книги из ГПНТБ / Розанов О.Н. Новые пассажирские самолеты

атмосфере. Перепад давления р = 0,4—0,6 кг/см2. Около выпускных клапанов устанавливаются предо­

хранительные клапаны максимального избыточного дав­

ления и вакуума.

На некоторых самолетах система кондиционирования

имеет так называемую рециркуляцию. Часть воздуха,

вышедшего из пассажирской кабины, подается при по­

мощи вентилятора обратно в систему кондиционирова­

ния, смешивается там со свежим воздухом и снова посту­

пает в кабину. При наличии рециркуляции уменьшается количество воздуха, подаваемого компрессорами.

Кроме общей систе.мы кондиционирования, часть воз­

духа из холодильника подается в специальные трубопро­

воды, проложенные в стенках около багажных полок,

которые имеют большое число кранов-патрубков. Эта система дает возможность каждому пассажиру напра­

вить на себя струю прохладного воздуха; сила струи и ее

направление легко регулируются.

На некоторых новейших самолетах теплый воздух,

прежде чем попасть в кабину, проходит между стенками боковых панелей, что обеспечивает в кабине более равно­

мерную температуру.

Для кабины пилотов делается ответвление от общей системы кондиционирования, с отдельной регулировкой.

Часть воздуха с высокой температурой подается в туа­

летные комнаты, а также для обогрева окон пилотской

кабины, а иногда и окон пассажирской кабины (в таком случае воздух пропускается между двойными стеклами

окон).

Система кондиционирования весит в среднем 5 кг на

одного пассажира.

Все кабины современных пассажирских самолетов

имеют буфеты с кухней, в которой имеются холодиль­

ники, электрические плитки, запас горячей и холодной

воды и т. д.

На каждом самолете есть два — четыре туалета, обо­ рудованные по современным требованиям гигиены.

В кабине самолета находятся также места для борт­

проводниц (стюардесс), которые обслуживают пассажи­

ров.

Фюзеляж по конструкции состоит из ряда рам-

шпангоутов, имеющих форму поперечного сечения фюзе­

ляжа.

29

большим радиусом. Размеры окон бывают такие: по го­ ризонтали — 230—480 мм и по вертикали — 320—660 мм.

Около больших отверстий—таких, как вырезы под

двери, ставятся усиленные стрингеры и шпангоуты.

Двери с резиновыми прокладками должны закрываться герметически. Лучше, когда двери открываются внутрь,

так как в этом случае внутреннее давление прижимает дверь и самопроизвольное открытие двери исключается.

Пол кабины, помимо поперечных балок шпангоутов,

имеет продольные балки и настил, часто выполненный из

пластмассы и представляющий собой слоистую сотовую конструкцию. На пол кладутся ковры.

Крылья

В настоящее время крылья пассажирских самолетов имеют сравнительно тонкий профиль. В корневом сече­ нии, у фюзеляжа, относительная толщина берется равной

14—16%, а на конце крыла — 12—13%. В большинстве

случаев угол атаки1, по мере приближения к концу

крыла, несколько уменьшается. Встречаются и более сложные аэродинамические компоновки крыла, например

на самолете «ДС-8» профиль крыла у фюзеляжа имеет

отрицательную вогнутость, а на конце — положительную,

с постепенным изменением вогнутости вдоль размаха.

Это повысило критическое число А4 и улучшило аэроди­

намическую компоновку системы фюзеляж — крыло?

Крыло состоит из двух, трех, четырех или пяти час­

тей. При четном числе частей правая и левая половины крыла стыкуются между собой по плоскости симмет­ рии самолета, так что крылья частично входят в про­ резы фюзеляжа. В этом случае часть шпангоутов не

имеет нижних или верхних частей (в зависимости от того,

низкоплан или высокоплан данный самолет). Крыло

присоединяется специальными поковками к усиленным шпангоутам, а обшивка крыла присоединяется по конту­

ру к обшивке фюзеляжа при помощи специальных про­ филей.

‘Угол атаки — это угол между хордой крыла и направле­ нием полета.

2 Число М есть отношение скорости полета к скорости звука. Критическое число 'М — это такое значение числа М, при котором в какой-то точке контура крыла возникает местная звуковая скорость, что влечет за собой появление дополнительного сопротивления и падение подъемной силы.

31

При нечетном числе частей крыла имеется центро­

план, во многих случаях составляющий конструктивно

одно целое с фюзеляжем. Размах центроплана делается равным ширине фюзеляжа или несколько большим. В

последнем случае центроплан часто несет на себе уста­ новку шасси и гондолы двигателей. Отъемные части

крыла крепятся к центроплану при помощи болтов по

контуру работающей части крыла.

Если крыло имеет четыре или пять частей, то конце­

вые части крыла крепятся к основным также по контуру,

но, в отличие от предыдущих разъемов, не отнимаются в

эксплуатации. Эти разъемы сделаны только из производ­

ственных соображений.

Почти все пассажирские самолеты, за исключением

турбовинтового самолета «Виккерс Вайкаунт», имеют

обшивку, работающую на восприятие как нормальных,

так и касательных напряжений при изгибе и кручении крыла. Работающая часть крыла состоит из так назы­

ваемого «кессона», имеющего два или три продольных

элемента—лонжерона и жесткой обшивки, лежащей между крайними лонжеронами сверху и снизу профиля

крыла и подкрепленной изнутри многочисленными стрин­ герами. Внутри кессон имеет ряд поперечных элемен­ тов — нервюр. Лонжероны представляют собой балки,

идущие от корня крыла, и состоят из верхнего и нижнего поясов переменного сечения, к которым присоединена

стенка из листового материала, подкрепленная рядом

вертикально расположенных профилей, в большинстве

случаев уголкового сечения.

Обшивка состоит из листов алюминиевого сплава

толщиной от 1,5 до 6,5 мм, к которым изнутри присоеди­ нены прессованные стрингеры, имеющие разнообразные

сечения. Стрингеры, работая совместно с обшивкой, придают ей необходимую жесткость, вследствие чего

обшивка способна воспринимать высокие напряжения

при сжатии, не теряя устойчивости. В большинстве слу­

чаев стрингеры к обшивке приклепываются. Хотя за­

клепки имеют потайную головку с наружной стороны,

все же многочисленные закрепочные швы нарушают гладкость поверхности, ухудшая качество самолета. Кроме того, отверстия под заклепки ослабляют обшивку и способствуют появлению концентрации напряжений. В

32

результате наблюдается перетяжеление конструкции

крыла.

Для улучшения аэродинамических качеств часто при­ меняют панельный способ сборки крыла, т. е. к листам

обшивки приклепывают стрингеры и половины нервюр, а

затем уже стыкуют между собой верхние и нижние

панели.

Желание избавиться от недостатков, присущих закле­ почным соединениям, привело к новым решениям. На

некоторых самолетах стрингеры к обшивке не приклепы­ ваются, а приклеиваются (например, на самолетах «Ко­ мета», «Фриндшип», «Герои»), Склеенная конструкция

является не только прочной, но и стойкой против вибра^ ций, влажности и температурных изменений.

Другим прогрессивным методом является примене­

ние так называемых монолитных панелей. В этом случае

обшивка изготовляется с ребрами жесткости (стринге­

рами), составляющими с ней одно целое. Такая панель может быть изготовлена при помощи штамповки, про­ ката и фрезерования. Изготовляются панели длиной от 4 до 12 м, шириной 0,5—0,75 м и толщиной от 12 до 45 мм.

Фрезерование и доведение панелей до необходимых

толщин часто делается не механическим, а химическим путем, травлением.

Монолитные панели переменной толщины лучше всего обеспечивают необходимую прочность при мини­ муме веса. При таком изготовлении много материала

идет в отход и требуется специальное оборудование на

заводах. Монолитные панели стоят на самолетах «Лок­

хид Констеллейшен», «Электра», «Виккерс Вангард» и других.

Так как панели имеют ширину не более 0,75 м, то на

крыле ставится несколько панелей, которые стыкуются

между собой при помощи заклепок. Сравнительно малая ширина панелей хорошо согласуется с принципом безо­

пасного разрушения. С точки зрения этого принципа

более целесообразным является крыло с тремя лонжеро­

нами, а не с двумя. В этом случае разрушение одного из лонжеронов не нарушает целостности всего крыла и не будет катастрофичным.

В рассмотренном типе крыла изгибающий момент воспринимается поясами лонжеронов, обшивкой и стрин­

герами. Перерезывающая сила воспринимается стенками

3 О. Н. Розанов

лонжеронов, а крутящий момент — контуром кессона.

Впервые монолитные обшивки были применены амери­

канской фирмой «Локхид» в 1950 году.

Замена на самолетах «Констеллейшен» обшивки со стрингерами на заклепках монолитной панелью дало

значительный эффект.

Приводим данные по одной из частей крыла (табл. 8).

Заметим, что даже при заклепочных соединениях

сейчас листы обшивки стали часто делать переменной

толщины. Всякое уменьшение веса конструкции без

уменьшения прочности и безопасности позволяет увели­

чить полезную нагрузку и тем самым улучшить самолет в экономическом отношении.

Нервюры располагаются перпендикулярно к одному из лонжеронов, а на некоторых стреловидных крыльях у

фюзеляжа они иногда делаются параллельными плоско-

Таблица 7

ла — перпендикулярно лонжерону. В промежуточной

части они имеют веерообразное расположение. Нервюры

имеют или балочную конструкцию, штампованную из

листа и подкрепленную вертикальными профилями, или

ферменную конструкцию, состоящую из стержней швел­ лерообразного или уголкового сечения.

Нервюры иногда не занимают всего профиля крыла

и присоединяются только к стрингерам, к их внутренним

частям; иногда же занимают весь профиль и присоеди­

няются к обшивке. В этом случае в нервюрах делаются

вырезы для пропуска стрингеров.

В большинстве случаев на современных самолетах

34 3*

все пространство кессона используется для размещения топлива. Наличие топлива в крыле выгодно с точки зре­

ния прочности, так как вес топлива, действуя в сторону,

обратную , внешним аэродинамическим силам, разгру­ жает крыло. Топливо может помещаться в специальных

мягких баках, установленных в отсеках кессона крыла,

но более прогрессивным и современным способом яв­ ляется заливка топлива прямо в кессон, который, таким

образом, является баком для топлива. По длине кессон разделяется глухими нервюрами на два-три бакаотсека. Конечно, в случае такого решения все заклепоч­

ные и другие соединения должны герметизироваться спе­

циальными топливонепроницаемыми замазками. Такое решение облегчает конструкцию и увеличивает запас

топлива.

Передняя часть крыла, находящаяся перед перед­

ним лонжероном, делается съемной, и в ней находится

противообледенительная система. Последняя применяет­ ся двух типов — воздушно-тепловая и электрическая. В

первом случае обшивка носка крыла делается двойной и

в пространство между обшивками подается горячий воз­

дух (от компрессора турбовинтового, турбореактивного

двигателя или подогревается специально в случае нали­

чия поршневых двигателей). Воздух подается по трубе, лежащей вдоль всего размаха крыла, и при помощи мно­ гочисленных патрубков распределяется между двойной

обшивкой и выходит наружу.

Второй способ состоит в подогреве обшивки при по­

мощи токопроводящих элементов, расположенных между

двумя листами обшивки носка крыла. Ток подается пре­

рывисто и обогревает участок крыла на расстоянии при­

мерно 10% хорды сверху и 8% снизу. Особо интенсивный подогрев осуществляется у самой передней кромки. Рас­

ход электроэнергии — от 6 до 14 квт на 1 м2 поверхности.

Задняя часть крыла за кессоном служит для уста­ новки элементов механизации крыла и органов попереч­ ной управляемости — элеронов. В современных пасса­

жирских самолетах для улучшения взлетно-посадочных

характеристик устанавливаются сейчас двухщелевые закрылки или закрылки Фаулера.

В первом случае задняя часть крыла отклоняется

вниз с одновременным небольшим перемещением назад. При этом между крылом и закрылком образуется сопло­

35

видная двойная щель, что и увеличивает коэффициент

подъемной силы. При посадке, для уменьшения посадоч­ ной скорости и сокращения длины пробега, осуществ­

ляется максимальный угол отклонения закрылка. При

взлете закрылок отклоняется на угол, примерно в два раза меньший, и сокращает при этом длину разбега.

Закрылок Фаулера представляет собой располо­

женный в нижней задней части крыла профиль, который

при передвижении назад по направляющим отклоняется вниз и образует щель между крылом и закрылком.

Эффект прироста подъемной силы объясняется не только

отклонением закрылка и образованием щели, но и уве­ личением площади крыла. Перемещение закрылков осу­

ществляется при помощи гидравлического или электри­

ческого механизма. В настоящее время изучаются вопро­

сы более эффективной механизации, со сдувом погранич­ ного слоя у закрылка.

Элероны представляют собой рулевые поверхности,

подвешенные шарнирно и по воле пилота отклоняю­

щиеся вверх и вниз. (Если один из элеронов отклоняется вверх, то другой вниз; тем самым создается кренящий

момент самолета относительно продольной оси.) Эле­ роны по конструкции аналогичны рулям на оперении.

Элероны обычно располагаются на концевых частях крыла, однако на некоторых пассажирских самолетах со стреловидными крыльями имеются особенности в рас­ положении элеронов (самолеты «Боинг-707», «ДС-8»,

«Конвер-880»). На большой скорости отклонение элерона может вызвать закручивание концевой части крыла, что

даст изменение подъемной силы, противоположное тому,

что дает отклонение элерона, и, может быть, это изме­

нение будет более значительным, так что элероны пере­

станут выполнять свои функции.

Поэтому на самолете «Боинг-707» — два элерона,

один—на конце крыла, используемый только на малых

скоростях, и другой—в середине крыла, работающий

только на больших скоростях. На самолете «ДС-8» тоже

два элерона, на малых скоростях работают оба, а на

больших — внешний элерон выключается. На самолете

«Конвер-880» имеется только один элерон на каждом

крыле, расположенный в середине крыла.

На многих самолетах на крыле перед закрылками

располагаются «интерсепторы» — пластинки, поднимаю­

36

щиеся вверх, которые ухудшают обтекание крыла, умень­ шают подъемную силу и увеличивают сопротивление.

Интерсепторы используются для поперечной управ­

ляемости, действуя дифференциально — совместно с эле­

ронами и как воздушные тормоза; тогда они действуют

синхронно и обеспечивают более крутое снижение и уменьшение длины пробега.

Органы устойчивости и управляемости; управление самолетом

Неподвижная часть горизонтального оперения — ста­ билизатор — является органом устойчивости самолета относительно поперечной его оси. По конструкции стаби­ лизатор аналогичен крылу, но имеет меньшие размеры.

На многих самолетах для улучшения балансировки

стабилизатор делается с изменяемым углом его установ­

ки в пределах до 20° (самолеты «Боинг-707», «ДС-8», «Конвер-880»). Изменение угла установки стабилизатора

осуществляется гидравлическим или электрическим ме­

ханизмом.

Киль—орган устойчивости самолета относительно его

вертикальной оси, делается либо как одно целое с кон­

струкцией фюзеляжа (тогда шпангоуты фюзеляжа явля­

ются продолжением лонжеронов киля), или делается

отдельно и на болтах присоединяется к фюзеляжу.

Конструктивная схема киля аналогична крылу и ста­

билизатору.

Рули высоты, рули направления и элероны имеют кон­

струкцию, состоящую из одного лонжерона, который на

трех-четырех шарнирных узлах подвешен к стабилизато­ ру, килю или крылу. Количество точек подвеса никогда

не делается менее трех, в связи с требованиями безопас­

ности. За лонжероном руль состоит из нервюр, стрин­ геров и обшивки. Носовая часть руля делается более тяжелой, чем задняя, и обеспечивает более переднее по­

ложение центра тяжести руля, что необходимо для пре­

дотвращения самовозбуждающихся колебаний (флат­ тер); поэтому носок руля часто имеет стальную обшивку,

тогда как задняя делается из алюминиевого сплава. Кроме того, в носок помещают некоторые детали управ­

ления, например электромотор для привода триммеров.

Если же эти мероприятия не обеспечивают положения

37

центра тяжести руля на оси его вращения, то применяют весовую балансировку рулей, т. е. перед осью вращения

располагают специальные грузы.

На всех рулевых поверхностях вмонтированы ма­

ленькие рули. Это либо серворули, либо сервокомпенса­

торы, или триммеры. По внешнему виду все они одина­

ковы.

При наличии серворуля основной руль не связан с

управлением. Управление же летчика связано с серво­ рулем. При отклонении его в одном направлении создает­

ся момент, отклоняющий основной руль в обратную сто­ рону. Такое устройство дает возможность управлять большими скоростными самолетами без чрезмерного

физического усилия. Управление при помощи серворулей

имеется на самолетах «Боинг-707», «Конвер-880», «Бри­

тания».

При наличии сервокомпенсатора летчик управляет

механических кинематических схем. Отклонение серво­ компенсатора уменьшает момент от аэродинамических

сил относительно оси вращения руля и уменьшает уси­ лие на рычагах управления.

Разновидностью сервокомпенсатора является пружин­

ный сервокомпенсатор. Здесь управление подводится к

маленькому рулю, как и в случае серворуля, но кроме

того, управление связано и с основным рулем при помощи

упругой связи — пружины. В этом случае при неболь­

ших нагрузках, когда уменьшать усилия у летчика не требуется, система работает как одно целое. При возра­ стании нагрузки пружина сжимается и сервокомпенса­ тор, отклоняясь по отношению к рулю, начинает умень­

шать момент, тем самым уменьшая усилия, приложен­

ные пилотом. Пружинные сервокомпенсаторы установ­ лены на очень многих самолетах (например, на самолете «ДС-7С», «Вангард», «Вайкаунт» и др.).

При наличии триммера управление связано с основ­ ным рулем, а триммер приводится в действие независи­ мо, часто при помощи электричества. Если надо при от­

клоненном руле уменьшить усилие, это можно сделать,

отклоняя триммер в обратную сторону. Триммер на ру­ лях высоты служит для балансировки самолета на раз­

38