Министерство науки и образования Украины
Кировоградская лётная академия
Национального авиационного университета
Кировоградское лётное училище
Кафедра авиационной техники
Конспект лекций
согласно программе подготовки CPL(A)/IR
по дисциплине: «Планер самолета и его системы»
Кировоград 2013 г.
Планер самолета и его системы – самолеты
Всего: 18 часов / 9 занятий
Тема 1. Фюзеляж (2 часа)
JAR Ref. No. 021 01 01 00 Фюзеляж
Фюзеляж – основная часть конструкции ВС, предназначенная для крепления крыла, оперения, взлетно-посадочных устройств, силовых установок. В фюзеляже оборудуются: кабина экипажа, пассажирские, служебные и грузовые помещения, размещается оборудование. В фюзеляже обеспечивается комфорт и безопасность полета экипажа и пассажиров на всех этапах полета.
Нагрузки.
На фюзеляж действуют внешние и внутренние силы. К первым относятся:
нагрузки, передающиеся на фюзеляж от прикрепленных к нему других элементов ВС;
массовые силы агрегатов и грузов, расположенных в фюзеляже;
массовые силы самой конструкции фюзеляжа;
аэродинамические силы разрежения и давления воздушного потока.
Внутренней нагрузкой является сила избыточного давления воздуха при наличии на самолете герметичной кабины, включенной в силовую схему фюзеляжа. Герметичная кабина занимает подавляющую часть общего объема фюзеляжа. Не герметичными являются: отсек радиолокатора, ниши шасси, центроплан крыла и хвостовой отсек фюзеляжа.
Фюзеляж характеризуется размерами, формой поперечного сечения (рис.1), видом сбоку и удлинением. Формы поперечного сечения фюзеляжа – круглая, овальная или прямоугольная с закругленными углами. Поперечное сечение некоторых фюзеляжей может быть образовано пересечением двух окружностей одинакового или разного диаметра. Грузовой пол на таких самолетах устанавливают по линии пересечения этих окружностей. С точки зрения аэродинамики и обеспечения достаточной прочности герметического фюзеляжа при небольшой его массе наиболее выгоден фюзеляж круглого сечения, поперечные элементы которого – шпангоуты и обшивка – при избыточном давлении внутри фюзеляжа работают только на разрыв. Силовые элементы фюзеляжей овального и прямоугольного сечений при избыточном давлении внутри кабины работают не только на разрыв, но и на изгиб. Следовательно, такие фюзеляжи по сравнению с фюзеляжами круглого сечения требуют упрочнения элементов конструкции, что приводит к увеличению их массы. Однако овальная и прямоугольная формы фюзеляжей выгоднее круглой, так как можно более рационально использовать внутренний объем. По этим причинам герметические фюзеляжи транспортных самолетов обычно круглого сечения, овальная форма сечения фюзеляжа применяется на транспортных самолетах без герметических кабин.
Рис. 1. Формы поперечных сечений фюзеляжа
Типы конструкций.
По конструктивным особенностям различают фюзеляжи трех типов: ферменные, балочные и смешанные.
Фюзеляж ферменной конструкции представляют собой пространственные фермы, состоящие из двух вертикальных (боковых) и двух горизонтальных (верхней и нижней) ферм, элементы которых (стержни) работают на растяжение-сжатие, а обшивка – не силовая, работающая на местную воздушную нагрузку. На сегодняшний день наибольшее распространение данный тип фюзеляжей получил среди легких поршневых самолетов. При увеличении скоростей полета становится нужной работающая обшивка, более обтекаемые формы фюзеляжа. Кроме того, ферменные фюзеляжи обладают меньшими возможностями для использования внутренних объемов из-за их загромождения поперечными элементами ферм, что затрудняет компоновку фюзеляжа и всего самолета в целом.
Рис. 2. Фюзеляж ферменной конструкции:
1 – ленточные расчалки (двойные); 2, 3 – ленточные расчалки (одинарные); 4 – рама крепления двигателя; 5 – каркас фонаря; 6 – кронштейн крепления приборной доски; 7 – усиленная поперечная ферма для крепления сиденья; 8 – верхние лонжероны 9 – узлы крепления стабилизатора; 10 — узел крепления заднего лонжерона киля; 11 – нижние лонжероны
Фюзеляжи балочной конструкции состоят из тонкостенной работающей замкнутой оболочки и подкрепляющего ее каркаса. Различают балочно-лонжеронные, балочно-стрингерные и балочно-обшивочные фюзеляжи. В таких балочных фюзеляжах материал их конструкции распределен достаточно равномерно по периметру сечений и используется поэтому наиболее целесообразно при восприятии различных нагрузок.
Рис. 3. Балочно-стрингерный фюзеляж пассажирского самолета:
1 – обшивка; 2 – стрингер; 3 – шпангоут; 5 – панель пола; 6 – поперечная балка пола; 7 – продольная балка пола; 8 – сферическое днище герметической кабины; 9 – профиль жесткости
Различают следующие типы балочных фюзеляжей:
В балочно-лонжеронном фюзеляже основными силовыми элементами являются мощные лонжероны, воспринимающие изгибающие моменты. Обшивка тонкая, подкрепленная стрингерами и шпангоутами. Лонжероны представляют собой те же стрингеры, только значительно большего поперечного сечения.
Балочно-стрингерные фюзеляжи состоят из обшивки, подкрепленной стрингерами, нормальными и усиленными шпангоутами.
Балочно-обшивочные фюзеляжи состоят из обшивки, подкрепленной набором нормальных и усиленных шпангоутов. Толщина обшивки в данном случае достаточно велика, что, в итоге, значительно увеличивает массу фюзеляжа.