27.Конструктивные схемы фюзеляжей

Силы, действующие на фюзеляж

Силы, действующие на фюзеляж во время полета или при посадке, можно разделить на следующие группы:

1) массовые силы конструкции фюзеляжа;

2) массовые силы агрегатов, грузов и оборудования, расположенных в фюзеляже;

3) силы, приходящие к фюзеляжу от прикрепленных к нему других частей самолета;

4) аэродинамические силы, действующие непосредственно на фюзеляж;

5) для герметических фюзеляжей —силы внутреннего давления. Силы, указанные в п. 4, сравнительно невелики и при расчете их не учитываются.

Силы, приложенные к фюзеляжу, рассматриваются в двух плоскостях: параллельной плоскости симметрии самолета и перпендикулярной плоскости симметрии самолета. Примером нагружения фюзеляжа силами, параллельными плоскости симметрии самолета, может служить выход самолета из пикирования, или посадка самолета. Примером нагружения фюзеляжа силами, перпендикулярными плоскости симметрии самолета, может служить полет самолета с отклоненными рулями направления. Под действием нагрузок конструкция фюзеляжа испытывает деформации. От сил, действующих параллельно плоскости симметрии самолета, фюзеляж изгибается в вертикальной плоскости. Под действием сил, приложенных к фюзеляжу в горизонтальной плоскости (перпендикулярной плоскости симметрии), фюзеляж изгибается в горизонтальной плоскости. Кроме того, при нагрузке на вертикальное оперение фюзеляж скручивается. Таким образом, конструкция фюзеляжа в общем случае работает на вертикальный изгиб и сдвиг, горизонтальный изгиб и сдвиг и кручение. Для построения эпюр поперечных сил, изгибающих моментов и крутящих моментов необходимо установить, по какой силовой схеме работает фюзеляж при данной нагрузке. В полетных случаях фюзеляж представляет собой балку, опирающуюся на лонжероны (стенки) крыла. Тогда при вертикальном изгибе фюзеляж рассматривают как двухопорную балку с двумя консолями. Если силы действуют только на переднюю или заднюю часть, то при расчете этой части фюзеляжа ее рассматривают как консоль, заделанную у лонжеронов крыла. При расчете фюзеляжа на прочность его обычно условно расчленяют на три части: переднюю, среднюю и заднюю. Приходящиеся на фюзеляж нагрузки: от оперения, шасси и др. агрегатов для данного расчетного случая вычисляют в соответствии -с нормами прочности. Вообще фюзеляж должен быть рассчитан на все случаи, установленные для крыльев, оперения, силовой установки и шасси, т. е. для частей, прикрепленных к фюзеляжу и передающих ему нагрузки. Кроме того, нормами предусматривается ряд расчетных случаев, специфических для фюзеляжа. Конструктивные схемы фюзеляжей

Конструкция фюзеляжа состоит из силовой системы (каркас, оболочка), воспринимающей внешние нагрузки, и элементов вспомогательного назначения. Силовая схема современных фюзеляжей (в целом или по частям) представляет собой тонкостенную балку Такие фюзеляжи называются балочными. Ранее фюзеляжи легких самолетов выполняли в виде пространственной фермы. Эта конструктивная схема в настоящее время не применяется ввиду большого веса и технологической сложности, но сохранилась в некоторых самолетах. В ферменных фюзеляжах обтекаемая форма достигается при помощи дополнительных надстроек к силовой части, что увеличивает вес конструкции. В качестве обшивки применяется полотно, фанера или тонкие листы дюралюмина. Такая конструкция не удовлетворяет требованиям, предъявляемым аэродинамикой при больших скоростях. Иногда фюзеляжи по длине выполняются по различным конструктивным схемам. Например, переднюю часть делают ферменной, заднюю — балочной; такие фюзеляжи относят к смешанной конструктивно-силовой схеме. В балочном фюзеляже основными элементами являются:

а) продольный набор—лонжероны и стрингеры;

б) поперечный набор — шпангоуты;

в) обшивка.

К элементам вспомогательного назначения относятся детали для местного усиления основной конструкции; детали для установки различных грузов, предметов вооружения и оборудования; детали, выполняющие специальное назначение и в то же время являющиеся частью конструкции фюзеляжа (например, пол в кабинах, противопожарные перегородки и т. д.). В балочном фюзеляже изгибающие моменты воспринимаются лонжеронами, стрингерами и обшивкой; поперечные силы и крутящий момент воспринимаются обшивкой. Характер и степень нагружения элементов конструкции зависят от разновидностей конструктивно-силовой схемы фюзеляжа.

Применяются три разновидности балочных фюзеляжей:

1. Конструкция, состоящая из мощных лонжеронов и слабого набора стрингеров и шпангоутов, с обшивкой, работающей на сдвиг от поперечных сил и крутящего момента. Такой фюзеляж называется лонжеронным.

2. Конструкция, состоящая из обшивки, работающей при изгибе и кручении фюзеляжа, и часто расположенных стрингеров и шпангоутов. Такой фюзеляж называется стрингерным (полу-монокок).

3. Конструкция, представляющая собой сравнительно толстую или многослойную обшивку, подкрепленную только шпангоутами. В этой конструкции все нагрузки воспринимает обшивка. Такой фюзеляж называется обшивочным (монокок).

Отметим сходства и различия в работе конструктивных элементов фюзеляжа и крыла. Назначение и работа стрингеров и обшивки фюзеляжа и крыла аналогичны. Можно лишь отметить, что обшивка фюзеляжа имеет большую кривизну, чем обшивка крыла и более устойчива при работе на сжатие и сдвиг. Кроме того, обшивка фюзеляжа весьма слабо нагружена поверхностной воздушной нагрузкой. Лонжероны фюзеляжа работают аналогично поясам лонжеронов крыла . Шпангоуты фюзеляжа по назначению аналогичны нервюрам крыла, за исключением того, что они не передают воздушную нагрузку. Отмеченные сходства обусловливают сходность форм, сечений силовых элементов фюзеляжа и крыла.