Элементы конструктивно-силовых схем фюзеляжей

Во время полета на фюзеляж самолета действуют следующие внешние нагрузки (рис. 8):

распределенная сила веса и аэродинамическая сила q_аэр;

распределенная нагрузка от избыточного давления;

сосредоточенные аэродинамические нагрузки Y_кр и Y_го;

сосредоточенные нагрузки от веса крыла, оперения, опор шасси и т. д.

В прямолинейном горизонтальном полете равнодействующие внешних сил лежат в плоскости симметрии самолета и от их действия в конструкции фюзеляжа возникают внутренние нагрузки: поперечная си­ла и изгибающий момент. Крутящий момент возникает в конструкции фюзеляжа только при отклонении руля направления и при действии бо­ковой силы на переднюю опору шасси при посадке с боковым ветром.

Существуют две конструктивно-силовые схемы фюзеляжей: ферменная и балочная.

Ферменный фюзеляж (рис. 9) представляет собой, как правило, четырехпоясную пространственную ферму, состоящую из поясов 1, соеди­ненных между собой стойками 2, распорками 3, раскосами 4 (жесткий элемент) и расчалками 6 (гибкий элемент). Все элементы конструкции ферменного фюзеляжа под действием поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов нагружаются только растягивающими и сжимающими усилиями. Обшивка ферменного фюзеляжа не участвует в восприятии внутренних нагрузок.

Балочный фюзеляж является тонкостенной балкой, опертой на кры­ло, и состоит из следующих элементов:

продольного набора - стрингеров и усиленных стрингеров;

поперечного набора - шпангоутов;

обшивки.

Поперечную силу воспринимают шпангоуты и обшивка, изгибающий момент - стрингеры и обшивка, крутящий момент – замкнутый контур, образованный обшивкой.

Балочные фюзеляжи в зависимости от применяемых элементов имеют различные конструктивно-силовые схемы:

а) балочный фюзеляж с усиленными стрингерами (рис. 10а) состоит из стрингеров 3, усиленных стрингеров 4, шпангоутов 2 и обшивки 1.

Такая конструкция воспринимает все виды нагрузок и применяется при наличии больших вырезов под фонарь летчиков, отсеки шасси и т. п., поскольку в зоне выреза необходимо для сохранения требуемой проч­ности и жесткости конструкции фюзеляжа на изгиб установить стрин­геры по краям выреза (их иногда называют бимсами);

б) балочно-стрингерный фюзеляж (рис. 10б) состоит из стрингеров 3, шпангоутов 2 и обшивки 1 и применяется при действии всех видов внутренних нагрузок и отсутствия больших вырезов. Стрингерный на­бор устанавливается равномерно по контуру фюзеляжа поскольку из­гибающий момент, нагружающий стрингеры растягивающими и сжимающими усилиями, может действовать в различных плоскостях;

в) балочно-обшивочный фюзеляж (рис. 10в) состоит из шпангоутов 2 и обшивки 1 и применяется только на участках фюзеляжа с малыми значениями изгибающего момента, поскольку обшивка из листового ма­териала при сжатии теряет устойчивость при малых значениях сжимающих нагрузок. Обшивка, выполненная в виде панелей с сотовым и другими наполнителями, хорошо работает и на растяжение и на сжатие, поэтому она может применяться при любом изгибающем моменте. Благо­даря применению такой обшивки можно уменьшить массу конструкции фюзеляжа.

Рассмотренные конструктивно-силовые схемы балочного фюзеляжа как правило, применяются одновременно в конструкции любого совре­менного самолета, поскольку фюзеляж нагружен изгибающим моментом, меняющимся в очень больших пределах, и в фюзеляже любого самолета обязательно имеются большие вырезы..

2.2. Особенности технического обслуживания элементов конструк­ции фюзеляжа

При техническом обслуживании планера выполняются работы по де­фектации и устранению выявленных неисправностей, периодически вы­полняются проверочные и профилактические работы.

Характерной особенностью дефектации планера является то, что силовые конструктивные элементы (кроме обшивки) в основном не­доступны для внешнего визуального осмотра. Внешними признаками по­явления неисправностей, связанных с разрушением или появлением остаточных деформаций, может служить в ряде случаев состояние об­шивки, где могут появляться волнистости в виде гофра, происходит ослабление или обрыв заклепок. При обнаружении таких признаков не­обходимо произвести осмотр конструктивных элементов планера.

При дефектации планера особое внимание уделяют местам, в кото­рых возникают повторяющиеся неисправности. Чтобы исключить возмож­ность повреждения обшивки при обслуживании, технический состав должен носить мягкую обувь, не прислонять к обшивке стремянки и другое оборудование, не обшитые мягким материалом, и т. д.

Устранение выявленных неисправностей производят в соответствии с технологическими указаниями. Ослабленные заклепки подтягивают, а если нет возможности, то удаляют и взамен их устанавливают заклеп­ки большего диаметра.

При обнаружении коррозии допустимой глубины ее разрешается уда­лить. После удаления продуктов коррозии с обшивки на зачищенном участке восстанавливают лакокрасочное покрытие. При появлении на ушивке коррозии недопустимой глубины производят ремонт.

Обшивка герметической кабины фюзеляжа, кроме обычных нагрузок воспринимает нагрузку от внутреннего давления. Это требует тща­тельного контроля за ее состоянием. При выявлении царапин глубиной более 0,1 мм необходимо производить ремонт данного участка обшивки (например, установкой усиливающей накладки). Трещины, коррозия и другие повреждения на обшивке герметических кабин не допускаются.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите конструктивно-силовые схемы балочных фюзеляжей и приведите примеры их применения.

2. Назовите элементы продольного и поперечного набора крыла:

3.Как передаются и уравновешиваются внешние и внутренние нагрузки в конструкции балочного фюзеляжа?

4.В каких местах фюзеляжа устанавливаются усиленные стрингеры?

5. В каких местах фюзеляжа устанавливаются усиленные шпангоуты?

6. Какие внешние силы действуют на фюзеляж самолета в полете?

7. Какие 'нагрузки в балочно-стрингерном фюзеляже воспринимает обшивка?

8. Какие причины вызывают появление в конструкции фюзеляжа из­гибающего и крутящего моментов?

9. Какие элементы конструкции фюзеляжа воспринимают поперечную силу, изгибающий и крутящий моменты?

10. Какие особенности технического обслуживания элементов конструкции фюзеляжа вам известны?

Составление отчета

Отчет должен содержать основные сведения о ."конструкции фюзеляжа с описанием его назначения и классификации по конструктивно-сило­вой схеме. Выполнить эскиз с необходимыми отдельными видами дета­лей и узлов основных элементов с изображением осевыми линиями того количества элементов силовой схемы, которое присутствует в агрегате.

Список литературы

1. Бадягин А. А., Егер С. М., Мишин В.Ф. Проектирование самолетов. – М: Машиностроение, 1972. – 611 с.

2. Вотяков А.А., Каюнов И.Т. Аэродинамика и динамика полета са­молета. – М.: ДОСААФ, 1975. - 296с.

3. Гребеньков О.А. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1984. – 240 с.

4. Никитин Г.А., Баканов Е.A. Основы авиации. - М.: Транспорт, 1984 - 261с.

5. Техническая эксплуатация летательных аппаратов /Под ред. А. И. Пугачева. - М.; Транспорт. 1977. - 440 с.

6. Учебное пособие к лабораторным работам по курсу "Основы авиации" / Под ред. А.А. Красоткина. - М.: МАИ, 1988. - 76 с.