Фюзеляж самолета состоит из каркаса и обшивки. Существуют фюзеляжи трех типов: ферменные, силовой каркас которых представляет собой пространственную ферму; балочные — их силовой каркас образован продольными и поперечными элементами и работающей обшивкой; смешанные, у которых передняя часть является ферменной, а хвостовая — балочной или наоборот.
Ферменные фюзеляжи. Как было указано выше, силовой частью ферменного фюзеляжа является каркас, представляющий собой пространственную ферму. Стержни фермы работают на расстяжение или сжатие, а обшивка служит лишь для придания фюзеляжу обтекаемой формы. Ферма образована (рис. 50) лонжеронами, расположенными на всей длине или части длины фюзеляжа, стойками и раскосами в вертикальной плоскости, распорками и расчалками в горизонтальной плоскости и диагоналями.
Вместо жестких раскосов и диагоналей широко практикуется установка проволочных или ленточных расчалок.
К каркасу фермы крепятся узлы, которые служат для присоединения к фюзеляжу крыла, оперения, шасси и других частей самолета. Фермы фюзеляжа, как правило, изготовляются сварными из труб и реже клепанными из дюралюминиевых профилей. Обшивка выполняется из полотна, фанеры или листов дюралюминия. Обтекаемую форму ферменному фюзеляжу придают специальные несиловые надстройки — обтекатели, называемые гаргротами.
Основными преимуществами ферменных фюзеляжей перед балочными являются простота изготовления и ремонта, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного в фюзеляже.
К недостаткам относятся несовершенство аэродинамических форм, малая жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов. В настоящее время ферменные конструкции применяются редко и в основном для легких самолетов.
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 размещаются по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это дает возможность получить меньший мидель; жесткая работающая обшивка обеспечивает получение гладкой неискажаемой поверхности, что приводит к уменьшению лобового сопротивления. Балочные фюзеляжи выгоднее и в весовом отношении, так как материал конструкции более удален от нейтральной оси и, следовательно, лучше используется, чем у фюзеляжей ферменной конструкции.
Каркас лонжеронно-балочного фюзеляжа образуют лонжероны, стрингеры и шпангоуты. Каркас обшит дюралюминиевыми листами (обшивкой).
Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 51) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым
крепится металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.
Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 52) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки, подкрепленной шпангоутами.
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 стрингерами 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 величины 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 разнооб
разно. Они представляют собой гнутые или прессованные профили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности склепываются из нескольких профилей и листовых элементов.
Шпангоуты являются элементами поперечного набора фюзеляжа, они придают фюзеляжу заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки.
В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на ряд отсеков и кабин.
Шпангоуты разделяются на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливаются в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения и т. п.
Нормальные шпангоуты (рис. 53) собираются из дуг, штампованных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Силовые шпангоуты склепываются из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда такие шпангоуты выпрессовываются на мощных прессах из алюминиевого сплава.
Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах 200—650 мм.
Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана различной толщины (от 0,8 до 3,5 мм) и крепится к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяются между собой по стрингерам и шпангоутам или встык, или внахлест, без подсечки. В последнем случае каждый передний лист перекрывает нижний. Типовое соединение обшивки со стрингерами и шпангоутами показано на рис. 53.
Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингерами и усиленными шпангоутами. Небольшие вырезы окантовываются кольцами из материала большей толщины, чем обшивка, иногда необходимая жесткость обеспечивается отбортовкой отверстия.
Фюзеляжи самолетов небольших размеров делают, как правило, неразъемными. У более крупных самолетов для упрощения производства, ремонта и эксплуатации фюзеляж расчленяют на несколько частей. Соединение частей фюзеляжа зависит от его конструктивной схемы. Соединение ферменных фюзеляжей производится стыковыми узлами, установленными на лонжеронах,
у балочных фюзеляжей крепление производится по всему контуру разъема.
На рис. 54 показаны типовые технологические разъемы фюзеляжа транспортного самолета. Фюзеляж состоит из трех частей, причем каждая из частей в свою очередь образована панелями, представляющими участки обшивки с элементами продольного набора. Панели, соединяясь со шпангоутами, собираются окончательно в сборочном стапеле. Соединение панелей неразъемное и производится заклепочным швом, отдельные части фюзеляжа соединяются болтами по всему периметру разъема. Стыковка осуществляется через фитинги, прикрепленные к стрингерам фюзеляжа (рис. 55).
Пол в кабинах самолета обычно рассчитывают на максимальную распределенную статическую нагрузку. На пассажирских самолетах эта нагрузка не превышает 500 кГ/м2, на грузовых достигает 750 и более кГ/м2. Каркас пола состоит из набора продольных и поперечных балок, стрингеров и соединяющих узлов.
Поперечный набор пола состоит из нижних балок шпангоутов. Пояса этих балок изготавливаются из фрезерованных или штампованных профилей. Панели, закрывающие каркас, изготавливают из листов прессованной фанеры толщиной 10—12 мм, из дюралюминиевых листов, усиленных прикрепленными снизу профилями
уголкового и швеллерного сечений или гофром из прессованных листов алюминиевого или магниевого сплава с последующей механической или химической обработкой. Для предупреждения скольжения панели пола имеют рифленую или шероховатую поверхность, а в некоторых случаях покрываются пробковой крошкой. На полу установлены гнезда для крепления пассажирских кресел, а на грузовых самолетах— кольца для крепления перевозимых грузов.
Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круглой формы. Все окна кабины, как правило, имеют двойные органические стекла. Очень часто в герметических кабинах внутреннее стекло является основным работающим стеклом и принимает на себя нагрузку от избыточного давления в кабине. Только в случае разрушения внутреннего стекла наружное стекло начинает воспринимать избыточное давление. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запотевания и замерзания, связано с полостью гермокабины. Уплотнение остекления выполняется с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда — невысыхающей замазкой.
Застекленная часть фюзеляжа, обеспечивающая обзор экипажу, называется фонарем. Форма фонарей, их размещение и размеры выбираются из соображения обеспечения наилучшего обзора и наименьшего сопротивления. На рис. 56 показаны внешний вид фонаря штурмана и внешний вид фонаря кабины экипажа. Угол наклона козырька фонаря принимают равным 50—65° (в зависимости от величины V макс). Лобовые стекла фонаря, как правило, оборудуются электрообогревом для предотвращения их обледенения в полете. Фонарь состоит из каркаса, отлитого или отштампованного из алюминиевого или магниевого сплавов, и стекол. Стекла крепятся к каркасу болтами и прижимаются дюралюминиевой лентой. Герметизация стекол осуществляется резиновой прокладкой, уплотнительной лентой и замазкой (рис. 56, в).
Вырезы под входные двери транспортных самолетов чаще всего располагаются на боковой поверхности фюзеляжей, но в некоторых случаях устанавливаются и в нижней части. Ширина двери обычно не превышает 800 мм, а высота — 1 500 мм. Выбор размеров грузовых дверей (люков) и их размещение производятся с учетом габаритов грузов и минимальной затраты времени на загрузку (разгрузку) самолета. Открываются двери внутрь кабины либо сдвигаются вверх или в сторону. Двери делают обычно в виде клина, основанием которого является внутренняя поверхность створки двери. Избыточное давление в герметизированном фюзеляже прижимает створку двери к ее основанию. В закрытом положении дверь запирается замком. При открытой двери в кабине экипажа загорается сигнальная лампочка.
Вырезы под двери усиливаются установкой в месте выреза более мощных шпангоутов и стрингеров, установкой дополнительной обшивки. Окантовка дверей входит в силовой каркас фюзеляжа. Дверь — металлическая, состоит, как правило, из отштампованной из листового дюралюминия чаши, подкрепленной каркасом. Герметизация дверей осуществляется с помощью резиновых профилей.
Многие современные самолеты летают на больших высотах и для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей, находящихся на борту такого самолета, потребовалось создание в кабинах необходимого давления. Кабина самолета, внутри которой в полете поддерживается повышенное (по сравнению с атмосферным) давление воздуха, называется герметической. Герметическая кабина, выполненная в виде обособленного силового агрегата и установленная в фюзеляже без включения ее в силовую схему, называется подвесной. Размеры такой кабины не зависят от размеров и обводов фюзеляжа, и поэтому она может быть выполнена с наивыгоднейшими с точки зрения прочности формами и минимальных размеров. Кабины пассажирских самолетов, как правило, представляют собой герметизированный отсек фюзеляжа и полностью включены в его силовую схему. Подобная кабина работает как сосуд под действием внутреннего давления, а также подвергается изгибу и кручению, как и обычный фюзеляж. По соображениям прочности наилучшей формой сооружения, нагруженного изнутри избыточным давлением, является шар, но в связи с несоответствием формы фюзеляжа и неудобствами размещения в такой кабине экипажа и пассажиров стремятся придать кабине форму цилиндрической оболочки, закрытой по концам сферическими днищами. Переход с цилиндрических стенок на днище по возможности должен быть плавным без переломов. При наличии переломов днище, нагруженное избыточным давлением, сжимает стенки цилиндра в направлении радиусов и тогда в этом месте необходимо ставить усиленный шпангоут. Особенно сильно нужно подкреплять плоские днища.
Для сохранения в кабине избыточного давления необходимо обеспечить ее герметичность. Разумеется, обеспечить полную герметичность кабины очень трудно, поэтому допускается некоторая утечка воздуха из кабины, не снижающая безопасности полета. Критерием герметичности может служить время падения давления с величины рабочего избыточного до значения 0,1 кГ/см2. Это время должно быть не менее 25—30 мин.
Герметизация кабин достигается: герметизацией обшивки и остекления люков и дверей, выводов из кабин тяг, тросов, валиков управления самолетом и двигателями, электропроводки, трубопроводов гидросистем и т. п.
Герметизация листов обшивки в месте их соединения и крепления к элементам каркаса фюзеляжа достигается применением многорядных швов, установкой специальных уплотнительных лент, закладываемых между листами обшивки и каркаса. С внутренней стороны кабины заклепочные швы покрываются герметизирующими замазками. Герметизация входных дверей, загрузочных люков, запасных выходов, подвижных частей фонаря, окон (остекления) и т. п. осуществляется резиновыми профилями и прокладками. Применяются следующие способы герметизации: уплотнение типа «нож по резине»; уплотнение резиновой прокладкой, имеющей сечение трубы; уплотнение с помощью пластинчатого клапана; уплотнение резиновой трубкой, надуваемой воздухом.
Люки и двери, открывающиеся внутрь кабины, герметизируются по первым трем указанным способам. При герметизации с помощью пластинчатого клапана полосу из пластинчатой резины укрепляют с внутренней стороны по контуру выреза, тогда избыточное давление прижимает края клапана к люку и тем самым герметизируются щели.
Сложней загерметизировать люки, открывающиеся наружу и имеющие относительно большие размеры, так как внутреннее избыточное давление будет отжимать люк. Такие люки герметизируются чаще всего резиновой трубкой, надуваемой воздухом.
Гермовыводы тяг и тросов управления, электрических проводов и других элементов существуют трех типов: одни из них рассчитаны на обеспечение возвратно-поступательного движения, другие обеспечивают герметизацию вращательного движения, а третьи герметизируют неподвижные детали.
Для обеспечения герметичности тяг с возвратно-поступательным движением часто используют гофрированный резиновый шланг цилиндрической или конической формы либо делают устройство, состоящее из корпуса, отлитого из магниевого сплава с запрессованными бронзовыми втулками, в которых перемещаются стальные тяги. Между тягами и втулками имеются войлочные и резиновые уплотнения. Внутренняя полость корпуса через специальное отверстие забивается консистентной смазкой.
Тросы герметизируются резиновыми пробками, имеющими сквозные отверстия диаметром меньшим, чем диаметр троса, и продольный разрез, позволяющий надевать пробку на трос. Для уменьшения силы трения трос на всей длине его хода покрывается незамерзающей смазкой, содержащей графит. Герметизация деталей, передающих вращательное движение, осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами. Герметизация трубопроводов производится с помощью специальных переходников, закрепленных на гермоперегородке. К переходнику с одной и другой стороны при помощи накидных гаек крепятся трубопроводы. Электропроводка герметизируется при помощи специальных электровводов.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com