Фюзеляж самолета что это: фюзеляж | это… Что такое фюзеляж?

Содержание

Фюзеляж пассажирского самолета

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к конструкции фюзеляжей пассажирских самолетов. Фюзеляж пассажирского самолета, включающий носовую, центральную и хвостовую части. Носовая и хвостовая части известного технического решения выполнены в виде сужающихся к носу фюзеляжа и его законцовке форм, а центральная часть выполнена цилиндрообразной с округлой формой контура в поперечном сечении. Центральная часть фюзеляжа разделена полом на пассажирский салон и багажно-грузовое отделение. Контур поперечного сечения центральной части фюзеляжа образован четырьмя плавно соединенными между собой дугами окружностей, одна из которых расположена в верхней части контура, другая в нижней, а две в его боковых частях. Центры дуг верхней и нижней окружностей размещены в плоскости симметрии самолета, а центры боковых дуг смещены от нее. Радиус дуги верхней части контура определен по соотношению R_в=1,04*R_н±R мм, а радиус дуг боковой части контура по соотношению R_б=1,25*R_н±R мм, где R_н — радиус дуги нижней части контура поперечного сечения фюзеляжа равный 1664±AR мм, где R — величина, не превышающая значения 6 мм. Кроме того, центры боковых дуг в заявляемом техническом решении могут быть расположены по вертикали на одном уровне с центром верхней дуги контура поперечного сечения фюзеляжа. Выполнение контура поперечного сечения фюзеляжа в соответствии с заявляемым техническим решением обеспечивает высокий уровень комфорта для пассажиров и объем багажно-грузового отделения, соответствующий современным требованиям.

Заявляемая полезная модель относится к авиационной технике, а именно к конструкции фюзеляжей пассажирских самолетов, предназначенных преимущественно для обеспечения региональных пассажирских перевозок от 60 до 110 пассажиров.

Известны различные формы фюзеляжей, характеризующиеся формой поперечного сечения фюзеляжа.

Известны фюзеляжи пассажирских самолетов с круглой формой поперечного сечения фюзеляжа, например, фюзеляж пассажирского самолета Ту-134 (см., например, В.А.Бороденко, Самолет Ту-134, изд. «Транспорт», М., 1972 г.), диаметр поперечного сечения которого 2,9 м, а длина 37,1 м, при этом удлинение фюзеляжа (отношение длины фюзеляжа к диаметру) составляет =12,8. Соотношение вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа этого технического решения равно 1, конфигурация поперечного сечения фюзеляжа позволяет разместить в пассажирском салоне самолета 76 пассажиров, при этом по каждому борту самолета размещают по два ряда кресел. Использованное в этом техническом решении поперечное сечение фюзеляжа не дает возможности разработки семейства пассажирских самолетов, которое включает самолеты различной пассажировместимости: дополнение самолета, рассчитанного на перевозку 76 пассажиров, самолетами, рассчитанными на перевозку, например, 60 и 95 пассажиров с высокой степенью унификации, предусматривающей использование единого для всех самолетов решения поперечного сечения фюзеляжа и крыла одинаковой геометрии, приводит к ухудшению аэродинамических характеристик самолета и значительным весовым затратам. Кроме того, вследствие небольшого (менее 3 м) поперечного диаметра фюзеляжа, уровень комфорта пассажиров не соответствует современным требованиям. Не

соответствуют современным требованиям и некоторые характеристики багажно-грузового отделения.

Известно техническое решение фюзеляжа самолета (см. патент РФ 2280588, В64С 1/22, опуб., 27.07.2006), в котором горизонтальный габаритный размер поперечного сечения фюзеляжа значительно превосходит вертикальный габаритный размер: отношение вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа составляет менее 0,55. Такая конфигурация поперечного сечения фюзеляжа, удобная для транспортных самолетов, не подходит для использования в конструкции пассажирских самолетов.

Известно техническое решение фюзеляжа самолета (см. патент РФ 2148534, В64С 39/02, опуб., 10.05.2005, (см. фиг.4, 5, 6,) в котором величина отношения вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа заключено в пределах 0,8…0,85). При этом поперечное сечение фюзеляжа построено на использовании округлой формы, габаритный горизонтальный размер поперечного сечения фюзеляжа которых по горизонтали превышает вертикальный габаритный размер. Использование этого решения в фюзеляже пассажирского регионального самолета представляется довольно проблематичным. Проблематичным представляется и использование форм сечения фюзеляжей в разработках пассажирских самолетов, описанных в патенте GB 958883, опуб., 17.04.1963.

Наиболее близким к заявленному решению фюзеляжа пассажирского самолета является техническое решение, приведенное в патенте РФ RU 2148534, в котором отношение вертикального габаритного размера фюзеляжа к размеру горизонтального поперечного сечения фюзеляжа близко к величине 1,14 (фиг.9, 10, 11). Фюзеляж пассажирского самолета в соответствии с этим техническим решением включает носовую, центральную и хвостовую части. Носовая и хвостовая части фюзеляжа выполняются в виде сужающихся к носу фюзеляжа и его законцовке форм, а центральный

отсек выполняется в виде цилиндрообразной формы, контур поперечного сечения которого выполняется округлым. Центральный отсек снабжается полом, который делит его на пассажирский салон и багажно-грузовое отделение. В этом техническом решении вертикальный габаритный размер центральной части фюзеляжа превышает горизонтальный габаритный размер поперечного сечения фюзеляжа, причем габаритные размеры центральной части фюзеляжа выбираются настолько большими, что позволяют в центральном отсеке фюзеляжа разместить пассажирские салоны на двух уровнях. Контур поперечного сечения центрального отсека этого технического решения образован четырьмя плавно соединенными между собой дугами окружностей, одна из которых расположена в верхней части контура, другая в нижней, а две в его боковых частях. Центры дуг верхней и нижней окружностей расположены в плоскости симметрии самолета, а центры боковых дуг смещены от нее.

Это техническое решение, решает задачу оптимального переоборудования фюзеляжа самолета из грузового в пассажирский или смешанный варианты, путем изменения внутренней компоновки фюзеляжа, не подходит для использования в разработке фюзеляжа семейства региональных самолетов. Главным образом это объясняется тем, что рассмотренное решение фюзеляжа рассчитано для использования в пассажирских самолетах большой размерности. Так вертикальный габаритный размер поперечного сечения фюзеляжа этого технического решения необходимо выполнять, большим 5…6 м, что не подходит для фюзеляжей региональных пассажирских самолетов, рассчитанных на перевозку от 60 до 100 пассажиров.

Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является разработка унифицированного по конфигурации поперечного сечения фюзеляжа семейства региональных пассажирских самолетов, рассчитанных на перевозку от 60 до 100 пассажиров, с обеспечением высокого уровня комфорта как для пассажиров, так и для обслуживающего

персонала, и сохранении высоких технических характеристик при его использовании во всех самолетах семейства с крылом одной геометрии.

Поставленная техническая задача решается следующим образом.

Фюзеляж пассажирского самолета включает носовую, центральную и хвостовую части. Носовая и хвостовая части, известного технического решения, выполнены в виде сужающихся к носу фюзеляжа и его законцовке форм, а центральная часть выполнена цилиндрообразной с округлой формой контура в поперечном сечении. Центральная часть фюзеляжа разделена полом на пассажирский салон и багажно-грузовое отделение. Контур поперечного сечения центральной части известного технического решения фюзеляжа образован четырьмя плавно соединенными между собой дугами окружностей, одна из которых расположена в верхней части контура, другая в нижней, а две в его боковых частях. Центры дуг верхней и нижней окружностей расположены в плоскости симметрии самолета, а центры боковых дуг смещены от нее.

В заявленном техническом решении фюзеляжа новым является то, что величина отношения вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа не превышает величины 1,05. При этом в заявляемом решении поверхность пола удалена в плоскости симметрии самолета от вершины дуги верхней части контура на расстояние 2110±R мм, радиус дуги верхней части контура определен по соотношению R_в=1,04*R_н±R мм, а радиус дуг боковой части контура по соотношению R_б=1,25*R_н±R мм, где R_н — радиус дуги нижней части контура поперечного сечения фюзеляжа равный 1664±R мм, где R — величина, не превышающая значения 6 мм.

Кроме того, центры боковых дуг в заявляемом техническом решении могут быть расположены по вертикали на одном уровне с центром верхней дуги контура поперечного сечения фюзеляжа.

Техническим результатом заявленного изобретения является возможность размещении в пассажирском салоне двойных блоков кресел по одному из бортов и тройных блоков по другому борту. Выполнение контура поперечного сечения фюзеляжа в соответствии с заявляемым техническим решением обеспечивает высокий уровень комфорта для пассажиров, так диаметр зоны для размещения головы пассажира превышает 300 мм, что обеспечивает комфортное размещение пассажира в креслах, примыкающих к внутренней обшивке пассажирского салона. Выбранные габаритные размеры контура и расстояние от поверхности пола до вершины верхней дуги контура в плоскости симметрии самолета не только обеспечивают необходимую высоту пассажирского салона вдоль центрального прохода, но и обеспечивают высоту багажно-грузового отделения, соответствующую современным требованиям.

Конфигурация поперечного сечения центрального отсека фюзеляжа с эквивалентным диаметром 3,54 м, обеспечивая комфортное размещение пяти кресел в ряду, дает возможность решить задачу разработки фюзеляжа для семейства самолетов, рассчитанных на перевозку от 60 до 100 пассажиров. При этом длина фюзеляжа может изменяться от 23 до 30 м, а изменение удлинения фюзеляжа Х от 6,6 до 8,4 позволяет проектировать все самолеты семейства региональных пассажирских самолетов с использованием крыла с одинаковыми геометрическими характеристиками.

Заявляемая полезная модель поясняется следующими иллюстрационными материалами:

фиг.1, 2 — общий вид семейства самолетов;

фиг.2 — поперечное сечение фюзеляжа;

фиг.3 — схема расположения кресел в пассажирском салоне

Фюзеляж пассажирского самолета (см. фиг.1) включает носовую 1, центральную 2, хвостовую 3 части. Носовая 1 и хвостовая 3 части фюзеляжа выполняются в виде сужающихся к носу фюзеляжа и его законцовке форм.

Центральная часть фюзеляжа выполнена цилиндрообразной формы. Конструктивно фюзеляж выполняется из обшивки, набора продольных и поперечных силовых элементов (не показаны), внутренних облицовочных панелях фюзеляжа. В поперечном сечении внешний обвод обшивки фюзеляжа представляется контуром. Контур внешнего обвода обшивки фюзеляжа в поперечном сечении выполняется округлым (см. фиг.3, 4).

Центральная часть фюзеляжа разделена полом 4 на пассажирский салон 10 и багажно-грузовое отделение 11. В поперечном сечении контур внешнего обвода фюзеляжа образован четырьмя плавно соединенными между собой дугами окружностей, одна 5 из которых расположена в верхней части контура, другая 6 в нижней, а две 7 и 8 в его боковых частях. Центры верхней 5 и нижней 6 дуг расположены в плоскости симметрии самолета 9. Центры боковых дуг 7 и 8 смещены от плоскости симметрии самолета (фиг.4).

Величина отношения вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа, как видно из чертежа, приведенного на фиг.3, не превышает величины 1,05. В заявляемом решении поверхность пола удалена в плоскости симметрии самолета от вершины дуги верхней части контура на расстояние 2110±R мм. Радиус верхней дуги 5 контура в заявляемом решении фюзеляжа определен по соотношению R_в=1,04*R_н±R мм, а радиусы дуг боковой части 7 и 8 контура — по соотношению R_б=1,25*R_н+R мм, где R_н — радиус дуги нижней части контура фюзеляжа равный 1664+R, a R — величина, не превышающая значение 6 мм.

Наиболее удобно разместить центры боковых дуг 7 и 8 по вертикали на одном уровне с центром верхней дуги контура поперечного сечения фюзеляжа, как показано на фиг.4, хотя возможно и смещение центров боковых дуг контура поперечного сечения фюзеляжа по вертикали от уровня центра верхней дуги контура.

Полученное в соответствии с заявляемым техническим решением сечение фюзеляжа позволяет разместить во внутреннем пространстве пассажирского салона двойные блоки кресел по одному из бортов и тройные блоки кресел по другому борту, как показано на фиг. 3. Расстояние между блоками кресел при этом составляет 508 мм, что обеспечивает свободный разъезд двух тележек для обслуживания пассажиров. При этом высота от поверхности пола до потолка пассажирского салона может составить 2110 мм, что достаточно для прохода пассажиров. Кроме того, толщина конструкции стенок фюзеляжа, включающей обшивку, силовой набор и внутренние панели, которая в типовом исполнении не превышает 100 мм, обеспечивается комфортное размещение пассажира в крайнем к боковой стенке кресле. Так (см. фиг.3) диаметр сферы для размещения головы пассажира составляет около 300 мм, что соответствует современным требованиям к комфортному размещению пассажиров. Уровень комфорта может быть повышен при размещении по каждому борту сдвоенных блоков кресел.

Кроме того, заявленное техническое решение фюзеляжа обеспечивает высоту багажно-грузового отделения 1016 мм, что соответствует современным требованиям по их высоте.

Возможность размещения с высоким уровнем комфорта пяти кресел в ряду позволяет использовать заявляемое техническое решение фюзеляжа в семействе региональных самолетов различной пассажировместимости с сохранением поперечной конфигурации фюзеляжа и использованием крыла одной геометрии. Проектные разработки изобретателей показывают, что заявляемая конфигурация фюзеляжа не требует изменения геометрии крыла при варьировании длины фюзеляжа от 23 до 30 м (см. фиг.1, 2 L₁=29828 мм, L₂ =26328 мм, L₃=23384 мм, L₄=27800). Это обеспечивает разработку на основании этого технического решения семейства региональных самолетов, рассчитанных на перевозку от 60 до 100 пассажиров, с высокой степенью унификации.

Заявляемое техническое решение может быть изготовлено на предприятиях авиационной промышленности.

1. Фюзеляж пассажирского самолета, включающий носовую, центральную и хвостовую части, при этом носовая и хвостовая части выполнены в виде сужающихся к носу фюзеляжа и его законцовке форм, а центральная часть выполнена цилиндрообразной с округлой формой контура поперечного сечения и разделена полом на пассажирский салон и багажно-грузовое отделение, причем ее контур в поперечном сечении образован четырьмя плавно соединенными между собой дугами окружностей, одна из которых расположена в верхней части контура, другая в нижней, а две в его боковых частях, при этом центры верхней и нижней дуг расположены в плоскости симметрии самолета, а центры боковых дуг смещены от нее, отличающийся тем, что величина отношения вертикального габаритного размера фюзеляжа к горизонтальному габаритному размеру поперечного сечения фюзеляжа не превышает величины 1. 05, поверхность пола удалена в плоскости симметрии самолета от вершины дуги верхней части контура на расстояние 2110±R мм, при этом радиус дуги верхней части контура определен по соотношению R_в=1,04*R_н±R мм, а радиус дуг боковой части контура — по соотношению R_б=1,25*R_н±R мм, где R_н — радиус дуги нижней части контура фюзеляжа, равный 1664±R, a R — величина, не превышающая значение 6 мм.

2. Фюзеляж пассажирского самолета по п.1, отличающийся тем, что центры боковых дуг расположены по вертикали на одном уровне с центром верхней дуги контура поперечного сечения фюзеляжа.

Авиастроители собрали фюзеляж полностью импортозамещенного «Суперджета»

30 июля 2022 18:14 Людмила Смирнова

Российские авиастроители собрали фюзеляж полностью импортозамещенного «Суперджета». Самолет серии NEW – это модификация «Суперджета 100». Его создание началось после введения новых западных санкций. Задача – заменить все компоненты и системы на отечественные. Впереди первые испытания.

Абсолютно новый самолет – и без преувеличения новая глава в истории гражданской авиации России начинается здесь, в Комсомольске-на-Амуре. Цех покидает первый фюзеляж самолета Superjet New – лайнера, который строится по программе импортозамещения из отечественных комплектующих.

Провожает самолет весь коллектив производственного центра корпорации «Иркут» – каждый, кто трудился над созданием первой полностью российской машины.

«Моими руками собрано. Внес вклад, как говорится, в создание самолетов», – говорит сборщик-клепальщик производственного участка №1 цеха сборки фюзеляжа Максим Фалейтор.

Пожелания «В добрый путь» и «Успешных испытаний» на фюзеляже оставили работники, которые полтора десятилетия назад собирали первые опытные «Суперджеты» и отправили в небо более двухсот крылатых машин. Сегодня их успешно эксплуатируют российские и зарубежные авиакомпании.

— С чувством выполненного долга! Я был с первым самолетом, мне очень лестно находиться, быть здесь, участвовать в этом!

Это событие – по сути, начало программы Superjet New и больших строительных проектов здесь, на площадке ОАК-Ростех в Комсомольске-на-Амуре. Чтобы отладить работающий как часы конвейер на самолете, который будет иметь большие габариты, потребуются дополнительные ангары.

«Это будет прямоточный конвейер с большими возможностями для больших объемов серийного выпуска», – говорит директор Производственного центра филиала ПАО «Корпорация «Иркут» «Региональные самолеты» в Комсомольске-на-Амуре Андрей Сойнов.

Успешные наработки, навыки бережливого производства, полная цифровизация – все это теперь послужит созданию лайнера Superjet New. Уже сегодня на такой же фюзеляж в цехах монтируют системы и агрегаты, полученные от российских поставщиков.

«Все системы и агрегаты на самолете должны быть отечественными Наша задача – в том, чтобы в марте следующего года сделать первый полет опытного самолета «Сухой Суперджет Нью» уже на российских комплектующих, с российскими двигателями ПД-8″, – говорит заместитель генерального директора ОАК по гражданской авиации – генеральный директор ПАО «Корпорация «Иркут» Андрей Богинский.

Заклепка к заклепке – фюзеляж готов к испытанию нагрузками. Его доставка – целая операция. В свой первый полет фюзеляж и отъемные части крыла отправляются на самолете «Руслан». Двумя стотонными кранами, синхронно, самолет размещают на борту. Путь предстоит через всю страну.

Планер и шасси первого самолета будут тестировать в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Жуковского для подтверждения назначенного ресурса в 54 тысячи летных часов. И вот уже Ан-124 встречают в Жуковском. Он благополучно заходит на посадку и готовится к разгрузке.

Начало новой программе положено. Дальнейшие ресурсные, а затем и летные испытания позволят выйти на сертификацию и начать серийное производство.

Сейчас в постройке находятся еще два самолета Superjet New, предназначенные для летных испытаний. Первый из них здесь, в Комсомольске-на-Амуре, уже оснащают элементами импортозамещенных систем и оборудования, тестировать которые в небе будут уже в следующем году.

экономика импортозамещение Объединенная авиастроительная корпорация Сухой Суперджет/Sukhoi Superjet Комсомольск-на-Амуре общество новости

Фюзеляж самолета

Джеймс Уильямс

Источник: Брифинг по безопасности FAA, январь/февраль 2020 г.

Каким бы жутким это ни казалось, «жуки» и их родственники могут быть более подходящей аналогией для самолета, чем для птицы. Начнем с того, что фюзеляж современного самолета выполняет функции кожи и скелета, что больше напоминает членистоногое, чем представителей птичьего семейства.

Одной из ключевых особенностей членистоногих является их экзоскелет, который сочетает в себе защитные свойства кожи со структурными признаками скелета. Эта особенность относится к обшивке самолета, которая фактически является несущей частью конструкции.

Моно что?

Современные самолеты строятся с использованием метода, называемого монококовой конструкцией. Этот метод использует напряженную кожу в качестве основного структурного компонента. Чтобы помочь визуализировать это, подумайте о банке содовой. Обшивка располагается вокруг двух переборок или каркасов (верхняя и нижняя части банки), обеспечивая удивительно прочную конструкцию, если она не повреждена. Ключевыми преимуществами монококовой конструкции являются высокая прочность, малый вес и увеличенный внутренний объемный потенциал. Важной целью при проектировании самолетов является создание самого легкого самолета, способного вместить больше всего вещей (например, людей и грузов), и в то же время достаточно прочного, чтобы выдерживать суровые условия полета.

Конструкция

Monocoque имеет несколько недостатков. Даже небольшие вмятины или вмятины могут потенциально ослабить конструкцию. Вы можете провести свой собственный эксперимент, чтобы доказать это. Возьмите любую пустую банку из-под газировки (без вмятин) и приложите усилие сверху вниз. Вы будете удивлены тем, какую силу выдержит банка. Теперь сделайте в банке небольшую вмятину и посмотрите, как мало силы потребуется, чтобы ее раздавить. Это прекрасный пример ахиллесовой пяты монококовой конструкции.

Чтобы решить эту проблему, производители используют метод, называемый полумонококовой конструкцией, который включает усиливающие стрингеры, которые проходят в продольном направлении между переборками и шпангоутами. Этот метод позволяет передать часть напряжения с обшивки на структурную арматуру. Это делает конструкцию более прочной, но увеличивает вес и сложность готового продукта.

Композитная композиция

Мы часто говорим о композитных материалах как о футуристических или высокотехнологичных, но во многих случаях это не совсем так. В своем самом основном определении композит представляет собой комбинацию двух или более различных материалов, в которой сохраняются все индивидуальные свойства материала. Лучший пример — определенно низкие технологии: бетон. Бетон представляет собой комбинацию цемента и мелких камней и камней (называемых заполнителями). Это два требования к композитному материалу: матрица или связующее (цемент) и армирование (заполнитель). Арматура составляет большую часть объема и несет большую часть нагрузки, в то время как матрица скрепляет арматуру и позволяет придавать ей форму. В авиации мы используем такие вещи, как стекловолокно и углеродное волокно, которые работают по тому же принципу. Стекловолокно, иногда вплетенное в ткань, укладывается в качестве армирования, а затем в качестве матрицы наносится смола или клей. Обычно это делается в несколько слоев для придания прочности.

Формование – одно из ключевых преимуществ композитов. Гораздо проще создавать гладкие, закругленные или сложные формы из композитов, чем из традиционных материалов. Вес может быть еще одним преимуществом композитов, но это зависит от материала. В то время как углеродное волокно может иметь значительную экономию веса по сравнению с металлической конструкцией, стекловолокно, как правило, этого не делает.

Использование композитов в авиации общего назначения медленно растет. Все началось с небольших неструктурных деталей, таких как обтекатели законцовок крыльев и колесных арок, но затем распространилось на весь самолет. Мы обычно видим стекловолокно в GA, потому что стоимость значительно ниже, чем углеродное волокно. Стекловолокно также позволяет производителям пробовать конструкции, которые было бы очень трудно или невозможно построить из металла.

Как держать себя в воздухе

Независимо от материала фюзеляж самолета больше похож на экзоскелет членистоногого, чем на тело позвоночного. У птиц есть кожа, которая важна, но она не является структурным элементом. В сочетании с мышечной тканью кожа птиц обеспечивает некоторую прокладку вокруг их «структуры» и обеспечивает некоторую защиту при «вдавливании или вмятине». Но самолеты и членистоногие носят свой скелет снаружи. Вот почему обнаружение потенциальных повреждений во время предполетной подготовки так важно.

На что обращать внимание зависит от материала. Металлический самолет легче осматривать, потому что металл деформируется от силы удара. Например, если техник по техническому обслуживанию авиации (AMT) уронит инструмент во время работы с самолетом, вы увидите вмятину. Значительные вмятины, вмятины и проколы следует направлять в AMT для оценки. Если вы сомневаетесь, ошибитесь в сторону осторожности. Как и в случае с банкой из-под газировки, фактическая вмятина может выглядеть не так уж плохо, но она может привести к значительному риску из-за повреждения монокока.

В случае композитов материал может поглощать удар, не показывая повреждений, или восстанавливать свою форму после удара. К сожалению, такие «невидимые» повреждения могут вызвать расслоение между слоями волокна или трещины в матрице, которые могут ослабить структуру.

Вот почему вам нужно, чтобы AMT с комплексным опытом оценивал любое влияние. Появление беловатого участка в композите может свидетельствовать о расслоении снизу.

С композитами также возможны проблемы, связанные с повреждением смолы экстремально высокой температурой. Многое зависит от конкретной системы смолы, используемой для самолета, но некоторые смолы могут разлагаться при температуре выше 150°F. Хотя это кажется недостижимым, помните, что самолеты часто паркуются в теплом климате, где солнце, асфальт и темная краска в сочетании могут поднять температуру до 220 градусов по Фаренгейту. Простое решение — покрасить композитные конструкции в белый цвет, что помогает поддерживать температуру ниже 140°F. Другие источники теплового повреждения включают утечки выхлопных газов и небольшие возгорания, которые быстро тушат, например, из-за перегрева тормозов или электрических неисправностей. Любое потенциальное термическое повреждение следует тщательно оценить, прежде чем возвращать самолет в эксплуатацию.

Последние мысли о фюзеляже

Фюзеляж не привлекает внимания авионики самолета или его двигателя. Его не анализируют так тщательно, как его крылья, и не так тщательно обрабатывают перед полетом, как оперение. Это скелет самолета. Он играет решающую роль без особой помпы. Но, как и у любого скелета, его неисправности и сбои могут в лучшем случае вывести из строя, а в худшем — нанести вред. Понимание хотя бы немного в этом поможет вам обнаружить любые недостатки до того, как они станут настоящими проблемами.

Узнать больше

Справочник пилотов FAA по авиационным знаниям — глава 3 — bit.ly/2rK57Mq

Джеймс Уильямс — заместитель редактора FAA Safety Briefing и фоторедактор. Он также является пилотом и наземным инструктором.

Размеры и конструкция фюзеляжа | AeroToolbox

Это седьмая часть серии, посвященной основам проектирования самолетов. В части 6 мы рассмотрели структурный состав крыла. В этом посте мы отходим от крыла и знакомимся с конструкцией фюзеляжа самолета: мы рассмотрим различные способы изготовления фюзеляжа, как правильно определить его размер и представим различные нагрузки, которые, как ожидается, будет нести конструкция фюзеляжа во время эксплуатации. .

Основная часть корпуса самолета называется фюзеляжем. Это формирует центральный корпус самолета, к которому присоединяются крылья, поверхности управления, а иногда и двигатели. В фюзеляже размещается экипаж, любые пассажиры, груз, множество систем самолета и иногда топливо.

Хорошо спроектированный фюзеляж обеспечивает выполнение следующих условий:

Предполагаемая полезная нагрузка размещена адекватно и эффективно.
Размеры фюзеляжа таковы, что различные поверхности управления и стабилизации (обычно вертикальное и горизонтальное оперение) расположены таким образом, чтобы самолет был устойчивым в полете.
Загрузка самолета товарами, топливом и пассажирами не оказывает отрицательного влияния на устойчивость самолета для ряда конфигураций полезной нагрузки (центр тяжести расположен адекватно).
Конструкция фюзеляжа не выйдет из строя из-за чрезмерной нагрузки по всему диапазону полета самолета.
Масса фюзеляжа оптимизирована для обеспечения безопасной эксплуатации без дополнительного или избыточного веса.
Аэродинамическая форма фюзеляжа такова, что при обычной эксплуатации создается минимальное сопротивление, но при этом обеспечивается адекватное размещение проектной полезной нагрузки.
Конструкция фюзеляжа достаточно универсальна, чтобы дать возможность растянуть самолет, если требуется несколько конфигураций самолета.

Начнем с изучения трех популярных методологий проектирования конструкции фюзеляжа.

Принципы конструктивного проектирования

На протяжении многих лет был принят ряд принципов конструктивного проектирования фюзеляжа. Ниже в хронологическом порядке описаны три распространенные методологии проектирования, ведущие к наиболее распространенному сегодня полумонококовому дизайну.

Пространственная рама (ферма)

Первые фюзеляжи самолетов были построены с пространственной рамой или ферменной конструкцией. Часто в качестве основного конструкционного материала использовалось дерево с тканевым покрытием, обеспечивающим аэродинамическую форму. В этой конфигурации фюзеляжа силовые элементы фермы обеспечивают жесткость конструкции, а аэродинамическое покрытие обеспечивает форму, но не сильно увеличивает общую жесткость конструкции. Пространственный каркас — это простой, хотя и неэффективный способ создания конструкции фюзеляжа, поскольку обшивка из ткани увеличивает вес, но не повышает жесткость конструкции. Одним из популярных самолетов с пространственным каркасом фюзеляжа является культовый PA-18 Piper Super Cub, который изображен ниже.

Piper PA-18 Super Cub с фюзеляжем пространственного каркаса

Монокок

К концу Первой мировой войны были выявлены ограничения на использование конфигураций деревянных ферм. По мере того, как скорость полета и нагрузка на крыло новых конструкций увеличивались, изменение структурных свойств древесины и ее подверженность деградации окружающей среды означали, что деревянные конструкции больше не были эффективным средством производства. Были найдены новые методы, и сталь исследовалась как замена дереву. ). 3\)). Чтобы эффективно проектировать сталь, инженерам приходилось использовать очень тонкие секции, которые были причудливо изогнуты и имели форму, чтобы предотвратить коробление тонкой конструкции. Термин «монококовая конструкция» относится к конструктивному решению, при котором обшивка принимает на себя всю нагрузку и обеспечивает всю структурную жесткость конструкции. Одним из основных недостатков при проектировании чисто монококовой конструкции является сложность включения в конструкцию сосредоточенных нагрузок, таких как крепления двигателя или сопряжение крыла с фюзеляжем. Эффективное распределение этих точечных нагрузок в структуре обшивки становится очень трудным. Интересно, что в последнее время внедрение композитов в качестве материала для изготовления конструкций самолетов привело к возврату к проектированию чистой монококовой конструкции, хотя обычно на более крупных композитных самолетах обычно используется гибридная конструкция металлического основания с композитными панелями обшивки. .

Полумонокок

Где-то между пространственной рамной конструкцией (обшивка не воспринимает нагрузку) и чисто монококовой компоновкой (обшивка принимает на себя всю нагрузку) находится полумонококовая конструкция, которая сегодня является наиболее распространенным методом построения конструкции самолета. В полумонококовой конструкции как обшивка, так и набор шпангоутов являются несущими и вносят вклад в общую жесткость конструкции. Эта методология проектирования возникла из-за использования алюминия, а не стали в качестве основного конструкционного материала, используемого при проектировании конструкций самолетов. Алюминий имеет много преимуществ перед сталью, в основном его плотность составляет примерно одну треть плотности стали. Для постоянной массы конструкции алюминиевые секции могут быть толще, что снижает восприимчивость этих обшивок к короблению, что, в свою очередь, создает более эффективную конструкцию.

Внутренняя конструкция ATR-72 с полумонококовой конструкцией

Таким образом, полумонококовый фюзеляж обычно состоит из следующих конструктивных элементов: секции и обычно располагаются на расстоянии примерно 20 дюймов или 50 см друг от друга.

Ребра жесткости/стрингеры — шпангоуты соединены между собой продольными ребрами жесткости или стрингерами.

Обшивка — обшивка является несущей и придает фюзеляжу форму и форму. Обшивка крепится к подконструкции алюминиевого самолета путем приклепывания к шпангоутам и стрингерам.

Полумонококовая конструкция фюзеляжа на Боинге 747-230

Полумонококовая конструкция является преобладающим способом проектирования самолетов, поэтому оставшаяся часть этого руководства будет посвящена применению полумонококовой конструкции.

Загрузка фюзеляжа

Конструкция фюзеляжа нагружается несколькими способами. К ним относятся:

Аэродинамические нагрузки в результате маневрирования самолета в воздухе.
Распределение массы фюзеляжа вызывает изгиб
Инерционные нагрузки, создаваемые точечными массами, прикрепленными к фюзеляжу (например, двигатели, прикрепленные к фюзеляжу с помощью пилона).
Сосредоточенные точечные нагрузки: например, интерфейс между фюзеляжем и хвостовой частью.
Внутренние нагрузки от давления (если самолет находится под давлением).
Ударная нагрузка: например, передняя стойка шасси ударяется о взлетно-посадочную полосу при посадке.

Нагрузка, испытываемая фюзеляжем, вероятно, представляет собой комбинацию каждой из них в данный момент времени. Как же тогда каждый из конструктивных элементов, присутствующих в конструкции полумонококового фюзеляжа, работает вместе для распределения и передачи результирующей нагрузки?

Рамки поддерживают обшивку и ребра жесткости от коробления, сохраняя при этом аэродинамическую форму фюзеляжа. Рамы также используются везде, где в конструкцию вводятся сосредоточенные нагрузки, например, на стыке крыла с фюзеляжем и стыка хвоста с фюзеляжем. Наконец, рамы также используются в сочетании с обшивкой, чтобы противостоять внутреннему давлению, возникающему, когда самолет находится под давлением.

Ребра жесткости и стрингеры отвечают за передачу осевой нагрузки (как растяжения, так и сжатия), возникающей из-за изгибающих моментов, возникающих в конструкции фюзеляжа. Хорошим примером может служить изгибающий момент, создаваемый фюзеляжем при воздействии на руль направления во время полета. Ребра жесткости также помогают предотвратить коробление обшивки фюзеляжа.

Наконец, обшивки передают сдвигающие нагрузки и создают нагрузку на ребра жесткости. Обшивка также противостоит внутреннему давлению, которое присутствует в герметичном самолете.

Подводя итог:

Осевые нагрузки воспринимаются продольными ребрами жесткости и стрингерами

Сдвиговые нагрузки воспринимаются обшивкой

Основная методология проектирования конструкции фюзеляжа заключается в обеспечении того, чтобы комбинация обшивки и элементов жесткости не прогибалась между поперечными шпангоутами. Поэтому шпангоуты должны быть достаточно жесткими, чтобы не деформироваться в целом, а обшивка и ребра жесткости, образующие ряд сегментов фюзеляжа, не должны деформироваться локально. Оптимизированная конструкция фюзеляжа получается, когда эти условия выполняются для максимально легкой конструкции.

Размеры фюзеляжа

Давайте перейдем от различных конструктивных элементов, необходимых для проектирования фюзеляжа, к тому, как вы определяете размер и форму фюзеляжа, необходимых для конструкции вашего самолета.

Хорошей отправной точкой является полное понимание требований к самолету, который вы проектируете; Вот несколько вопросов, которые вы должны задать себе:

Как выглядит моя полезная нагрузка? Я проектирую пассажирский самолет, перевозящий грузы или боеприпасы?
Как питается мой самолет? Нужно ли предусмотреть место в фюзеляже для двигателя, или двигатели будут располагаться снаружи на крыле или в задней части фюзеляжа?
Как выглядит типичная миссия для моего самолета? Я больше заинтересован в достижении высокой крейсерской скорости за счет полезной нагрузки или размер и степень полезной нагрузки являются требованием вождения?
Самолет должен быть герметичным или негерметичным? Герметичные самолеты обычно имеют цилиндрическое поперечное сечение фюзеляжа, поскольку это наиболее эффективная форма для сопротивления внутреннему давлению.

Как только вы поймете, какие факторы будут определять конструкцию фюзеляжа, вы можете начать набрасывать предварительный контур вашего фюзеляжа. Полезно начать с размещения всех компонентов, которые, как вы знаете, понадобятся вашему фюзеляжу, например. двигатели, пассажиры, груз и т. д., а затем формирование фюзеляжа вокруг них. Как правило, хорошо начинать с создания нескольких поперечных сечений предполагаемого фюзеляжа над критическими компонентами, а затем начинать соединять их, чтобы сформировать предварительный проект. Конечно, также очень важно учитывать расположение центра тяжести вашего фюзеляжа и внутренних компонентов, так как расположение ЦТ самолета относительно центра подъемной силы крыла является критическим критерием устойчивости.

Расположение поверхностей крыла и хвостового оперения также влияет на общую длину фюзеляжа как с точки зрения устойчивости, так и с точки зрения управляемости. Более длинный фюзеляж означает, что хвостовое оперение можно сделать меньше, поскольку увеличивается плечо момента между ЦТ самолета и аэродинамическим центром горизонтального и вертикального оперения, что повышает эффективность рулевых поверхностей. Это очень хорошо видно при сравнении размера вертикального хвостового оперения более короткого Boeing 747SP и 747-400.

Сравнение размера вертикального хвостового оперения самолетов Boeing 747SP и 747-400

Обычно на фюзеляж приходится от 20 до 35 % общего сопротивления, создаваемого самолетом в крейсерском режиме, и это функция трех ключевых переменных:

максимальная площадь поперечного сечения фюзеляжа.
Коэффициент гибкости фюзеляжа (отношение длины к диаметру).
Общая смачиваемая площадь фюзеляжа.

Влияние этих переменных на общее сопротивление профиля фюзеляжа показано на графиках, созданных ниже:

Увеличение диаметра фюзеляжа с 4 м до 5 м приводит к увеличению сопротивления профиля фюзеляжа на 60 %. Это показывает, насколько важно подобрать размер фюзеляжа, чтобы он соответствовал предполагаемой полезной нагрузке, но не увеличивал ее без необходимости.

Длина вашего фюзеляжа должна соответствовать максимальной площади поперечного сечения. Отношение гибкости (длины к диаметру) от 5 до 6 обеспечивает минимальное сопротивление.

Графики зависимости диаметра фюзеляжа и коэффициента гибкости от лобового сопротивления (нормализованные)

Расположение дверей и окон на фюзеляже — еще один важный момент, который необходимо тщательно изучить. Например, расположение иллюминаторов повлияет на расположение поперечных шпангоутов в фюзеляже. Любой, кто летал на коммерческом авиалайнере, скажет, что расположение иллюминаторов зависит от расположения рам, а не наоборот! Тип, размер и минимальное количество дверей и аварийных выходов, размещенных на фюзеляже, определяются правилами, опубликованными Федеральным управлением гражданской авиации. Это обусловлено необходимостью быстрой и эффективной эвакуации пассажиров в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Двери и окна образуют вырезы в конструкции фюзеляжа, что требует дополнительного усиления конструкции вокруг этих отверстий. Это, в свою очередь, приводит к утяжелению конструкции, поэтому размер и количество вырезов следует свести к минимуму.

Еще одно важное соображение касается дизайна кабины. Обзор для пилота является важным фактором (по крайней мере, пока коммерческие самолеты остаются пилотируемыми), и размеры кабины должны быть такими, чтобы пилоты могли безопасно управлять самолетом в любое время во время полета. Этапы захода на посадку и посадки являются наиболее важными с точки зрения видимости пилота. Во время посадки пилот поднимает нос самолета вверх, чтобы увеличить угол атаки крыла и лететь на более низкой скорости. Видимость взлетно-посадочной полосы при таком положении является важным фактором, который необходимо учитывать. Самолеты с треугольным крылом, такие как Concorde, приземляются под очень большими углами атаки, поэтому нос Concorde поворачивается вниз во время посадки, чтобы пилоты могли видеть взлетно-посадочную полосу над носом самолета.

Конкорд непосредственно перед приземлением с повернутым носовой частью вниз

Как и в случае с любой конструкцией самолета, проектирование эффективного фюзеляжа представляет собой очень итеративный процесс, требующий множества циклов до тех пор, пока не будет достигнута конвергенция с точки зрения размеров, конструкции, аэродинамики и устойчивости.