книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

Г л а в а V I I

ГЕРМЕТИЧЕСКИЕ ОТСЕКИ ФЮЗЕЛЯЖА

§7.1. ТРЕБОВАНИЯ И ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ

173.Высотные полеты военных пилотируемых и беспилот­ ных летательных аппаратов в ряде случаев выгодны по сравне­ нию с полетом на средних высотах. Во-первых, открываются бо­

лее широкие возможности повышения летных данных аппаратов и, во-вторых, полет становится более надежным как благодаря лучшим метеорологическим условиям на больших высотах, так и в силу уменьшения уязвимости от ПВО противника.

Полет на больших высотах стал возможным только после соз­ дания совершенного высотного двигателя и появления средств, гарантирующих нормальную работу экипажа всех агрегатов и оборудования, несмотря на пониженные давление и температуру, а также недостаток кислорода в окружающей среде. К таким средствам относятся прежде всего герметические кабины, а так­ же герметические отсеки для оборудования и топливные отсеки или баки, в которых применяется наддув с целью повышения вы­ сотности топливной системы.

Кабины летательных аппаратов предназначены для разме­ щения и создания нормальных условий для экипажа, личного состава десанта, грузов. Они подразделяются на кабины экипа­ жа (летчиков, штурманов, стрелков-радистов и др.), десантные

игрузовые.

174.Специальные требования к кабинам современных лета­ тельных аппаратов следующие:

— удобство размещения и работы экипажа;

—обеспечение нормальных условий для экипажа и личного состава десанта на больших высотах;

—минимальное затенение обзора и обстрела летчику и дру­ гим членам экипажа на определенных этапах полета;

—обеспечение удобного входа и возможности быстрого по­ кидания летательного аппарата, в частности, при аварии;

—применение размеров грузовых помещений и люков, необ­ ходимых для удобства размещения, погрузки и разгрузки грузов;

—наличие специальных приспособлений для погрузки и раз­ грузки, а также для крепления грузов в кабинах военно-транс­ портных летательных аппаратов.

171

175. В негерметической кабине без кислородного прибора по­ лет человека возможен лишь до высоты порядка 4,5 км, а с ки­ слородным прибором — до высоты 12 км. При полетах на высо­ тах более 12 км необходимое парциальное давление кислорода в легких человека поддерживается за счет обеспечения нужного со­ става и давления воздуха с помощью либо высотного компенси­ рующего костюма (ВКК), либо оборудования герметической ка­ бины. ВКК, как правило, совмещается с прот1ивоперегрузочным1и устройствами и совместно с герметической кабиной обеспечивает защиту от воздействия оружия массового поражения.

При боевых полетах на больших высотах экипаж, даже буду­ чи в герметической кабине, должен быть одет в ВКК, чтобы в случае повреждения кабины не оказаться в смертельно опасных условиях. По своей конструкции и характеру нагружения к гер­ метическим кабинам близки герметические отсеки для разме­ щения специального оборудования и топлива, а также отсеки воздухоподводящих и выходных каналов двигателей. Имеется два основных типа герметических кабин: регенерационные и вен­ тиляционные.

176. В кабине регенерационного типа отсутствует внешняя вентиляция. Кислород и воздух подаются из баллонов. Необхо­ димые давление и газовый состав в кабине обеспечиваются ав­ томатически. Очистка воздуха от продуктов дыхания происходит в регенеративной установке.

На самолетах регенерационные кабины не получили широко­ го распространения ввиду большого веса и увеличенной пожар­ ной опасности. Однако на высотах полета более 20—25 км они могут оказаться выгодными, а на высотах более 25—30 км — единственно возможными [1].

177. В вентиляционной кабине создается непрерывный, поток воздуха, поступающего из атмосферы через компрессор. Обычно на одного члена экипажа подача воздуха составляет 50—70 м3.

Поддержание необходимой температуры воздуха в кабине обеспечивается автоматически. По пути от компрессора воздух проходит через фильтрующее устройство для очистки его от вла­ ги, пыли и т. д. Подача воздуха в кабину и его давление регули­ руются.

Типичная диаграмма зависимости давления в вентиляционной кабине от высоты полета представлена на фиг. 7.1.

На первом участке (до 2—4 км) кабина сообщена с атмосфе­ рой. На втором участке кабина герметизируется и вступает в работу регулятор, обеспечивающий «высоту в кабине» 2—4 км, до высоты полета самолета 8—12 км. На третьем участке давле­ ние поддерживается клапаном постоянного избыточного давле­ ния. На современных самолетах избыточное давление в кабине составляет

Рю6= 0,3-ь- 0,6 дан/см2 (кг/см2).

172

Чем на большую продолжительность полета рассчитан самолет, тем ближе к нормальным («земным») условиям необходимо обе­ спечивать давление в кабине. При выходе из строя регулятора давления вступает в работу предохранительный клапан, отре­

гулированный на максимальное внутреннее избыточное давле­ ние Рть max , несколько большее /7из6. В этом случае перепад на всех высотах будет постоянным и равным рк^та%- При этом, как видно из фиг. 7.1, на малой высоте нагрузка на фонарь мо­ жет оказаться максимальной.

Предохранительный клапан допустимого разрежения в ка­ бине служит для предотвращения нагружения кабины избыточ­ ным давлением извне, которое может возникнуть, например, при быстром пикировании. Этот вид нагружения является опасным из условия устойчивости сжатых элементов кабины.

Перед боем обычно избыточное давление /?из6 несколько уменьшают, чтобы в случае разгерметизации кабины не получи­ лось резкого падения давления. Это производится специальным клапаном. Высотность кабин вентиляционного типа ограничена в основном возможностями компрессора обеспечить на большой высоте нужный наддув.

178. Возможно также применение кабины смешанного типа, имеющей как нагнетатель для использования атмосферного воздуха, так и подачу кислорода из баллонов. Такая кабина на­ зывается кислородно-вентиляционной. При непрерывной венти­ ляции кабины расход кислорода получается слишком большим; поэтому на не очень больших высотах ее выгодно 'использо­ вать как чисто вентиляционную.

173

§ 7.2. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ КАБИН И ОТСЕКОВ

179. Кабина, как правило, выполняется в виде герметизиро­ ванного отсека фюзеляжа, воспринимающего, кроме избыточ­ ного давления, общие нагрузки, действующие на фюзеляж. Этот вариант в отличие от подвешенного к фюзеляжу герметического

является либо сфера, либо круговой цилиндр со сферическими днищами. Однако из соображений компоновки самолета обычно приходится несколько отступать от этих наивыгоднейших форм. Кроме того, иногда расчетным для отсека является не внутрен­ нее, а внешнее избыточное давление (например, в воздухоподво­ дящих каналах двигателя при его работе на земле и др.). Для обеспечения устойчивости эти отсеки приходится делать из тол­ стой двухслойной обшивки с заполнителем или подкреплять про­ дольными и поперечными элементами. Подкрепление стенок (обшивки) может быть необходимым и с точки зрения работы их как части силовой схемы фюзеляжа.

180. Фонарь герметической кабины (фиг. 7.2) представляет собой металлический каркас со вставленными в него органиче­ скими или силикатными стеклами. Крепление стекла к каркасу осуществляется нежестко, обычно при помощи герметизирующих прокладок и болтов с зазорами, так чтобы стекло не растрески­ валось вследствие появления температурных напряжений из-за различия коэффициентов линейного расширения остекления и каркаса. Эта мягкая прокладка уменьшает изгибающие моменты стекла в заделке. Неизбежные в производстве зазоры между подвижной частью фонаря и окантовкой кабины устраняются ли­ бо резиновыми шлангами (см. фиг. 7.2), которые надувают при герметизации кабины, либо полоской из упругого материала, прижимаемой плотно к окантовке фонаря и кабины с помощью внутреннего давления в кабине.

При полете на большой высоте (при низких температурах) остекление кабины может запотеть и даже обмерзнуть, что ухудшает видимость. С целью предотвращения этого делают электрический или воздушный обогрев стекла через коллекторы (трубки с отверстиями), направляющие теплый воздух на стекла, либо применяют двойное остекление с осушаемой при помощи специальных патронов прослойкой воздуха между стеклами. При системе двойного остекления нагрузки от перепада давления вос­ принимает внешнее стекло, которое делается более толстым.

При больших числах М органическое стекло сильно теряет свои свойства вследствие нагрева, поэтому применяют силикат­ ное стекло. Наряду с использованием специальных устройств для охлаждения кабины к обшивке крепят специальные теплозвуко­

174

изоляционные слои, замедляющие повышение температуры внут­ ри кабины при аэродинамическом нагреве. Фонарь кабины обес­ печен устройствами, обеспечивающими надежность его откры­ тия и закрытия, а также аварийного сброса.

Фиг. 7.2

181. Герметичность заклепочных соединений достигается при­ менением многорядных швов со специальными лентами, пропи­ танными герметиками. Для повышения герметизации швы покры­ вают специальными обмазками со стороны повышенного давле­ ния. В герметических отсеках все шире используются сварные герметические соединения. Места выхода элементов управления из герметической кабины обязательно герметизируются. Для тросов и тяг с поступательным движением применяют герметиза­ цию с помощью гофрированных шлангов (фиг. 7.3,а, б). Внутри или снаружи шланга укрепляются кольца, препятствующие сдав­ ливанию шланга и заеданию проводки. При значительных ходах троса применяют вывод через резиновую пробку с отверстием (фиг. 7.4) и с густой незамерзающей смазкой. Такой вывод мо-

175

Фиг. 7.4

Фиг. 7.5

176

жно применять только в вентиляционных кабинах, так как он дает значительную утечку. Поступательно движущиеся тяги гер­ метизируются также уплотнительным пакетом со специальной набивкой, либо жйдкостью (фиг. 7.5).

Для уплотнения вращающихся валиков применяют сальни­ ковые уплотнения с морозостойкой смазкой. Вывод ручки управ­ ления герметизируется обычно при помощи герметической проре­ зиненной ткани (фиг. 7.6).

Фиг. 7.6

Работа элементов герметической кабины. Кабина (фиг. 7.7)

состоит из боковых криволинейных панелей, подкрепленных ар­ ками торцевых шпангоутов, пола и фонаря. Торцевые шпангоуты и пол подкреплены арками и балочками (фиг. 7.8). Поперечное се­ чение кабины, представленное на фиг. 7.9, определяется наличи­ ем с боков воздухоподводящих каналов двигателей. Герметиче­ ская кабина нагружена: во-первых, действием максимального из­

быточного давления р ИЗбэ — 1,5/»изб или максимального избыточ­

ного разрежения Рразр — — 0,5-^ ш а х т а х [/>разр бвреТСЯ Не МвНев 500 дан:/м2 (кг/м2)], во-вторых, изгибом и кручением как часть си­ ловой схемы фюзеляжа.

Коэффициент безопасности принимается / = 1,5.

Расчет кабины как части силовой схемы фюзеляжа не имеет каких-либо принципиальных особенностей, поэтому здесь рас­ смотрим вопросы местной прочности от действия перепада давле­ ний.

182: Боковые криволинейные панели работают по-разному в зависимости от направления действия перепада давления йр =- *= / ’изб —Рканала- Если перепад давления Д^1 направлен внутрь кабины (фиг. 7.9,а), то обшивка боковых панелей своим растя­ жением (практически без участия подкрепляющих ее арок) пе­ редает нагрузку на лонжероны. Возникающие при этом растя­ гивающие напряжения в обшивке ооб могут быть приближенно

Ф и г. 7.8

178

определены из равновесия элемента круговой цилиндрическом оболочки

R

°об =

аоб

где /? — радиус кривизны поперечного сечения панели;

поперечной изгибающей нагрузкой лонжеронов. Иначе работает криволинейная боковая панель, когда давление направлено в противоположную сторону (фиг. 7.9,6). В этом случае тонкая об­ шивка из-за потери устойчивости не может воспринимать пере­ пад давления \р 2 своим сжатием, поэтому прочность обеспечи­ вается арками (шпангоутами). Обшивка передает распределен­ ную нагрузку на арки, которые по краям опираются на лонжеро­ ны. Таким образом, арка нагружена со стороны обшивки погон­ ной воздушной нагрузкой qa = Ьр2-а, где а — расстояние меж­

ду арками.

В поперечном сечении круговой арки радиуса/? (см. фиг.7.9,6^ возникает сжимающее усилие N tpK = qa-R =* &p2-a-R. Это усилие должно быть меньше критического

N..арк

— a2 EI,эрк

R2

где /ар* — момент инерции сечения арки с учетом прилегаю­ щей к «ей обшивки.

183. Выше было принято, что опорами для боковых панелей являются лонжероны, которые работают при этом на изгиб под действием погонной поперечной нагрузки, равной ДpR. Если принять, что лонжероны защемлены в плоскости торцевых шпан­ гоутов, то максимальная величина изгибающего момента будет в опорах и может быть определена как

‘3^m1X** ApRF

12

где / — расстояние между торцевыми шпангоутами (длина от­ сека).

В случае, если изгибная жесткость лонжеронов мала, а ве­ личина углов а значительна, боковую панель следует рассчи­ тывать как оболочку незамкнутого криволинейного сечения, под­ крепленную арками (шпангоутами) и лонжеронами (стрингера­ ми), опертую на торцевые шпангоуты кабины и нагруженную погонной поперечной нагрузкой, равной 2 bpR sin а = <7вб0кПри этом она работает и рассчитывается аналогично подвижной части фонаря (см. п. 184).