Внешние формы и параметры фюзеляжа. Конструкция силовых элементов фюзеляжа.

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

Внешние формы фюзеляжа характеризуются формой поперечного сечения и видом фюзеляжа сбоку.

Формы поперечного сечения фюзеляжа зависят от назначения и условий применения самолета и его компоновки. На рис. 6.2, а представлены различные формы поперечных сечений фюзеляжа. Наибольшее распространение получили круглая форма 1 поперечного сечения фюзеляжа и формы 2 и 3, составленные из двух пересекающихся окружностей разных диаметров. Это объясняется тем, что фюзеляж с круглой формой поперечного сечения имеет меньшую поверхность при заданном объеме и, следовательно, меньшее сопротивление трения. Кроме того, обшивка фюзеляжа круглого сечения при избыточном внутреннем давлении работает только на растяжение, не испытывая изгибных напряжений. Фюзеляжи с формами сечений 2 и 3 занимают промежуточное положение: у них меньшее сопротивление трения, чем при формах 4...7, но в месте пересечения окружностей они от избыточного давления Ар нагружаются изгибом. Если эти места на противо­положных бортах фюзеляжа соединить горизонтальными жесткостями (например, балками пола,), то они разгрузят фюзеляж от изгиба, а сами будут работать на растяжение или сжатие (форма сечения 2). Фюзеляж с прямоугольными формами сечений типа 5, 6, 7 с овальными сводами удобнее для размещения грузов (особенно в контейнерах). Такие фюзеляжи создают большее аэродинамическое сопротивление и они нагружались бы изгибом, если бы использовались для высотных полетов с избыточным давлением внутри фюзеляжа. И, наконец, сечение 4 — эллиптическое. Оно имеет меньшее сопротив­ление, чем для сечений 5, 6, 7, и удобнее для более полного использования внут­ренних объемов. Формы сечений I...7 на рис. 6.2, а, конечно, не исчерпывают всего многообразия возможных сечений фюзеляжей, определяемых особенностями их компоновки. Так, на рис. 6.2, г показаны поперечные сечения фюзеляжа самолета

Вид фюзеляжа сбоку определяется назначением самолета, требованием наименьшего сопротивления, конкретным размещением в данном фюзеляже экипажа, оборудования и целевой нагрузки, а также формой в плане крыла, схемой и расположением оперения, силовой установки и т.д.

Параметры фюзеляжа. На рис. 6.2, б приведены основные геометрические размеры фюзеляжа: /ф — длина, — диаметр, _ч — длина носовой части, /_{хв ч} - длина хвостовой части. В число параметров фюзеляжа входят также плошадь миделевого (наибольшего) сечения — 5_М ф, удлинение фюзеляжа А^ = ^ф/^ф " удлинение носовой и хвостовой частей А_н,< = 1_И ,,/^ф и А = /_хв ,,/с/ф. При некруг­лой форме поперечного сечения эквивалентный диаметр фюзеляжа

Фюзеляж нагружен в плоскостях XOY и XOZ поперечными силами Q_n и Q,, и изгибающими моментами М, и М , а также крутящим моментом М_к. На эти нагрузки хорошо работают жесткие тонкостенные замкнутые оболочки — про­странственные балки (см. § 1.13 и рис. 1.23). Фюзеляжи, выполненные в виде таких балок, называются балочными (рис. 6.4, в, г, д). В этих фюзеляжах оболочки имеют подкрепление в виде каркаса, состоящего из продольных (стрингеры и усиленные стрингеры-лонжероны) и поперечных (нормальные и усиленные шпанго­уты) силовых элементов.

Обшивка в фюзеляже выполняет те же функции, что и в крыле. Она придает форму фюзеляжу, защищает экипаж, пассажиров, оборудование и грузы от набегающего потока воздуха. Обшивка работает совместно с подкрепляющими ее стрингерами на растяжение — сжатие (на нормальные напряжения) от действия изгибающих моментов и на сдвиг (на касательные напряжения) от действия поперечных сил и крутящего момента.

Стрингеры и лонжероны (усиленные стрингеры) изготавливаются из прессованных или гнутых профилей (см. рис. 2.38). Наиболее часто применяются стрингеры уголкового, Z-образного и Т-образного профилей. Для повышения сопро­тивления усталости в районах с большими знакопеременными нагрузками, напри­мер, в районе акустических нагрузок, ставят стрингеры П-образного профиля с двойными пачками для повышения жесткости заделки и улучшения условий работы обшивки

Шпангоуты в фюзеляже выполняют те же функции, что и нервюры в крыле (рис. 6.10, а, б). По назначению шпангоуты разделяются на нормальные (служат для придания формы фюзеляжу и подкрепления обшивки и стрингеров) и усиленные (для восприятия поперечных сосредоточенных сил от крыла, оперения, шасси, двигателей и грузов и передачи их на обшивку). Шпангоуты, имея высокую жесткость в своей плоскости, хорошо работают на поперечный изгиб в своей плоскости, опираясь на обшивку. Типич­ные сечения шпангоутов приведены на рис. 6.10, в. Наличие двух поясов и стен­ки в сечениях шпангоутов обеспечивает их работу на изгиб и сдвиг, а также по­вышает сопротивление усталости при акустических нагрузках. Для повышения живучести шпангоуты часто делают со­ставными из нескольких частей.