Конструкція фюзеляжу літака
Призначення фюзеляжу літака і вимоги пред'являються до нього.
Конструктивно-силові схеми фюзеляжів
Фюзеляж призначений для розміщення пасажирів, екіпажу, їх багажу, а також великого
кількість вантажів, якщо літак вантажопасажирський.
У сучасних літаків лобове опір фюзеляжу складає 20-40% від загального
опору літака. Для зменшення лобового опору габаритні розміри
повинні бути малими, а форма удобообтекаемая.
Фюзеляж характеризується розмірами, формою поперечного перерізу, видом збоку і подовженням.
Основні переваги ферменних фюзеляжів перед балочно-ми- простота виготовлення, зручність монтажу, огляду та ремонту обладнання, розміщеного на фюзеляжі. До недоліків відносять недосконалість аеродинамічних форм, малу жорсткість, малий термін служби, неможливість повністю використовувати внутрішній об'єм для розміщення вантажів. В даний час ферменние кон-струкції застосовують рідко і в основному на легких літаках.
Балкові фюзеляжі є балку зазвичай оваль-ного або круглого перетину, в якій на вигин і кручення працюють підкріплена обшивка і елементи каркаса. Зустрічаються три раз-новідності балкових фюзеляжів: Лонжерон-балковий, стрингерного-балковий (полумонокок), шкаралуп'яну-балковий (монокок). Балкові конструкції фюзеляжів вигідніше ферменних, так як силова частина у них утворює обтічну поверхню, причому силові елементи розміщують по периферії, залишаючи внутрішню порожнину вільною. Це дозволяє отримати менший мидель. Жест-кая працює обшивка створює гладку неискажающим поверх-ність, що зменшує лобовий опір. Балкові фюзеляжі легше ферменних.
Каркас Лонжерон-балочного фюзеляжу утворюють лонжерони, стрингери і шпангоути. Каркас обшитий дюралюмінієвими листами (обшивкою).
Каркас стрингерного-балочного фюзеляжу (рис. 7.5) складається з часто поставлених стрингерів і шпангоутів, до яких кріпляться металева обшивка більшою, ніж у Лонжерон-балкових фюзеляжів, товщини.
Шкаралуп'яну-балковий фюзеляж (рис. 7.6) не має елементів поздовжнього набору і складається з товстої обшивки 1, підкріплений-ної шпангоутами 2.
В даний час переважаючим типом фюзеляжів являє-ся стрингерного-балковий.
Стрингери - це елементи поздовжнього набору каркаса фюзе-ляжа, які пов'язують між собою елементи поперечного набору - шпангоути. Стрингери сприймають головним чином поздовжні сили і підкріплюють жорстку обшивку. За конструк-нормативним формам стрингери фюзеляжу подібні стрингерам крила. Відстань між ними залежить від товщини обшивки і коливається в межах 80-250 мм. Розміри перетину стрингерів змінюються як по периметру контуру, так і по довжині фюзеляжу залежно від характеру і навантаження на каркас фюзеляжу.
Лонжерони - це також елементи поздовжнього набору каркаса фюзеляжу, які, працюючи на стиск -растяженіе, сприйнятий-мают (частково) моменти, згинальні фюзеляж. Як видно з завданням і умовою роботи, лонжерони фюзеляжу подібні Стрін-герам. Конструктивне виконання лонжеронів надзвичайно раз-нообразние. Вони являють собою гнуті або пресовані про-фили різних перетинів, на літаках великої вантажопідйомності їх склепуваної з декількох профілів і листових елементів.
Шпангоути - елементи поперечного набору фюзеляжу, вони надають йому задану форму поперечного перерізу, забезпечують поперечну жорсткість, а також сприймають місцеві навантаження. У ряді випадків до шпангоутам кріпляться перегородки, що розділяють фюзеляж на відсіки і кабіни.
Шпангоути поділяють на нормальні і силові. Силові шпангоути встановлюють в місцях прикладання зосереджених навантажень, наприклад в місцях кріплення крила до фюзеляжу, стійок шасі, частин оперення.
Нормальні шпангоути (рис. 7.7) збирають з дуг, штамповані-них з металевого листа. Перетин нормальних шпангоутів найчастіше швелерних, іноді Z-образне і рідше Таврове. Сіло-ші шпангоути склепуваної з окремих профілів і листових елементів. Іноді їх виготовляють на потужних пресах з алюмінієвого сплаву. Відстань між шпангоутами зазвичай коливається в межах від 200-650 мм. Обшивка виконується з листів дюралюмінію або титану раз-особистої товщини від 0,8 до 3,5 мм і кріпляться до елементів каркаса заклепками або приклеюється. Листи обшивки з'єднують між собою по стрингерам і шпангоутам або встик, або внахлест.
Вирізи в обшивці фюзеляжу балочного типу різко зменшують міцність конструкції. Тому для збереження необхідної міцності обшивку у вирізів підкріплюють посиленими стрингера-ми і шпангоутами. Невеликі вирізи підкріплюють посиленими стрингера-ми і шпангоутами
Мал. 7.8. Технологічні роз'єми фюзеляжу: 1, 2, 3-носова, центральна і хвостова частини
Вікна пасажирської кабіни роблять прямокутної або коло-лій форми, як правило,
вони име-ют подвійне скло. Дуже часто в герметичних кабінах навантаження від надлишкового тиску в кабіні сприймає внутрішнє стек-ло, а при його руйнуванні зовнішнє. Міжскляний простір через осушувальну систему, що запобігає скла від запоте-вання і замерзання, пов'язане з порожниною герметичній кабіни. Скло ущільнюють за допомогою м'якої морозотривкої гуми, іноді не висихають замазкою.
Конструкція і робота шасі
Схеми шасі. Основні параметри шасі.
Для забезпечення необхідної стійкості і маневреності літака під час руху його по злітно-посадковій смузі (ЗПС) опорні точки шасі повинні бути розміщені на визна-ленном відстані один від одного і від центра ваги літака.
Для стійкого положення літака на землі необхідні мінімум три опори. Залежно від розташування опор відноси-кові центру ваги літака розрізняють наступні основні схеми (рис. 10.1): з хвостовою опорою, з передньою опорою і вело-сіпедное шасі. У шасі з хвостовій опорою основні опори рас-покладені попереду центра ваги літака симетрично відноси-кові його поздовжньої осі, а хвостова опора позаду центру ваги.
У літака, оснащеного шасі з передньою опорою, основні опори розташовані позаду центру ваги літака симетрично щодо його поздовжньої осі, передня опора розташована в площині симетрії літака попереду центра ваги.
У літаків з шасі велосипедного типу центр ваги знаходить-ся приблизно на рівній відстані від коліс або колісних візків, які розташовуються в поздовжній площині літака одне по-зади іншого. Бічні опори, розташовані на кінцях крила, ударне навантаження при посадці і зльоті не сприймають. Бічні опори підтримують крило при кренах літака під час сто-янкі і рулении по аеродрому. Шасі велосипедного типу застосо- ють на літаках з тонким профілем крила (шасі забирається у фюзеляж, а невеликі бічні опори в крило).
Мал. 8.1. Схеми шасі: а - з хвостовою опорою б - з передньою опорою; в - велосипедне; 1 - основні колеса; 2 хвостове колесо; 3 носове колесо; 4 - підкрильні колеса
Найбільш широко поширене на сучасних літаках шасі з передньою опорою, що пояснюється наступними переваж-ществами:
можливістю приземлення на більшій швидкості в порівнянні з літаком, що має шасі з хвостовій опорою, так як при цьому носова стійка оберігає літак від «капота» (завалювання на ніс), більш енергійно гальмуються колеса, запобігає і «козление» літака (центр ваги розташовується попереду основ-них коліс) і при приземленні на основні колеса кут атаки і коефіцієнт Су крила зменшуються;
хорошою шляховий стійкістю при пробігу і розбігу; горизонтальним положенням осі фюзеляжу забезпечується хо-роший огляд екіпажу, створюються
зручності для пасажирів, про-легшає завантаження літака, реактивні двигуни розміщуються горизонтально і газовий струмінь не руйнує покриття аеродрому.
Але схема шасі з переднім колесом не позбавлена недоліків: сло-жность пересування по м'якому і грузлому грунту, так як Зари-ється »переднє колесо, велика небезпека при посадці з пов-женої передньою опорою, велика маса конструкції, праця-ність забезпечення значного обсягу в передній частині фюзе-ляжа для прибирання колеса.
ГЕОМЕТРИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАСІ
Для забезпечення необхідної стійкості і маневреності літака під час руху його по злітно-посадковій смузі (ЗПС) опорні точки шасі повинні бути розміщені на визна-ленном відстані один від одного і від центра ваги літака.
Основні величини, які характеризують розміщення опорних то-чек літаків, такі: колія, база, висота шасі, кут сто-янкі н кут виносу основних коліс щодо вертикалі само-літа (рис. 8.2).
Колія шасі b, т. Е. Відстань між центрами площ кон-тактів основних коліс із землею визначає поперечну стійкості-с- літака і легкість маневрування його по землі. Чим ши-ре колія, тим менше можливість перекидання літака на крило і тим краще управління літака на землі за допомогою гальм. Однак стійкість шляху при цьому погіршується, так як літак стає більш чутливим до будь-яких нерівностей аеродрому. При недостатньо широкої колії літак при зльоті та посадці з креном може торкнутися кінцем крила землі. У сов-ремінних літаків колія шасі зазвичай становить 0,15-0,35 розмаху крила, а колія літаків з невеликим подовженням крила (# 955;<4,5) —0,5 размаха.
Висота шасі літака Н - відстань від землі до центра ваги літака. Для літаків з поршневими і турбо-гвинтовими двигунами висота шасі вибирається з умови, що при горизонтальному положенні базової лінії літака расстоя-ня від кінців лопатей повітряних гвинтів при повному стисненні пневматиків коліс і амортизаційних стійок до поверхні аерод-рома має бути не менше 50 см.
У літаків з газотурбінними двигунами висота шасі при-приймаються мінімальної, за умови витримування кута # 966; в пре-справах, що забезпечують посадковий кут атаки крила # 945; сел. кут # 966; - називають кутом перекидання. Для літака з переднім колесом Ф - це кут між площиною, дотичною до основних колесам шасі і хвостовій опорі, і землею при стоянці літака
# 945; 'кр - кут установки крила, т. Е. Кут між кореневою хордою крила і ба-зовой лінією фюзеляжу;
# 966; 1 - гальмо кут літака.
База шасі В - відстань між центрами коліс основних і передніх (хвостових) опор. Для шасі з передньою опорою вигод-неї базу робити якомога більшою, так як при цьому зменшує-
Мал. 8.2. Основні параметри шасі літака
ся небезпека перекидання літака через ніс. База визначає навантаження на передню або хвостову опору, і чим більше база, тим навантаження на допоміжну опору менше. База шасі сов-ремінних літаків складає 20-40% довжини фюзеляжу. База шасі з хвостовій опорою особливого значення не має, вона вибі-рается з умов отримання необхідного кута стоянки, а також малого навантаження на хвостову опору.
Гальмо кут літака # 966; i-кут між пов-льно віссю літака і горизонтом. Для шасі з передньою опорою він становить 0-4 °, a для шасі з хвостовій опорою # 966; 1 = # 945; ПОС - # 945; 'Кр. Для шасі з переднім колесом велике значення має кут виносу шасі назад у - кут між вертикаллю і плоско-стю, що проходить через центр ваги літака і точки дотику основних коліс шасі з землею при стоянці літака і необжатих амортизаторах. Цей кут повинен бути мінімальним для змен-шення навантаження на передню опору, але в той же час достатнім для запобігання від перекидання літака на хвіст при лю-бій посадці. Тому кут # 947; = # 966; + (1-2) °, де: # 966; - кут опрокиду-вання.
СИЛИ, ЩО ДІЮТЬ НА ШАССИ
При стоянці між поверхнею аеродрому і опорами само-літа виникають реакції взаємодії. Сили реакції землі (рис. 10.3) спрямовані вертикально вгору і рівні в сумі вазі літака:
де: Rпер - стояночное зусилля на передню стійку;
Rосн - стояночное зусилля на основну стійку.
Значення R пер і Rосн залежать від співвідношень відстані від цент-ра ваги літака до передньої і основних стійок
Зазвичай сила, яка припадає на передню стійку, становить 6-9%, а задню стійку
при схемі шасі з хвостовій опорою 10-15%.
Мал. 9.1. Навантаження, які діють на шасі літака: а - на стоянці; б - при приземленні; в - при розбігу; г - при посадці зі знесенням
При русі літака сили реакції землі діють нахил-но до горизонту. При гальмуванні коліс і набіганні їх на нерівно-сти горизонтальна складова, спрямована назад, збільшується (див. Рис. 9.1, бив), при посадці літака зі знесенням або різкому його розвороті на землі з'являються бічні складові реакції землі (див. Рис. 9.1, г), при цьому зовнішня стійка завжди навантажується більше внутрішньої.
Розрахункові навантаження на стійки шасі більше зусиль, воспри-Німан на стоянці, так як при приземленні і русі само-літа з'являються додаткові інерційні сили. Шасі на міцність розраховують з урахуванням експлуатаційних перевантажень П9 і запасу міцності f. Значення пе і f відповідно до норм міцності можуть досягати 2,6-3,5 і 1,5-1,65 відповідно. При посадці літака на три точки розрахункові навантаження на шасі оп-ределяются як
Rр.осн = nе f Rост; Rр.пер = nе f Rпер.