Фюзеляж самолета и что это такое ? Обшивка, элементы и материалы

Элементы управления

В конструкции самолета важную роль играют рулевые поверхности. Руль высоты представляет собой подвижный задний элемент стабилизатора. Если этот узел оборудован парой консолей, то и рулей будет два. Они синхронно отклоняются вниз либо вверх, помогают изменять высоту полета планера.

Элероны – это подвижные части консолей крыльев. Они позволяют относительно продольной оси. Работа элементов осуществляется синхронно, отклонение каждой детали происходит в разные стороны.

Руль направления представляет собой активную часть киля, служит для стабилизации аппарата по вертикали. Вращение в противоположную сторону от направления руля происходит до того момента, пока пилот не вернет штурвал в нейтральную позицию.

Видео

Видео

Вырезы в фюзеляже

Вырезы под двери, окна, фонари, люки, ниши шасси, боевой нагрузки нарушают замкнутость контура оболочки фюзеляжа и резко снижают её крутильную и изгибную жесткость и прочность. Компенсировать эти потери можно путём создания по контуру выреза достаточно жесткой рамной окантовки. При малых размерах выреза такая окантовка создается в виде монолитной конструкции, получаемой штамповкой из листа или другими способами изготовления.

Большие вырезы окантовываются по торцам силовыми шпангоутами, а в продольном направлении усиленными лонжеронами или бимсами, которые не должны заканчиваться на границах выреза, а продолжаться за силовые шпангоуты (плечо В), обеспечивая жёсткую заделку этих продольных элементов.

Крепление шасси выполняется к усиленным шпангоутам и продольным балкам в нижней части фюзеляжа. Обшивки киля и фюзеляжа обычно соединяются стыковочным уголком по контуру киля.

Внешние формы фюзеляжа

Наивыгоднейшей формой фюзеляжа является осесимметричное тело вращения с плавным сужением в носовой и хвостовой частях. Такая форма обеспечивает минимальную при заданных габаритах площадь поверхности, а значит и минимальную массу обшивки, и минимальное сопротивление трения фюзеляжа.

Круглое сечение тела вращения выгодно по массе и при действии избыточного давления в гермокабинах. Однако по компоновочным и иным соображениям от такой идеальной формы приходится отступать. Так, фонари кабины экипажа, воздухозаборники, антенны радиолокаторов нарушают плавность обводов и приводят к увеличению сопротивления и массы фюзеляжа. Такой же эффект даёт и отступление от плавных форм в хвостовых отсеках фюзеляжа с целью увеличения угла опрокидывания или для укорочения погрузочного люка и рампы.

Поперечное сечение фюзеляжа обычно определяется условиями компоновки грузов, двигателей, пассажирских салонов.

Рациональность модуля

Наиболее оптимальной считается такая схема фюзеляжа самолета, при которой он сможет воспринимать все указанные выше нагрузки при достаточно небольшом собственном весе. Тонкостенная оболочка в этом случае закрепляется на силовом каркасе. Рациональность обеспечивается полноценным использованием обшивки. В том месте, где находится фюзеляж у самолета, существуют местные аэродинамические силы, внутреннее избыточное давление, общая силовая работа. Тонкостенная оболочка, подкрепляясь изнутри каркасом, максимально удовлетворяет требованиям удобства компоновки, обеспечивает технологическую простоту, эксплуатационные характеристики. Такое устройство фюзеляжа самолета именуется балочным. Ранее использовались ферменные модули. Они существенно проигрывали балочным по своей массе. Что такое фюзеляж самолета ферменного типа? Обшивка в данном случае полностью исключается из силовой работы. Она воспринимает только местные аэродинамические нагрузки. Если говорить о том, что такое фюзеляж самолета в данном случае, то его можно определить как дополнительный модуль, увеличивающий общую массу аппарата. Пространственная ферма существенно осложняет компоновку груза. Недостатки такого модуля привели к тому, что в современном самолетостроении они практически не используются. Их применение целесообразно только на тихоходных легких аппаратах малой авиации.

Силовой набор фюзеляжа

Как правило, продольные части каркаса, такие как стрингеры и лонжероны, проходят через всю длину летательного аппарата. Они представлены как гнутый профиль с разным сечением среза. Основной задачей стрингера является распределение нагрузок. Что касается лонжеронов, то они обеспечивают общую жесткость конструкции.

Поперечные детали каркаса состоят из простых и усиленных шпангоутов. Они позволяют сохранить форму фюзеляжа при внешних и внутренних воздействиях. Усиленные шпангоуты устанавливают возле больших вырезов в корпусе или в месте крепления узлов.

Обшивка летательных аппаратов изготовляется из лис

Обшивка летательных аппаратов изготовляется из листового металла, который и формирует поверхности фюзеляжа. Обшивка самолета крепится к силовому каркасу. Стыки листов обшивки расположены на поперечных и продольных частях силового каркаса. В современном авиастроении для снижения массы летательных аппаратов все больше используют композиционные материалы.

Самолеты, выполненные по классической схеме

Рассмотрим основные части самолета и их назначение. Классическая (нормальная) компоновка узлов и агрегатов характерна для большинства аппаратов мира, будь-то военных либо гражданских. Главный элемент – крыло – работает в чистом невозмущенном потоке, который плавно обтекает крыло и создает определенную подъемную силу.

Носовая часть самолета является сокращенной, что приводит к уменьшению требуемой площади (а следовательно, и массы) вертикального оперения. Это потому, что носовая часть фюзеляжа вызывает дестабилизирующий путевой момент относительно вертикальной оси самолета. Сокращение носовой части фюзеляжа улучшает обзор передней полусферы.

Недостатками нормальной схемы являются:

  • Работа горизонтального оперения (ГО) в скошенном и возмущенном крылом потоке значительно снижает его эффективность, что вызывает необходимость применения оперения большей площади (а, следовательно, и массы).
  • Для обеспечения устойчивости полета вертикальное оперение (ВО) должно создавать негативную подъемную силу, то есть направленную вниз. Это снижает суммарный КПД самолета: из величины подъемной силы, которую создает крыло, надо отнять силу, которая создается на ГО. Для нейтрализации этого явления следует применять крыло увеличенной площади (а, следовательно, и массы).

Стрингеры и лонжероны

Продольные части фюзеляжа самолета проходят обычно по всей его длине. Вместе с обшивкой они принимают нормальные усилия сгиба. Изготовление простых стрингеров и лонжеронов осуществляется, как правило, из гнутых или прессованных профилей с разным сечением. Продольные элементы имеют большую жесткость. При больших нагрузках в некоторых случаях могут устанавливаться составные лонжероны. Они включают в себя несколько профилей, соединенных друг с другом. При окантовке вырезов большого размера применяют бимсы — продольные элементы коробчатого сечения. Они изготавливаются из прессованных профилей, которые связываются между собой обшивкой и стенками.

Герметичные кабины

При полете на большой высоте в них поддерживается излишнее давление. Для обеспечения минимальной массы герметичных кабин их выполняют в форме сферы или цилиндра со сферическими днищами. При этом необходимо усиление шпангоута, расположенного на стыке сегментов. Это требуется потому, что он принимает довольно большую сжимающую нагрузку. В герметичных кабинах обшивка при нагрузке излишним давлением не испытывает изгибных деформаций. Она работает исключительно на растяжение. В некоторых случаях от указанной формы приходится отступать. Это, в свою очередь, приводит к увеличению веса всей конструкции. Для обеспечения необходимой жесткости на изгиб используются плоские панели. Находясь под воздействием избыточного давления, они подкреплены поперечными и продольными балками (ребрами). Для усиления жесткости деталей панели выполняют в виде трехслойных конструкций. В кабинах должна обеспечиваться надежная герметизация по всем болтовым и заклепочным швам. Для этого используются специальные ленты. Их пропитывают герметиком, промазывают невысыхающей мастикой, покрывают специальными составами с последующей сушкой. На стыках листов обшивки применяют заклепочные многорядные швы с небольшим шагом. Особо тщательно обрабатываются герметиком люки, окна, фонари, двери. Герметизация обеспечивается за счет использования специальных уплотнительных средств. Это могут быть резиновые жгуты, ленты, надувные трубки, прокладки.

Материалы

Вид изнутри деревянного обтянутого тканью фюзеляжа самолета. Фишер FP-202. Ранние самолеты были построены из деревянных рам, обтянутых тканью. По мере того, как монопланы стали популярными, металлические каркасы повысили прочность, что в конечном итоге привело к созданию самолетов с цельнометаллической конструкцией с металлическим покрытием всех его внешних поверхностей — это было впервые. впервые во второй половине 1915 г.. Некоторые современные самолеты изготавливаются из композитных материалов для основных поверхностей управления, крыльев или всего фюзеляжа, например, Boeing 787. На 787 это позволяет повысить уровень наддува и увеличить окна для комфорта пассажиров, а также снизить вес для снижения эксплуатационных расходов. . Boeing 787 весит на 1500 фунтов (680 кг) меньше, чем если бы он был полностью алюминиевым.[нужна цитата

]

Шасси

Основная статья: Шасси летательного аппарата

С помощью шасси самолёт осуществляет взлёт и посадку, руление, стоянку. Шасси представляет собой демпферную стойку, к которой крепится колёсная тележка (у гидропланов — поплавок). В зависимости от массы самолёта различается конфигурация шасси. Наиболее часто встречающиеся: одна передняя стойка и две основных (Ту-154, А320), одна передняя и три основных (Ил-96), одна передняя и четыре основных (Боинг 747), две передних и две основных (B-52). Для ранних самолётов было характерно устанавливать две основных стойки и небольшое вращающееся колесо непосредственно под килем без стойки (Ли-2). Также уникальную схему шасси имеет Ил-62: одна передняя стойка, две основных и выдвигающаяся штанга с одной колёсной парой в самом хвосте для устойчивости при разгрузке-погрузке. На самых первых самолётах стоек не было вообще, а колеса крепились на обыкновенную ось.

Колёсные тележки могут иметь различное количество колёсных пар: от одной (А320) до семи ().

Управление поворотом самолёта на земле может осуществляться через привод к передней стойке шасси или дифференциацией режима работы двигателей (у самолётов с более чем одним двигателем). В полёте шасси убираются в специальные отсеки для уменьшения аэродинамического сопротивления.

Теги