Рассмотрим теперь подробнее конструкцию фюзеляжа

Требования к форме и размерам фюзеляжей грузовых самолетов определяется габаритами грузов. У пассажирских самолетов при определении диаметра фюзеляжа исходят из минимальной высоты помещений. С точки зрения аэродинамики и прочности предпочтительнее фюзеляжи круглого сечения, но при этом нерационально располагаются грузы. Прямоугольное сечение фюзеляжа повышает коэффициент лобового сопротивления, но расположение грузов более рационально.

НЕТ

 

Овальное сечение фюзеляжа объединяет все достоинства одного и другого типов сечения, но сложнее в изготовлении. Чаще применяется в военной авиации.

http://vpk.name/news/125122_fregat_ekodzhet_nachinaet_ispyitaniya_otseka_fyuzelyazha_i_modeli_samoleta.html

 

В пассажирской авиации часто применяют двухпалубные фюзеляжи, на нижней палубе которых находится багажное отделение.

В полёте и при посадке на фюзеляж действуют следующие нагрузки:

- силы, передающиеся на фюзеляж от присоединённых к нему частей самолёта — крыла, оперения, шасси, силовой установки и др.,

- массовые инерционные силы агрегатов, грузов, оборудования, расположенных в фюзеляже, и инерционные силы от собственной массы конструкции фюзеляжа,

- аэродинамические силы, распределённые по поверхности фюзеляжа,

- силы избыточного давления в герметических кабинах, отсеках оборудования, каналах воздухозаборников.

НЕТ

 

С точки зрения строительной механики фюзеляж можно рассматривать как коробчатую балку, закреплённую на крыле и загруженную перечисленными выше нагрузками. В любом сечении такой балки действуют вертикальные и горизонтальные составляющие перерезывающих сил, изгибающих моментов, а также крутящий момент. В герметичных отсеках к этим нагрузкам добавляются усилия от избыточного внутреннего давления.

Фюзеляж самолета состоит из каркаса и обшивки. Существуют три основных типа конструктивных схем фюзеляжей:

ферменные – силовой каркас представляет собой пространственную ферму;

балочные или лонжеронные – их силовой каркас образован продольными, поперечными элементами и работающей обшивкой и

стрингерный – силовой каркас образован стрингерами и шпангоутами, большая часть нагрузки воспринимается работающей обшивкой.

http://tnu.podelise.ru/docs/index-274172.html?page=3

Типы фюзеляжей а) ферменный, б) лонжеронный, в) стрингерный

 

Используемые ранее фюзеляжи ферменной конструкции неизбежно проигрывают балочным по массе конструкции в связи с тем, что обшивка ферменных фюзеляжей полностью исключена из общей силовой работы, воспринимая только местную воздушную нагрузку и является, таким образом, дополнительным конструктивным элементом, увеличивающим массу конструкции. Пространственная ферма затрудняет и компоновку грузов в фюзеляже. Всё это привело к тому, что ферменные фюзеляжи в настоящее время полностью вытеснены балочными и их применение оправдано лишь на лёгких тихоходных самолётах «малой» авиации.

НЕТ

 

На современных самолетах наибольшее распространение получила конструкция фюзеляжа балочно-лонжеронного типа. Продольными силовыми элементами являются лонжероны и стрингеры, а поперечными – шпангоуты. Лонжерон отличается от стрингера формой и большей площадью поперечного сечения. Шпангоуты придают фюзеляжу заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость и воспринимают местные нагрузки.

У крупных самолетов для упрощения производства, ремонта и эксплуатации фюзеляж расчленяют на несколько частей. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности экипажа и пассажиров кабина самолета делается герметичной. В полете на больших высотах в кабину подается избыточное давление. Подобная кабина работает как сосуд под действием внутреннего давления, а также подвергается изгибу и кручению.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f1_3.htm

 

Стрингерные фюзеляжи наиболее широко распространены на современных самолетах различного назначения. Выполняют их в виде тонкостенной подкрепленной оболочки. Стрингерный фюзеляж имеет большие внутренние свободные объемы и допускает хорошее их использование, конструкция обладает повышенной живучестью. Недостатком стрингерного фюзеляжа является то, что вырезы под двери, люки, иллюминаторы нарушают целостность основных силовых элементов и, следовательно, ослабляют конструкцию. Для усиления вырезов применяется более толстая обшивка и местные усиленные стрингеры.

http://surfingbird.ru/surf/elBE81b88

 

Различают продольный и поперечный силовые наборы фюзеляжа.

К продольному набору относятся элементы, расположенные вдоль оси симметрии самолета.

Это обшивка; стрингеры; стенки; лонжероны (усиленные стрингеры); бимсы; полы.

К поперечному набору относятся шпангоуты нормальные; шпангоуты распределительные; шпангоуты силовые; стенки-перегородки; герметичные днища.

Лонжероны и стрингеры это продольные элементы каркаса, проходящие, как правило, по всей длине фюзеляжа. Совместно с обшивкой они воспринимают нормальные усилия при изгибе фюзеляжа. Простые стрингеры и лонжероны обычно изготавливаются из прессованных или гнутых профилей различного сечения. Стрингеры распределяют нагрузку равномерно по обшивке, лонжероны в свою очередь обеспечивают общую жесткость конструкции.

НЕТ

При больших нагрузках могут использоваться составные лонжероны, состоящие из нескольких соединённых между собой профилей.

Для окантовки больших вырезов в фюзеляже часто используются лонжероны коробчатого сечения – БИМС ы, которые состоят из прессованных профилей, связанных между собой стенками и обшивкой

http://surfingbird.ru/surf/elBE81b88#.VcCPGC3cr08

 

Важным элементом продольного набора двухпалубного фюзеляжа является пол. Пол обычно выполняется по балочной схеме.

НЕТ

 

Шпангоуты фюзеляжа это основные поперечные элементы силового набора. Они делятся на нормальные и усиленные. Нормальные обеспечивают сохранение формы поперечного сечения фюзеляжа. Усиленные шпангоуты устанавливаются в местах передачи на фюзеляж больших сосредоточенных нагрузок. На них располагаются стыковые узлы агрегатов, узлы крепления грузов, двигателей, крупного оборудования и перегородки гермоотсеков. Силовые шпангоуты могут устанавливаться по границам больших вырезов в фюзеляже. Нормальные шпангоуты обычно имеют рамную конструкцию и изготавливаются штамповкой или фрезеровкой.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Лонжерон

Обшивка изготавливается из металлических листов, которые формуются по профилю поверхности фюзеляжа и затем крепятся к каркасу. Обшивка относится в продольному силовому набору. Стыки листов располагаются на продольных и поперечных элементах каркаса. Возможно, особенно для обшивочных фюзеляжей, применение монолитных оребрённых панелей и слоистой обшивки с лёгким, сотовым, заполнителем.

 

НЕТ

Монолитная оребренная панель

 

В последнее время получает распространение обшивка из композиционных материалов.

http://uvakin.ru/inye-konstrukcii/aviastroenie/

 

При покрытии больших поверхностей листы обшивки должны стыковаться друг с другом.

Обычно для усиления этого места соединение проходит на местном шпангоуте или ином силовом элементе. На рисунке показаны используемые варианты соединения листов обшивки.

НЕТ

Возможно три способа соединения обшивки с каркасом:

- обшивка крепится только к стрингерам и образует только продольные заклепочные швы, что улучшает аэродинамику фюзеляжа,

- обшивка крепится и к стрингерам, и к шпангоутам,

- обшивка крепится только к шпангоутам.

Последний вид крепления используется для сотового типа обшивок.

http://jornalggn.com.br/blog/luisnassif/pesquisa-visa-reduzir-peso-de-aeronaves-nacionais

Соединение шпангоутов с обшивкой

 

Стыки отсеков фюзеляжа балочно-лонжеронной схемы выполняются с помощью стыковых узлов, расположенных только на лонжеронах — точечный стык. Конструктивно для этого используются узлы типа «ухо-вилка» или узлы фитинговой схемы.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f14_5.htm

 

Балочно-стрингерные фюзеляжи стыкуются по принципу контурного стыка с расположением стыковых фитингов по всему периметру стыкового шпангоута с обязательной силовой связью обшивки и всех стрингеров стыкуемых частей фюзеляжа.

Балочно-обшивочные фюзеляжи обычно соединяются фланцевым стыком, обеспечивающим силовую связь обшивок стыкуемых частей по всему контуру. Это по сути контурный стык с единым стыковым элементом — уголка, полосы и т. п.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f14_5.htm

 

Крепление крыла к фюзеляжу должно обеспечивать уравновешивание изгибающих моментов консолей крыла. Наиболее рациональным считается уравновешивание изгибающих моментов левой и правой консоли крыла на центроплане, пропущенном через фюзеляж. Для лонжеронных крыльев с этой целью достаточно пропустить через фюзеляж только лонжероны, на которых и произойдёт уравновешивание изгиба. Для кессонных и моноблочных крыльев через фюзеляж обязательно должны пропускаться целиком все силовые панели крыла.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/krilo/su15/d8_4.htm

 

Крепление стабилизатора и киля к фюзеляжу также требует обязательной передачи его изгибающего момента на фюзеляж. С этой целью каждый лонжерон стабилизатора или киля соединяются с силовым шпангоутом стеночной или рамной конструкции.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f15_2.htm

 

Если позволяют условия компоновки, то можно использовать "мачтовую" заделку стреловидного лонжерона киля, который имеет излом в точке пересечения с силовым шпангоутом. Силовой шпангоут можно поставить наклонно к оси фюзеляжа так, чтобы его плоскость являлась продолжением плоскости стенки лонжерона киля.

Обшивки киля и фюзеляжа обычно соединяются стыковочным уголком по контуру киля.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f15_2.htm

 

Узлы крепления агрегатов к фюзеляжу устанавливаются на усиленных шпангоутах. Для передачи сосредоточенных нагрузок продольного направления стыковые узлы агрегатов должны быть связаны с усиленными продольными элементами фюзеляжа.

Для уменьшения массы конструкции фюзеляжа желательно уменьшать число усиленных шпангоутов, размещая на одном шпангоуте узлы крепления нескольких агрегатов. Крепление двигателей к фюзеляжу осуществляется как внутри к усиленным элементам каркаса, так и снаружи на специальных пилонах. Крепление пилонов к фюзеляжу подобно креплению стабилизатора или крыла.

http://superjet.wikidot.com/wiki:engine-access

Крепление шасси выполняется к усиленным шпангоутам и продольным балкам в нижней части фюзеляжа

http://kvs-vm.narod.ru/uchob/DA-42/DA42NG.htm

 

Вырезы под двери, окна, фонари, люки, ниши шасси, боевой нагрузки нарушают замкнутость контура оболочки фюзеляжа и резко снижают её крутильную и изгибную жесткость и прочность. Компенсировать эти потери можно путём создания по контуру выреза достаточно жесткой рамной окантовки.

Но такое решение вызывает значительные технологические трудности при изготовлении наклонного шпангоута и сборке фюзеляжа.

При небольших размерах выреза такая окантовка создается в виде монолитной конструкции, получаемой штамповкой из листа или другими способами изготовления.

НЕТ

 

Большие вырезы окантовываются по торцам силовыми шпангоутами, а в продольном направлении усиленными лонжеронами или бимсами, которые не должны заканчиваться на границах выреза, а продолжаться за силовые шпангоуты, обеспечивая жёсткую заделку этих продольных элементов.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f1_6.htm

 

В гермокабинах при полёте на больших высотах поддерживается избыточное давление до 40—60 КПа. Наиболее рациональной формой гермоотсека, обеспечивающей его минимальную массу, является сфера или немного уступающая ей по выгодности — цилиндр со сферическими днищами. Шпангоут в стыке цилиндра со сферическим сегментом за счёт перелома обшивки испытывает достаточно большие сжимающие нагрузки и должен быть усилен. Обшивка в таких отсеках при нагружении избыточным давлением полностью избавлена от изгибных деформаций и работает только на растяжение.

Однако, по компоновочным соображениям иногда приходится отступать от этих рациональных форм, что неизбежно приводит к увеличению массы конструкции.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гермошпангоут

 

Плоские панели для обеспечения необходимой изгибной жесткости при восприятии избыточного давления должны иметь достаточно мощное подкрепление в виде продольных и поперечных рёбер или изготавливаться в виде трёхслойных конструкций.

В конструкциях герметичных отсеков должна быть обеспечена надёжная герметизация по всем заклёпочным и болтовым швам. Герметизация швов обеспечивается прокладыванием между соединяемыми элементами специальных лент, пропитанных герметиком, промазыванием швов невысыхающей замазкой, покрытием швов жидким герметиком с последующей горячей сушкой. В местах стыка листов обшивки используются многорядные заклёпочные швы с малым шагом заклёпок.

http://cnit.ssau.ru/virt_lab/fuzel/f1_7.htm

 

С помощью специальных гермоузлов обеспечивается уплотнение выводов проводки управления, трубопроводов и электрожгутов. Особое внимание уделяется герметизации фонарей, люков, дверей, окон, что обеспечивается специальными уплотнительными устройствами в виде резиновых лент, жгутов, прокладок, надувных трубок.