Фюзеляж самолёта. Силовые элементы, их узловые соединения и работа под нагрузкой.

Являясь строительной основой конструкции самолёта, он объединяет в силовом отношении в единое целое все его части. Основным требованием к фюзеляжу является выполнение им своего функционального назначения в соответствии с назначением самолёта и условиями его использования при наименьшей массе конструкции фюзеляжа. Выполнение этого требования достигается: выбором таких внешних форм и значений параметров фюзеляжа, при которых получаются минимальное его лобовое сопротивление и наибольшие полезные объёмы при определившихся габаритах;использованием несущих фюзеляжей, создающих значительную (до 40 %) подъёмную силу в интегральных схемах самолёта. Это позволяет уменьшить площадь крыла и снизить его массу; рациональным использованием полезных объёмов за счёт повышения плотности компоновки, а также за счёт более компактного размещения грузов вблизи ЦМ. Последнее способствует уменьшению массовых моментов инерции и улучшению характеристик маневренности, а сужение диапазона изменения центровок при различных вариантах загрузки, выгорании топлива, расходе боеприпасов обеспечивает большую стабильность характеристик устойчивости и управляемости самолёта;согласованием силовой схемы фюзеляжа с силовыми схемами присоединённых к нему агрегатов. При этом необходимо обеспечить: надёжное крепление, передачу и уравновешивание нагрузок от силовых элементов крыла, оперения, шасси, силовой установки на силовых элементах фюзеляжа; восприятие массовых сил от целевой нагрузки, оборудования и от конструкции фюзеляжа, а также от аэродинамической нагрузки, действующей на фюзеляж, и нагрузки от избыточного давления в гермокабине.

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.В полёте и при посадке на фюзеляж действуют следующие нагрузки:

-        силы, передающиеся на фюзеляж от присоединённых к нему частей самолёта — крыла, оперения, шасси, силовой установки и др.,

-        массовые инерционные силы агрегатов, грузов, оборудования, расположенных в фюзеляже, и инерционные силы от собственной массы конструкции фюзеляжа,

-        аэродинамические силы, распределённые по поверхности фюзеляжа,

-        силы избыточного давления в герметических кабинах, отсеках оборудования, каналах воздухозаборников.

По конструктивно-силовой схеме фюзеляжи можно разделить на ферменные, балоч­ные и смешанные (ферменно-балочные).Ферменный: Каждая плоская ферма состоит из поясов, об­щих для двух смежных форм, стоек и раскосов. Раскос может быть заменен крестом расчалок. На фермы ставятся профилирующие шпан­гоуты, к которым крепятся стрингеры. Каркас фюзеляжа закрывается обшивкой.

Балочные фюзеляжи делятся на три основных разновидности: лонжеронный, стрингерный, обшивочный.

Стрингерный. Широко применяются на самолетах различного назначения. Выполняют в виде тонкостенной подкрепленной оболочки. Продольный силовой набор состоит из часто расположенных силовых стрингеров, которые подкрепляют обшивку и воспринимают весь Мизг(изгибающий момент), при этом возникает осевые усилия сжатия и растяжения. Поперечный набор состоит из нормальных и усиленных шпангоутов, шпангоуты обеспечивают форму и участвуют в восприятии внутреннего давления, к ним так же крепятся др части сам-та (шасси, крылья, узлы навески вооружения...). Обшивка средней толщины и воспринимает Мкрут(крутящий момент), Мизг и поперечную силу. Эти фюзеляжи имеют большой свободный внутренний объем и обладают повышенной живучестью.

Обшивочный. Эти фюзеляжи представляют собой обшивку подкрепленную шпангоутами, здесь нет элементов продольного силового набора, могут быть лишь местные балочки, оконтовка для усиления вырезов. Обшивка толстая, м/б многослойная, она воспринимает Q, Мкрут и Мизг. В этой конструкции снижается возможность появления усталостных трещин, имеет высокие звукоизоляционные свойства.

Лонжеронный. Основные силовые элементы-лонжероны, которые практически являются поясами своеобразной объемной балки. Они воспринимают практически весь Мизг, при этом возникают осевые усилия сжатия и растяжения. Стрингеры служат для подкрепления обшивки. Силовые шпангоуты составляют основную схему фюзеляжа и служат для восприятия и передачи сосредоточенных сил и моментов на обшивку и продольный набор. Нормальные шпангоуты придают форму и подкрепляют обшивку.

Продольный набор балочного фюзеляжа состоит из лонжеронов и стрингеров. Лонжерон отличается от стрингера формой и большей площадью поперечного сечения.

Поперечный набор фюзеляжа состоит из шпангоутов, обеспечивающих сохранение при деформациях заданной формы поперечного сечения оболочки и передачу на обшивку распределённых и сосредоточенных нагрузок. В местах приложения к фюзеляжу больших сосредоточенных сил устанавливаются усиленные шпангоуты.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.