4. Фюзеляж и оперение самолетов

К средствам механизации относятся спойлеры (интерцепторы), используемые как тормозные щитки, в оздушные тормоза, гасители подъемной силы, элементы управления по крену и т.д. При откло нении спойлеров вверх нарушается обтекание крыла, что приводит к уменьшению коэффициента подъемной силы. С помощью сп ойлеров можно изменять вертикальную скорость снижения, у меньшать длину пробега при посадке за счет бол ее эффективного тормож ения колес шасси и пов ышать эф фективность у правления по крену.

4.ФЮЗЕЛЯЖ И О ПЕРЕН ИЕ САМОЛЕТОВ

4.1.Типы ф юзеляжей

Корпус самолета в зависимости от его типа называется: фюзеляжем – у сухопутного, лодкой – у гидросамолета и гондолой – у самолета с корпусом без оперения (рис. 4.1).

Фюзеляж связывает между собой в силовом отношени и основные части: крыло, оперение, шасси. В нем размещается экипаж, пассажиры, топливо, оборудование, вооружение и различные грузы, определяемы е назначением самолета . Часто внутри фюзеляжа располагают двигатели.

Рис. 4.1. Корпусы самолетов:

а – фюзеляж; б – лодка ; в – гондола

В условиях эксплуатации на фюзеляж действуют различные силы, в том числе:

−сила реакции крыла;

−сила реакции гор изонтального оперения;

−сила реакции вертикального оперения;

−сила изб ыточного внутрен него давления воздуха;

−сила тяжести конструкции фюзеляжа и ко ммерческой загрузки.

4.2. Внешняя форма фюзеляжа

Внеш няя форма фюзеляжа определяется назначением самолета, аэродинамическими факторами, расположением двигателей и другими факторами.

Идеальной формой фюзеляжа является тело вращения, геомет рические параметры которого зависят от скорости. Для малых с коростей лучшая форма – каплевидное т ело, для околозвуковых – сигарообразное, для сверхзвуковых – остроно сое (рис. 4.2).

Овальное с сужением кверху

Круглое

Образованное двумя окружностями

Прямоугольное

Рис. 4.2. Формы ф юзеляжей

Поперечное сечение м ожет быть различной формы. Прямоугольное (или близкое к нему) сечение удобно для грузовых самолетов; круглое сечение наиболее рационально д ля скоростных и высотных самолетов. Применение овальных и более сложных форм продиктовано стремлением уменьшить сопротивление при хоро шем испо льзовании внутреннего объема.

Важ ной геометрической характеристикой фюзеляжа является его удлинение

λ = Lф ,

Dф

где Lф – длина фюзеляжа;

Dф – наибольший диаметр круглого фюзеляжа (диаметр круга, равновеликого миделевому сечению фюзеляжа).

У современных самолетов удлинение фюзеляжа достигает 6-15.

4.3. Конструкция фюзеляжей

В настоящее время в авиации широко применяют балочные фюзеляжи. Они представляют с обой тонкостенные пустотелые балки, имеющие более или менее мощную, работающую обшивку, а такж е продольный и поперечный силовые на боры. В зависимо сти от вида балочного фюзеляжа продольный набор может состоять из лонжеронов или стрингеров. Поперечный набор состоит из шпангоутов.

Различают три разновидности балочных фю зеляжей: лонжеронный, стрингерный и обшивочный (или монококовый) (рис. 4.3).

Лонжеронный фюзеляжсостоит изнесколькихмощныхлонжеронов, набора силовых инормальныхшпангоутов, атакжеотносительнотонкойобши вки.

В стрингерно м фюзеляже имеется набор часто распол оженных стрингеров, набор шпангоутов и относительно тонкая обшивка.

Обшивочный фюзеляж (монокок) состоит из толстой об шивки, подкрепленной шпангоутами. Имеются также местные продольны е элементы. Основные силовые факторы в таком случае воспринимаются только обшивкой.

Разновиднос тью стри нгерного фюзеляжа при наличии толстой работающей обшивки называют пол умонокок, т.к. внешние силовые факторы воспринимаются продольными элемента ми совместно с обшивкой.

Лон жеронная конструкция фюзеляжей оказывается выгодной для самолетов, в фюзеляже которых необходимо делать большое количество вырезов (на участках между лонжеронам и) без разрушения основных силовых элементов.

Стрингерные фюзеля жи наиболее широко распространены на современных самолетах различного назначения. В ыполняют их в в иде тонкостенной подкрепленной оболочки (рис. 4.4). Стрингерный фюзеля ж имеет большие внутренние свободные о бъемы и допускает хорошее их ис пользование, конструкция обладает повы шенной живучестью. Недостатком стрингерного фюзеля жа является то, что вырезы под двери, люки, илл юминаторы нарушают целостность основных сил овых элементов и, следовательно, ослабляют конструкцию. Для усиления в ырезов применяется более толстая обшивка по их краям, местные лонжероны и усиленные стрингеры, рамы и др.

Рис. 4.4. Стрингерный фюзеля ж

Прочность обшивочного фюзеляжа (монокока) в сжатых зонах определяется критическими напряжениями потери устойчивости обшивки, для увеличения которых приходится увеличивать толщину обшивки, а следовательно, и массу всей конструкции. Поэтому такой фюзеляж применительно к тяжелым самолетам оказывается невыгодным.

Шпангоуты составляют поперечный силовой набор фюзеляжа любого типа. Часть из них является силовыми, большинство же является нормальными (или типовыми). Силовые шпангоуты обеспечивают передачу больших сосредоточенных сил и моментов (от крыла, оперения, двигателей) на обшивку. Нормальные шпангоуты придают заданную форму поперечного сечения фюзеляжу и подкрепляют обшивку. Их шаг выбирается с расчетом наиболее эффективной работы обшивки и лежит в пределах

150-500 мм.

Конструкция фюзеляжа с листовой обшивкой одной толщины, с приклепанными к ней усилениями и окантовками проста в изготовлении.

В наиболее нагруженных местах фюзеляжей применяют монолитные панели, в которых обшивка выполняется заодно с ребрами-стрингерами. Толщина обшивки панелей переменна (от 1 до 10 мм). Применение монолитных панелей значительно повышает усталостную прочность конструкции фюзеляжа, облегчает его герметизацию.

Изгибающий момент от горизонтального оперения трансформируется в пару сил, которые воспринимаются обшивкой и стрингерами верхнего и нижнего сводов фюзеляжа, работающими на сжатие и растяжение.

Крутящий момент от вертикального оперения равномерно нагружает обшивку всего замкнутого контура, вызывая в ней касательные напряжения.

Вертикальная сила от горизонтального оперения воспринимается обшивкой боковин фюзеляжа, параллельной действию силы и работающей на сдвиг.

Поперечная сила от вертикального оперения равно мерно нагружает обшивку верхнего и нижнего сводов фю зеляжа, параллельных действию силы, в ызывая в ней касательные напряжения.

4.4. Компо новка ф юзеля жа и кабины экипажа

Пассажирские кабины обычно делятся на несколько са лонов. Между салонами или по краям их размеща ются буфеты-кухни, гардеробы, туалеты.

Для перевозки багажа и коммерчески х грузов под полом пассажирских кабин и в отсеках фюзеляжа предусматриваются багажные отделения.

Гермокабина представляет собой наибольшую часть фюзеляжа.

Ком поновку фюзеляжа рассмотрим на примере самолетов Ил-76 (рис. 4.5 ) и Ту-154М (рис. 4.6).

В кабине экипажа размещаются рабочие места членов экипаж а и различное оборудование. Размеры кабин, их компоновка определяются типом самолета и составом экипажа.

Рис. 4.5. Компоновка фюзеляжа самолета Ил-76

Экипаж крупного пассажирского самолета обычно состоит из четырех человек: левого пилота – командира ВС, правого (2-го) пилота, бортинженера и ш турмана. За счет автоматизации самолетовождения и эксплуатации систем в настоящее время новые ВС проектиру ются под трехили даже двухчленные экипажи.

Рис. 4.6. Компоновка фюзеляжа самолета Ту-154М

Оборудование кабины экипа жа весьма многочисленно и разн ообразно (рис. 4. 7). Оно включает в себя приборы контроля режима полета и работы агрегатов и систем самолета, рычаги управления самол етом и р ежимом работы двигате лей, пульты управления средствами навигации и связи и другими автоматическим и систе мами, например автопилотами.

Рис. 4.7. Ком поновка кабины экипа жа:

1 – пульт командира ВС; 2 – штурвал управления; 3 , 4 – пилотажно-нави гационные приборы; 5 – приборная доска бортинженера и пилота; 6 – педали управл ения рулем самолет а; 7 – пульт системы автоматического управления полетом; 8 – рычаги управления д вигателями; 9 – пульт 2-го пилота