107. Фюзеляж самолёта. Силовые элементы, их узловые соединения и работа под нагрузкой

Фюзеляж, являясь строительной основой конструкции самолета, объединяет в силовом отношении в единое целое все его части самолета. Он предназначен для размещения экипажа, оборудования и целевой нагрузки (пассажиров, грузов и т.п.). Относительная (по отношению к массе самолета в целом) масса фюзеляжа = 0,08…0,15. Большинство современных самолетов выполняется по однофюзеляжной схеме. К фюзеляжу предъявляются следующие основные требования: - достаточная прочность и жесткость конструкции фюзеляжа при минимальной ее массе; - высокая технологичность конструкции; - минимальное лобовое сопротивление; - рациональное использование внутренних объемов; - удобное размещение экипажа, пассажиров, оборудования, грузов; - обеспечение требуемого обзора из кабины пилотов и экипажа; - простота загрузки и разгрузки; - надежная герметизация и тепло- звукоизоляция, требуемая вентиляция, отопление и освещение кабин. Поперечное сечение фюзеляжа может быть прямоугольным, круглым, овальным и комбинированным. «Правило площадей» (поджатие): чтобы обеспечить минимальное сопротивление, площадь поперечных сечений всех элементов самолета (по длине самолета) должна соответствовать площади эквивалентного тела вращения наименьшего сопротивления (сигарообразное тело большого удлинения).

Фюзеляж характеризуется следующими основ­ными параметрами:

- длиной Lф; - диаметром миделевого (наибольшего по пло­щади) сечения Dф или высотой Н и шириной В миделевого сечения; - удлинением λф = Lф / Dф' .

По конструктивно-силовой схеме фюзеляжи можно разделить на ферменные, балоч­ные и смешанные (ферменно-балочные). Ферменный: Каждая плоская ферма состоит из поясов, об­щих для двух смежных форм, стоек и раскосов. Раскос может быть заменен крестом расчалок. На фермы ставятся профилирующие шпан­гоуты, к которым крепятся стрингеры. Каркас фюзеляжа закрывается обшивкой. Балочный: Лонжеронами называются мощные элементы продольного набора, воспринимающие практически весь изгибающий момент фюзеляжа. Стрингеры служат для подкрепления обшивки и воспринимают совместно с ней изги­бающий момент. Шпангоуты обеспечивают сохранение заданной формы поперечных сечений фюзеля­жа, подкрепляя обшивку и стрингерный набор, и воспринимают местную аэродинамичес­кую нагрузку и нагрузки от прикрепленных к ним агрегатов. Обшивка фюзеляжа образует его поверхность, передает аэродинамическую нагрузку на каркас и участвует в работе фюзеляжа на изгиб и кручение. Существуют два способа соединения обшивки с элементами каркаса: 1) обшивка крепится только к стрингерам (рис. 9.22, а); 2) обшивка крепится к шпангоутам и к стрингерам (рис. 9.22, б).

При первом способе соединения (9.22) на обшивке имеются лишь продольные заклепочные швы, что позволяет получить более высокое качество поверхности фюзеляжа и, следова­тельно, является выгодным с точки зрения аэродинамики. Наиболее часто применяется второй способ соединения. В шпангоуте под стрингеры делаются вырезы. Стрингер со шпангоутом в этом случае может непосредственно не соеди­няться. Конструкция узлов крепления крыла, шасси и т.д. должна быть тесно увязана как с силовой схемой фюзеляжа, так и с силовой схемой стыкуемого агрегата. Все узлы должны монтироваться на усиленных элементах каркаса фюзеляжа (лонжероны, усиленные стрингеры и усиленные шпангоуты), желательно в местах соединения элементов продольного и поперечного наборов. Соединение силовых элементов фюзеляжа между собой, осуществля­емое при помощи клепки, сварки, склейки, а также и болтами, показано на рис. 6.12. Через нормальные шпангоуты 1 стрингеры 2 пропускают нераз­резанными, соединяя их со шпангоутами с помощью отогнутой лапки, уголка или косынки 3 (рис. 6.10, а...е, с). На усиленных шпангоутах стрингеры разрезают и перестыковывают их через вертикальную стенку пояса шпангоута с помощью уголков или фитингов 4 болтами (рис. 6.12, м, н, п, р, т). Наиболее целе­сообразное соединение обшивки фюзеляжа с подкрепляющим ее набором — непосредственное ее соединение как со стрингерами, так и со шпангоутами (см. рис. 6.12, а...е, м, н, п, р, т). При этом повышаются критические напряжения обшивки. Отверстия под заклепки в соединениях шпангоутов с обшивкой играют роль ограничителей распространения трещин. Но может быть и так, что обшивка крепится либо к стрингерам, либо к шпангоутам, а те соединяются между собой непосредственно (рис. 6.12, ж, з, и, к) или через компенсаторы б (рис. 6.12, л), роль которых заключается в том, чтобы компенсировать изменение длин соединяемых элементов при нагреве. На рис. 6.12, г показан стык шпангоу­тов по поясам (уголкам 1) с помощью накладки 7 и перестыковка стринге­ров 2 с помощью фитингов 4. Здесь 5— стенка шпангоута. Стыковые соединения в балочных фюзеляжах бывают разъемными, или эксплуатационными (см. рис. 6.8), и неразъемными, или технологичес­кими (см. рис. 6.7, а). Первые применяются, например, для обеспечения монтажа и демонтажа двигателей, если они размещаются в фюзеляже, и ра­диолокационной станции, вторые — для повышения технологичности производ­ства. В балочно-лонжеронных конструкциях фюзеляжа разъемные соединения осуществляются при помощи шарнирных узлов, установленных на лонжеронах. Узлы могут быть типа «ухо-вилка» и «вилка-гребенка» или фитинговые, подоб­ные рассмотренным выше для стыковых узлов крыла. В балочно-стрин-герных и в балочно-обшивочных конструкциях фюзеляжа разъемные соеди­нения выполняются по контуру (см. рис. 6.8) при помощи фитингов и болтов по аналогии со стыками в моноблочном крыле. Для уменьшения массы фюзеляжа желательно производить крепление нескольких агре­гатов на одном усиленном шпангоуте. Например, на шпангоуте, к которому крепится горизон­тальное оперение, целесообразно устанавливать узлы крепления вертикального оперения и узлы навески тормозных щитков. К усиленному шпангоуту, на котором установлены узлы крепления крыла, желательно крепить сиденье пилота, узлы системы управления и т.п. Эпюры перерезывающих сил Q и изгибающих моментов M для фюзеляжа, закрепленного на двухлонжеронном крыле, от сил, действующих в вертикальной плоскости представлены на рис.

108. Оперение самолёта; назначение, конструктивные схемы, принципы управления самолётом.

Оперение – это несущие поверхности, являющиеся органами устойчивости и управляемости самолета. Оно состоит из горизонтального и вертикального оперения. Горизонтальное оперение служит для обеспечения продольной, а вертикальное - путе­вой устойчивости и управляемости самолета. Назначение оперения – обеспечение устойчивости, управляемости и балансировки относительно всех осей. Назначение ВО – обеспечение путевой устойчивости, управляемости (угол рыскания) и балансировки. Устойчивость создается килем, а управляемость и балансировка – рулями направления(РН). Назначение ГО – обеспечение продольной уст-ти, упр-ти (угол тангажа) и бал-ки. Устойчивость создается стабилизатором, а упр-ть и бал-ка – рулями высоты(РВ).

Конструктивно схоже с крылом. Может быть прямым или стреловидным в плане. К оперению самолета предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение продольной и путевой устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета;

- наименьшее лобовое сопротивление;

- малые шарнирные моменты рулей;

- возможно меньшее затенение оперения крылом, фюзеляжем, гондолами двигате­лей, а также одной части оперения другой;

- более позднее, чем на крыле, возникновение волнового кризиса, что обеспечивает меньшее нарушение характеристик устойчивости и управляемости при полете на околозвуковых скоростях;

- исключение возможности возникновения вибраций;

- простота монтажа и демонтажа оперения на самолете;

- простота установки рулей с обеспечением взаимозаменяемости;

Различают четыре схемы оперения:

1) с центральным вертикальным опере­нием;

2) с разнесенным вертикальным оперени­ем, закрепленным на концах горизонтального оперения;

3) с разнесенным вертикальным оперени­ем, закрепленным на фюзеляже;

4) V-образное оперение.

5) T- образное оперение

Вместо стабилизатора с РВ может быть использовано ЦПГО (цельноуправляемое ГО), которое позволяет уменьшить лобовое сопротивление и повысить эффективность продольного управления.

Работа V-образного оперения (стороны рассматриваются относительно пилота):

- При отклонении рулей в одну сторону (влево) с помощью ручки ручного управления идет разворот влево. Аналогично действию руля направления

- При отклонении рулей в разные стороны (наружу) с помощью педалей начинается пикирование, если наоборот то кабрирование (увеличение угла атаки). Аналогично действию руля высоты.

116. Технологические процессы обработки тел вращения

Детали типа тела вращения подразделяются: на валы, втулки, зубчатые колеса, фланцы и т.п. Все эти детали имеют много общего в технологическом процессе.

Полые детали типа втулок, колец и т.п. небольших размеров с отношением длины отверстия к. его диаметру меньше 5 обрабатываются из прутка на токарно-револьверных станках и автоматах. Обработка таких деталей на токарно-револьверных автоматах при разработке единичных технологических процессов целесообразна только при операционных партиях не менее 3-5 тыс. штук. При разработке групповых технологических процессов и подборе группы деталей с общим для всех деталей этой группы кулачком групповая наладка автомата целесообразна и в мелкосерийном производстве.

Детали типа валиков с отношением длины валика к его наибольшему диаметру больше 5 целесообразно, в большинстве случаев, обрабатывать из штучных, предварительно нарезаемых из сортового материала и центруемых заготовок на токарных станках, в центрах или непосредственно из прутка на автоматах продольного точения.

На револьверных станках при одностороннем расположении уступов наружной поверхности и отверстия нужно стремиться к обработке максимального количества поверхностей с одного установа. Поверхности, которые нельзя обработать в первой операции, выносят на следующую операцию. Если остается только подрезание второго торца (отрезание обеспечивает лишь третий класс шероховатости, что обычно не удовлетворяет требованиям чертежа) и незначительные доработки (обточка фаски и т.п.), то вторую операцию лучше проводить на простом токарном станке. Если уступы носят двусторонний характер или по каким-либо другим причинам на вторую операцию остается более трех-четырех переходов, то и для ее выполнения также следует назначать токарно-револьверный станок.

Последующее операции определяются конфигурацией детали и заданными параметрами точности и шероховатости (фрезерование пазов, лысок и т.п., сверление отверстий, шлифование и т.д.). При необходимости достижения высокой твердости поверхности, после термообработки следует назначать шлифование этой поверхности, а иногда и другие виды обработки абразивным инструментом в соответствии с заданными точностью и шероховатостью.

На всех деталях при обработке, как правило, после каждой операции должны притупляться острые кромки и сниматься остающиеся от обработки заусенцы. На станках токарной группы при вращающейся детали притупление целесообразно проводить напильником. После сверления заусенцы снимаются дополнительным назначением перехода сверлом большего, чем у отверстия диаметра. После фрезерования и некоторых других операций требуется назначение слесарной операции или операции обработки в вибробарабанах (виброочистка). Эти операции часто назначаются между очередными операциями, поскольку наличие заусенцев может быть причиной погрешности установки заготовки на следующей операции, что приведет к браку при изготовлении деталей.

В общем виде примерный технологический процесс изготовления деталей типа тел вращения можно представить в следующем порядке выполнения операций: отрезная, токарная, фрезерная, сверлильная, шлифовальная, отделочная.