперечного сечения модуля. Усиленные шпангоуты используются на участках скопления больших нагрузок на корпус. На них находятся узлы, стыкующие агрегаты, закрепляющие грузы, крупное оборудование, двигатели и пр. Усиление устанавливают также по границам крупных вырезов в корпусе. Обычные шпангоуты имеют, как правило, рамную конструкцию. Они изготавливаются из штампованного или гибкого листа. Усиленные элементы выполняют в форме замкнутой рамы швеллерного или двутаврового сечения. Касательный поток выступает как опорная реакция. Рама распределяет внешнее воздействие по всему периметру. Сама же она действует на изгиб. Он определяет ее сечение. Конструкция такой рамы монолитная или сборная. На участках установки перегородок усиленный шпангоут зашивают стенкой полностью. Она подкрепляется горизонтальными и вертикальными профилями. Обшивка шпангоута может осуществляться также сферической оболочкой. Подкрепляющие элементы при этом располагаются радиально.

Обшивка

Она выполняется из металлических листов. Их формируют по профилю поверхности корпуса и закрепляют. Стыки листов располагают по поперечным и продольным частям модуля. Для обшивочных каркасов используются монолитные реберные панели. В последнее время достаточно распространено использование композитных материалов.

Соединение компонентов

Обшивка может крепиться к шпангоутам или стрингерам либо одновременно и к тем и к другим. Первый вариант используется в обшивочных модулях. При закреплении только к стрингерам применяют заклепочные продольные швы. Поперечное соединение при этом отсутствует. Это улучшает аэродинамические свойства модуля. Но в этом случае при меньших нагрузках обшивка теряет свою устойчивость. Это приводит к увеличению веса конструкции. Для предотвращения этого оболочка часто связывается со шпангоутом компенсатором — дополнительной накладкой.

Стыки

При балочно-лонжеронной схеме фюзеляжа они выполняются с помощью узлов, которые располагаются исключительно на продольных деталях. Такие стыки называют точечными. Контурные соединения используют в балочно-стрингерных фюзеляжах. Стыки располагают по всему периметру шпангоута с обязательным усиленным связыванием обшивки и стрингеров. Соединения в таких фюзеляжах, как правило, осуществляются с помощью фланцев. Такой стык обеспечивает силовую связь с деталями, соприкасающимися по контуру.

Крепление агрегатов

Узлы соединения устанавливают на усиленных шпангоутах. Они исполняют функцию жесткого диска. За счет них осуществляется распределение сосредоточенных продольных нагрузок. Стыковые узлы должны связываться с силовыми лонжеронами. Для снижения массы всей конструкции фюзеляжа целесообразно уменьшить количество усиленных шпангоутов. На каждом таком элементе может располагаться несколько узлов крепления агрегатов.

Крылья

В качестве специфической особенности крепления этих деталей выступает уравновешивание изгибающих моментов в этом стыке консолей крыла. Рациональным будет считаться балансировка правого и левого элементов на центроплане, проходящем сквозь фюзеляж. Для лонжеронного типа модуля достаточно пропустить продольные элементы — по ним будет осуществляться уравновешивание сгиба. Для соединения моноблочных и кессонных крыльев сквозь корпус должны проходить все силовые панели. Если по каким-то причинам пропуск элементов через фюзеляж осуществить нельзя, изгибающие моменты справа и слева должны замыкаться на силовых шпангоутах. Такое решение, однако, может применяться для лонжеронных крыльев, поскольку количество деталей в них небольшое. Моноблочные и кессонные компоненты потребуют большего числа усиленных шпангоутов. Это достаточно сложно выполнить на конструкции. В таких случаях целесообразно воспользоваться лонжеронной схемой.

Киль

Его крепление требует обязательной передачи изгибающего момента на фюзеляж. Для этого каждый продольный элемент киля соединяют с усиленным шпангоутом. По возможности можно использовать мачтовый тип закладки лонжерона в двух точках. Их располагают по высоте шпангоута. Стреловидный продольный элемент имеет излом на участке пересечения с ним. Это требует обязательной установки дополнительного усиления. От него можно отказаться в том случае, если шпангоут будет располагаться наклонно относительно оси фюзеляжа, чтобы плоскость стала продолжением стенки лонжерона. Но воплощение этого варианта будет сопровождаться определенными сложностями.

Вырезы

Центральная часть фюзеляжа самолета включает в себя отверстия под окна, двери, люки, фонари, ниши шасси. Все эти вырезы нарушают замкнутость контура обшивки. Соответственно, существенно снижается устойчивость и прочность каркаса. Для компенсации потерь по контурам отверстий пропускают рамную жесткую окантовку. При небольших размерах вырезов она представляет собой монолитную конструкцию. Ее выполняют из листа, изготовленного штамповкой или иным способом. Крупные отверстия окантовываются по торцам усиленными шпангоутами. В продольном направлении устанавливают бимсы. При этом они не заканчиваются в пределах выреза, а выходят за усиленные шпангоуты. Так обеспечивается жесткая закладка продольных деталей. Ниши шасси закрепляются на усиленных шпангоутах и лонжеронах в нижней части корпуса.

Герметичные кабины

При полете на большой высоте в них поддерживается излишнее давление. Для обеспечения минимальной массы герметичных кабин их выполняют в форме сферы или цилиндра со сферическими днищами. При этом необходимо усиление шпангоута, расположенного на стыке сегментов. Это требуется потому, что он принимает довольно большую сжимающую нагрузку. В герметичных кабинах обшивка при нагрузке излишним давлением не испытывает изгибных деформаций. Она работает исключительно на растяжение. В некоторых случаях от указанной формы приходится отступать. Это, в свою очередь, приводит к увеличению веса всей конструкции. Для обеспечения необходимой жесткости на изгиб используются плоские панели. Находясь под воздействием избыточного давления, они подкреплены поперечными и продольными балками (ребрами). Для усиления жесткости деталей панели выполняют в виде трехслойных конструкций. В кабинах должна обеспечиваться надежная герметизация по всем болтовым и заклепочным швам. Для этого используются специальные ленты. Их пропитывают герметиком, промазывают невысыхающей мастикой, покрывают специальными составами с последующей сушкой. На стыках листов обшивки применяют заклепочные многорядные швы с небольшим шагом. Особо тщательно обрабатываются герметиком люки, окна, фонари, двери. Герметизация обеспечивается за счет использования специальных уплотнительных средств. Это могут быть резиновые жгуты, ленты, надувные трубки, прокладки.

Обязательные мероприятия

Для обеспечения исполнения требований, которые предъявляются к фюзеляжу самолета, должны быть выполнены определенные действия. К ним относят:

Выбор таких значений параметров и внешних форм корпуса, при которых лобовое сопротивление будет снижено до минимума, а полезный объем, соответственно, будет оптимальным.
Использование несущих фюзеляжей. За счет них создается значительная подъемная сила. За счет этого можно уменьшить массу и площадь крыла.
Рациональное использование полезных объемов. Это достигается повышением плотности компоновки, компактным размещением груза в области центра масс. В этом случае будут уменьшаться массовые моменты инерции и улучшаться характеристики маневренности. Сужение диапазона изменения центровок при выгорании топлива, разных вариантах загрузки обеспечивает большую устойчивость и лучшую управляемость.
Согласование силовых схем фюзеляжа и агрегатов, присоединенных к нему. При этом должны быть надежное крепление, уравновешивание и передача нагрузок от силовых деталей крыла, шасси, оперения, установок к корпусу.
Обеспечение удобства входа/выхода экипажа, пассажиров, швартовки, загрузки/выгрузки предметов, оборудования, вещей, предназначенных для транспортировки.
Обеспечение удобного подхода к разным агрегатам. Это необходимо главным образом для осуществления осмотра и ремонта.

Для экипажа и пассажиров должны быть созданы необходимые условия, а также надлежащий уровень комфорта во время перелета на больших высотах. Обязательным требованием является обеспечение звуко- и теплоизоляции кабин, возможности безопасного и быстрого аварийного выхода из салона. Для экипажа также должны быть созданы комфортные условия. В частности, пилотам должен быть обеспечен хороший обзор, удобство при полете и управлении самолетом.

fb.ru

Что такое фюзеляж самолета?

Важнейшим элементом в конструкции самолета является фюзеляж. В этой небольшой статье мы с вами разберемся, что такое фюзеляж, как он устроен и для чего предназначен.

Общие сведения

Фюзеляж самолета – это его корпус, тело, на которое крепятся крылья, шасси и оперение. Основное назначение этого элемента заключается в размещении оборудования воздушного судна, его экипажа, груза, пассажиров или вооружения. Также в фюзеляже могут размещаться топливные баки и силовая установка.

Типы корпусов самолета:

Одноэтажный.
Двухэтажный.
Плоскофюзеляжный.
Широкофюзеляжный.
Узкофюзеляжный.

Внешний облик

Наиболее удачной формой корпуса является асимметричное тело вращения. Оно имеет плавные сужения в носовой и хвостовой части, что позволяет минимизировать площадь поверхности без потери габаритов конструкции. Следовательно, снижается масса фюзеляжа и уменьшается сопротивление воздуху во время полета.

Круглое сечение тела вращения необходимо при воздействии внутреннего давления герметичных кабин. Тем не менее при компоновке самолетов конструкторам приходится отступать от идеальной формы в силу необходимости установки фонарей кабины (лобовое стекло), воздухозаборников, антенны бортового радиоэлектронного оборудования и прочих элементов.

Конструкция

Что такое фюзеляж, мы выяснили, теперь узнаем, как он устроен. Корпус состоит из продольных (лонжероны и стрингеры) и поперечных (шпангоуты) силовых элементов и тонкостенной обшивки. Снижение нагрузки на корпус аппарата достигается путем снижения его веса. В гражданской авиации обшивка чаще всего изготавливается из дюралюминия, а в военной – из композитных материалов. Силовой каркас обеспечивает удовлетворительные показатели простоты, надежности, живучести и доступности для обслуживания фюзеляжа.

Требования к фюзеляжу

Говоря о том, что такое фюзеляж, стоит отметить, что он является строительной основой каждого самолета и его несущим элементом. К нему выдвигается обширный список требований:

Форма, максимально снижающая лобовое сопротивление ветра во время полета.
Корпус, обеспечивающий до 40 % подъемной силы.
Рациональное использование внутреннего объема.
Удобная компоновка оборудования, обеспечивающая его бесперебойную работу и беспрепятственное обслуживание.

Нагрузки на фюзеляж

Основные нагрузки, которые действуют на фюзеляж:

Сила тяжести от присоединения крыльев, шасси, оперения и силовых установок.
Силы аэродинамики, действующие на весь корпус при полете.
Инерционные силы агрегатов и оборудования, а также общий вес конструкции.
Избыточное давление в гермоотсеках: салонах, кабине и каналах воздухозаборников.

Вот мы с вами и узнали, что такое фюзеляж самолета.

fb.ru

Сборник иллюстраций по курсу конструкций самолетов. Фюзеляж. Управление самолетом.

<< | >>

ФЮЗЕЛЯЖ

Классификация фюзеляжей, фиг 81, 82, 83

Фюзеляж самолета Як-1, фиг 84, 85, 86

Фюзеляж геодезической конструкции, фиг 87

Фюзеляж самолета ЛаГГ-3, фиг 88, 89, 90

Виды фюзеляжей, фиг 91, 92

Фюзеляж самолета Ли-2, фиг 93, 94

Фюзеляж самолета DH-98 «Москито», фиг 95, 96, 97

Детали конструкции фюзеляжа, фиг 98-101

Детали конструкции фюзеляжа, фиг 102-105

Фюзеляж самолета МиГ-3, фиг 106, 107

Самолет Ли-2, фиг 108, 109

Расположение кресел в кабине, главная дверь, фиг 110, 111

Кресла самолетов, фиг 112-117

Схема вентиляции и обогрева, фиг 118, 119

Герметические кабины, фиг 120, 121, 122

Способы герметизации, фиг 123, 124, 125

ОРГАНЫ УСТОЙЧИВОСТИ И УПРАВЛЯЕМОСТИ

Типы хвостового оперения, фиг 126-131

Сервокомпенсатор, триммер. Хвостовое оперение Як-1, фиг 132-137

Хвостовое оперение самолета Пе-2, фиг 138-141

Горизонтальное оперение, элерон, фиг 142, 143

Конструкция элерона, фиг 144, 145, 146

УПРАВЛЕНИЕ САМОЛЕТОМ

Управление самолетом, фиг 147-152

Схема управления самолетом Ил-12, фиг 153-155

Ручки управления самолетами Як-1, Мустанг, фиг 156-159

Ручка управления ЛаГГ-3, штурвал Пе-2, фиг 160-162

Двойное управление самолетом, фиг 163, 164

Конструктивные формы элементов управления самолетом, фиг 165-167

Конструктивные формы элементов управления самолетом, фиг 168-170

Механизмы управления самолетом, фиг 171-173

Механизмы управления самолетом, фиг 174-176

Схемы механизмов управления самолетом, фиг 177, 178

<< | >>

www.airpages.ru

Что такое фюзеляж самолёта — краткое введение в конструкцию авиатехники

Фюзеляж самолёта — это, непосредственно, корпус самого летательного устройства. Именно к фюзеляжу крепятся остальные устройства для осуществления нормального полёта. Для размещения основного экипажа и различных деталей самолёта этот фюзеляж и нужен, иначе его функции сводилась бы к минимуму. Однако в фюзеляже могут размещаться и топливные баки, а, если сильно понадобиться, то даже шасси и силовая установка может оказаться в корпусе этого самолёте. Тем не менее шпангоут и корпус, как и на судне, играют свою роль и в строении авиатехники.

Фюзеляж — это сердце каждого самолёта, именно в этом устройстве хранятся основные детали для переноса, также там может быть багаж, а если фюзеляж широкий, то может располагаться и бизнес-класс для пассажиров. Таким образом фюзеляж выполняет множество функций, и поэтому от неисправности этого средства может пострадать абсолютно всё, весь полёт держится не на двигателях внутреннего сгорания, как обычно думают любителе, а именно на испарвности этого фюзеляжа. Шутка, конечно, двигатели тоже крайне важны, и на них стоит обращать больше внимания, чем на фюзеляж.

Фюзеляж это и есть тело каждого самолёта, именно там обычно размещается кабина пилотов и всё, на что хватит ума разработчикам данного авиационного средства. Это, конечно, шутка, но действительно, если постараться, то можно уместить всё, что нужно именно в этом устройстве, поэтому оно так и ценно. Фюзеляж называют «сердцем» самолёта не зря, ведь именно там, нередко, хранится и багаж всех пассажиров, потерять его сродни настоящему бедствию.

Конечно, намного хуже вообще потерять пассажиров и потерпеть кружение, поэтому ни в коем случае не старайтесь сэкономить и размещайте лишь столько, сколько самолёт способен потянуть. Если вы напихнёте туда слишком много, то даже самый прочный фюзеляж не устоит и станет тем самым якорем, который завершит жизнь всех людей на борту, это ужасно закончится.

Фюзеляж это не просто корпус самолёта, это его сердце. на нём не просто можно провозить грузы, но он также провозит самолётные составляющие и соединяет нескольк очастей самолёта в единое целое — множество функций у этого агрегата, стоит признать данный факт.

Нагрузки, воздействующие на фюзеляж при посадке

Вес от присоединённых туда частей самолёта тоже может сильно затруднить движение, так что нужно подумать и об этом факторе.
Инерционные силы от различных агрегатов и устройств, которые влияют на это авиационное средство тоже могут стать затрудняющими, когда будет непосредственно сам полёт, так что стоит подумать об этом.
Силы аэродинамики тоже забывать не стоит, так как обычно именно они являются фактором, который мешает посадке.
Избыточное давление во всех частях самолёта тоже может играть решающее значение в этом плане.

Основные виды фюзеляжей самолетов

Плоскофюзеляжный тип. Имеет хорошее тело вращение, сигналом которого служит плавное сужение к остальным частям самолёта. Прекрасно подойдёт для маленьких самолётов, которые имеют хорошую обтекаемость, так что всё вместе будет довольно плавная и интересная конструкция, которая подойдёт как для пилотов — новичков, так и для обычных любителей
Одноэтажный тип — хватит для того, чтобы разместить некоторые детали самолёта, ни в коем случаем нельзя размещать там своих пассажиров, так как вы можете навредить их безопасности и более ничего не получится, это крайне плохо, так как пассажиры и есть основное богатство самолёта, но вот если вы начнёте посягать на это в свою собственную угоду, то можете даже ответить перед господом.
Двухэтажный тип. Как раз таки в нём можно попробовать разместить не только пассажиров, но и специальное приспособление для обеспечения мягкой посадки, тогда у вас может всё получится. Однако не стоит особо надеяться на то, вы можете прогадать и не избежать, может, не катастрофы, но какая-то плохая ситуация может произойти
Широкофюзеляжный тип. Здесь можно не боясь разместить всё — огромная цена компенсируется безопасностью всего, что вы везёте в этом фюзеляже. Здесь можно разместить и пассажиров, и огромные грузы, и специальные детали для самолёта. Всё получится, главное, чтобы за штурвалом был толковый пилот, всё равно не рекомендуется провозить много в этом широкофюзеляжном типе фюзеляжа авиационного средства любого типа.
Узкофюзеляжный тип. Схож с одноэтажным типом, не рекомендуется провозить в нём слишком много, так как вы можете просто не уследить, а самолёт уже пойдёт, так сказать, «ко дну».

Внешний облик и формы фюзеляжа

Наиболее выгодной формой фюзеляжа обычно считают такое тело, которое можно было бы назвать ассиметричным, потому что оно мене всего подвержено различным техногенным катастрофам.

Идеальная форма не самое важное при испытании фюзеляжа, прежде всего нужно понять, что безопасность пассажиров — превыше всего, и если что-то случится, то никакие воздухозаборники не смогут спасти вас он непредвиденных обстоятельств, катастрофа всё равно случится, чтобы не предпринимали пилоты, поэтому о выбора фюзеляже стоит беспокоиться с самого начала, не тянуть до последнего, а рассматривать вообще все варианты для успешного полёта в будущем. Подобное поведение и делает из пилота хорошего пилота. Каждому конструктору авиатранспорта нужно уяснить данный факт и делать фюзеляжи более функциональными и главное безопасными для всей авиаперевозки.

vpolete.online

Тема 5. Фюзеляж

Литература:

Гребеньков О.А. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 1984.

Житомирський Г.И. Конструкция самолетов. М.: Машиностроение, 1992.

Планер самолета.

Планер-это структурная часть самолёта или вертолёта без силовой установки.

Состоит из следующих частей: фюзеляж, гондолы двигателей (при наличии таковых), крыло, оперение, киль, шасси.

Современными авиационными специалистами отмечается существенное влияние характеристик планера самолёта на весовую эффективность конструкции самолёта в целом:

Масса планера составляет основную часть массы конструкции самолёта и, следовательно, существенным образом влияет на эффективность самолёта.

Масса конструкции планера самолёта зависит от его назначения и летно-технических характеристик. Так, например, на долю конструкции планера приходится:

— 25-32 % взлетной массы дозвуковых пассажирских магистральных самолётов;

— 29-31 % взлетной массы дозвуковых пассажирских самолётов местных авиалиний;

— 32-34 % взлетной массы спортивно-пилотажных самолётов;

— 18-28 % взлетной массы бомбардировщиков;

— 28-32 % взлетной массы истребителей.

Фюзеляж.

Фюзеляж самолета предназначен для размещения экипажа, оборудования и целевой нагрузки. В фюзеляже может размещаться топливо, шасси, двигатели.

Являясь строительной основой конструкции самолета, 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 самолета 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 объемы при определившихся 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 ЦМ. Это 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;

— согласованием силовой схемы фюзеляжа с силовыми схемами присоединенных к нему агрегатов. При этом необходимо обеспечить: надежное 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 избыточного давления в гермокабине.

Должно быть обеспечено удобство подходов к различным агрегатам, размещенным в фюзеляже, для их осмотра и ремонта; удобство входа и выхода экипажа и пассажиров, выброса десантников и вооружения, удобство погрузки, швартовки и выгрузки предназначенных для перевозки грузов. Пассажирам и экипажу должны быть обеспечены необходимые жизненные условия и определенный уровень комфорта при полете на большой высоте и возможность быстрого и безопасного аварийного покидания самолета, экипажу — хороший обзор.

Фюзеляж должен отвечать следующим основным требованиям:

— иметь минимальное лобовое сопротивление, включая сопротивление интерференции в сочленениях фюзеляжа с другими агрегатами самолета;

— обеспечивать удобное размещение экипажа и требуемый обзор из кабины на всех режимах полета;

— обеспечивать рациональную компоновку оборудования и грузов, а также полное использование внутренних объемов особенно в районе центра масс самолета,

обеспечивать удобство погрузки-выгрузки и крепления грузов, входа и выхода экипажа, пассажиров, включая аварийное покидание самолета;

— иметь хороший доступ к агрегатам и проводкам оборудования с целью их осмотра и ремонта;

— иметь рациональную силовую схему, обеспечивающую уравновешивание всех нагрузок при минимальной массе конструкции;

— обеспечивать необходимые жизненные условия экипажу и пассажирам на больших высотах полета.

Выполнение этих требований обеспечивается соответствующим выбором внешних форм фюзеляжа, высокой плотностью компоновки грузов и оборудования, рациональной компоновкой кабин экипажа, грузовых и пассажирских кабин, удобным расположением входных, погрузочных дверей и люков, оптимизацией силовой схемы фюзеляжа, тепло — звукоизоляцией кабин и т.п.

studfiles.net

Внешние формы фюзеляжа

Наивыгоднейшей формой фюзеляжа является осесимметричное 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 гермокабинах. Однако по компоновочным и иным соображениям от такой идеальной формы приходится отступать. Так, фонари кабины экипажа, воздухозаборники, 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 j или для укорочения погрузочного люка и рампы.

Поперечное сечение фюзеляжа обычно определяется условиями компоновки грузов,

двигателей, пассажирских салонов. Возможные формы сечений показаны на рисунке:

Внешние формы фюзеляжа характеризуются следующими геометрическими параметрами:

lф — длина фюзеляжа,

dф — диаметр фюзеляжа,

Sм — площадь миделевого (наибольшего) сечения фюзеляжа,

Нагрузки, действующие на фюзеляж.

В полете и при посадке на фюзеляж действуют следующие нагрузки:

— силы, передающиеся 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 герметических кабинах, отсеках оборудования, каналах воздухозаборников.

Все перечисленные нагрузки с учетом принципа д”Аламбера полностью уравновешены на фюзеляже.

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

Конструктивно-силовые схемы фюзеляжа

Наиболее рациональной конструкцией, способной воспринимать все перечисленные выше нагрузки при минимальной собственной массе, является тонкостенная пространственная оболочка, подкрепленная изнутри силовым каркасом. Рациональность такой оболочки обеспечивается полноценным использованием ее работающей обшивки как при восприятии местной аэродинамической нагрузки, внутреннего избыточного давления, так и в общей силовой работе, которая состоит в том, что обшивка воспринимает всю перерезывающую силу, весь крутящий момент и участвует в восприятии изгибающих моментов. Каркасированная оболочка наилучшим образом удовлетворяет и требованиям 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.

Используемые ранее фюзеляжи ферменной конструкции неизбежно проигрывают балочным по массе конструкции в связи с тем, что обшивка ферменных фюзеляжей полностью исключена из общей силовой работы, воспринимая только местную воздушную нагрузку и являясь, таким образом, дополнительным конструктивным элементом, увеличивающим массу конструкции. Пространственная ферма чрезвычайно затрудняет и компоновку грузов в фюзеляже. Все это привело к тому, что ферменные фюзеляжи в настоящее время 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 основных разновидности:

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 перерезывающая 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, однозамкнутый 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.

Балочно-лонжеронный фюзеляж.

Изгибающий момент воспринимается осевыми усилиями в лонжеронах, число которых обычно невелико. Обшивка и стрингеры в работе оболочки на изгиб практически не участвуют. Стрингеры в основном служат для местного подкрепления обшивки. На рисунке показаны эпюры перерезывающих сил, изгибающих моментов и крутящего момента от нагрузок горизонтального и вертикального оперения.