Фюзеляж: назначение, требования, конструкция основных элементов, компоновка.
Фюзеляж - это основной силовой элемент, к которому крепятся крыло, хвостовое оперение, шасси, двигатели.
Фюзеляж предназначен для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования. Масса конструкции фюзеляжа составляет 40%массы всей конструкции самолёта, а а/д сопротивление до 5% полного сопротивления самолёта.
Основные геометрические параметры фюзеляжа:
Lф - длина фюзеляжа;
S мид - площадь миделевого (наибольшего) сечения фюзеляжа.
На а/д характеристики большое влияние оказывает параметр удлинение фюзеляжа - λ.
λ = Lф/Dф - диаметр окружности миделевого сечения фюзеляжа.
Формы поперечного сечения фюзеляжа:
|
Круглого ± Овального
|
Образованного пересечением двух окружностей
Рис.3.1. Формы поперечного сечения фюзеляжа.
С точки зрения а/д, для обеспечения прочности при минимальной массе наиболее выгодным является фюзеляж круглого сечения.
Нагрузки действующие на фюзеляж:
- Мизг и Мкр от крыла и хвостового оперения;
- от масс грузов и агрегатов, расположенных внутри фюзеляжа;
- силы от шасси при посадке;
- воздушные силы;
- перепад давления между гермокабиной (ГК) и атмосферой.
Для восприятия нагрузок фюзеляж состоит из силовых элементов:
- поперечный набор - шпангоуты (шп) - (голл. Spanthout - поперечное ребро жёсткости бортовой обшивки судна между днищем и палубой или фюзеляжа самолёта).
Шп бывают: - усиленные, когда к ним крепятся крыло, шасси, хв.
оперение, двигатели или ограничивающие ГК;
- обычные.
Шп придают заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жёсткость, воспринимают местные нагрузки.
- продольный набор - стрингеры (англ. Stringer- продольное ребро жёсткости
корпуса судна, ЛА.).
Опираются на Шп. Являются опорой обшивки и прикрепляются к шп и обшивке.
В местах вырезов в фюзеляже: ниши шасси, двери, окна, люки вместо стрингеров могут устанавливаться балки силовые - бимсы.
На современных самолётах применяются фюзеляжи балочной конструкции. У них работающая металлическая обшивка, подкреплённая продольным и поперечным набором.
Обшивка состоит из панелей и листов различной толщины от 1,5 мм до 8 мм в местах вырезов в фюзеляже (двери, окна, люки).
Технологически фюзеляж разделён на части:
Ф1 - носовая часть фюзеляжа (НЧФ) - кабина экипажа.
Ф2 - средняя часть фюзеляжа (СЧФ) - пассажирские салоны или
грузовая кабина.
Ф3 - хвостовая часть фюзеляжа (ХЧФ), техническая часть.
Между собой эти части соединены стыковочными шпангоутами.
Ф1 и Ф2 - как правило составляют герметическую кабину. Поэтому она воспринимает усилие перепада давления.
Герметизация обеспечивается с помощью уплотнительных лент (У20А), закладываемых между листами обшивки и деталями каркаса, а затем изнутри кистью промазывается герметиком У30-МЭС-5К.
Входные двери, люки, окна герметизируются резиновыми профилями.
Герметизируются выводы тяг, тросов управления, электропроводки, трубопроводов различных систем.
Для теплозвукоизоляции кабин применяются пористые и волокнистые материалы с малой теплопроводностью (минеральная вата, стекловата, пеностекло).
Теплоизоляционные покрытия служат и звукоизоляцией.
Между обшивкой и облицовкой кабин воздушная прослойка.
Нагрузки действующие на фюзеляж.
Массовые.
хв о
Рис.3.2. Массовые силы действующие на фюзеляж.
|
qф – распределенная массовая нагрузка от кострукции фюзеляжа
Рэк – нагрузка от членов экипажа Данные нагрузки
Рг - груз или пассажиры уравновешиваются
Рш – нагрузка от шасси подъемной силой
Рдв – нагрузка от двигателей крыла
Рхв.о – нагрузка от хвостового оперения
Силы давления внутри фюзеляжа за счёт перепада давления в ГК.
Ргк - давление внутри гермокабины.
Ра™ - давление атмосферное.
∆Ргк = Ргк – Ратм => перепад давления в ГК по отношению к атмосферному давлению, которое стремится разорвать фюзеляж.
Рис. 3.3. Силы перепада давления.
На фюзеляж действуют силы от отклонённых рулевых поверхностей:
Руль направления (РН)- через киль; руль высоты (РВ) - через стабилизатор и киль; ЭЛЕРОНОВ - через крыло; ПРЕДКРЫЛКОВ и ЗАКРЫЛКОВ - через крыло - все эти силы создают Мизг и Мкр (изгибаюшие и крутящие) моменты относительно центра тяжести (ЦТ).
Из вышесказанного вытекают требования к фюзеляжу:
- обеспечение достаточной прочности и жёсткости конструкции при минимальном весе;
- рациональные внешние формы и параметры фюзеляжа для минимального лобового сопротивления;
- использовать несущие свойства фюзеляжа до 40% в интегральных схемах;
- максимально использовать полезные объёмы за счёт увеличения плотности, компоновки и размещения грузов вблизи центра массы (ЦМ)
Это даёт:
1. Масовые моменты инерции – ↓Ji;
2. Улучшаются маневренные характеристики;
3. Уменьшается диапазон центровок;
4. Даёт большую стабильность и управляемость.
- согласованность силовой схемы фюзеляжа с силовыми схемами присоединённых агрегатов (крыла, шасси, хвостового оперения);
- обеспечивать: - удобство входа и выхода экипажа и пассажиров, погрузки и разгрузки грузов, надёжности швартовки;
- создание необходимых условий жизнеобеспечения и комфорта;
- обеспечение быстрого и безопасного аварийного покидания самолёта.
Крыло: назначение, требования, конструкция основных элементов, компоновка.
Основными элементами крыла являются:
· обшивка,
· лонжероны,
· продольные стенки,
· стрингеры,
· нервюры.
Крыло - это основная часть самолёта, создающая при движении его в воздухе подъёмную силу и обеспечивает поперечную устойчивость самолёта.
На концевых частях крыла расположены органы поперечного управления - элероны.
(франц. Aileron от aile - крыло) это подвижная часть крыла, служит для управления по крену самолётом.
Элероны синхронно отклоняются в противоположные направления: если левый - вверх, то правый - вниз.
При этом происходит перераспределение а/д нагрузки по размаху крыла, что приводит к созданию момента крена самолёта.
Для улучшения взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) самолёта крыло современного самолёта снабжается предкрылками и закрылками. Эти устройства называются средствами механизации крыла.
Перед закрылками устанавливают интерцепторы, которые в полёте обеспечивают ↓У и ↑X и как результат используют для ↓V и ↓Н полёта, а после приземления для уменьшения длины пробега (↓Lnp).
Kpыло технологически разделено на: - ЦП - центроплан;
- СЧК - средняя часть крыла;
- ОЧК - отъёмная часть крыла.
К крылу могут крепиться двигатели, главные опоры шасси. Внутренние объёмы крыла используются для размещения топлива.
На крыло в полёте, при взлёте и посадке самолёта действуют нагрузки: - а/д нагрузки qв распределённые по поверхности крыла;
- от массы конструкции крыла q кр- распределённые массовые
нагрузки;
- от массы агрегатов размещённых в крыле - сосредоточенные
нагрузки Р агр;
- силы тяги Рдв и веса Рсу двигателей, ударные нагрузки от шасси
Рш при посадке самолёта;
- инерционные массовые силы при совершении маневров.
Рис. 3.3. Силы действующие на крыло.
|
Конструктивными элементами крыла являются:
- Лонжероны - (франц. Longeron - от longer - идти вдоль)основной силовой элемент конструкции расположенный по длине размаха крыла.
|
Это балка, воспринимающая Мизг и Q (поперечную силу), которая в сечении имеет вид:
- швеллера ( нем. Schweiier - профиль).
- двутавр.
Состоит из верхнего и нижнего поясов, связанных между собой стенкой. Пояса воспринимают сжатие или растяжение.
Крыло бывает: однолонжеронной конструкции
многолонжероннои конструкции
двухлонжеронной конструкци
Стрингеры - продольный набор опирающийся на нервюры и
скреплённые с обшивкой служат для восприятия осевых усилий растяжения и сжатия при изгибе крыла.
Через обшивку они воспринимают местные а/д нагрузки. В сечении стрингер представляют профили П – Z – Г - образный.
Нервюры - (франц. Nervure) - поперечный силовой элемент каркаса
определяющий форму профиля крыла, обеспечивающий восприятие а/д нагрузки с обшивки и стрингеров, передачу её на лонжероны.
Нервюры бывают: - силовые - к ним крепятся узлы навески элеронов,
интерцепторов, закрылков и предкрылков; усиленные - воспринимают сосредоточенные нагрузки от агрегатов; - обычные.
Обшивка - является наружной оболочкой каркаса крыла и служит для придания обтекаемой формы и передачи а/д нагрузок на каркас крыла.
На современных самолётах обшивка выполняется из алюминиевых сплавов и является работающей.
Работающей называется такая обшивка, которая воспринимает аэродинамические нагрузки и передает их на каркас крыла.
В крыльях кессонных конструкций обшивка со стрингерами выполнена в виде панелей путём химического фрезерования или клепаным способом.
Обшивка стрингеры лонжерон
Рис. 3.4. Конструкция кессона.
Кессон - (франц. Caisson - ящик) - воспринимающий усилия, действующие на крыло самолета.
Объем используется для размещения топлива на самолёте и вес топлива разгружает крыло в полёте.
Тема 6. Механизация крыла.
Механизация крыла - это система устройств (закрылки, предкрылки, интерцепторы, спойлеры, тормозные щитки) предназначенные для управления подъёмной силой У и лобовым сопротивлением X самолёта, улучшая взлётно-посадочные характеристики (ВПХ).
Рост скоростей полёта самолёта, которым сопровождается развитие авиации, влечёт за собой рост взлётно-посадочных скоростей, что усложняет технику пилотирования и требует увеличения длины взлетно-посадочной полосы (ВПП).
Основным способом улучшения ВПХ является оснащение крыла мощной механизацией.
Задача механизации крыла:
- при взлёте - создание наибольшей подъёмной силы У без значительного увеличения лобового сопротивления X;
- при посадке - наибольшей подъёмной силы У и наибольшего лобового сопротивления X;
- улучшение маневренных характеристик и активного парирования перегрузок, возникающих во время полёта.
Минимальная скорость полёта соответствует полёту на околокритических углах атаки при Су ≈ Су max
|
Зависимость Су= f (α) для различных видов механизации.
1. Крыло без механизации.
2. Крыло с предкрылком.
3. Крыло с щелевым закрылком.
4. Крыло с щелевым закрылком и предкрылком.
К основным видам механизации крыла относится:
- закрылки;
- предкрылки;
- интерцепторы;
- щитки.
Требования к механизации крыла:
- максимальное ↑Суα при отклонении средств механизации в посадочное положение при посадочных углах атаки α самолёта;
- минимальное ↑Схα в убранном положении средств механизации;
максимальное качество К при разбеге самолёта и возможное ↑Суα при отклонении средств механизации во взлётное положение;
- твозможно меньшее изменение смещения центра давления (ЦД) крыла при отклонении ВПМ(взлётно - посадочной механизации);
- синхронность действий ВПМна обеих консолях крыла;
- простота конструкции и надёжность работы.
Факторы увеличивающие несущую способность крыла и тем самым улучшающие ВПХ самолёта достигаются:
-увеличением эффективной кривизны профиля крыла при отклонении
средств механизации;
- увеличением площади крыла;
-управлением пограничным слоем для безотрывного обтекания
верхней поверхности крыла и затягивания срыва на большие углы атаки за счёт скорости пограничного слоя: - эффектом щелей;
- отсосом пограничного слоя.
Улучшение взлетно-посадочных характеристик самолета и, прежде всего, снижение его посадочной скорости и скорости отрыва на взлете обеспечивается применением средств механизации крыла. К этим средствам относятся устройства, позволяющие изменять несущую способность и сопротивление крыла. Они могут устанавливаться по передней кромке крыла - предкрылок, отклоняемый носок, по задней кромке - щитки, закрылки (одно-, двух-, трехщелевые) и на верхней поверхности крыла - тормозные щитки и гасители подъемной силы. Закрылки, щитки, предкрылки перед посадкой отклоняются (и выдвигаются) на максимальные углы, обеспечивая прирост несущей способности крыла (СyаS) за счет увеличения кривизны профиля, некоторого увеличения площади крыла и за счет щелевого эффекта. Рост несущей способности крыла уменьшает посадочную скорость самолета. На взлете эта механизация отклоняется на меньшие углы, обеспечивая некоторое увеличение несущей способности при незначительном росте сопротивления, в результате чего сокращается длина разбега самолета. Тормозные щитки и гасители подъемной силы обычно отклоняются на пробеге, обеспечивая резкое падение подъемной силы крыла, что позволяет более интенсивно использовать тормоза колес и сокращать длину пробега. На величину посадочной скорости и скорости отрыва они не влияют. Тормозные щитки и гасители подъемной силы также могут использоваться в полете для уменьшения аэродинамического качества и увеличения угла планирования при снижении.
На рисунке цифрами обозначены:
1 - предкрылки, 2 - закрылки, 3 - гасители подъемной силы- интерцепторы, спойлеры, 4 - тормозной щиток, 5- элерон.
Щитки представляют собой отклоняемые вниз поверхности, расположенные в нижней части крыла. В неотклонённом положении щитки вписываются в контур профиля крыла. Угол отклонения до 60°.
Отклоняемый выдвижной
|
Рис. 3.6. Схема крепления щитка.
При отклонении щитка искривляется профиль крыла, происходит отсос воздуха в область пониженного давления за щитком и увеличивает разряжение на верхней поверхности крыла. Одновременно под крылом давление повышается вследствие его затормаживания щитком. В результате ↑Су и ↑Сх.
Щитки дают возможность увеличить угол планирования, сократить посадочную дистанцию и длину пробега.
Закрылок - это профилированная подвижная хвостовая часть крыла, выдвигающаяся назад - вниз.
Типы закрылков: - однощелевые;
- двухщелевые;
 |
- трёхщелевые раздвижные.
Рис.3. 7. Двухщелевой закрылок
Хорда закрылков составляет 30 - 40 % хорды крыла.
Повышение коэффициента Су у крыла происходит вследствии:
- увеличения вогнутости крыла;
- увеличения площади крыла;
- организации безсрывного обтекания крыла.
Так как закрылок отклоняется вниз, то увеличивается вогнутость, одновременно выдвигается назад и увеличивается хорда, а значит, площадь крыла SKP.
Применение щелевых закрылков создаёт между крылом и закрылком профилированную щель, через которую воздух устремляется из области повышенного давления под крылом в область пониженного давления над крылом. При этом сдувается пограничный слой с верхней стороны закрылка и отсасывание его.
Элементы конструкции закрылка:
- лонжероны, нервюры, стрингеры, обшивка;
- каретки и рельсы;
- винтовые подъёмники, которые служат для перемещения закрылков.
В трёхщелевом закрылке: - дефлектор;
- силовая центральная часть;
- хвостик.
Предкрылки - это профилированный подвижный элемент крыла, расположенный в носовой части крыла по всему размаху, либо на концевых его частях против элеронов (концевой предкрылок).
Предкрылок имеет: эл. обогрев -Ту-154; воздушно-тепловой - Ил-76. Состоит из секций.
Предкрылок обеспечивает возможность реализации прироста Суα, даваемого средствами механизации, повышает эффективность элеронов на больших углах атаки α и повышает поперечную устойчивость самолёта (при стреловидных крыльях).
Тип: - отклоняемые носки;
- выдвижные с образованием щели между крылом и предкрылком.
Конструкция: - лонжерон, нервюры, обшивка, рельсы, каретки, винтовые преобразователи.
Рис. 3.8. Предкрылок.
Предкрылки могут управлятся пилотом или автоматически. Предкрылки выдвигаются вперёд и вниз и при этом:
- увеличивается площадь крыла Skp и кривизна профиля;
- образуется щель и выходящая струя из щели с большой скоростью прижимает воздушный поток к верхней поверхности крыла Использование предкрылков увеличивает на 40-50% Су max за счёт увеличения критического угла атаки (αкр.)
Интерцепторы это подвижные части крыла в виде профилированных щитков (пластин), расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылками и служащие для управления подъёмной силой.
Интерцепторы (спойлеры), с точки зрения а/д, это гасители подъёмной силы, тормозные щитки, отклоняющиеся вверх симметрично на обеих консолях крыла, вызывая срыв потока, за счёт этого уменьшается подъёмная сила и увеличивается лобовое сопротивление, а в убранном положении утоплены в крыло. В элеронном режиме вверх отклоняется только тот, где отклонился элерон вверх, при этом создаётся крен самолёта, т.е. увеличивается эффективность элеронов.
Рис. 3.9. Интерцептор.
Конструкция: Секции из панелей стыкованные кронштейнами. Имеют лонжерон, нервюры, узлы навески.
|
Интерцепторы применяются в полётеи на земле. В полётедля изменения эшелона полёта, т. ↓H и ↓V. На земле для ↑Х (лобового сопротивления) и как следствие ↓L пробега после приземления.
В настоящее время разработаны энергетические средства механизации крыла, в которых используется сжатый воздух, подаваемый от компрессоров двигателей или специальных вентиляторов.
Улучшение а/д характеристик крыла достигается:
- управлением пограничным слоем за счет отсоса или сдува с верхней поверхности крыла, предкрылков и закрылков через специальные отверстия, щели, пористые поверхности;
- применением струйно-реактивного закрылка – профилированной щели вдоль задней кромки крыла, через которую назад и вниз выбрасывается струя воздуха.
Она эжектирует окружающий воздух, увеличивает скорость обтекания крыла, создает дополнительную силу за счет вертикальной составляющей реактивной тяги воздушной струи.
На современных самолётах, как правило, применяется комплексная механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизации.
Рис. 3.10. Механизация крыла.
|
Элероны это подвижные части крыла, расположенные у задней кромки крыла на его концах и отклоняемые одновременно в противоположные стороны (один элерон вверх, а другой - вниз) для создания крена самолёта.
Предназначены элероны для управления самолётом относительно его продольной оси ОХ. Управление производится штурвалом пилота.
Требования к элеронам: обеспечение эффективности управления по крену на всех режимах полёта. Это достигается:
- исключением заклинивания элеронов при изгибе крыла в полёте;
- весовой балансировкой элеронов;
- уменьшением шарнирных моментов (за счёт а/д компенсации); уменьшением дополнительного сопротивления в отклонённом и убранном положениях;
- уменьшением момента рыскания при отклонении элеронов;
- применение элерон-интерцепторов;
- применение дифференциально отклоняемых половин стабилизатора. Конструкция элеронов: форма аналогичная крылу и состоит из каркаса и обшивки.
Каркас: лонжерон, стрингера, нервюры, диафрагмы и обшивка.
