3.3. Зовнішні форми та геометричні характеристики
фюзеляжу літака [1], c. 86-88
Фюзеляжем називається корпус літака, до якого кріпляться крила, оперення, шасі, а іноді силова установка. Фюзеляж служить для розміщення екіпажа, пасажирів, різного обладнання і вантажів. Крім того фюзеляж служить базою для збірки літака, оскільки до нього зазвичай приєднуються всі інші частини літака (крило, оперення, шасі, часто силова установка та ін.).
З силової точки зору фюзеляж є базою, на якій замикаються сили, що приходять від крила, оперення, шасі і силових установок.
З аеродинамічної точки зору фюзеляж є частиною літака, яка створює найбільший лобовий опір. У сучасних літаків лобовий опір фюзеляжу складає 20-40% лобового опору літака.
Основною вимогою до фюзеляжу є виконання ним свого функціонально призначення у відповідності з призначенням літака та умовами його використання. Виконання цієї вимоги досягається:
- вибором таких зовнішніх форм і значень параметрів фюзеляжу, при яких виходять мінімальне його лобовий опір і найбільші корисні об'єми при габаритах, що визначилися;
- використанням несучих фюзеляжів, що створюють значну (до 40%) піднімальну силу в інтегральних схемах літака. Це дозволяє зменшити площу крила і понизити його масу;
- раціональним використанням корисних об'ємів за рахунок підвищення щільності компоновки, а також за рахунок компактнішого розміщення вантажів поблизу центру мас;
- узгодженням силової схеми фюзеляжу з силовими схемами приєднаних до нього агрегатів. При цьому необхідно забезпечити надійне кріплення, передачу і урівноваження навантажень від силових елементів крила, оперення, шасі, силової установки на силових елементах фюзеляжу.
Конструкція фюзеляжу повинна забезпечити:
- зручність підходів до різних агрегатів, розміщених у фюзеляжі, для їх огляду і ремонту;
- зручність входу і виходу екіпажа і пасажирів, викиду десантників і озброєння;
- зручність вантаження, швартування і вивантаження призначених для перевезення вантажів;
- необхідні життєві умови і певний рівень комфорту пасажирам і екіпажу при польоті на великій висоті, можливість швидкого і безпечного аварійного покидання літака, а екіпажу - хороший огляд.
Форма фюзеляжу залежить від призначення літака, розташування двигунів і повітрязабірників. Найвигіднийшею формою фюзеляжу є осесимметрічнє тіло обертання з плавним звуженням в носовій і хвостовій частинах. Така форма при заданих габаритах забезпечує мінімальну площу поверхні, а значить мінімальну масу обшивки і мінімальний опір тертя фюзеляжу. Круглий перетин тіла обертання вигідний по масі і при дії надмірного тиску в гермокабінах. Проте по компонованих і інших міркуваннях від такої ідеальної форми доводиться відступати. Так, ліхтарі кабіни екіпажа, повітрязабірникі і антени радіолокаторів порушують плавність обводів і приводять до збільшення опору і маси фюзеляжу.
Геометричними характеристиками фюзеляжу служать розміри, подовження, форми поперечного перетину і вигляд збоку (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Вигляд збоку та основні форми поперечного перетину фюзеляжів: а) кругла; б) прямокутна; в) овальна.
Основними розмірами фюзеляжу є: довжина фюзеляжу Lф,, діаметр Дф або висота Н і ширина В найбільшого поперечного перетину фюзеляжу і площа міделевого (найбільшого) перетину фюзеляжу Sм.
Подовження фюзеляжу λф - це відношення його довжини Lф до діаметру круга Дф, рівного за площею його міделевому перетину:
.
Якщо фюзеляж має не круглий перетин, то Дф визначається за формулою:
,
де Sм – площа міделевого (найбільшого) перетину фюзеляжу.
Довжину фюзеляжу можна визначити з виразу для подовження фюзеляжу:
Lф = λф Дф.
На практиці користуються наступними значеннями подовження: для транспортних дозвукових літаків λф = 6 – 11; для навколозвукових – λф = 12 – 15. Наприклад, літак Іл-86 має діаметр Дф = 6,08м, а довжину Lф = 59,54м.
Іл - 86
Поперечний перетин фюзеляжу зазвичай визначається умовами компоновки крила, двигунів, шасі, пасажирських салонів, вантажів та ін. Сучасні літаки мають всілякі форми поперечного перетину фюзеляжу, основними з яких є: круглі (а), прямокутні (б) і овальні (в) (рис. 3.10). Кожен вид перетину фюзеляжу має свої позитивні сторони і недоліки. Слід підкреслити, що поперечний перетин фюзеляжу по його довжині не постійний і може істотно змінюватися, особливо у швидкісних літаків.
F - 16 (зміна перетину по довжині фюзеляжу)
Круглий (рис. 3.10, а) перетин фюзеляжу простий по своєму контуру, має максимальний об'єм при мінімальній поверхні, мінімальне значення інтерференції при середньому сполученні крила і оперення з фюзеляжем. При круглому перетині досягається велика міцність і жорсткість конструкції при невеликій масі. Тому герметичні фюзеляжі висотних літаків цивільної авіації мають, як правило, круглий перетин. Проте ряд недоліків обмежує можливості його використання. При низькому розташуванні крила створюється велика інтерференція, тому для ослаблення її роблять великі плавні переходи (зализи) від фюзеляжу до крила. Крім того, внутрішні об'єми фюзеляжу круглого перетину не можуть бути раціонально використані для розміщення екіпажа, пасажирів, вантажів і обладнання.
Боїнг 777-300
Прямокутний (рис. 3.10, б) перетин фюзеляжу має великий коефіцієнт лобового опору; він ускладнює отримання достатньої міцності та жорсткості без значного збільшення маси. Такий контур працює на кручення гірше за круглий. Проте у фюзеляжів з прямокутним перетином можна більш раціонально розмістити вантаж. Такі фюзеляжі дають невелику інтерференцію з крилом та легкі у виготовленні.