Тема 5 Конструкция фюзеляжа самолёта

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. Жестокая работающая обшивка создает гладкую неискажаемую поверх­ность, уменьшающую лобовое сопротивление. Балочные фюзеляжи легче ферменных.

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.

Наружная оболочка самолета или вертолета, которая придает им обтекаемую форму, а также воспринимает внутренние и наружные нагрузки. На первых самолетах обшивка была из ткани и фанеры. Такая обшивка, названная неработающей (мягкой), годится только для небольших скоростей полета.

В наше время обшивка изготавливается из металлических листов, которые формуются по профилю поверхности фюзеляжа и затем крепятся к каркасу. Стыки листов располагаются на продольных и поперечных элементах каркаса. Возможно, особенно для обшивочных фюзеляжей, применение монолитных оребренных панелей и слоистой обшивки с легким, обычно сотовым, заполнителем. В последнее время получает распространение обшивка из композиционных материалов.

Трехслойные плиты с заполнителями

Соединение элементов каркаса и обшивки

Возможно три способа соединения обшивки с каркасом:

обшивка крепится только к стрингерам,

обшивка крепится и к стрингерам, и к шпангоутам,

обшивка крепится только к шпангоутам.

В первом случае образуются 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 со шпангоутом дополнительной накладкой — компенсатором. Третий способ крепления используется только в обшивочных (бесстрингерных) фюзеляжах.

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.