8. Расчёт фюзеляжа

Фюзеляж – основная балка самолёта, связывающая между собой его отдельные части. Он является опорой для крыла, оперения, шасси, силовой установки и т.д. В нём размещаются экипаж, пассажиры, грузы и оборудование. По конструкции фюзеляж представляет собой тонкостенную каркасированную оболочку. По сравнению с крылом общая силовая схема фюзеляжа как тонко- стенной балки проще. Обычно его сечение симметрично. В схеме фюзеляжа отсутствует заделка, вносящая усложнение в распределение напряжений. В фюзеляже чаще, чем в крыле, встречаются вырезы и узлы разъёма. Фюзеляжи бывают ферменные (в настоящее время ферменные фюзеляжи применяются редко) и балочные. Конструкция балочного фюзеляжа состоит из обшивки, под- креплённой продольным (стрингеры, лонжероны, бимсы) и поперечным (нормальные и усиленные шпангоуты) набором.

Основными нагрузками фюзеляжа являются силы, передаваемые ему от агрегатов (крыла, оперения, шасси и т.д.), а также грузов. Фюзеляж нагружается массовыми силами собственной конструкции и поверхностной аэродинамической нагрузкой, которая на отдельных участках может достигать значительной величины и оказывать влияние на местную прочность конструкции и, обычно не влияет на работу конструкции в целом. Существенным может быть внутреннее давление в гермокабине. При расчёте общей силовой схемы местные нагрузки не учитываются.

Внешнее нагружение фюзеляжа во всех полётных и посадочных случаях определяется нормами прочности. Нагрузки могут быть симметричными и асимметричными. К симметричным относятся нагрузки в криволинейном полё- те без скольжения и крена, и при посадке, когда стойки шасси одинаково нагружены. Асимметричное нагружение фюзеляжа возникает от действия вертикального оперения, при посадке со сносом, при скольжении на крыло и т.д.

Зная внешние нагрузки , передающиеся на фюзеляж от крыла и оперения, и уравновесив фюзеляж массовыми силами и от грузов и веса конструкции, строят эпюры нагрузок для фюзеляжа, где - вес, площадь боковой проекции и высота в сечении фюзеляжа. Перегрузки при симметричном и асимметричном нагружении определяются формулами:

и

.

где и - уравновешивающие силы на горизонтальном и вертикальном оперении;

- приращение нагрузки за счёт возмущений;

и - угловые ускорения;

- воздушная нагрузка носовой части фюзеляжа.

Балочный фюзеляж в отношении прочности подобен моноблочному крылу. Под воздействием распределённых и сосредоточенных сил конструкция фюзеляжа работает на поперечный изгиб и кручение. Передача внешних сил элементами конструкции осуществляется так: сосредоточенные силы прикладываются к шпангоутам, которые нагружают обшивку фюзеляжа касательными усилиями. Изгибающие моменты создают осевые усилия и нормальные напряжения в стрингерах и обшивке. Таким образом, как и в крыле, в фюзеляже стрингеры испытывают растяжение-сжатие от действия изгибающих моментов; нормальные шпангоуты, являясь опорами для стрингеров и обшивки, воспринимают местную аэродинамическую нагрузку, а усиленные шпангоуты передают на обшивку фюзеляжа местные сосредоточенные силы от частей самолёта, грузов, агрегатов. Они обязательно должны быть соединены с обшивкой.

Порядок определения напряжений в элементах фюзеляжа такой же, как и для крыла. Исходные данные для расчёта берутся с эпюр поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов. Расчёт фюзеляжа как тонкостенной балки про- водится на изгиб и сдвиг в двух плоскостях и на кручение.