О флаттере см. вопрос 1.3.

Шпангоуты — поперечные элементы набора. Делятся на нормальные и усиленные. Нормальные обеспечивают сохранение формы поперечного сечения фюзеляжа. Усиленные шпангоуты устанавливаются в местах передачи на фюзеляж больших сосредоточенных нагрузок. На них располагаются стыковые узлы агрегатов, узлы крепления грузов, двигателей, крупного оборудования, перегородки гермоотсеков и т. п. Силовые шпангоуты могут устанавливаться по границам больших вырезов в фюзеляже. Нормальные шпангоуты обычно имеют рамную конструкцию и изготавливаются штамповкой или фрезеровкой.

Обшивка — изготавливается из металлических листов, которые формуются по профилю поверхности фюзеляжа, зачастую с приклёпкой стрингеров, и затем крепятся к каркасу (шпангоутам). Стыки листов располагаются на продольных и поперечных элементах каркаса. Возможно, особенно для обшивочных фюзеляжей, применение монолитных оребрённых панелей и слоистой обшивки с лёгким, обычно сотовым, заполнителем. В последнее время получает распространение обшивка из композиционных материалов.

 

Шпангоуты (выделены зелёным)

2.3. Возможные неисправности конструктивных элементов фюзеляжа, их влияние на безопасность полётов:

Основные неисправности:

1) трещины, деформации и разрушения, вызванные действием многократно повторяющихся в эксплуатации нагрузок и случаями чрезмерного нагружения летательного аппарата в эксплуатации.

2) коррозия и разрушения лакокрасочных и других видов защинтных покрытий.

3) износ и люфты подвижных соединений, ослабление болтовых соединений, заклепочных швов, потертости элементов конструкции и другие виды механического износа.

4) старение деталей, изготовленных из органических материалов (стекла, пластмассы идр).

5) механические повреждения, вызванные небрежностью при техническом и коммерческом обслуживаниях, ремонте и другими случаями.

 

Первая группа неисправностей объединяет все случаи одиноч­ных повреждений конструкции от перегрузок в полете и при посадке, превышающих максимально допустимые значения и много­численные усталостные разрушения элементов конструкции от воз­действия повторяющихся нагрузок. Повреждения и деформации конструкции от чрезмерных перегрузок в эксплуатации встречаются редко (грубые посадки, попадание в зону грозовой деятельности, создание недопустимых маневренных перегрузок и др.) Получае­мые при этом повреждения, как правило, не являются локальными, а представляют собой общие остаточные повреждения ос­новных частей планера.

Неисправности, возникаю­щие в конструкции от воздей­ствия повторяющихся нагру­зок, имеют широкое распрост­ранение и носят характер местного разрушения в виде усталостных трещин. Устало­стные трещины возникают в обшивке и элементах внутрен­него силового набора, особен­но часто в нервюрах.

Массовыми дефектами крыльев являются трещины в залонжеронной части крыла на обшивке и вспомогательных эле­ментах конструкции. Эти трещины не всегда являются опасными, так как обшивка здесь не силовая, однако в эксплуатации и при ремонте требуется их устранение. Наиболее опасными являются усталостные трещины на верхних и нижних силовых панелях кры­ла. Они чаще всего возникают в районах воздействия сосредото­ченных нагрузок, например в районе узлов навески шасси и за­крылков, в местах резких изменений жесткости за счет перепада толщин. В этих местах образуется концентрация напряжений, приводящих к образованию усталостных трещин. Усталостные тре­щины приводят к снижению статической прочности самолетных конструкций и определяют их надежность.

 

Вторая группа неисправностей представляет собой коррозион­ные повреждения. Они возникают прежде всего на наружной поверхности из-за воздействия атмосферных условий и разрушения защитных покрытий при техническом и коммерческом обслуживание самолетов. Кроме того, коррозионные повреждения при эксплуатации самолетов с герметическими кабинами наблюдаются и на внутренних поверхностях. Такие случаи наблюдаются часто в следующих местах — подпольные части фюзеляжей, где имеется ско­пление конденсационной влаги, подпольные и надпольные зоны фюзеляжей в районе санитарных узлов и местах установки акку­муляторных батарей, где коррозия развивается от воздействия аг­рессивных жидкостей и их паров на элементы конструкции; зоны стыка между герметичной и негерметичной частями фюзеляжа, где также скапливается конденсационная влага; участки контакта ме­талла с гигроскопическими материалами, такими как теплозвуко-изоляция, войлочные прокладки и др.; участки контакта разнород­ных металлов, вследствие чего возникает контактная коррозия от соприкосновения друг с другом металлов с различными потенциалами.

 

Третья группа неисправностей, вызванных механическим изно­сом, приводит к люфтам в подвижных соединениях, ослаблению заклепочных швов и болтовых соединений. Эта группа дефектов возникает от длительного воздействия переменных эксплуатацион­ных нагрузок и являетея следствием износа деталей.

 

Четвертая группа неисправностей возникает вследствие прежде­временного старения изделий, изготовленных из неметаллических материалов. С целью предотвращения быстрого старения этих эле­ментов необходимо при длительном хранении, например, зачехлять остекление кабины и другие части летательного аппарата.

Пятая группа неисправностей включает различные механические повреждения наружной обшивки у грузовых люков, дверей, повреж­дения полов и других элементов. Неисправности первых четырех групп влияют на долговечность планера и лимитируют межремонт­ные и назначенные ресурсы.

При техническом обслуживании планера выполняются работы по дефектации (— процесс выявления неисправностей) и устранению выявленных неисправностей, периоди­чески выполняются проверочные и профилактические работы.

Характерной особенностью дефектации планера является то, что силовые конструктивные элементы (кроме обшивки) в основном недоступны для внешнего визуального осмотра. Внешними призна­ками появления неисправностей, связанных с разрушением или появлением остаточных деформаций, может служить в ряде случаев состояние обшивки, где могут появляться волнистости в виде гоф­ра, происходит ослабление или обрыв заклепок. При обнаружении таких признаков необходимо произвести осмотр конструктивных элементов планера.

 

Пятая группа — механические повреждения, вызванные небрежностью при техническом и коммерческом обслуживаниях, ремонте и другими случаями. Тут всё понятно.

В целом, все пять групп повреждений оказывают крайне негативное влияние на безопасность полётов.

 

2.4. Компоновка фюзеляжа магистральных пассажирских и грузовых самолётов. Компоновка кабины экипажа:

Фюзеляж является «телом» самолёта. В нём располагаются кабина экипажа, топливные баки, системы управления и контроля, пассажирские салоны и багажные отсеки (в пассажирских самолётах) или грузовые отсеки (в грузовых самолётах) и так далее. Конструктивно-силовая схема фюзеляжа, как правило, состоит из продольных элементов (лонжеронов и стрингеров), поперечных элементов (шпангоутов) и обшивки.

Пассажирские самолёты разделяют на узко- и широкофюзеляжные. У первых диаметр поперечного сечения фюзеляжа составляет в среднем 2-3 метра. Диаметр широкого фюзеляжа — не менее 6 метров. Все широкофюзеляжные самолёты — двухпалубные: на верхней палубе располагаются пассажирские места, на нижней — багажные отсеки. Существуют самолёты с двумя пассажирскими палубами — Airbus A380 и Боинг 747.

При выборе формы и размеров поперечного сечения фюзеляжа необходимо исходить из требований аэродинамики (обтекаемость и площадь поперечного сечения). Наиболее целесообразной формой поперечного сечения считается круглое сечение, или сочетание нескольких окружностей по вертикали и горизонтали. Длину фюзеляжа выбирают с учётом схемы самолёта, особенностей компоновки и центровки, а также из условий обеспечения посадочного угла. При определении диаметра фюзеляжа стремятся обеспечить, с одной стороны, минимальное сечение миделя (наибольшее по площади поперечное сечение), а с другой - обеспечение компоновочных требований. Одним из основных параметров, определяющим мидель пассажирского самолёта, является высота пассажирского салона.

Кроме учета требований аэродинамики при выборе формы сечения следует учитывать условия компоновки и требований прочности.

Для обеспечения минимального веса наиболее целесообразной формой поперечного сечения фюзеляжа следует признать круглое сечение. В этом случае толщину обшивки фюзеляжа получают наименьшей. Как разновидность такого сечения можно использовать сочетание двух или нескольких окружностей как по вертикали, так и по горизонтали.

Для транспортных самолетов при выборе формы поперечного сечения фюзеляжа вопросы аэродинамики не становятся первостепенными и форму сечения можно выполнять прямоугольной или близкой к ней.

Кабина экипажа должна занимать возможно меньший объем, но в то же время обеспечивать нормальные условия для работы и отдыха летному экипажу. Наиболее строгие требования предъявляют к рабочим местам пилотов. Кроме удобства они должны обеспечивать еще хороший обзор. Пилоты размещаются в креслах рядом, бортинженер чаще всего расположен позади кресла второго пилота, чтобы между ним и командиром корабля была зрительная связь. К рабочим местам остальных членов летного экипажа требований не предъявляется. Кабина летного экипажа отделяется от других помещений жесткой перегородкой с запирающейся дверью. Бортпроводники размещаются вне кабины летного экипажа и должны иметь отдельные сидения (иногда откидывающиеся) с привязными ремнями. Число бортпроводников определяется числом пассажиров и классом пассажирской кабины.

 

3.1. Нагрузки, действующие на крыло:

3.2. Конструктивно-силовая схема крыла кессонного типа. Работа силовых элементов крыла в полёте на изгиб, кручение и сдвиг:

 

 

При воздействии внешних нагрузок на конкретный элемент конструкции, он может изменять свои формы и размеры (т.е. деформироваться). В зависимости от характера приложения нагрузок деформация может иметь различные виды: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг.

 

Растяжение – при растяжении материала прочные межатомные связи, соединяющие атомы недеформированного тела, создают большие внутренние силы противодействия внешней нагрузке. Под действием внешних сил частицы материала конструкции будут перемещаться до тех пор, пока между внешними и внутренними силами не установится равновесие, называемое деформированным состоянием. Мерой воздействия внешних сил на атомы вещества, которые могут удаляться друг от друга (при растяжении) или сближаться (при сжатии) является напряжение.

 

Сжатие – при сжатии межатомные расстояния под действием нагрузки уменьшаются, межатомные силы отталкивания растут, и атомы стремятся «выскользнуть» из-под нагрузки в боковом направлении. Разрушение различных конструктивных элементов происходит по-разному, что определяется в основном формой и пропорциями этих элементов. На рисунке показаны различные виды деформированных состояний при сжатии. На рис. 1.2.2а и 1.2.2б приведены примеры потери устойчивости стержнем при различных условиях закрепления его концов в случае воздействия на него небольших нагрузок. При этом стержень сначала только упруго изгибается, при дальнейшем же увеличении нагрузки изогнутый стержень разрушается. Это называется общей потерей устойчивости. На рис. 1.2.2в показана местная потеря устойчивости тонкостенным цилиндром. Для увеличения несущей способности конструкции, работающей на сжатие, ей придают форму, способную выдержать большие усилия сжатия без потери устойчивости. Например, плоский лист можно заменить гофрированным или криволинейным.

 

Изгиб – некоторые возможные схемы нагружения изгибом показана на рисунке. Внешние силы при этом вызывают деформации, которые искривляют продольную ось балки. Выпуклая сторона балки растянута, вогнутая – сжата. Зоны растяжения и сжатия разделены нейтральным слоем, длина которого при изгибе остается постоянной. Поэтому применение балок прямоугольного сечения для восприятия изгиба является нерациональным, так как средний (нерастянутый) слой будет недогружен. Для восприятия изгиба применяют конструкции, в которых зоны, воспринимающие растяжение и сжатие имеют большую площадь, а ненагруженные зоны - меньшую.

Кручение – Схема нагружения кручением показана на рис. 1.2.4. Внешние силы, образующие момент относительно оси элемента конструкции, вызывают его деформацию, которая заключается в плоском повороте поперечных сечений друг относительно друга. Продольная линия, нанесенная на поверхность элемента конструкции, нагруженной кручением, принимает форму винтовой линии.

 

 

Сдвиг – пример сдвига (или среза) заклепочного соединения приведен на рис.1.2.3. Сдвиг возникает тогда, когда внешние силы смещают два параллельных плоских сечения элемента конструкции одно относительно другого при неизменном расстоянии между ними, и напряжения сдвига служат мерой сопротивления сдвигу одной части твердого тела относительно другой.

 

3.3. Возможные неисправности конструктивных элементов крыла, их влияние на безопасность полётов:

См. вопрос 2.3

3.4. Назначение, состав и конструкция механизации и поверхностей управления крыла:

3.5. Изгибно-крутильный и изгибно-элеронный флаттер крыла причины и условия возникновения, процесс развития автоколебаний, возможные последствия и меры борьбы с флаттером:

О флаттере см. вопрос 1.3.

Основными мерами борьбы с флаттером являются, увеличение жесткости крыла на кручение и возможно: большее смещение центра тяжести крыла вперед.

Для разрушения всей схемы возникновения флаттера достаточно добиться, чтобы при колебаниях крыла на изгиб элерон отклонялся в сторону, противоположную тому, как это изображено на рисунке. Это, в свою очередь, требует, чтобы центр тяжести элерона находился не сзади центра вращения, а впереди его. Иными словами, весовая балансировка элерона является радикальным средством борьбы с флаттером и; в настоящее время обеспечивается на подавляющем большинстве самолетов. Для балансировки в носок элерона помещают специальные грузы, смещающие центр тяжести элерона вперед. Эти балансирующие грузы наиболее эффективны при расположении их ближе к концу крыла, где размахи колебаний наибольшие.

Ещё один способ – заведомое «загружение» РУС триммером на кабрирование. В этом случае при «потере» ручки пилотом самолёт пойдёт в набор и моментально сбросит скорость. Минус – постоянная нагрузка на пилота.

3.6. Потеря эффективности, реверс и всплывание элеронов: причины и условия возникновения, возможные последствия и меры борьбы: