28. Конструкция фюзеляжей

В современных балочных фюзеляжах каркас выполняется, как правило, из дуралюмшшвых профилей, обшивка—из листового дуралюмина. Расстояние между шпангоутами меняется в пределах от 350 до 800 мм в зависимости от размеров шпангоутов и толщины обшивки. Шаг стрингеров, в зависимости от типа балочного фюзеляжа, равен примерно 100—250 мм. В хвостовом отсеке фюзеляжа часть стрингеров обрезают, так как, иначе они будут расположены слишком часто. Места обрыва стрингеров располагают на разных шпангоутах во избежание резкого ослабления сечения. Толщина обшивки 0,8—8 мм. Лонжеронные конструкции фюзеляжей были разработаны применительно к самолетам с одним поршневым двигателем, расположенным впереди фюзеляжа. Применение их целесообразно для самолетов с ТРД, расположенным Б фюзеляже (например в хвостовой его части). В этом случае наличие лонжеронов в верхнем и нижнем сводах дает возможность рационально осуществить крепление силовой установки. Узлы крепления двигателя размещаются на силовом шпангоуте и усилия с них передаются на лонжероны передней части фюзеляжа. Стрингерные конструкции фюзеляжей (полумонокок) являются характерными для современных самолетов. Конструкция фюзеляжа герметизирована за исключением хвостовой части. Нормальные шпангоуты штампованы из листового материала и имеют I— образное сечение Усиленные шпангоуты предназначены для крепления крыла, оперения и передней ноги шасси Каждый шпангоут имеет поперечную горизонтальную балку, которая служит опорой для пола кабины. Центроплан крепится своими лонжеронами к усиленным шпангоутам.

Конструкция фюзеляжа разработана с учетом панельной сборки и широкого применения прессовой клепки. Панели образованы из обшивки, частого набора стрингеров и поперечных элементов и соединяются между собой при помощи технологических разъемов. В местах технологических разъемов панелей ставятся усиленные стрингеры, для чего используются прессованные профили таврового сечения. Конструкция фюзеляжа вызывает необходимость делать большие вырезы (например для бомболюков), а это требует постановки мощных продольных балок (бимсов). Обшивочные конструкции фюзеляжей (монокок), состоящие из толстой обшивки и шпангоутов, еще не получили широкого применения. В рассматриваемой конструкции обшивка воспринимает все виды нагрузок, действующие на фюзеляж. В целях повышения устойчивости обшивки при работе на сжатие и сдвиг приходится увеличивать толщину ее, что ведет к увеличению веса конструкции Применение обшивки с заполнителем резко повышает ее устойчивость (критические напряжения). В этом случае вес обшивочного фюзеляжа будет наименьшим.

Конструкция элементов фюзеляжей

Основными элементами конструкции балочных фюзеляжей являются: лонжероны, бимсы, стрингеры, шпангоуты, обшивка и узлы. Лонжероны и стрингеры делаются из прессованных (реже гнутых) стальных и дуралюмнновых профилей. Сечения лонжеронов и стрингеров могут быть одинаковой формы и отли чаются только размерами — площадь сечения лонжеронов значи тельно больше.Лонжероны и стрингеры часто применяют для местного усиления и ставят на участках, где имеются вырезы для кабин экипажа, для размещения крыла и шасси. Этой же цели служат бимсы, которые в районе вырезов воспринимают осевые силы при изгибе. Шпангоуты подразделяются на нормальные, служащие для придания формы фюзеляжу и подкрепления обшивки, и усиленные, воспринимающие, кроме того, местные нагрузки. Нормальные шпангоуты выполняются из прессованных или гнутых дуралюминовых профилей, согнутых по форме сечения фюзеляжа, и состоят из нескольких частей. Усиленные шпангоуты, как об этом говорилось выше, предназначены для передачи сосредоточенных сил и моментов, действующих в плоскости шпангоутов, на обшивку. Такие шпангоуты устанавливаются в местах разъемов фюзеляжа, в местах крепления к фюзеляжу крыльев, оперения и других агрегатов. Шпангоуты обычно охватывают весь периметр сечения фюзеляжа. В местах вырезов шпангоуты охватывают только часть периметра. В балочных фюзеляжах местные нагрузки от различных грузов и агрегатов передаются через соответствующие узлы на каркас. С каркаса эти нагрузки должны быть распределены на обшивку фюзеляжа. При этом стрингеры, лонжероны должны передавать на обшивку силы, действующие вдоль фюзеляжа (в этом случае исключается поперечный изгиб их), а шпангоуты—силы, действующие поперек фюзеляжа. Рассмотрим нагружение усиленного шпангоута, передающего на обшивку силу. Реакции обшивки изображены в виде погонных касательных сил. Однако при такой передаче усилий шпангоут будет изгибаться, что в весовом отношении невыгодно, так как возникают значительные изгибающие моменты; кроме того, при изгибе материал средней части сечения мало нагружен и нерационально используется. Обшивка балочных фюзеляжей представляет собой дуралюминовые листы, отштампованные по форме поверхности фюзеляжа, и является силовым элементом конструкции. Поэтому в местах вырезов (люки, окна, двери, фонари кабины экипажа) делают местные подкрепления. В лонжеронных и стрингерных фюзеляжах небольшие вырезы мало ослабляют сечение и для усиления их достаточно круговой окантовки отверстия. При значительных вырезах, какие требуются, например, для фонаря для грузового люка или входной двери, сечения значительно ослабляются и для усиления выреза приходится ставить усиленные стрингеры, короткие лонжероны, бимсы и усиленные шпангоуты. Крепление обшивки к продольному и поперечному наборам зависит от расположения стрингеров (лонжеронов) относительно шпангоутов и бывает следующих видов:

1. Стрингеры проходят снаружи шпангоутов и обшивка крепится только к стрингерам. Такое соединение часто осуществляется в месте расположения нормальных шпангоутов. При этом уменьшается количество заклепок, а обшивка достаточно хорошо подкрепляется стрингерами. Эта конструкция может также оказаться рациональной при наличии нагрева вследствие больших скоростей полета.

2. Стрингеры проходят внутри шпангоутов и обшивка крепится только к шпангоутам. Это крепление встречается редко, так как оно ухудшает подкрепление обшивки.

3. Стрингеры врезаны в шпангоуты заподлицо и обшивка крепится и к шпангоутам, и к стрингерам . Это крепление является наиболее распространенным. Если обшивка крепится к каркасу, то необходимо в местах пересечения стрингеров и шпангоутов из технологических соображений иметь связь между ними. В случае конструкции, состоящей из панелей, такой связи не нужно. Это обстоятельство также упрощает технологию изготовления панельной конструкции. Аналогично креплению нервюр к обшивке крыла в креплении шпангоутов к обшивке часто применяют компенсаторы. Такое крепление дает существенные технологические преимущества —снижает требования к точности изготовления шпангоутов.