форма сечения фюзеляжа пассажирского самолета обусловлена

Конструкция фюзеляжа самолета

Назначение фюзеляжа самолета и требования предъявляемые к нему.

Конструктивно-силовые схемы фюзеляжей

Фюзеляж предназначен для размещения пассажиров, экипажа, их багажа, а также большого

количество грузов, если самолет грузопассажирский.

У современных самолётов лобовое сопротивление фюзеляжа составляет 20-40% от общего

сопротивления самолета. Для уменьшения лобового сопротивления габаритные размеры

должны быть малыми, а форма удобообтекаемая.

Фюзеляж характеризуется размерами, формой поперечного сечения, видом сбоку и удлинением.

Основные преимущества ферменных фюзеляжей перед балочны­ми— простота изготовления, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного на фюзеляже. К недостаткам относят несовершенство аэродинамических форм, малую жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов. В настоящее время ферменные кон­струкции применяют редко и в основном на легких самолетах.

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 размещают по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это позволяет получить меньший мидель. Жест­кая работающая обшивка создает гладкую неискажаемую поверх­ность, уменьшающую лобовое сопротивление. Балочные фюзеляжи легче ферменных.

Конструкция фюзеляжа.

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

Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 7.5) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым крепятся металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.

Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 7.6) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки 1, подкреплен­ной шпангоутами 2.

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 ними 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 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 раз­нообразно. Они представляют собой гнутые или прессованные про­фили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности их склепывают из нескольких профилей и листовых элементов.

Шпангоуты — элементы поперечного набора фюзеляжа, они придают ему заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки. В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на отсеки и кабины.

Шпангоуты разделяют на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливают в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения.

Нормальные шпангоуты (рис. 7.7) собирают из дуг, штампован­ных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Сило­вые шпангоуты склепывают из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда их изготавливают на мощных прессах из алюминиевого сплава. Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах от 200—650 мм. Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана раз­личной толщины от 0,8 до 3,5 мм и крепятся к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяют между собой по стрингерам и шпангоутам либо встык, либо внахлёст.

Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингера­ми и шпангоутами. Небольшие вырезы подкрепляют усиленными стрингера­ми и шпангоутами

Рис. 7.7. Нормальные кольцевые шпангоуты, отштампованные из листового материала швеллерного(а) или Z-образного (б) сечений: / — шпангоут; 2 — стрингер; 3 — обшивка; 4 — уголок

Рис. 7.8. Технологические разъемы фюзеляжа: 1, 2, 3—носовая, центральная и хвостовая части

Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круг­лой формы, как правило,

они име­ют двойные стекла. Очень часто в герметических кабинах нагрузку от избыточного давления в кабине воспринимает внутреннее стек­ло, а при его разрушении наружное. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запоте­вания и замерзания, связано с полостью герметической кабины. Стекла уплотняют с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда невысыхающей замазкой.

ЛЕКЦИЯ № 8

Конструкция и работа шасси

Схемы шасси. Основные параметры шасси.

Для обеспечения необходимой устойчивости и маневренности самолета во время движения его по взлетно-посадочной полосе (ВПП) опорные точки шасси должны быть размещены на опреде­ленном расстоянии друг от друга и от центра тяжести самолета.

Для устойчивого положения самолета на земле необходимы минимум три опоры. В зависимости от расположения опор относи­тельно центра тяжести самолета различают следующие основные схемы (рис. 10.1): с хвостовой опорой, с передней опорой и вело­сипедное шасси. У шасси с хвостовой опорой основные опоры рас­положены впереди центра тяжести самолета симметрично относи­тельно его продольной оси, а хвостовая опора позади центра тяжести.

У самолета, оснащенного шасси с передней опорой, основные опоры расположены позади центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси, передняя опора расположена в плоскости симметрии самолета впереди центра тяжести.

У самолетов с шасси велосипедного типа центр тяжести находит­ся примерно на равном расстоянии от колес или колесных тележек, которые располагаются в продольной плоскости самолета одно по­зади другого. Боковые опоры, расположенные на концах крыла, ударную нагрузку при посадке и взлете не воспринимают. Боковые опоры поддерживают крыло при кренах самолета во время сто­янки и рулении по аэродрому. Шасси велосипедного типа применя­ют на самолетах с тонким профилем крыла (шасси убирается в фюзеляж, а небольшие боковые опоры в крыло).

в)

Наиболее широко распространено на современных самолетах шасси с передней опорой, что объясняется следующими преиму­ществами:

возможностью приземления на большей скорости по сравнению с самолетом, имеющим шасси с хвостовой опорой, так как при этом носовая стойка предохраняет самолет от «капота» (заваливания на нос), более энергично тормозятся колеса, предотвращается и «козление» самолета (центр тяжести располагается впереди основ­ных колес) и при приземлении на основные колеса угол атаки и коэффициент С_у крыла уменьшаются;

хорошей путевой устойчивостью при пробеге и разбеге; горизонтальным положением оси фюзеляжа обеспечивается хо­роший обзор экипажу, создаются

удобства для пассажиров, об­легчается загрузка самолета, реактивные двигатели размещаются горизонтально и газовая струя не разрушает покрытия аэродрома.

Но схема шасси с передним колесом не лишена недостатков: сло­жность передвижения по мягкому и вязкому грунту, так как зары­вается» переднее колесо, большая опасность при посадке с пов­режденной передней опорой, большая масса конструкции, труд­ность обеспечения значительного объема в передней части фюзе­ляжа для уборки колеса.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАССИ

Для обеспечения необходимой устойчивости и маневренности самолета во время движения его по взлетно-посадочной полосе (ВПП) опорные точки шасси должны быть размещены на опреде­ленном расстоянии друг от друга и от центра тяжести самолета.

Основные величины, характеризующие расположение опорных то­чек самолетов, следующие: колея, база, высота шасси, угол сто­янки н угол выноса основных колес относительно вертикали само­лета (рис. 8.2).

Колея шасси b, т. е. расстояние между центрами площадей кон­тактов основных колес с землей определяет поперечную устойчи­вость самолета и легкость маневрирования его по земле. Чем ши­ре колея, тем меньше возможность опрокидывания самоле­та на крыло и тем лучше управление самолета на земле с помощью тормозов. Однако устойчивость пути при этом ухудшается, так как самолет становится более чувствительным ко всяким неровностям аэродрома. При недостаточно широкой колее самолет при взлете и посадке с креном может коснуться концом крыла земли. У сов­ременных самолетов колея шасси обычно составляет 0,15—0,35 размаха крыла, а колея самолетов с небольшим удлинением крыла (λ = n_э f Rост ; Rр.пер=n_э f Rпер.

Источник

Фюзеляж самолета

Фюзеляж самолета предназначен для размещения экипажа самоле­та, полезной нагрузки, оборудования, топлива, двигателей, вооружения и т. д. В силовом отношении фюзеляж связывает между собой другие основные части самолета — крыло, оперение, шасси, силовую ус­тановку.

Вес конструкции фюзеляжа составляет около 40% веса всей конст­рукции самолета, а его аэродинамическое сопротивление — до 50% пол­ного сопротивления самолета.

При общем проекти­ровании фюзеляжа решаются следующие вопросы:

-выбор основных параметров и размеров фюзеляжа;

-выбор формы обводов носовой и хвостовой частей, и фор­мы поперечного сечения;

-выбор конструктивно-силовой схемы фюзеляжа и увязка ее с дру­гими агрегатами самолета;

-определение веса фюзеляжа.

Выбор основных параметров, размеров и обводов фюзеляжа

Основными размерами фюзеляжа являются его длина , диаметр , площадь миделевого

сечения , длина носовой части и длина хвостовой части (рис.1).

Большое влияние на характеристики самолета, особенно на аэроди­намические и весовые, оказывают

параметры фюзеляжа: —удлинение фюзеляжа;

— удлинение носовой части; — удлинение хвостовой части.

Если поперечное сечение фюзеляжа некруглое, то при расчете вместо берется

эквивалентный диаметр:

Выбор пара­метров фюзеляжа в отрыве от параметров крыла, оперения и шасси является прибли­женным решением задачи.

Удлинение фюзеляжа. Величина удлинения фюзеляжа и его частей ( ) выбирается в первую очередь из аэродинамических сооб­ражений. Невыполнение требований аэродинамики может значительно (на одну-две единицы) уменьшить аэродинамическое качество самолета на основных режимах полета.

От удлинения фюзеляжа, а также от удлинения его носовой и хво­стовой частей зависит величина критического значения скорости ( ). При проектировании необходимо учитывать зависимость фюзеляжа от пара­метров . Очевидно, что число полета для дозвуковых самолетов не должно превышать фюзеляжа. Данное усло­вие обычно выполняется, так как критическая скорость крыла, как пра­вило, меньше критической скорости фюзеляжа.

Для сверхзвуковых самолетов большое значение приобретает удли­нение носовой части фюзеляжа, так как на величину волнового сопротивления глав­ное влияние оказывает форма носовой части тела.

Оптимальное удлинение носовой части фюзеляжа сверхзвукового са­молета зависит от числа М полета и размеров самолета (рис.2).

1-тяжёлые самолёты. 2-лёгкие самолёты.

Из аэродинамических соображений оптимальное значение удлинения фюзеляжа и его частей (как для дозвуковых, так и для сверхзвуковых самолетов) определяется минимумом полного аэродинамического сопро­тивления.

На дозвуковых скоростях это в основном профильное сопротивление (т. е. сопротивление трения и сопротивление давления), на сверхзвуковых скоростях это сумма волнового сопротивления и сопро­тивления трения (рис.3). Индуктивное сопротивление от параметров фюзеляжа не зависит.

Однако выбирать значение удлинения фюзеляжа и его частей сле­дует, исходя не только из соображений аэродинамики, но учитывая и такие важные факторы, как вес, компоновка и условия эксплуатации самолета.

Удлинения фюзеляжа современных самолетов имеют следующие значения:

а) дозвуковые самолеты

= 1,2…1,5; = 2,0…2,5;

= 6 …7 — легкие самолеты;

= 7 … 8 — пассажирские и транспортные самолеты для местных авиалиний;

= 8 … 9 — средние магистральные пассажирские и тяжелые транспортные самолеты;

б) дозвуковые самолеты ( )
= 1,7…2,0; = 3,0…3,2;

в) сверхзвуковые легкие самолеты (истребители)

= 7….10

г) сверхзвуковые тяжелые самолеты (военные и пассажирские)

= 5…6; = 5…7; = 16…20.

Длина фюзеляжа и площадь миделя. Длина фюзеляжа определяет­ся из условия обеспечения потребных объемов для размещения экипажа, пассажиров, оборудования, вооружения, грузов.

Кроме компоновочных соображений, длина фюзеляжа определяется еще и потребным плечом горизонтального оперения . Для определения длины фюзеляжа в первом приближении можно воспользоваться следующими статистическими данными:

Форма крыла в плане крыла крыла

Прямое 0 9 – 11 0,65 – 0,75

Стреловидное 35 – 55 6 – 9 0,8 – 0,95

Треугольное 60 – 65 2 – 3 1,5 – 2,0

Из условия обеспечения потребного объема для заданной нагрузки длина фюзеляжа определяется по формуле:

или

где — необходимый объем фюзеляжа; — коэффициент формы фюзеляжа (по объему), 0,75—0,8 — до­звуковые самолеты; 0,70—0,75 — сверхзвуковые самолеты.

Кроме того, для дозвуковых самолетов в первом приближении дли­ну фюзеляжа можно определять, воспользовавшись связью параметров фюзеляжа и крыла, которая выражается следующей приближенной за­висимостью:

где — удлинение фюзеляжа; — размах крыла; — удлинение крыла.

Далее длину фюзеляжа уточняют в процессе компоновки самолета, а также из условия выбора необходимой величины .

Если выбрана длина фюзеляжа, то длина носовой и хвостовой части определится из соотношений:

При проектировании самолета (особенно сверхзвукового) следует помнить, что площадь миделевого сечения фюзеляжа должна быть ми­нимальной (при выполнении важ­нейших требований, предъявляе­мых к компоновке самолета). Ми­нимальная величина площади миделевого сечения отвечает тре­бованиям аэродинамики — умень­шаются силы аэродинамического сопротивления фюзеляжа и повышается аэроди­намическое качество самолета. Аэродинамическое качество само­лета зависит от от­носительной площади миделевого сечения фюзеляжа ( площадь крыла). При увеличении качество существенно снижается. Это является одной из причин того, что для сверхзвуковых пассажирских самолетов приходится принимать = 16—20. Чтобы получить заданный объем фюзеляжа, приходится уве­личивать его длину, так как увеличивать диаметр нежелательно (чтобы не увеличивать ).

Оптимальный диаметр фюзеляжа сле­дует выбирать, исходя из разумного компромисса между аэродинамиче­скими и весовыми характеристиками фюзеляжа и самолета в целом.

В практике самолетостроения для различных классов самолётов имеем следующие размеры миде­левого сечения фюзеляжей:

а) легкие самолеты без герметической кабины

= 1,0—1,2 м 2 — одноместный самолет; =1,5—1,7 м 2 — летчик и пассажир рядом;

б) многоцелевые истребители с ТРД в фюзеляже
=1,3—2,5 м 2 — самолет с одним ТРД; = 3,0—5,0 м 2 — самолет с двумя ТРД;

в) средние бомбардировщики
= 3—4 м 2 ; = 2,0—2,3 м;

г) тяжелые бомбардировщики
= 6—12 м 2 ; = 2,8—3,9 м;

д) военно-транспортные самолеты

= 6,5—7,5 м 2 ; =2,9—3,1 м — легкие самолеты;

=10—15 м 2 ; = 3,6—4,4 м — средние самолеты: — ширина грузовой кабины 3,4—3,5 м; высота грузовой кабины 3,2—3,4 м;

=28—50м 2 ; = 6—7 м — тяжелые самолеты:

— ширина грузовой кабины 4,5—5,9

— высота грузовой кабины 3,7—4,5 м.

Форма и обводы фюзеляжа. Форма носовой и хвостовой части, фор­ма поперечных сечений фюзеляжа, а также общий вид фюзеляжа вы­бираются в период эскизного проектирования самолета.

Форма фюзеляжа современных самолетов по тем или иным причи­нам часто отличается от формы, диктуемой аэродинамическими сообра­жениями (цилиндр с обтекаемой симметричной носовой и хвостовой частью).

Форма носовой и хвостовой части фюзеляжа подвержена сильному влиянию условий компоновки и эксплуатации самолета. Так как в носо­вой части фюзеляжа всегда размещается кабина пилотов, а по требо­ваниям компоновки необходимо обеспечить хороший обзор из кабины, то носовую часть фюзеляжа приходится выполнять несимметричной (вид сбоку) (рис.4). Если на дозвуковых скоростях такая форма существенно не влияет на аэродинамические характеристики самолета, то при М>1 несиммет­ричный нос фюзеляжа (а точнее, фонарь кабины пилотов) создает за­метное увеличение лобового сопротивления.

На тяжелых самолетах для уменьшения сопротивления на сверхзву­ковых скоростях и улучшения обзора при взлете и посадке часто при­меняется отклоняемая носовая часть фюзеляжа.

На легких сверхзвуковых самолетах применяют неубирающийся фонарь кабины. По требованиям компоновки для такого типа самолетов (многоцелевые истребители) хороший обзор для летчика необходимо» обеспечить не только на взлете и посадке, но и в течение всего полета. Чтобы снизить сопротивление, фонарь кабины выполняют с удлинением не менее 5—6 (отношение длины фонаря к ширине или высоте). Угол: наклона лобового стекла должен быть не менее 60—65°.

Угол у фонарей дозвуко­вых самолетов (М = 0,7—0,9) делают не менее 50—55° для улучшения аэродинамики са­молета.

1-военно-транспортный самолёт; 2-пассажирский самолёт.

На обводы носовой части фюзеляжа легких самолетов существенное влияние оказы­вает компоновка воздухозабор­ников. Даже если на самолете установлены боковые воздухо­заборники, их форма будет определять форму носовой час­ти фюзеляжа. Например, если воздухозаборник имеет плос­кую форму, то и фюзеляж вблизи воздухозаборника дол­жен быть плоским (чтобы обеспечить равномерный поток на входе в воз­духозаборник).

Носовая часть фюзеляжа тяжелых военно-транспортных самолетов для удобства процесса погрузки — выгрузки иногда выполняется отки­дывающейся. Это тоже влияет на обводы носовой части фюзеляжа.

Не меньшее внимание надо уделять и обводам хвостовой части фю­зеляжа. Решающая роль здесь принадлежит требованиям эксплуатации, особенно у дозвуковых военно-транспортных и пассажирских самолетов. Хвостовая часть фюзеляжа пассажирских самолетов несколько припод­нята для обеспечения нужных углов атаки при взлете и посадке. У воен­но-транспортных самолетов (ВТС) хвостовая часть еще более поднята вверх и часто имеет плоскую нижнюю часть для обеспечения погрузки — выгрузки и воздушного десантирования через задний люк. Такая форма хвостовой части фюзеляжа ВТС неблагоприятно сказывается на аэроди­намических характеристиках фюзеляжа. Для уменьшения в районе заднего люка ВТС иногда применяются специальные ребра (рис.5), с помощью которых удается на 10—15% уменьшить сопротивление фюзеляжа и примерно на единицу увеличить аэродинами­ческое качество в крейсерском полете.

По форме поперечное сечение фюзеляжа должно приближаться к кругу. Круг является лучшей формой поперечного сечения герметизиро­ванной части фюзеляжа, обеспечивающей наименьший вес конструкции. Вследствие этого многие современные гражданские и военные самолеты имеют круглое (либо близ­кое к кругу) сечение фюзеляжа.

Однако форма сечения фюзеляжа часто диктуется компоновочными со­ображениями.

Например, желание получить аэродинамически выгодную конфигурацию крыла с фюзеляжем ит.д._/ Еще сильнее сказываются соображения компоновки на форме поперечного сечения фюзеляжа транспортных и легких самолетов.

Фюзеляж легких самолетов в основном является не герметичным (гер­метизируется только кабина пилота). Так как при равной площади фор­ма сечения не оказывает заметного влияния на аэродинамическое сопро­тивление фюзеляжа (при условии, конечно, что данная форма сечения не увеличивает сопротивление интерференции с крылом), то форма негерметизированной части фюзеляжа может выбираться главным обра­зом из компоновочных и эксплуатационных соображений.

Так, например, истребитель с одним двигателем в фюзеляже имеет, как правило, круглую форму сечения, а с двумя — овальную. Боковые плоские воздухозаборники создают вместе с фюзеляжем сечение, близ­кое к прямоугольной форме и т. д. Если форма поперечного сечения фюзеляжа не оказывает заметного влияния на самолета, то распределение площадей поперечных сече­ний фюзеляжа по его длине оказывает весьма сильное влияние на вели­чину , особенно в зоне трансзвуковых скоростей полета.

Источник