книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учеб. пособие для студентов инженер.-экон. фак
.pdfВажной геометрической характеристикой крыла является
сужение = |
где Ь0— осевая, а Ьк— концевая хорды кры- |
ла. С увеличением сужения вес крыла и величина изгибающе го момента у корня крыла уменьшаются, так как уменьшается плечо равнодействующей распределенных нагрузок Р огс (рис. 3.22). Увеличение сужения благоприятно сказывается также па снижении индуктивного сопротивления крыла.
Однако при большом сужении крылу свойственна резко выраженная тенденция к концевому срыву, что приводит к ухудшению характеристик устойчивости и управляемости самолета.
Рис. 3.22. |
С увеличением сужения плечо силы Я |
относительно оси |
расчетного |
сечения уменьшается (1 — точка приложения силы Я ). |
|
Эти противоречивые тенденции определяют существование оптимального значения сужения крыла.
Приведенный качественный анализ показывает сильную зависимость веса крыла от его основных параметров. В проек
тировочных расчетах для оценки относительного веса конст рукции крыла используются формулы, учитывающие все от
меченные обстоятельства.
72
ГЛ А В А 4
ФЮ З Е Л Я Ж
§1. НАЗНАЧЕНИЕ ФЮЗЕЛЯЖА
ИОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НЕМУ
Фюзеляж гражданского самолета предназначен для раз мещения экипажа, оборудования, коммерческой и служебной нагрузок. Фюзеляж связывает основные части самолета в еди ное целое; с ним соединяются крыло, оперение, передняя или хвостовая, а иногда и главные опоры шасси и на многих само летах — двигатели. Из многочисленных требований, предъяв ляемых к фюзеляжу, можно выделить четыре основные группы.
Компоновочные требования определяют размеры, форму поперечного сечения и расположение внутренних помещений фюзеляжа, обеспечивают удобство работы и необходимый об зор экипажу, задают определенный уровень комфорта в пас сажирских салонах. Эти требования должны выполняться при рациональном использовании объемов фюзеляжа, компактном размещении грузов, минимальном влиянии различных вариан тов загрузки самолета и заправки его топливом на продоль ную устойчивость самолета.
Аэродинамические требования определяют внешние очер тания, размеры и параметры фюзеляжа, обеспечивающие его минимальное сопротивление в полете и достаточную продоль ную н путевую устойчивость самолета.
Прочностные требования — необходимая прочность, жест кость, долговечность и живучесть конструкции — должны вьо полниться при минимальном весе фюзеляжа.
Эксплуатационные требования определяют приспособлен ность фюзеляжа к эксплуатации на земле и в воздухе, техни ческому обслуживанию и ремонту. К ним относятся, напри мер, требование обеспечения необходимых жизненных усло вий для пассажиров и членов экипажа, требование механиза ции погрузочно-разгрузочных работ, требование удобного до ступа к агрегатам при их осмотре и обслуживании и ряд дру гих требований.
Характерные специфические требования предъявляются к
•фюзеляжам сельскохозяйственных, санитарных и других само летов авиации спецприменения. Например, фюзеляж самолета
73
сельскохозяйственной авиации должен быть хорошо защищен от коррозии под воздействием химикатов; должен иметь до статочным по размерам люк для установки п демонтажа бака для химикатов. Должна быть исключена возможность попада ния химикатов в кабину пилота п т. д.
Некоторые требования являются взаимно противоречивы ми и не могут удовлетворяться в полной мере одновременно. Так, например, требование заданной прочности при минималь ном весе конструкции находится в противоречии с эксплуата ционными и компоновочными требованиями, в силу которых фюзеляж должен иметь достаточное количество дверей, лю
ков п |
эксплуатационных |
лючков, |
обеспечивающих |
удоб |
||||||
ным |
подход |
к |
различным |
агрегатам, |
по вместе |
с тем |
||||
увеличивающих |
вес фюзеляжа |
из-за |
необходимости под |
|||||||
крепления |
вырезов |
в обшивке. |
и |
Критерием |
при |
оцен |
||||
ке степени важности |
требования |
при |
выборе |
компромис |
||||||
сного решения является в таких случаях экономическая эф фективность — минимальная себестоимость перевозок. Кстественпо. что никакие компромиссные решения не могут распро страняться на требования, от которых зависит безопасность полетов (например, па прочностные требования). Выполнение этих требовании должно быть обязательным и безоговорочным при любых условиях.
§ 2. ВНЕШНИЕ ФОРМЫ ФЮЗЕЛЯЖА
Форма фюзеляжа влияет па его аэродинамические п весо вые характеристики. Ома определяется с обязательным учетом назначения самолета н компоновочных требовании, предъяв ляемых к фюзеляжу.
Минимальное лобовое сопротивление па дозвуковых ско ростях имеет фюзеляж, выполненный в виде тела вращения каплевидной формы. Фюзеляжи сверхзвуковых самолетов с этой же целью делают с заостренной носовой частью. Практи чески не удается придать фюзеляжу наиболее выгодную чисто осесимметричную форму, так как требование хорошего обзора из кабины экипажа обычно не выполняется без небольшого отгиба вниз носовой части фюзеляжа, а стремление обеспе чить нужный посадочный угол атаки крыла без увеличения
длины (а следовательно, п веса) главных |
ног шасси вынуж |
дает поднимать вверх ось хвостовой |
части фюзеляжа, |
(рис. 4.1 .а). |
|
74
отсеков фюзеляжа, расположенных под полом кабины. Для ■легких нескоростных самолетов, самолетов сельскохозяйствен ной авиации и для певысотных грузовых самолетов наиболее целесообразной формой, обеспечивающей хорошее использо вание внутренних объемов, минимальную поверхность фюзеляжа и простоту его изготовления, является прямоугольная (со
скругленными углами) поперечная форма |
(рис. 4.1,е). |
|
Важным параметром фюзеляжа, влияющим на его аэроди |
||
намические и весовые характеристики, |
является удлинение |
|
• Z-ф , гдеI А С Дф, ------— Aдлина^ H I U C I цфюзеляжаи о с ? t / » \ C l, clа |
Д,. |
максимальный |
^At> |
|
|
диаметр фюзеляжа. Для фюзеляжей с некруглой формой попе речного сечения за Д , принимают диаметр круга с площадью равной площади поперечного сечения фюзеляжа. Фюзеляжи дозвуковых самолетов имеют Xdl = 74-15.
В весовом отношении фюзеляжи больших удлинений невы годны, и значения Д = 144-15 встречаются лишь на моди фицированных самолетах, у которых длина фюзеляжей увели чена посредством вставок.
Для сверхзвуковых пассажирских самолетов л(|) - 124-20.
§ 3. НАГРУЗКИ ФЮЗЕЛЯЖА И УСИЛИЯ В ЕГО СЕЧЕНИЯХ
Нагрузками фюзеляжа в различных условиях эксплуата ции самолета являются:
а) силы, действующие па фюзеляж от прикрепленных к нему других частей самолета (крыла, оперения, шасси, двига телей и т. д.);
б) массовые силы конструкции фюзеляжа и массовые си лы грузов и агрегатов, находящихся внутри фюзеляжа;
в) аэродинамические силы, распределенные по всей по верхности фюзеляжа;
г) избыточное давление в герметических кабинах.
Под действием этих нагрузок фюзеляж изгибается и за кручивается; в его поперечных сечениях действуют горизон тальные и вертикальные поперечные силы Q, изгибающие Л4|13Г и крутящие Мкр моменты.
Внешним силам и моментам противодействуют нормальные н касательные напряжения и, т0, тЛ1кр, возникающие в обшив
ке и продольном наборе фюзеляжа. Определение этих напря жений выполняется теми же методами, что и при расчете кры
ла. Например, при расчете на изгиб фюзеляж схематизи руется в виде двухпоясной балки, расположенной в плоскости действия изгибающего момента (рис. 4.2). Нормальные напря жения от M„,r возникают в боковых панелях фюзеляжа — поясах балки, поперечная сила Q воспринимается листами обшивки, выполняющими роль стенок балки. Крутящий мо мент Л'1кр воспринимается замкнутым контуром обшивки в
расчетном сечении фюзеляжа.
Рис. 4.2. Погружения фюзеляжа боковой силон Р, приложенной к верти
калыюму оперению: а) горизонтальный изгиб. |
Изгибающий момент /И |
|
уравновешивается нормальными напряжениями |
возникающими |
в боко |
вых панелях (поясах условной балки); б) поперечная сила Q п крутящий |
||
момент /1'/круравновешпваются потоками касательных напряжений |
и |
|
В процессе полета, особенно в условиях турбулентной ат мосферы, нагрузки, действующие на фюзеляж, изменяются пс величине и направлению. Определенную цикличность, связан ную с количеством полетов, имеют нагрузки от перепада дав ления в герметических кабинах и нагрузки, возникающие при посадке.
Усталостные повреждения конструкции, вызываемые этими переменными нагрузками, ограничивают срок службы фюзе ляжа.
77
§ 4. КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВАЯ СХЕМА ФЮЗЕЛЯЖА
Наибольшее распространение в современной авиации по лучили фюзеляжи типа полумонокок, в наибольшей степени
•отвечающие предъявляемым к фюзеляжу требованиям. Полумонокок пли балочно-стрипгериып фюзеляж имеет
сравнительно топкую работающую обшивку, подкрепленную' внутренним каркасом, состоящим из продольных элементов — стрингеров и поперечных — шпангоутов (рис.. 4.3).
Топкая обшивка фюзеляжа не может воспринимать значи тельные по величине сосредоточенные нагрузки, и поэтому в тех сечениях фюзеляжа, где на пего передаются силы от дру гих частей самолета, ставятся усиленные шпангоуты.
Усиленные шпангоуты с герметичными стенками часто для уменьшения веса конструкции, имеющими сферическую по верхность. ставятся в начале п в конце герметических отсеков, фюзеляжа.
Окантовка крупных вырезов в обшивке фюзеляжа, обеспе чивающая требуемую прочность и жесткость, также осуществ ляется усиленными шпангоутами п стрингерами.
Усиленные шпангоуты повышают вес конструкции, и по этому при разработке силовой схемы фюзеляжа их число ста раются свести к минимуму. При рациональной силовой схеме ч)дпп п тот же усиленный шпангоут используется для выполне ния нескольких функции (рис. 4.4).
Кабины экипажа, пассажирские и грузовые помещения самолетов, летающих на высоте более 4—5 км, выполняются герметическими. Герметизация обеспечивается прокладкой уплотнительных лепт в заклепочных соединениях, промазкой герметиками заклепочных швов и стыков фюзеляжа. Гермети зация остекления, дверей, люков обеспечивается резиновыми прокладками. Обеспечение герметичности фюзеляжа упро щается при использовании клеесварных соединении элементов ■конструкции или монолитных панелей обшивки. Эгп же меро приятия выгодны еще и тем, что они способствуют повышению долговечности и уменьшению веса конструкции фюзеляжа.
§5. КОМПОНОВКА ФЮЗЕЛЯЖА
Вфюзеляже пассажирского самолета имеются помещения пли отсеки, занимаемые экипажем, пассажирами, багажом и грузами, помещения для бортпроводников, вестибюли, кухнн- ■буфеты, гардеробы, туалетные помещения, отсеки с оборудо-
Рис. -!.3. Фюзеляж полумомокок пассажирского самолета. .
ванием, отсеки, занятые элементами и агрегатами конструк ции (передней стойкой шасси, центропланом крыла и т. д.) и свободные объемы, образующиеся вследствие придания фюзе ляжу требуемых аэродинамических форм. Взаимное располо жение всех этих помещений и отсеков, увязанное с расположе нием силовых элементов конструкции и составляет содержа ние термина «компоновка фюзеляжа».
Нормальные Усиленные
|
- -т-К' |
- v |
'У ’ |
■=Ц) ^ |
|
|
TS |
|
|
|
|
_L J |
|
|
Рис. 4.4. |
Поперечный |
силовой набор фюзеляжа. Усиленные ьшангоуты |
||
показаны |
толстыми линиями: 1 — продольные |
балки отсека шасси; 2 — |
||
местные усиления — окантовка вырезов в обшивке; 3 — узлы крепления лонжеронов киля; 4 — носовой обтекатель; 5 — герметический шпангоут; 6 — центроплан крыла; 7 — отсек для уборки главных ног шасси:
8 — узлы крепления пилонов двигателей.
I. Критерии совершенства компоновки
Совершенство и экономичность компоновки фюзеляжа мож но оценивать двумя критериями — относительным объемом помещений, используемых для размещения коммерческой на
грузки v K0„ = 0пасс + ^баг^ и величиной объема кабины, при-
V
ходящегося на одного пасажира —— • ^пасс
Здесь vnacc — внутренний объем пассажирских кабин и поме щений, связанных с обслуживанием пассажи-
80
ров (кухни-буфеты, вестибюли, гардеробы, по мещения для бортпроводников, туалетные по мещения) ;
■cV,ar — объем багажных помещений;
v — полный объем фюзеляжа по наружным об водам;
цкаб — объем пассажирской кабины; /7цасс — количество пассажирских мест.
Первый критерий характеризует рациональность общей планировки фюзеляжа, степень использования его объемов для размещения коммерческой нагрузки, а второй — дает от вет о плотности размещения пассажиров в кабине. Увеличение
11 снижение —^ приводят к росту пассажировмести.чо- ^пасс
сти самолета и к повышению экономичности его эксплуатации.
С увеличением размеров самолета величина vK0M растет вследствие уменьшения относительных объемов фюзеляжа, занятых кабиной экипажа, элементами и агрегатами конст рукции самолета.
У современных пассажирских самолетов величина т'кон
достигает 0,54-4-0,7, |
a |
0,88-ь-1,6 м3/пасс. |
D |
У создаваемых |
|
^пасс |
|
самолетов-аэробусов — |
= 1,2 Ч- |
||
-ь- 1,3 м3/пасс. |
|
|
/,пасс |
На рис. 4.5 и 4.6 показаны примеры компоновки фюзеля жей пассажирских самолетов.
2. Кабина экипажа
Носовую часть фюзеляжа занимает кабина экипажа, в ко торой в зависимости от назначения самолета, типа и коли чества двигателей размещается от 2 до 5 человек. От осталь ных помещений фюзеляжа кабина экипажа, как правило, от деляется перегородкой с запираемой дверью, что исключает доступ в кабину посторонних лиц во время полета. Размеще ние пилота в общей кабине вместе с пассажирами встречается только на легких самолетах МВЛ.
6. Зак. 942. |
6 \ |