Скорлупой балочный фюзеляж монокок сообщение

Обновлено: 02.07.2024

1.Конструкция фюзеляжа типа полумонокок.
Монокок - это когда сам фюзеляж самолета является несущим. В этом случае все нагрузки держит именно оболочка фюзеляжа. До применения монокока фюзеляжи были рамные или каркасные, там оболочка ничего не держала, а зачастую и отсутствовала вовсе.
Полумонокок - это конструкция фюзеляжа, в которой несущим является не только сам корпус, но и дополнительные силовые элементы (например шпангоуты).

В фюзеляжах типа полумонокок восприятие внешних силовых факторов обеспечивается совместной работой продольных элементов и обшивки.

В стрингерно-балочном фюзеляже (стрингерный полумонокок) изгибающий момент воспринимается растяжением-сжатием сводов несущей обшивки, подкрепленной стрингерами.

В лонжеронно-балочном фюзеляже (лонжеронный полумонокок) обшивка, подкрепленная стрингерами, работает только на сдвиг, воспринимая крутящий момент и перерезывающую силу.

Изгибающий момент воспринимают продольные балки.

2. Назначение и работа механизации крыла.
Механиза́ция крыла́ — совокупность устройств на крыле летательного аппарата, предназначенных для регулирования его несущих свойств. Механизация включает в себя закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, флапероны, активные системы управления пограничным слоем и т. д.

Закрылки — отклоняемые поверхности, симметрично расположенные на задней кромке крыла. Закрылки в убранном состоянии являются продолжением поверхности крыла, тогда как в выпущенном состоянии могут отходить от него с образованием щелей. Используются для улучшения несущей способности крыла во время взлёта, набора высоты, снижения и посадки, а также при полёте на малых скоростях. Существует большое число типов конструкции закрылков:

Принцип работы закрылков заключается в том, что при их выпуске увеличивается кривизна (Сy) профиля и (в случае выдвижных закрылков[1], которые также называют закрылками Фаулера[2]) площадь поверхности крыла (S), следовательно, увеличивается и несущая способность крыла. Возросшая несущая способность крыла позволяет летательным аппаратам лететь без сваливания при меньшей скорости. Таким образом, выпуск закрылков является эффективным способом снизить взлётную и посадочную скорости. Второе следствие выпуска закрылков — это увеличение аэродинамического сопротивления. Если при посадке возросшее лобовое сопротивление способствует торможению самолета, то при взлёте дополнительное лобовое сопротивление отнимает часть тяги двигателей. Поэтому на взлёте закрылки выпускаются всегда на меньший угол, нежели при посадке. Третье следствие выпуска закрылков — продольная перебалансировка самолёта из-за возникновения дополнительного продольного момента. Это усложняет управление самолётом (на многих современных самолётах пикирующий момент при выпуске закрылков компенсируется перестановкой стабилизатора на некоторый отрицательный угол). Закрылки, образующие при выпуске профилированные щели, называют щелевыми. Закрылки могут состоять из нескольких секций, образуя несколько щелей (как правило, от одной до трёх).

Флапероны (зависающие элероны) — элероны, которые могут выполнять также функцию закрылков при их синфазном отклонении вниз. Широко применяются в сверхлёгких самолётах[3] и радиоуправляемых авиамоделях при полётах на малых скоростях, а также на взлёте и посадке. Иногда применяются на более тяжелых самолётах (например, Су-27). Основное достоинство флаперонов — это простота реализации на базе уже имеющихся элеронов и сервоприводов. Недостаток в том, что выпущенные флапероны малоэффективны как элероны.

Предкрылки — отклоняемые поверхности, установленные на передней кромке крыла. При отклонении образуют щель, аналогичную таковой у щелевых закрылков. Предкрылки, не образующие щели, называются отклоняемыми носками. Как правило, предкрылки автоматически отклоняются одновременно с закрылками, но могут и управляться независимо.

В целом, эффект предкрылков заключается в увеличении допустимого угла атаки, то есть срыв потока с верхней поверхности крыла происходит при бо́льшем угле атаки.

Помимо простых, существуют так называемые адаптивные предкрылки. Адаптивные предкрылки автоматически отклоняются для обеспечения оптимальных аэродинамических характеристик крыла в течение всего полёта. Также обеспечивается управляемость по крену при больших углах атаки с помощью асинхронного управления адаптивными предкрылками.

Интерцепторы (спойлеры) — отклоняемые или выпускаемые в поток поверхности на верхней (нижней, см. МиГ-19) поверхности крыла, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление и уменьшают подъёмную силу. Поэтому интерцепторы также называют органами непосредственного управления подъёмной силой.

В зависимости от предназначения и площади поверхности консоли, расположения её на крыле и т. д. интерцепторы делят на элерон-интерцепторы и спойлеры:

Элерон-интерцепторы — представляют собой дополнение к элеронам и используются в основном для управления по крену. Они отклоняются несимметрично. Например, на Ту-154 при отклонении левого элерона вверх на угол до 20°, элерон-интерцептор на этой же консоли автоматически отклоняется вверх на угол до 45°. В результате подъёмная сила на левой консоли крыла уменьшается, и самолёт кренится влево.
У некоторых самолетов элерон-интерцепторы могут являться главным (либо резервным) органом управления по крену[4].

Выпущенные спойлеры
Спойлеры (многофункциональные интерцепторы) — гасители подъемной силы. Симметричное задействование интерцепторов на обеих консолях крыла приводит к резкому уменьшению подъёмной силы и торможению самолёта. После выпуска самолёт балансируется на большем угле атаки, начинает тормозиться за счёт возросшего сопротивления и плавно снижаться. Возможно изменение вертикальной скорости без изменения угла тангажа. То есть при одновременном выпуске интерцепторы используются в качестве воздушных тормозов.
Интерцепторы также активно используются для гашения подъёмной силы после приземления или при прерванном взлёте и для увеличения сопротивления. Необходимо отметить, что они не столько гасят скорость непосредственно, сколько снижают подъёмную силу крыла, что приводит к увеличению нагрузки на колёса и улучшению сцепления колёс с поверхностью. Благодаря этому, после выпуска внутренних интерцепторов можно переходить к торможению с помощью колёс.

3.Принцип действия газотурбинного двигателя.
Основное отличие газотурбинного двигателя от поршневого заключается в том, что рабочий процесс в нем происходит не циклично, а непрерывно. Топливо постоянно впрыскивается в камеру сгорания такого двигателя и, смешавшись там с воздухом, сгорает. Образующиеся при этом газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины и турбины компрессора. Силовая турбина через редуктор соединяется с трансмиссией автомобиля, а компрессор служит для нагнетания воздуха в двигатель. Горячие газы, выходящие из турбины, попадают в теплообменник, где нагревают воздух, подающийся в камеру сгорания двигателя, после чего удаляются в атмосферу. Наличие теплообменника дает возможность повысить эффективность газотурбинного двигателя. Газотурбинные двигатели имеют высокую мощность при небольших размерах. Самой большой частью такого двигателя является теплообменник. Отсутствие возвратно-поступательных перемещений в таком двигателе обеспечивает высокую равномерность его работы. К другим преимуществам газовых турбин относятся легкость пуска при низких температурах, малая токсичность и возможность работы на различных (жидких и газообразных) топливах. Широкого применения на автомобилях газотурбинные двигатели не получили из-за низкой топливной экономичности, сильного шума при работе и высокой стоимости их производства. Существенным недостатком газотурбинных двигателей является также то, что они медленно реагируют при необходимости резкого ускорения автомобиля.

Основным достоинством несущего винта является то, что он создает подъемную силу, которая не зависит от поступатель ного движения летательного аппарата. Ве личина мощности на единицу массы (тяговооруженность) для вертолета остается приблизительно такой же, как и для обыч ного самолета. Удельная нагрузка на кры ло вертолета не определяется площадью крыла (роль которого в данном случае играют лопасти) и зависит от удельной нагрузки на сметаемую винтом площадь. Эта величина равна массе летательного аппарата, отнесенной к площади, ометаемой винтом.
Следующим важным достоинством вер толета является его способность неподвиж но висеть над выбранной точкой мест ности, что имеет важное значение при на блюдении, загрузке или разгрузке в таких местах, где самолеты не могут совершать посадку и т. п. О специфике применения вертолетов можно написать целые книги.
Не требуя поступательной скорости на взлете и некоторых режимах полета, верто лет обычно не имеет крыла и поверхностей управления. Управление полетом осущест вляется при помощи несущего винта или нескольких винтов, которые отклоняются в требуемом направлении по командам пилота.

Как и при любом специализированном применении, достоинства несущего винта сопровождаются существенными недостат ками. Основным недостатком винта явля ются сложность его конструкции и, следо вательно, высокая стоимость разработки и эксплуатации. Несущий винт вертолета не связан непосредственно с двигателем, как это имеет место у самолетов, а приводится через сложную систему редукторов и валов. Лопасти винта крепятся к валу с по мощью сложного шарнира, обеспечиваю щего свободное движение ротора относи тельно вала в вертикальном, боковом и осевом направлениях для изменения шага.
Ресурс основных подвижных узлов вер толета значительно меньше, чем у анало гичных узлов самолетов. Стоимость 1 ч эксплуатации вертолета настолько высока, что небольшие коммерческие вертолеты обычно доставляются к месту работы со своих баз при помощи грузовиков, а не перегоняются по воздуху.
Другим специфическим недостатком вер толетов, с которым столкнулись уже пер вые разработчики, является тенденция фю зеляжа вращаться (в схеме с одним несущим винтом). Для парирования этого эф фекта уже на первых экспериментальных вертолетах использовалось четное число винтов с противоположным направлением вращения.
Конструктивно решить эту проблему можно двумя путями: применением двух расположенных на некотором расстоянии несущих винтов с противоположным на правлением вращения (иногда они распола гаются с взаимным перекрытием или за зором) или противоположным вращением двух винтов, расположенных на одной оси (соосная схема). Недостатками обеих схем являются повышенные масса, стоимость и сложность конструкции.
Эта проблема оригинально была реше на в вертолете Сикорского, построенном по схеме с одним несущим винтом, на ко тором он применил хвостовой рулевой винт с регулируемым шагом и поперечной горизонтальной осью, отклоняемой по тан гажу относительно нейтрального положе ния. При этом винт работал подобно рулю направления самолета, создавая знакопере менную силу, которая не только парирова ла момент разворота корпуса вертолета, но и обеспечивала путевое управление. Основ ным недостатком схемы вертолета с хвос товым винтом является отдача части мощ ности силовой установки рулевому винту, тогда как на вертолетах с нескольки ми несущими винтами вся располагаемая мощность силовой установки расходуется на создание подъемной силы.

Монокок ( / ˈ м ɒ п ə ˌ k ɒ k , - ˌ k oʊ k / ), также называется структурная кожа, представляет собой структурную систему, в которой нагрузки поддерживаются внешней оболочкой объекта, подобной яичной скорлупе. Слово монокок это Французский термин для "одиночного корпуса" или (лодок) "однокорпусного". [1]

Сначала использовался для лодок, [2] Настоящий монокок несет в себе как растягивающие, так и сжимающие силы внутри обшивки и может быть распознан по отсутствию несущей внутренней рамы. Немногие металлические самолеты можно строго рассматривать как чистые монококи, так как они используют металлический корпус или листовое покрытие, усиленное шпангоутами, приклепанными к обшивке, но большинство деревянных самолетов описываются как монококи, хотя они также включают в себя рамы.

Напротив, полумонокок это гибрид, сочетающий в себе растяжение стрессовая кожа и сжимающая конструкция, состоящая из лонжероны и ребра или рамы. [3] Другие полумонококи, не путать с настоящими монококами, включают транспортное средство. цельные тела, которые, как правило, представляют собой композиты, и надувные снаряды или баллоны, оба из которых имеют стабилизацию давления.

Содержание

Самолет

Ранние самолеты строились с использованием корпусов, обычно дерево или сталь трубку, которую затем можно было закрыть (или содранный) с тканью [4] такие как Ирландское белье или хлопок. [5] Ткань вносила незначительный структурный вклад в растяжение, но не вносила никакого воздействия на сжатие и использовалась только по аэродинамическим причинам. Рассматривая конструкцию в целом, а не только сумму ее частей, конструкция монокока объединила обшивку и раму в единую несущую оболочку со значительным улучшением прочности и веса.

Чтобы сделать корпус, тонкие полоски дерева были ламинированы в трехмерную форму; технология, заимствованная из конструкции корпуса лодки. Одним из первых примеров был Deperdussin Monocoque Racer в 1912 году, в котором использовался многослойный фюзеляж, состоящий из трех слоев клееного шпона тополя, который обеспечивал как внешнюю обшивку, так и основную несущую конструкцию. [6] Это также привело к более гладкой поверхности и уменьшению лобового сопротивления настолько эффективно, что он смог выиграть большинство гонок, в которых участвовал. [6]

Этот стиль строительства получил дальнейшее развитие в Германии. LFG Roland используя запатентованный Викельрампф (обернутое тело) форма, позже лицензированная ими на Pfalz Flugzeugwerke который использовал его на нескольких истребителях. Каждая половина корпуса фюзеляжа была сформирована над охватываемой формой с использованием двух слоев фанерных полос с тканевой оберткой между ними. Используемая раньше фанера была подвержена повреждениям от влаги и расслоению. [7]

В то время как цельнометаллические самолеты типа Юнкерс Дж 1 появились еще в 1915 году, это не были монококи, а добавляли металлическую обшивку к основному каркасу.

Первые металлические монококи построили Клавдий Дорнье, работая на Zeppelin-Lindau. [8] Ему пришлось преодолеть ряд проблем, не в последнюю очередь из-за качества алюминиевых сплавов, достаточно прочных для использования в качестве конструкционных материалов, которые часто образовывали слои, а не представляли собой однородный материал. [8] После неудачных попыток с несколькими большими летающими лодками, в которых некоторые компоненты были монококками, он построил Цеппелин-Линдау V1 испытать фюзеляж-монокок. Хотя он разбился, он многому научился из его конструкции. В Дорнье-Цеппелин Д.И. был построен в 1918 году и, хотя и слишком поздно для эксплуатации во время войны, был первым цельнометаллическим самолетом-монококом, который поступил в производство. [8] [9]

Параллельно с Дорнье Цеппелин также нанимал Адольф Рорбах, который построил Цеппелин-Стаакен Е-4/20, который когда он летел в 1920 г. [10] стал первым многомоторным авиалайнером-монококом, прежде чем был уничтожен по приказу Межсоюзнической комиссии. В конце Первой мировой войны Межсоюзная техническая комиссия опубликовала подробности последнего Летающая лодка Цеппелин-Линдау показывая его монококовую конструкцию. В Великобритании, Освальд Шорт с 1920 г. построил ряд экспериментальных самолетов с металлическими фюзеляжами-монококами. Короткая серебряная полоса в попытке убедить министерство авиации в своем превосходстве над деревом. Несмотря на преимущества, монококи из алюминиевого сплава не стали широко распространенными до середины 1930-х годов в результате ряда факторов, включая консервативность конструкции и затраты на установку производства. В конечном итоге Шорт доказал достоинства этого метода постройки с помощью серии летающих лодок, чьи металлические корпуса не впитывали воду, как деревянные корпуса, что значительно улучшало характеристики. В Соединенных Штатах Нортроп был главным пионером, внедрив методы, используемые его собственной компанией, а Дуглас с Нортроп Альфа.

Дорожная техника

В автоспорте безопасность водителя зависит от кузова автомобиля, который должен соответствовать строгим нормам, и лишь некоторые автомобили были построены с монококовыми конструкциями. [11] [12] An алюминиевый сплав монокок шасси впервые был использован в 1962 г. Лотос 25 Болид Формулы 1 и Макларен был первым, кто использовал полимеры, армированные углеродным волокном, для создания монокока 1981 года. Макларен MP4 / 1. В 1990 г. Ягуар XJR-15 стал первым серийным автомобилем с монококом из углеродного волокна. [13]

Период, термин монокок часто неправильно применяется к цельный легковые автомобили. Кузова коммерческих автомобилей почти никогда не представляют собой настоящие монококи, а вместо этого используют систему unibody (также называемую унитарной конструкцией, унитарной конструкцией кузов-шасси или интегральной конструкцией кузов-рама). [14] в котором используются коробчатые секции, переборки и трубы для обеспечения большей прочности автомобиля, в то время как обшивка добавляет относительно небольшую прочность или жесткость. [15]

Бронетехника

Немного боевые бронированные машины использовать монококовую конструкцию с корпусом, состоящим из броня пластины, а не прикреплять их к раме. Это снижает вес для данного количества брони. Примеры включают немецкий TPz Fuchs и RG-33.

Двухколесная техника

Французский промышленник и инженер Жорж Рой попытался в 1920-х годах усовершенствовать велосипед, вдохновленный велосипедом. мотоцикл рамы дня, которым не хватало жесткости. Это ограничивало их управляемость и, следовательно, производительность. Он подал заявку на патент в 1926 году, а на Парижской автомобильной выставке 1929 года представил свой новый мотоцикл Majestic 1930 в стиле ар-деко. Его новый тип монококового кузова решил проблемы, которые он решал, и наряду с большей жесткостью он выполнял двойную функцию, поскольку рама и кузов обеспечивали некоторую защиту от элементов. Строго говоря, это был скорее полумонокок, поскольку в нем использовалась рама коробчатого сечения из штампованной стали с двумя боковыми направляющими, склепанными вместе поперечинами, а также днища днища, а также задние и передние переборки. [2]

А Пьятти свет самокат был произведен в 1950-х годах с использованием цельной полой оболочки из сваренных вместе стальных штамповок, в которую снизу устанавливались двигатель и трансмиссия. Машину можно было опрокинуть на бок, опираясь на прикрученные подножки для механического доступа. [16]

Мотоцикл с несущим каркасом разработан испанским производителем. Осса для Сезон гонок на мотоциклах Гран-при 1967. [17] Хотя одноцилиндровый Ossa имел на 20 лошадиных сил (15 кВт) меньше, чем его конкуренты, он был на 45 фунтов (20 кг) легче, а его монококовая рама была намного жестче, чем у обычных. рамы мотоциклов, что дает ему превосходную маневренность на гоночной трассе. [17] Осса выиграла четыре Гран-при на байке-монококе, прежде чем их гонщик погиб в результате аварии во время гонки 250 куб. 1970 Остров Мэн TT, в результате чего фабрика Ossa вышла из Гран При соревнование. [17]

Известные дизайнеры, такие как Эрик Оффенштадт и Дэн Ханебринк, создали уникальные конструкции монококов для гонок в начале 1970-х годов. [18] В F750 мероприятие на 1973 Остров Мэн TT гонок выиграли Питер Уильямс на монококовом каркасе John Player Special, который он помог спроектировать на основе Norton Commando. [19] [20] Honda также экспериментировал с NR500, монокок гоночный мотоцикл Гран-при в г. 1979. [21] У мотоцикла были и другие новаторские особенности, в том числе двигатель с цилиндрами овальной формы, и в конечном итоге он уступил проблемам, связанным с попытками одновременно разработать слишком много новых технологий. В 1987 г. Джон Бриттен разработали Aero-D One с композитным монококовым шасси, которое весило всего 12 кг (26 фунтов). [22]

Цельный углеродное волокно велосипедные рамы иногда описываются как монококи; однако, поскольку в большинстве случаев используются компоненты для формирования каркасной конструкции (даже если они отлиты в виде единой детали), [25] это рамы, а не монококи, и индустрия педальных велосипедов продолжает называть их комплектами фреймов.

Ракеты

Различный ракеты использовали стабилизированные давлением монококовые конструкции, такие как Атлас [26] и Сокол 1. [27] Атлас был очень легким, поскольку большую часть его структурной опоры обеспечивала одностенная сталь. баллонные топливные баки, которые сохраняют свою форму при ускорении внутренним давлением. Баллонные баки не являются настоящими монококами, но действуют так же, как надувные снаряды. Обшивка баллона-баллона выдерживает только растягивающие усилия, в то время как сжатию противостоит внутреннее давление жидкости, подобно полумонококам, скрепленным прочной рамой. Это становится очевидным при потере внутреннего давления и обрушении конструкции.

Назначение фюзеляжа самолета и требования предъявляемые к нему.

Конструктивно-силовые схемы фюзеляжей

Фюзеляж предназначен для размещения пассажиров, экипажа, их багажа, а также большого

количество грузов, если самолет грузопассажирский.

У современных самолётов лобовое сопротивление фюзеляжа составляет 20-40% от общего

сопротивления самолета. Для уменьшения лобового сопротивления габаритные размеры

должны быть малыми, а форма удобообтекаемая.

Фюзеляж характеризуется размерами, формой поперечного сечения, видом сбоку и удлинением.

Основные преимущества ферменных фюзеляжей перед балочными— простота изготовления, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного на фюзеляже. К недостаткам относят несовершенство аэродинамических форм, малую жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов. В настоящее время ферменные конструкции применяют редко и в основном на легких самолетах.

Балочные фюзеляжи представляют собой балку обычно овального или круглого сечения, в которой на изгиб и кручение работают подкрепленная обшивка и элементы каркаса. Встречаются три разновидности балочных фюзеляжей: лонжеронно-балочный, стрингерно-балочный (полумонокок), скорлупно-балочный (монокок). Балочные конструкции фюзеляжей выгоднее ферменных, так как силовая часть у них образует обтекаемую поверхность, причем силовые элементы размещают по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это позволяет получить меньший мидель. Жесткая работающая обшивка создает гладкую неискажаемую поверхность, уменьшающую лобовое сопротивление. Балочные фюзеляжи легче ферменных.

Конструкция фюзеляжа.

Каркас лонжеронно-балочного фюзеляжа образуют лонжероны, стрингеры и шпангоуты. Каркас обшит дюралюминиевыми листами (обшивкой).

Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 7.5) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым крепятся металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.

Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 7.6) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки 1, подкрепленной шпангоутами 2.

В настоящее время преобладающим типом фюзеляжей является стрингерно-балочный.

Стрингеры — это элементы продольного набора каркаса фюзеляжа, которые связывают между собой элементы поперечного набора — шпангоуты. Стрингеры воспринимают главным образом продольные силы и подкрепляют жесткую обшивку. По конструктивным формам стрингеры фюзеляжа подобны стрингерам крыла. Расстояние между ними зависит от толщины обшивки и колеблется в пределах 80—250 мм. Размеры сечения стрингеров изменяются как по периметру контура, так и по длине фюзеляжа в зависимости от характера и нагрузки на каркас фюзеляжа.

Лонжероны — это также элементы продольного набора каркаса фюзеляжа, которые, работая на сжатие —растяжение, воспринимают (частично) моменты, изгибающие фюзеляж. Как видно по задачам и условию работы, лонжероны фюзеляжа подобны стрингерам. Конструктивное выполнение лонжеронов чрезвычайно разнообразно. Они представляют собой гнутые или прессованные профили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности их склепывают из нескольких профилей и листовых элементов.

Шпангоуты — элементы поперечного набора фюзеляжа, они придают ему заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки. В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на отсеки и кабины.

Шпангоуты разделяют на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливают в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения.

Нормальные шпангоуты (рис. 7.7) собирают из дуг, штампованных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Силовые шпангоуты склепывают из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда их изготавливают на мощных прессах из алюминиевого сплава. Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах от 200—650 мм. Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана различной толщины от 0,8 до 3,5 мм и крепятся к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяют между собой по стрингерам и шпангоутам либо встык, либо внахлёст.

Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингерами и шпангоутами. Небольшие вырезы подкрепляют усиленными стрингерами и шпангоутами

Рис. 7.7. Нормальные кольцевые шпангоуты, отштампованные из листового материала швеллерного(а) или Z-образного (б) сечений: / — шпангоут; 2 — стрингер; 3 — обшивка; 4 — уголок

Рис. 7.8. Технологические разъемы фюзеляжа: 1, 2, 3—носовая, центральная и хвостовая части

Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круглой формы, как правило,

они имеют двойные стекла. Очень часто в герметических кабинах нагрузку от избыточного давления в кабине воспринимает внутреннее стекло, а при его разрушении наружное. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запотевания и замерзания, связано с полостью герметической кабины. Стекла уплотняют с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда невысыхающей замазкой.

ЛЕКЦИЯ № 8

Конструкция и работа шасси

Схемы шасси. Основные параметры шасси.

Для обеспечения необходимой устойчивости и маневренности самолета во время движения его по взлетно-посадочной полосе (ВПП) опорные точки шасси должны быть размещены на определенном расстоянии друг от друга и от центра тяжести самолета.

Для устойчивого положения самолета на земле необходимы минимум три опоры. В зависимости от расположения опор относительно центра тяжести самолета различают следующие основные схемы (рис. 10.1): с хвостовой опорой, с передней опорой и велосипедное шасси. У шасси с хвостовой опорой основные опоры расположены впереди центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси, а хвостовая опора позади центра тяжести.

У самолета, оснащенного шасси с передней опорой, основные опоры расположены позади центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси, передняя опора расположена в плоскости симметрии самолета впереди центра тяжести.

У самолетов с шасси велосипедного типа центр тяжести находится примерно на равном расстоянии от колес или колесных тележек, которые располагаются в продольной плоскости самолета одно позади другого. Боковые опоры, расположенные на концах крыла, ударную нагрузку при посадке и взлете не воспринимают. Боковые опоры поддерживают крыло при кренах самолета во время стоянки и рулении по аэродрому. Шасси велосипедного типа применяют на самолетах с тонким профилем крыла (шасси убирается в фюзеляж, а небольшие боковые опоры в крыло).

Рис. 8.1. Схемы шасси: а — с хвостовой опорой б — с передней опорой; в — велосипедное; 1 — основные колеса; 2— хвостовое колесо; 3— носовое колесо; 4 — подкрыльные колеса

в)

Наиболее широко распространено на современных самолетах шасси с передней опорой, что объясняется следующими преимуществами:

хорошей путевой устойчивостью при пробеге и разбеге; горизонтальным положением оси фюзеляжа обеспечивается хороший обзор экипажу, создаются

удобства для пассажиров, облегчается загрузка самолета, реактивные двигатели размещаются горизонтально и газовая струя не разрушает покрытия аэродрома.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАССИ

Основные величины, характеризующие расположение опорных точек самолетов, следующие: колея, база, высота шасси, угол стоянки н угол выноса основных колес относительно вертикали самолета (рис. 8.2).

Колея шасси b, т. е. расстояние между центрами площадей контактов основных колес с землей определяет поперечную устойчивость самолета и легкость маневрирования его по земле. Чем шире колея, тем меньше возможность опрокидывания самолета на крыло и тем лучше управление самолета на земле с помощью тормозов. Однако устойчивость пути при этом ухудшается, так как самолет становится более чувствительным ко всяким неровностям аэродрома. При недостаточно широкой колее самолет при взлете и посадке с креном может коснуться концом крыла земли. У современных самолетов колея шасси обычно составляет 0,15—0,35 размаха крыла, а колея самолетов с небольшим удлинением крыла (λ = n_э f Rост ; Rр.пер=n_э f Rпер.

По конструктивно-силовой схеме фюзеляжи можно разделить на ферменные, балочные и смешанные (ферменно-балочные).

Конструктивно-силовые схемы расчет фюзеляжей
ферменные	балочные	смешанные (ферменно-балочные).

Ферменные фюзеляжи

Ферменный фюзеляж (рис. ) представляет собой пространственную ферму, состоящую из четырех плоских форм (двух вертикальных и двух горизонтальных), связанных между собой поперечным набором.

Рис. Ферменный фюзеляж:

1 – пояс; 2 – стойка; 3 – раскос; 4 – расчалка; 5 – профилирующий шпангоут; 6 – стрингер

Иногда фюзеляжи состоят из трех плоских ферм.

Каждая плоская ферма состоит из поясов, общих для двух смежных ферм, стоек и раскосов. Раскос может быть заменен крестом расчалок.

Поперечный набор состоит из диагональных пространственных стержней, которые могут быть заменены крестом расчалок.

Такая пространственная ферма воспринимает все действующие на фюзеляж нагрузки. В стержнях возникаю при этом осевые усилия растяжения или сжатия.

Для придания фюзеляжу обтекаемой формы на фермы ставятся профилирующие шпангоуты, к которым крепятся стрингеры. Каркас фюзеляжа закрывается обшивкой. Стрингеры и профилирующие шпангоуты выполняются из элементов, имеющих малую площадь сечения, так как они воспринимают лишь местные аэродинамические нагрузки с обшивки и передают их на ферму, не принимая участия в работе фюзеляжа на изгиб и кручение. Обшивка ферменного фюзеляжа также не принимает участия в силовой работе.

Широкое распространение получили сварные ферменные фюзеляжи, выполненные из труб. Такие фюзеляжи рациональны в весовом отношении, так как трубчатые стержни хорошо работают на продольный изгиб, а сварные узлы очень мало увеличивают массу конструкции. Крупным недостатком сварного фюзеляжа является необходимость термообработки фермы после сварки, а затем правки ее.

Ферменные фюзеляжи, у которых стержни в узлах соединяются при помощи болтов и заклепок, не нашли применения, так как они в весовом отношении уступают сварным фюзеляжам из труб.

Ферменные фюзеляжи целесообразно делать для нескоростных легких самолетов, на которых может быть применена полотняная обшивка, В этом случае ферменный фюзеляж может иметь меньшую массу, чем балочный.

· Постановка же профилирующих шпангоутов, стрингеров и металлической обшивки, обеспечивающих получение хороших аэродинамических форм фюзеляжа и качественной поверхности, но не участвующих в его силовой работе, приводит к значительному утяжелению конструкции. Кроме того,

· наличие элементов поперечной жесткости (диагональных стержней или расчалок) затрудняет использованиевнутреннего объема фюзеляжа.

· Живучесть ферменных фюзеляжей ниже балочных, так как иногда поломка даже одного, а тем более нескольких стержней может привести к общему разрушению.

По этим причинам ферменные фюзеляжи не применяются на современных скоростных самолетах.

Балочные фюзеляжи

Стремление придать фюзеляжу хорошие аэродинамические формы, получить высокое качество поверхности, создать при малой массе прочную и жесткую конструкцию, которая обладала бы высокой живучестью и позволяла бы полностью использовать внутренние объемы, привело к широкому распространению балочных фюзеляжей.

Конструкция балочного фюзеляжа (рис. ) состоит из жесткой обшивки, продольного набора (лонжеронов и стрингеров) и поперечного набора – шпангоутов.

Рис. Конструктивно-силовые схемы балочного фюзеляжа:

а – стрингерный; б – лонжеронный; в – бесстрингерный (монокок); 1 – шпангоут; 2 – стрингер; 3 – лонжерон (стрингер усиленный); 4 – толстая обшивка

Рис. Конструктивно-силовые схемы балочного фюзеляжа:

а – стрингерный; б – лонжеронный; в – бесстрингерный (полумонокок); 1 – стрингеры; 2 – шпангоут; 3 – обшивка; 4 – лонжерон

Лонжеронами называются мощные элементы продольного набора, воспринимающие практически весь изгибающий момент фюзеляжа.

Стрингеры служат для подкрепления обшивки и воспринимают совместно с ней изгибающий момент.

Шпангоуты обеспечивают сохранение заданной Фомы поперечных сечений фюзеляжа, подкрепляя обшивку и стрингерный набор, и воспринимают местную аэродинамическую нагрузку и нагрузки от прикрепленных к ним агрегатов.

Обшивка фюзеляжа образует его поверхность, передает аэродинамические нагрузки на каркас и участвует в работе фюзеляжа на изгиб и кручение.

Все балочные фюзеляжи в зависимости от степени участия в силовой работе отдельных элементов можно подразделить на лонжеронные и стрингерные (фюзеляжи типа полумонокок) и бесстрингерные (фюзеляжи типа монокок).

Задачей проектировочного расчета фюзеляжа является приближенное определение нагрузок, действующих в его силовых элементах, и подбор их сечений.

Лонжеронный фюзеляж

Продольный набор лонжеронного фюзеляжа (рис. ) состоит из четырех мощных лонжеронов и относительно небольшого числа стрингеров, имеющих очень малую площадь поперечного сечения. К поперечному набору относятся шпангоуты. Каркас покрывается тонкой обшивкой.


Рис. Лонжеронный фюзеляж (поперечное сечение)	Рис. Расчетная схема лонжеронного фюзеляжа

Основными силовыми элементами такого фюзеляжа являются четыре мощных лонжерона, которые практически воспринимают весь изгибающий момент. Слабый набор стрингеров служит главным образом для подкрепления обшивки. Относительно тонкая обшивка воспринимает крутящий момент и перерезывающую силу.

При проектировочном расчете лонжеронного фюзеляжа делается допущение, что изгибающий момент воспринимается только лонжеронами. Тогда осевая сила в лонжероне может быть найдена по формуле

где M_в и M_г – изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскости в сечении в рассматриваемом случае; h и b – расстояние между лонжеронами по высоте и ширине (рис. ).

Затем по величине осевой силы определяется площадь поперечного сечения лонжерона

Для сжатого лонжерона σ = σ_кр, а для растянутого - σ = σ_в.

Обшивка лонжеронного фюзеляжа воспринимает перерезывающую силу и крутящий момент. От крутящего момента в обшивке будет действовать погонная касательная сила

где M_кр – крутящий момент в рассматриваемом сечении; W - площадь, ограниченная наружным контуром сечения фюзеляжа.

В проектировочном расчете обычно считают, что вертикальная составляющая перерезывающей силы воспринимается боковыми панелями, а горизонтальная составляющая – верхней и нижней панелями обшивки. Следовательно, от перерезывающей силы в панелях будут действовать следующие погонные касательные силы:

в боковых панелях

в верхней и нижней панелях

где Q_в и Q_г - вертикальная и горизонтальная перерезывающие силы в рассматриваемом сечении.

Общая погонная касательная сила в каждой панели определяется алгебраическим суммированием погонной касательной силы qот перерезывающей силы и от кручения:

После подсчета q_i находится толщина обшивки каждой панели

Разрушающие касательные напряжения в обшивке τ_в определяется по формулам и графикам, приводимым в справочной литературе.

τ_в – временное сопротивление конструкционного материала на срез.

Стрингерный фюзеляж

Продольный набор стрингерного фюзеляжа состоит из большого числа стрингеров, поперечного – из шпангоутов. Каркас покрывается жесткой обшивкой.


Рис. Стрингерный фюзеляж (поперечное сечение)	Рис. Размер панелей стрингерного фюзеляжа, воспринимающих изгибающий момент: а – изгиб в вертикальной плоскости; б – изгиб в горизонтальной плоскости

Изгибающий момент фюзеляжа

Мощный стрингерный набор совместно с обшивкой воспринимает изгибающий момент фюзеляжа. Доля изгибающего момента, воспринимаемая обшивкой, зависит от частоты стрингерного набора. Чем толще обшивка и чем меньше расстояние между стрингерами, тем большее участие в работе на изгиб принимает обшивка.

Крутящий момент и перерезывающая сила

Крутящий момент и перерезывающая сила воспринимаются обшивкой.

Таким образом, в обшивке стрингерного фюзеляжа возникают не только касательные напряжения (от крутящего момента и перерезывающей силы), но и нормальные напряжения (от изгибающего момента).

Шпангоуты в стрингерном фюзеляже устанавливаются чаще, чем в лонжеронном.

Частая установка шпангоутов улучшает работу стрингеров и обшивки при сжатии.

При изгибе стрингерного фюзеляжа сильно нагружаются осевыми силами стрингеры и обшивка, наиболее удаленные от нейтральной оси, и очень мало нагружаются стрингеры и обшивка вблизи этой (нейтральной) оси.

Подбор элементов силового набора

При проектировочном расчете обычно принимают. Что от изгибающего момента нагружаются только крайние панели подкрепленной стрингерами обшивки. Размер их определяется ¼ габаритного размера рассмотренного сечения фюзеляжа (на рис. эти панели обведены штриховой линиями). При этом расстояние между точками приложения результирующих внутренних сил берется равным 2/3 габаритного размера рассмотренного сечения фюзеляжа.

Тогда осевая сила в верхней и нижней панелях

а в боковой панели

где H и В -высота и ширина рассматриваемого сечения фюзеляжа.

Эта сила S должна быть воспринята обшивкой и стрингерами панели.

Площадь поперечного сечения панели

где σ = σ_в для растянутой панели, а для сжатой σ = σ_кр.

Площадь растянутой панели

nf_стр – площадьпоперечного сечения всех стрингеров панели;

δ – толщина обшивки;

l – длина дуги панели;

0,9 – коэффициент, учитывающий ослабление обшивки заклепочными швами.

Отсюда, задавшись толщиной обшивки δ, можно найти площадь сечения стрингеров

а затем выбрать тип стрингеров f_стр и их количество n,

или, выбрав тип стрингеров f_стр и их количество n, рассчитать толщину обшивки δ

Площадь сжатой панели

где n – количество стрингеров,

30δ – присоединенная (к стрингеру) ширина обшивки.

Пи этом следует учитывать, что присоединенная ширина обшивки не может быть больше расстояния между стрингерами по длине (дельта) l .

Если же 30δ > (дельта) l, то нужно брать просто длину дуги (дельта) l между стрингерами.

Здесь при выборе типа стрингеров необходимо, чтобы критическое напряжение стрингера при заданном расстоянии между шпангоутами было не менее взятого при определении площади поперечного сечения панели σ_кр. при определении F_сж.

В стрингерном фюзеляже так же, как и в лонжеронном, принято считать, что вертикальная составляющая перерезывающей силы воспринимается боковыми панелями корпуса, а горизонтальная составляющая – верхней и нижней панелями, при этом размер панели берется 2/3 соответствующего габаритного размера. Тогда погонная касательная сила в боковой панели будет

в верхней и нижней панелях

От крутящего момента в обшивке будет действовать погонная касательная сила

Здесь W - площадь, ограниченная наружным контуром рассматриваемого сечения фюзеляжа (корпуса).

Общая погонная касательная сила в панели от перерезывающей силы и крутящего момента

Читайте также: