Що таке фюзеляж літака? Схема, пристрій, елементи конструкції

Фюзеляж пасажирського літака пов'язує крила, оперення і в деяких випадках шасі. Він призначається для розміщення обладнання, екіпажу, вантажів. Літак без фюзеляжу іменується літаючим крилом. В його потовщеному відсіку розташовується все, що знаходиться в корпусі звичайного апарату. Розглянемо докладно, що таке фюзеляж літака. Фото цього компонента буде також представлено в статті.

Загальні вимоги

Пояснюючи двома словами, що таке фюзеляж літака, можна сказати, що це корпус апарату. До цього компонента повітряного судна пред'являється ряд вимог:

Раціональне використання всіх внутрішніх об'ємів.

Мінімальне лобове опір.

Забезпечення достатнього огляду з кабіни пілотів і приміщення для екіпажу.

Надійна теплозвукоізоляція і герметичність.

Простота розвантаження/завантаження.

Необхідна вентиляція, освітлення та опалення.

Зовнішня форма

Геометрія фюзеляжу літака представлена вісесиметричним тілом з плавним звуженням до хвостовий та носової частин. При такій формі забезпечується мінімальна площа поверхні при заданих габаритах. Відповідно, знижується маса обшивки, зменшується опір. Невелика вага дає певні переваги при дії надлишкового тиску в герметичні кабіни. Однак по ряду міркувань така ідеальна форма не дотримується. Плавність обводів порушують, зокрема, такі елементи фюзеляжу літака, як ліхтарі кабіни, антени радіолокаторів. Це, в свою чергу, призводить до підвищення опору і збільшенню маси. Цей же ефект має місце при відступі від плавних форм у хвостових відсіках. У даному випадку забезпечується збільшення кута перекидання або вкорочення рампи і вантажного люка.

Навантаження

Роз'яснюючи, що таке фюзеляж літака (фото, представлене у статті, ілюструє його особливості), необхідно сказати про впливах, які він відчуває. При посадці і в польоті на цей компонент діють:

Сили, що передаються від приєднаних компонентів. До них, зокрема, відносять крила, шасі, оперення, силову установку і пр.

Масове інерційну дію обладнання, вантажів, агрегатів, які знаходяться безпосередньо в ньому.

Аеродинамічні сили, які розподілені по поверхні.

Інерційний вплив власної маси. Його надає сама конструкція фюзеляжу літака.

Сили надлишкового тиску у відсіках обладнання, герметичних кабінах.

Всі зазначені навантаження повністю збалансовані. Розглядаючи, що таке фюзеляж літака в рамках будівельної механіки, можна представити його у вигляді коробчатої балки. У будь-якому перерізі на неї впливають горизонтальні і вертикальні сили, крутний момент. В герметичних відсіках до них додається зайве внутрішній тиск.

Раціональність модуля

Найбільш оптимальною вважається така схема фюзеляжу літака, при якій він зможе сприймати всі зазначені вище навантаження при досить невеликій власній вазі. Тонкостінна оболонка в цьому разі закріплюється на силовому каркасі. Раціональність забезпечується повноцінним використанням обшивки. У тому місці, де знаходиться фюзеляж у літака, існують місцеві аеродинамічні сили, внутрішнє надлишковий тиск, загальна силова робота. Тонкостінна оболонка, підкріплюючись зсередини каркасом, максимально задовольняє вимогам зручності компонування, забезпечує технологічну простоту, експлуатаційні характеристики. Такий пристрій фюзеляжу літака іменується балочним. Раніше використовувалися фермові модулі. Вони суттєво програвали балочним по своїй масі. Що таке фюзеляж літака фермового типу? Обшивка в цьому випадку повністю виключається з силової роботи. Вона сприймає тільки місцеві аеродинамічні навантаження. Якщо говорити про те, що таке фюзеляж літака в даному випадку, то його можна визначити як додатковий модуль, що збільшує загальну масу апарату. Просторова ферма істотно ускладнює компонування вантажу. Недоліки такого модуля призвели до того, що в сучасному літакобудуванні вони практично не використовуються. Їх застосування доцільне тільки на тихохідних легких апаратах малої авіації.

Класифікація

Існує три типи літакових фюзеляжів:

Обшивальні.

Лонжеронный.

Стрингерный.

Останні два відрізняються один від одного формою і площею в поперечному перерізі. Поздовжній набір в тому місці, де знаходиться у фюзеляж літака, складається з стрингерів і лонжеронів. Обшивочний модуль у поперечному перерізі включає в себе шпангоути. Вони забезпечують збереження заданої форми при деформаціях оболонки і передачу зосереджених і розподілених навантажень. У місці, де у фюзеляж літака, присутні ділянки, в яких може бути велика концентрація сил. Для запобігання деформації в цих випадках встановлюють посилені шпангоути. В балкових модулях вплив будь-якого напрямку сприймається повністю обшивкою. В ній виникає дотичний потік зусиль. Їх розподіл залежить від напрямку зовнішнього впливу і форми поперечного перерізу модуля. Обшивка також повністю сприймає крутний момент. У цьому випадку дотичний потік рівномірно розподіляється по периметру. Оболонка при цьому, як правило, має однозамкнутий контур в поперечному перерізі. На дільницях, де присутні вирізи в оболонці, встановлюють силові окантовки. Вони забезпечують у цих зонах передачу всіх зусиль.

Стрингери і лонжерони

Поздовжні частини фюзеляжу літака проходять зазвичай по всій його довжині. Разом з обшивкою вони приймають нормальні зусилля згину. Виготовлення простих стрингерів і лонжеронів здійснюється, як правило, з гнутих або пресованих профілів з різним перетином. Поздовжні елементи мають велику жорсткість. При великих навантаженнях в деяких випадках можуть встановлюватися складові лонжерони. Вони включають в себе кілька профілів, з'єднаних один з одним. При окантовці вирізів великого розміру застосовують бімси - поздовжні елементи коробчатого перетину. Вони виготовляються з пресованих профілів, які зв'язуються між собою обшивкою і стінками.

Шпангоути

Вони можуть бути посилені або звичайними. Останні забезпечують збереження форми поперечного перерізу модуля. Посилені шпангоути використовуються на ділянках скупчення великих навантажень на корпус. На них знаходяться вузли, стыкующие агрегати, що закріплюють вантажі, велике обладнання, двигуни тощо Посилення встановлюють також по межах великих отворів у корпусі. Звичайні шпангоути, як правило, мають рамну конструкцію. Вони виготовляються з штампованого або гнучкого аркуша. Посилені елементи виконують у формі замкнутої рами швелерного або двотаврового перетину. Дотичний потік виступає як опорна реакція. Рама розподіляє зовнішній вплив по всьому периметру. Сама ж вона діє на вигин. Він визначає її переріз. Конструкція такої рами монолітна чи збірна. На ділянках установки перегородок посилений шпангоут зашивають стінкою повністю. Вона підкріплюється горизонтальними і вертикальними профілями. Обшивка шпангоута може здійснюватися також сферичною оболонкою. Підкріплюючі елементи при цьому розташовуються радіально.

Обшивка

Вона виконується з металевих листів. Їх формують за профілем поверхні корпусу і закріплюють. Стики листів розташовують по поперечним і поздовжнім частин модуля. Для обшивальних каркасів використовуються монолітні реберні панелі. Останнім часом досить поширене використання композитних матеріалів.

З'єднання компонентів

Обшивка може кріпитися до шпангоутів або стрингерів або одночасно і до тих і до інших. Перший варіант використовується в обшивальних модулях. При закріпленні тільки до стрингерів застосовують заклепувальні поздовжні шви. Поперечне з'єднання при цьому відсутня. Це покращує аеродинамічні властивості модуля. Але в цьому випадку при менших навантаженнях обшивка втрачає свою стійкість. Це призводить до збільшення ваги конструкції. Для запобігання цього оболонка часто зв'язується з шпангоутом компенсатором - додаткової накладкою.

Стики

При балочно-лонжеронній схемою фюзеляжу вони виконуються за допомогою вузлів, які розташовуються винятково на поздовжніх деталях. Такі стики називають точковими. Контурні з'єднання використовують у балочно-стрингерных фюзеляжах. Стики розташовують по всьому периметру шпангоута з обов'язковим посиленим зв'язуванням обшивки і стрингерів. З'єднання таких фюзеляжах, як правило, здійснюються за допомогою фланців. Такий стик забезпечує силову зв'язок з деталями, дотичними по контуру.

Кріплення агрегатів

Вузли з'єднання встановлюють на посилених шпангоутах. Вони виконують функцію жорсткого диска. За рахунок них здійснюється розподіл зосереджених поздовжніх навантажень. Стикові вузли повинні зв'язуватися з силовими лонжеронами. Для зниження маси всієї конструкції фюзеляжу доцільно зменшити кількість посилених шпангоутів. На кожному такому елементі може розташовуватися кілька вузлів кріплення агрегатів.

Крила

В якості специфічної особливості кріплення цих деталей виступає урівноваження згинаючих моментів в цьому стику консолей крила. Раціональним буде вважатися балансування правого і лівого елементів на центроплані, що проходить крізь фюзеляж. Для лонжеронного типу модуля досить пропустити поздовжні елементи - з ним буде здійснюватися урівноваження згину. Для з'єднання моноблочних і кесонних крил крізь корпус повинні проходити всі силові панелі. Якщо з якихось причин пропуск елементів через фюзеляж здійснити не можна, згинальні моменти праворуч і ліворуч повинні замикатися на силових шпангоутах. Таке рішення, однак, може застосовуватися для лонжеронного крила, оскільки кількість деталей у них невелика. Моноблочні та кесонні компоненти зажадають більшого числа посилених шпангоутів. Це досить складно виконати на конструкції. У таких випадках доцільно скористатися лонжеронній схемою.

Кіль

Його кріплення вимагає обов'язкової передачі згинаючого моменту на фюзеляж. Для цього кожен повздовжній елемент кіля з'єднують з посиленим шпангоутом. По можливості можна використовувати щогловий тип закладки лонжерона у двох точках. Їх розташовують по висоті шпангоута. Стріловидний повздовжній елемент має злам на ділянці перетину з ним. Це вимагає обов'язкової установки додаткового посилення. Від нього можна відмовитися в тому випадку, якщо шпангоут буде розташовуватися похило відносно осі фюзеляжу, щоб площина стала продовженням стінки лонжерона. Але втілення цього варіанту буде супроводжуватися певними труднощами.

Вирізи

Центральна частина фюзеляжу літака включає в себе отвори під вікна, двері, люки, ліхтарі, ніші шасі. Всі ці вирізи порушують замкнутість контуру обшивки. Відповідно, істотно знижується стійкість та міцність каркасу. Для компенсації втрат по контурах отворів пропускають рамну жорстку окантовку. При невеликих розмірах вирізів вона являє собою монолітну конструкцію. Її виконують з аркуша, виготовленого штампуванням чи іншим способом. Великі отвори окантовуються по торцях посиленими шпангоутами. У поздовжньому напрямку встановлюють бімси. При цьому вони не закінчуються в межах вирізу, а виходять за посилені шпангоути. Так забезпечується жорстка закладка поздовжніх деталей. Ніші шасі закріплюються на посилених шпангоутах і лонжеронах в нижній частині корпусу.

Герметичні кабіни

При польоті на великій висоті в них підтримується зайвий тиск. Для забезпечення мінімальної маси герметичних кабін їх виконують у формі сфери або циліндра зі сферичними днищами. При цьому необхідно посилення шпангоута, розташованого на стику сегментів. Це потрібно тому, що він приймає досить велику стискає навантаження. В герметичних кабінах обшивка при навантаженні надмірним тиском не відчуває згинальних деформацій. Вона працює виключно на розтяг. В деяких випадках від зазначеної форми доводиться відступати. Це, в свою чергу, призводить до збільшення ваги всієї конструкції. Для забезпечення необхідної жорсткості на вигин використовуються плоскі панелі. Перебуваючи під впливом надлишкового тиску, вони підкріплені поперечними і поздовжніми балками (ребрами). Для посилення жорсткості деталей панелі виконують у вигляді тришарових конструкцій. У кабінах повинна забезпечуватися надійна герметизація по всіх болтових і заклепочних швах. Для цього використовуються спеціальні стрічки. Їх просочують герметиком, промащують невысыхающей мастикою, покривають спеціальними складами з наступним сушінням. На стиках листів обшивки застосовують заклепувальні багаторядні шви з невеликим кроком. Особливо ретельно обробляються герметиком люки, вікна, ліхтарі, двері. Герметизація забезпечується за рахунок використання спеціальних ущільнювальних засобів. Це можуть бути гумові джгути, стрічки, надувні трубки, прокладки.

Обов'язкові заходи

Для забезпечення виконання вимог, які пред'являються до фюзеляжу літака, повинні бути виконані певні дії. До них відносять:

Вибір таких значень параметрів і зовнішніх форм корпусу, при яких лобове опір буде знижено до мінімуму, а корисний об'єм, відповідно, буде оптимальним.

Використання несучих фюзеляжів. За рахунок них створюється значна підйомна сила. За рахунок цього можна зменшити масу і площа крила.

Раціональне використання корисних обсягів. Це досягається підвищенням щільності компонування, компактним розміщенням вантажу в області центру мас. У цьому випадку будуть зменшуватися масові моменти інерції і поліпшуватися характеристики маневреності. Звуження діапазону зміни центрівок при вигорянні палива, різних варіантах завантаження забезпечує більшу стійкість і кращу керованість.

Узгодження силових схем фюзеляжу і агрегатів, приєднаних до нього. При цьому повинні бути надійне кріплення, урівноваження і передача навантажень від силових деталей крила, шасі, оперення, установок до корпусу.

Забезпечення зручності входу/виходу екіпажу, пасажирів, швартування, завантаження/вивантаження предметів, обладнання, речей, призначених для транспортування.

Забезпечення зручного підходу до різних агрегатів. Це необхідно головним чином для здійснення огляду та ремонту.

Для екіпажу та пасажирів повинні бути створені необхідні умови, а також належний рівень комфорту під час перельоту на великих висотах. Обов'язковою вимогою є забезпечення звуко - і теплоізоляції кабін, можливості безпечного і швидкого аварійного виходу з салону. Для екіпажу також повинні бути створені комфортні умови. Зокрема, пілотам повинен бути забезпечений хороший огляд, зручність при польоті і управлінні літаком.