Ρабота 4. Фюзеляж

Общие сведения

Фюзеляж самолета служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования. Представляет собой корпус самолета, к которому крепят крыло, оперение и другие агрегаты.

Форма и конструкция фюзеляжа должны удовлетворять требованиям аэродинамики, прочности, технологии, эксплуатации и экономики.

Поперечное сечение фюзеляжа может быть прямоугольным, круглым, овальным и комбинированным. С точки зрения аэродинамики для дозвуковых самолетов более выгодной является круглая форма поперечного сечения.

Основными параметрами фюзеляжа являются: длина L_ф , диаметр наибольшего (миделевого) сечения D_ф (или его высота Η_ф, и ширина В_ф), а также удлинение λ_φ = L_ф / D_ф. От удлинения фюзеляжа зависит его лобовое сопротивление. У современных самолетов удлинение λ_ф= 10…15 (большие значения у сверхзвуковых самолетов).

Размеры миделевого сечения должны быть минимальными при условии размещения пассажиров, грузов и оборудования. Очертания носовой части фюзеляжа выбираются с учетом получения наименьшего сопротивления и требуемого обзора для экипажа. Хвостовая часть фюзеляжа делается отклоненной кверху с целью обеспечения необходимого посадочного угла.

На фюзеляж самолета в полете действуют: сосредоточенные силы от прикрепленных к нему агрегатов (крыла, оперения, двигателей, шасси);

силы тяжести расположенных в фюзеляже грузов и собственной конструкции; аэродинамические силы, распределенные по поверхности фюзеляжа; силы избыточного давления в гермоотсеках.

Первые две группы сил являются основными при расчете фюзеляжа на прочность.

От внешних сил фюзеляж работает как балка на изгиб в двух плоскостях и на кручение. Крутящим моментом фюзеляж нагружается, в основном, при отклонении рулей направления.

По конструктивно-силовым схемам фюзеляжи разделяют на ферменные, балочные и ферменно-балочные. Фюзеляжи ферменной конструкции применяют лишь на некоторых легких нескоростных самолетах. Более распространенной является балочная конструкция, обеспечивающая хорошие аэродинамические формы и высокое качество поверхности при малой массе, достаточной прочности, жесткости и высокой живучести. При этом также рационально используется внутренний объем фюзеляжа.

Балочный фюзеляж состоит из жесткой обшивки, продольного набора (лонжеронов и стрингеров) и поперечного набора (шпангоутов).

В зависимости от степени участия в силовой работе отдельных элементов балочные фюзеляжи разделяют на лонжеронные и стрингерные (полумонокок) и бесстрингерные (монокок).

Как правило, конструкция по длине фюзеляжа выполняется комбинированной. Например, бесстрингерный фюзеляж в носовой части, где отсутствуют большие вырезы, лонжеронный фюзеляж - в частях, где имеются большие вырезы (фонарь, люки) и расположены стыковые узлы крыла, и стрингерный - в хвостовой части.

Короткие лонжероны, предназначенные для местного усиления больших вырезов, называют бимсами.

Лонжероны и стрингеры нагружаются осевыми силами при работе фюзеляжа на изгиб, разгружая при этом обшивку. Обшивка балочного фюзеляжа воспринимает часть изгибающего момента, поперечные силы и крутящий момент. Она может выполняться из листов, монолитных панелей с продольным набором, а также панелей с сотовыми и другими заполнителями. Нормальные шпангоуты обеспечивают форму поперечного сечения и подкрепляют продольный набор и обшивку. Усеченные шпангоуты, кроме этого, воспринимают сосредоточенные нагрузки, так как на них располагают узлы крепления агрегатов, оборудования и грузов. Гермошпангоуты делают полусферическими, чтобы в них не возникали изгибные напряжения от давления в кабине фюзеляжа.

Отсеки фюзеляжа, в которых размещаются экипаж и пассажиры, на современных самолетах, летающих на высотах более 4 км, делают герметичными и называют гермокабинами. Герметизацию больших пассажирских салонов осуществляют прокладкой пропитанных герметиком уплотнительных лент между силовым набором и обшивкой с после- дующей клепкой заклепками, покрытыми герметиком. Крышки люков, двери, фонари герметизируют проложенным по контуру резиновым уплотнительным шлангом, в который после закрытия люка или двери подают избыточное давление, Герметизация остекления производится

с помощью мягкой морозоустойчивой резины. Герметизацию тяг управ­ления при выводе их через гермошпангоут осуществляют с помощью гофрированных шлангов или уплотнений типа сальников.

Силовые элементы фюзеляжа изготовляют из тех же материалов, что и силовые элементы крыла.

Для уменьшения уровня шума в кабинах применяется звукоизоляция, являющаяся и теплоизоляцией, в качестве которой используются пенообразный материал из стекловолокна (пеностекло) и другие пористые и рыхловолокнистые материалы.

Назначение корпуса-фюзеляжа у вертолета то же, что и у самолета. При этом следует иметь ввиду, что фюзеляж вертолета сильно нагружается, так как на нем замыкаются большие реактивные крутящие моменты от несущих винтов. Необходимо учитывать, что схема вертолета сильно влияет на внешние формы и силовую схему фюзеляжа. Кабины летчиков и пассажиров вертолета отличаются от самолетных большим остеклением. При изучении конструкции фюзеляжа вертолета следует также обратить внимание на изоляцию кабин от шума и газов двигателя и на вибрацию кабин.

Содержание работы

1. Дать краткое техническое описание фюзеляжа заданного самолета или вертолета (по указанию преподавателя).

2. На виде летательного аппарата сбоку показать конструктивно- силовую схему фюзеляжа. Определить его удлинение.

3. Вычертить эскиз типового соединения обшивка - стрингер - шпангоут. Для стрингера определить максимально допустимую осевую силу при его работе на растяжение и на сжатие.

4. Показать характер распределения поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов по длине фюзеляжа в полетном случае,

5. Начертить эскиз силового шпангоута по стыку крыла и фюзеляжа. Показать направление сил, действующих на стыковые узлы.

Указания к выполнению работы

1. Техническое описание фюзеляжа должно содержать: а) тип конструкции, основные элементы, их назначение; б) компоновочные и эксплуатационные особенности, расположение люков и вырезов; в) тип основных стыковых узлов и соединений; г) наличие гермокабин и способы их герметизации.

2. На конструктивно-силовой схеме должны быть показаны все основные силовые элементы, выделены усиленные шпангоуты и места усиления крупных вырезов, показано расположение основных стыковых узлов, закрепление крыла, оперения и других агрегатов.

3. Эскизы вычерчиваются с соблюдением масштаба с необходимыми пояснениями. При определении допустимых осевых сил профиль стрингера определяется из справочной литературы по заданным геометрическим размерам сечения.

4. При построении эпюр сил и моментов численные их значения не определяются, основное внимание уделяется на объяснение характера эпюр.

5. Силовой шпангоут показывается либо в двух проекциях, либо в изометрии. Силы, действующие на стыковые узлы, показываются стрелками с соответствующими пояснениями.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение фюзеляжа. Его отличие от гондолы. Внешние формы.

2. Нагружение и виды деформаций фюзеляжа.

3. Типы конструктивно-силовых схем фюзеляжа и их применение.

4. Основные элементы фюзеляжей и их назначение.

5. Назначение и расположение усиленных шпангоутов.

6. Виды разъемов и способы стыковки отсеков фюзеляжа.

7. Крепление агрегатов самолета к элементам фюзеляжа.

8. Каким основным видам нагружения подвергается обшивка балочного фюзеляжа ?

9. Причины возникновения крутящих моментов в сечениях фюзеляжа.

10. Каким образом возникают осевые усилия в стрингерах и лонжеронах фюзеляжа?

11. Конструктивное оформление вырезов в фюзеляже.

12. Назначение и виды герметизации внутренних отсеков.

13. Конструкция гермошпангоутов.

14. От чего зависит величина избыточного давления в гермокабинах?

15. Какие требования предъявляются к фюзеляжу вертолета?

16. Материалы, применяемые в конструкции фюзеляжей.

Работа 5. ШАССИ

Общие сведения

Шасси представляет собой систему опор, предназначенных для обеспечения стоянки, маневрирования по аэродрому, взлета и посадки летательного аппарата.

На большинстве современных самолетов применяется трехопорное шасси с носовой опорой. На некоторых легких одномоторных самолетах используют трехопорное шасси с хвостовой опорой. Имеются самолеты с велосипедной схемой шасси, а также с многоопорной схемой шасси. Выбор схемы шасси определяется условиями эксплуатации самолета.

Наибольшее распространение в авиации получили колесные шасси. Возможны также лыжные, гусеничные, поплавковые шасси и шасси на воздушной подушке.

Основными геометрическими параметрами шасси являются: база b, колея В, высота Η и вынос e основных опор, угол выноса основных опор γ и угол опрокидывания Θ. Заметим, что угол опрокидывания должен превышать максимальный посадочный угол, а угол выноса основных опор должен быть больше угла опрокидывания.

Основные нагрузки действуют на шасси во время посадки самолета и послепосадочного пробега. Величина этих нагрузок определяется массой самолета и условиями посадки. При этом силовые элементы шасси испытывают различные виды нагружения (осевыми и поперечными силами, изгибающими и крутящими моментами).

Конструктивно-силовые схемы шасси определяются расположением, и работой основных элементов: колес, стоек и амортизаторов.

По способу крепления стойки к самолету шасси может быть балочное и ферменное (применяется очень редко). Балочное шасси на легких самолетах делается по балочно-консольной схеме, на большинстве средних и тяжелых самолетов - по балочно-подкосной схеме. При этом стойка работает на все виды нагрузок, а подкосы - только на растяжение и сжатие.

Амортизатор может быть размещен в стойке (что и делается на большинстве самолетов). В этом случае опора называется телескопической. Иногда амортизатор расположен вне стойки. В этом случае имеем опору с вынесенным амортизатором.

В зависимости от способа крепления колес к стойке различают:

а) шасси с непосредственным креплением колес к стойке (консольное крепление, с помощью вилки или полувилки);

б) шасси с многоколесными (4…8) тележками;

в) шасси с рычажной или полурычажной навеской колес.

По количеству колес шасси разделяют на одно-, двух- и много- колесные.

Основными конструктивными элементами балочно-подкосного шасси являются: амортизационная стойка, подкосы, траверса, подъемник, двухзвенник. В шасси тележками обязательными элементами, обеспе­чивающими нормальную эксплуатацию, являются стабилизирующий амор­тизатор (демпфер) и компенсационный механизм. С помощью стабилизи­рующего амортизатора тележка фиксируется относительно стойки в по- лете, а компенсационный механизм служит для выравнивания нагрузок, действующих на передние и задние колеса тележки.

У абсолютного большинства самолетов, скорость полета которых выше 250 км/ч, шасси выполняется убирающимся. В этом случае усложнение конструкции и увеличение веса шасси перекрывается улучшением летных характеристик самолета.

Уборка основных опор шасси осуществляется либо в крыло, либо в фюзеляж. Схемы уборки шасси довольно разнообразны. Уборка шасси может производиться в направлении размаха крыла или в направлении хорды крыла, без поворота колес или с поворотом колес (тележки), как по потоку, так и против воздушного потока.

Носовая или хвостовая опора шасси убирается в фюзеляж, схемы их уборки проще.

При выборе схемы уборки-выпуска шасси прежде всего руководствуются ее надежностью, а также минимальным изменением центровки самолета. С этой целью уборка основных и носовой опор осуществляется в противоположном (относительно продольной оси) направлении.

Исполнительными механизмами систем уборки-выпуска шасси являются силовые цилиндры (подъемники), которые могут быть гидравлическими (чаще всего), пневматическими, электромеханическими. Обязательно предусматривается система аварийного выпуска и уборки шасси, а также надежная фиксация стоек в выпущенном и убранном положении с помощью специальных замков.

При движении самолета по аэродрому с большой скоростью возможно возникновение самовозбуждающихся колебаний колес (шимми), которые могут привести к аварии самолета. Самым эффективным средством борьбы с шимми является установка гидравлических демпферов на передней стойке. Так как у большинства самолетов передняя опора выполняется управляемой, то демпфер используется и как силовой цилиндр управления.

Шасси вертолетов выполняется трех- или четырехопорным. На легких вертолетах применяется шасси поплавкового или полозкового типа.

Главные опоры колесного шасси часто выполняются ферменной (пирамидальной) конструкции. Передние опоры, как правило, балочной конструкции с рычажной навеской колеса, самоориентирующиеся.

Тормоза на главных колесах по сравнению с самолетными менее мощные, так как вертолет тормозит, в основном, несущим винтом.

У большинства вертолетов одновинтовой схемы на конце хвостовой белки устанавливается концевая опора (костыль), предохраняющая лопасти рулевого винта от удара о землю.

Шасси вертолетов делают, как правило, неубирающимся, а для уменьшения сопротивления применяют обтекатели. На вертолетах, летающих со скоростями более 300 км/ч, применяются убирающиеся шасси, аналогичные по конструкции самолетным.

Содержание работы

1. Составить краткое техническое описание шасси заданных ле­тательных аппаратов. Определить основные геометрические параметры шасси.

2. Изобразить кинематическую схему изучаемых опор шасси. Показать силы, действующие на шасси при посадке ЛА, и характер распределения внутренних усилий Q и М_изг по высоте стойки.

3. Начертить эскиз основной опоры шасси, указать основные кон­структивные элементы.

4. Дать эскизы основных узлов крепления стойки и навески колес. Определить максимальный изгибающий момент, который способна выдер­жать ось колеса.

5. Схематично показать кинематику уборки основных и носовой опоры шасси.

Указания к выполнению работы

1. Техническое описание шасси должно включать:

а) общую характеристику шасси данного летательного аппарата;

б) описание конструктивно-силовой схемы шасси согласно принятой классификации;

в) описание устройств, обеспечивающих фиксацию шасси в нужном положении.

При описании необходимо давать обоснования принятым конструктивным решениям. При определении геометрических параметров шасси пользоваться схемами ЛА в справочной литературе.

2. Кинематическая схема шасси показывается упрощенно в плоскости действия основных нагрузок. Величины нагрузок и усилий не определяются.

3. Эскиз основной опоры шасси выполняется в двух проекциях (вид сбоку и вид спереди) с соблюдением масштаба. Даются краткие пояснения назначения и работы основных элементов шасси.

4. Изображаются следующие узлы шасси: верхний узел крепления стойки к конструкции самолета; узел крепления подкоса к стойке; узел крепления оси колеса (тележки) к стойке.

5. Наряду с изображением схемы уборки-выпуска шасси дать ее анализ, описать средства, обеспечивающие ее надежную работу.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение и схемы шасси.

2. Основные геометрические параметры шасси, как они влияют на устойчивость самолета при движении по земле?

3. Почему угол выноса шасси делается больше угла опрокидывания?

4. Нагрузки, действующие на шасси; виды возникающих в элементах усилий при различных условиях эксплуатации.

5. Виды опорных элементов шасси и их применение.

6. Конструктивно-силовые схемы шасси и особенности их нагружения.

7. Виды крепления колес к стойке и размещения амортизатора.

8. Основные конструктивные элементы шасси и их назначение.

9. Особенности конструкции шасси с тележкой.

10. Возможные схемы уборки и выпуска шасси.

11. Средства уборки-выпуска и фиксации шасси в заданном сложении.

12. Колебания "шимми", какими средствами они устраняются

13. Особенности конструкции шасси вертолетов.

14. Особенности шасси на воздушной подушке.