Фюзеляж самолета
Фюзеляж – это корпус самолета. Он включает оба крыла, оперение целиком и шасси. В нем размещаются пилоты и стюарды, пассажиры, багаж или грузы, также внутри находятся баки для топлива и силовые установки. Он содержит и кабину пилотов, и техническое отделение, и ряды кресел. Это тело воздушного судна.
Схему фюзеляжа составляют продольные и поперечные части обшивки: шпангоуты, стрингеры и лонжероны. Изготавливают внешние листы из металла, используя дюралюминий для уменьшения веса и увеличения надежности.
Раньше фюзеляжи были бескаркасными, при строительстве использовали изогнутые трубчатые кольца. Сегодня существует два типа: ферменный и балочный.
Важно
Фюзеляж – это основа любого воздушного судна, поскольку он собирает воедино все его детали. У каждого вида летательного аппарата собственные особенности корпуса, но при этом всегда должна быть сохранена аэродинамика, обтекаемая форма, легкость, надежность и прочность.
Для достижения этих целей необходимо выбирать такие параметры, при которых сопротивление будет минимальным.
Чтобы уменьшить площадь и вес крыла, сила подъема должна обеспечиваться корпусом на 40%.
Если повышается плотность компоновки, то возникает целесообразное использование внутреннего пространства, и грузы размещаются рядом с центром тяжести. Это в свою очередь способствует улучшению летных качеств. Чем уже диапазон занятого центра, тем стабильнее работа самолета.
Особое внимание уделяется продумыванию схемы компоновки воздушного судна, качественным креплениям оперения, особенностям силовой установки, крыльев и шасси. Важно, чтобы авиалайнер было легко обслуживать. Для этого обеспечивается удобный проход к любой детали и прибору.
Не меньшее значение имеют и удобства для пассажиров и экипажа, для погрузки и разгрузки. Фюзеляж обеспечивает комфорт для жизни на борту. Поэтому продумывается шумоизоляция, создается нужное давление и температура внутри. Важную роль играют обычные и аварийные выходы и их расположение.
Во время посадки фюзеляж подвергается дополнительным нагрузкам.
На него давят силы всего оборудования и конструкций, всех частей воздушного суда, салона, кабины и грузовых отсеков. Все это учитывается при строительстве корпуса, поэтому его проектируют как полую балку на крыле, подвергающуюся всем вышеперечисленным воздействиям.
Виды и конструкции фюзеляжей
Существует несколько типов корпусов: одноэтажный и двухэтажный, широкий и узкий, а также плоский. Еще по типам они делятся на ферменные и балочные.
В первом случае силовому каркасу придается вид пространственной фермы, а во втором он образовывается за счет продольных и поперечных элементов. Также существует смешанный тип с передней ферменной и задней балочной частью или наоборот.
Самым популярным видом фюзеляжей в наши дни остается стрингерно-балочный. Стрингерами называют продольные составляющие, они соединяют поперченные шпангоуты. Подкрепление жесткой обшивки – их главная функция. Промежуток между ними – от 8 до 25 см. Сечение имеет разные размеры, это зависит от величины давления на каркас.
Подобны стрингерам лонжероны. Это тоже продольные составляющие. Они частично перенимают нагрузку, которая изгибает фюзеляж. Это прогнутые профили различного сечения, а в крупных версиях самолетов они состоят из нескольких листов.
Шпангоуты – это поперечные элементы, расстояние между которыми составляет 20–65 см. Их функцией является придача фюзеляжу формы, обеспечение жесткости, восприятие местных нагрузок. Иногда к ним прикрепляются перегородки, которые делят корпус на кабины и отсеки. В местах присоединения крыла или шасси используются силовые шпангоуты, они обладают повышенной прочностью. Остальные состоят из дуг, которые штампуются из металлических пластин.
Обшивка делается из титановых или дюралюминиевых листов толщиной 1–4 мм. Она прикрепляется заклепками, а между собой пластины объединяются на стрингерах или шпангоутах и встык, и внахлест.
Конструкция становится менее прочной, поскольку в корпусе есть вырезы. Поэтому там, где они предусмотрены, ставятся усиленные стрингеры и шпангоуты.
На маленькие вырезы накладывают толстые кольца.
Фюзеляжи крупных самолетов делятся на несколько частей. Их делают составными, чтобы было проще совершать ремонтные работы. У маленьких воздушных судов корпус неразъемный.
Части корпуса соединяются в зависимости от схемы конструкции. Для ферменных фюзеляжей используются стыковые узлы, которые ставятся на лонжероны, а для балочных крепежи делаются по окантовке разъема.
Главные составляющие
Наибольшая нагрузка приходится на пол самолета. Его каркас делается из балок, а также стыковочных узлов и стрингеров.
Поперечная часть пола включает балки шпангоутов. Их пояс изготавливают из специальных профилей. Закрывают каркас спрессованные фанерные панели, а также дюралюминиевые листы. Чтобы поверхности не скользили, они имеют шероховатое покрытие, иногда оно состоит из пробковой крошки. В пол сразу монтируются гнезда для будущих мест пассажиров, а если версия грузовая, то кольца для фиксации контейнеров.
Особое внимание уделяется окнам.
Они имеют овальную или закругленную форму, оснащаются двойными органическими стеклами. Внутреннее остекление держит всю нагрузку от кабинного давления. При его разрушении натиск перейдет на внешнее остекление.
Пространство между стеклами предотвращает запотевание или замерзание окон за счет осушительной системы. Уплотняют остекление морозоустойчивой резиной или специальной замазкой.
Передняя часть фюзеляжа, откуда открывается обзор для экипажа, именуется фонарем. При создании кабины особое внимание уделяется сопротивлению, которое должно быть минимальным. Угол фонаря составляет 55–65 градусов.
Стекла имеют функцию электрообогрева, чтобы не было запотевания и обледенения в период путешествия. Каркас делается из сплавов, содержащих алюминий и магний. Остекление крепится к нему с помощью болтов и дюралюминиевых лент. Для герметизации дополнительно используется резиновая прокладка и замазка.
Двери и вырезы под них располагаются по бокам корпуса. Иногда они есть внизу.
Ширина отверстия, как правило, не превышает 80х150 см. Для грузовых самолетов двери делаются больше, в зависимости от общих габаритов воздушного судна и характера отправлений, которые они будут перевозить.
Открывание дверей происходит внутрь, или же они смещаются вправо, влево, вверх. Сильное давление салона прижимает створки к основанию. Для запора предусмотрены замки. Если дверь не заперта, у летчиков горит сигнальная лампа.
В местах, где находятся двери, закрепляются более сильные стрингеры и шпангоуты, делается еще одна защитная обшивка. Сами входы строят металлические, их выполняют из дюралюминиевых пластин.
Герметизация
Пассажирские воздушные суда поднимаются на большую высоту, особенно важно это для частных самолетов, которые летят на 3–5 километров выше обычных пассажирских бортов. Чтобы люди чувствовали себя хорошо, необходимо герметизировать кабину и создать в ней правильное давление.
Давление внутри должно быть повышенным, в этом случае кабина будет герметичной.
Такой салон создается отдельно, а затем монтируется в фюзеляж. Он не входит в его обособленную схему. Называют этот вариант подвесным. Он обладает повышенной прочностью.
Чаще в авиалайнерах кабина входит в силовую схему фюзеляжа. Тогда она представляет собой емкость, на которую действует давление изнутри. Имеет такой салон форму цилиндра, который закрыт в концах сферическими донцами.
Чтобы сохранить в салоне давление, он должен быть герметичным. Это происходит за счет корректного остекления, вывода тяги из кабины, а также элементов управления и других компонентов. Минимальная утечка воздуха наружу все же допускается, это не влияет на безопасность полета.
Чтобы обеспечить герметизацию на месте стыка листов, применяются многорядные швы, ленты уплотнения, закладываемые между слоями каркаса и внешними листами. Внутри швы покрывают замазкой. Также используются прокладки и профили из резины, они необходимы при создании окон, дверей, кабины пилота. Стыковка с внешними люками защищается еще и надувной трубкой.
Экстерьер и форма корпуса
Корпус авиалайнера часто выполняется в виде осесимметричного тела вращения. Оно сужается на подходе к переднему и хвостовому элементам. Поэтому внешняя площадь становится минимальной, а внутренняя дает возможность разместить все необходимое.
Массу обшивки стремятся снизить до предельного минимума, чтобы уменьшить трение в полете и сопротивление. Форма самолета не является идеальной. Круглое сечение нарушает вытянутая кабина летчиков, воздухозаборники, антенны и т. п.
Чем меньше вес конструкции, тем меньше на него нагрузка. Тонкая обшивка самолета противостоит любым воздействиям. Мощный каркас помогает сохранить надежность фюзеляжа на весь срок эксплуатации.
Подводя итог, можно сказать, что при строительстве фюзеляжа максимально важно целесообразно распорядиться всем внутренним пространством, обеспечить минимальное сопротивление и достаточный обзор для пилотов, создать защитную тепловую и звуковую изоляцию и герметичность, позаботиться о вентиляции, освещении и обогреве, а также сделать удобными входы для людей и погрузки.
Современные самолеты, будь то обычный пассажирский или элитный частный борт, отличаются высокой надежностью и безопасностью. Заказать воздушное судно с любым типом фюзеляжа для личных путешествий вы всегда можете через чартерного брокера AVIAV TM (Cofrance SARL). Обращайтесь к нам и наслаждайтесь всеми преимуществами VIP-авиации!
Конструкция фюзеляжей самолетов » Привет Студент!
Фюзеляж самолета состоит из каркаса и обшивки. Существуют фюзеляжи трех типов: ферменные, силовой каркас которых представляет собой пространственную ферму; балочные — их силовой каркас образован продольными и поперечными элементами и работающей обшивкой; смешанные, у которых передняя часть является ферменной, а хвостовая — балочной или наоборот.
Ферменные фюзеляжи. Как было указано выше, силовой частью ферменного фюзеляжа является каркас, представляющий собой пространственную ферму. Стержни фермы работают на расстяжение или сжатие, а обшивка служит лишь для придания фюзеляжу обтекаемой формы.
Ферма образована (рис. 50) лонжеронами, расположенными на всей длине или части длины фюзеляжа, стойками и раскосами в вертикальной плоскости, распорками и расчалками в горизонтальной плоскости и диагоналями.
Вместо жестких раскосов и диагоналей широко практикуется установка проволочных или ленточных расчалок.
К каркасу фермы крепятся узлы, которые служат для присоединения к фюзеляжу крыла, оперения, шасси и других частей самолета. Фермы фюзеляжа, как правило, изготовляются сварными из труб и реже клепанными из дюралюминиевых профилей. Обшивка выполняется из полотна, фанеры или листов дюралюминия. Обтекаемую форму ферменному фюзеляжу придают специальные несиловые надстройки — обтекатели, называемые гаргротами.
Основными преимуществами ферменных фюзеляжей перед балочными являются простота изготовления и ремонта, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного в фюзеляже.
К недостаткам относятся несовершенство аэродинамических форм, малая жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов.
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 размещаются по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это дает возможность получить меньший мидель; жесткая работающая обшивка обеспечивает получение гладкой неискажаемой поверхности, что приводит к уменьшению лобового сопротивления. Балочные фюзеляжи выгоднее и в весовом отношении, так как материал конструкции более удален от нейтральной оси и, следовательно, лучше используется, чем у фюзеляжей ферменной конструкции.
Каркас лонжеронно-балочного фюзеляжа образуют лонжероны, стрингеры и шпангоуты.
Каркас обшит дюралюминиевыми листами (обшивкой).
Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 51) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым
крепится металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.
Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 52) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки, подкрепленной шпангоутами.
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 стрингерами 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 величины 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 разнооб
разно. Они представляют собой гнутые или прессованные профили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности склепываются из нескольких профилей и листовых элементов.
Шпангоуты являются элементами поперечного набора фюзеляжа, они придают фюзеляжу заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки.
В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на ряд отсеков и кабин.
Шпангоуты разделяются на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливаются в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения и т.
п.
Нормальные шпангоуты (рис. 53) собираются из дуг, штампованных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Силовые шпангоуты склепываются из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда такие шпангоуты выпрессовываются на мощных прессах из алюминиевого сплава.
Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах 200—650 мм.
Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана различной толщины (от 0,8 до 3,5 мм) и крепится к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяются между собой по стрингерам и шпангоутам или встык, или внахлест, без подсечки. В последнем случае каждый передний лист перекрывает нижний. Типовое соединение обшивки со стрингерами и шпангоутами показано на рис. 53.
Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингерами и усиленными шпангоутами.
Небольшие вырезы окантовываются кольцами из материала большей толщины, чем обшивка, иногда необходимая жесткость обеспечивается отбортовкой отверстия.
Фюзеляжи самолетов небольших размеров делают, как правило, неразъемными. У более крупных самолетов для упрощения производства, ремонта и эксплуатации фюзеляж расчленяют на несколько частей. Соединение частей фюзеляжа зависит от его конструктивной схемы. Соединение ферменных фюзеляжей производится стыковыми узлами, установленными на лонжеронах,
у балочных фюзеляжей крепление производится по всему контуру разъема.
На рис. 54 показаны типовые технологические разъемы фюзеляжа транспортного самолета. Фюзеляж состоит из трех частей, причем каждая из частей в свою очередь образована панелями, представляющими участки обшивки с элементами продольного набора. Панели, соединяясь со шпангоутами, собираются окончательно в сборочном стапеле. Соединение панелей неразъемное и производится заклепочным швом, отдельные части фюзеляжа соединяются болтами по всему периметру разъема.
Стыковка осуществляется через фитинги, прикрепленные к стрингерам фюзеляжа (рис. 55).
Пол в кабинах самолета обычно рассчитывают на максимальную распределенную статическую нагрузку. На пассажирских самолетах эта нагрузка не превышает 500 кГ/м 2, на грузовых достигает 750 и более кГ/м2. Каркас пола состоит из набора продольных и поперечных балок, стрингеров и соединяющих узлов.
Поперечный набор пола состоит из нижних балок шпангоутов. Пояса этих балок изготавливаются из фрезерованных или штампованных профилей. Панели, закрывающие каркас, изготавливают из листов прессованной фанеры толщиной 10—12 мм, из дюралюминиевых листов, усиленных прикрепленными снизу профилями
уголкового и швеллерного сечений или гофром из прессованных листов алюминиевого или магниевого сплава с последующей механической или химической обработкой. Для предупреждения скольжения панели пола имеют рифленую или шероховатую поверхность, а в некоторых случаях покрываются пробковой крошкой.
Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круглой формы. Все окна кабины, как правило, имеют двойные органические стекла. Очень часто в герметических кабинах внутреннее стекло является основным работающим стеклом и принимает на себя нагрузку от избыточного давления в кабине. Только в случае разрушения внутреннего стекла наружное стекло начинает воспринимать избыточное давление. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запотевания и замерзания, связано с полостью гермокабины. Уплотнение остекления выполняется с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда — невысыхающей замазкой.
Застекленная часть фюзеляжа, обеспечивающая обзор экипажу, называется фонарем. Форма фонарей, их размещение и размеры выбираются из соображения обеспечения наилучшего обзора и наименьшего сопротивления. На рис.
Вырезы под входные двери транспортных самолетов чаще всего располагаются на боковой поверхности фюзеляжей, но в некоторых случаях устанавливаются и в нижней части. Ширина двери обычно не превышает 800 мм, а высота — 1 500 мм. Выбор размеров грузовых дверей (люков) и их размещение производятся с учетом габаритов грузов и минимальной затраты времени на загрузку (разгрузку) самолета. Открываются двери внутрь кабины либо сдвигаются вверх или в сторону.
Вырезы под двери усиливаются установкой в месте выреза более мощных шпангоутов и стрингеров, установкой дополнительной обшивки. Окантовка дверей входит в силовой каркас фюзеляжа. Дверь — металлическая, состоит, как правило, из отштампованной из листового дюралюминия чаши, подкрепленной каркасом. Герметизация дверей осуществляется с помощью резиновых профилей.
Многие современные самолеты летают на больших высотах и для обеспечения нормальной жизнедеятельности людей, находящихся на борту такого самолета, потребовалось создание в кабинах необходимого давления. Кабина самолета, внутри которой в полете поддерживается повышенное (по сравнению с атмосферным) давление воздуха, называется герметической.
Герметическая кабина, выполненная в виде обособленного силового агрегата и установленная в фюзеляже без включения ее в силовую схему, называется подвесной. Размеры такой кабины не зависят от размеров и обводов фюзеляжа, и поэтому она может быть выполнена с наивыгоднейшими с точки зрения прочности формами и минимальных размеров. Кабины пассажирских самолетов, как правило, представляют собой герметизированный отсек фюзеляжа и полностью включены в его силовую схему. Подобная кабина работает как сосуд под действием внутреннего давления, а также подвергается изгибу и кручению, как и обычный фюзеляж. По соображениям прочности наилучшей формой сооружения, нагруженного изнутри избыточным давлением, является шар, но в связи с несоответствием формы фюзеляжа и неудобствами размещения в такой кабине экипажа и пассажиров стремятся придать кабине форму цилиндрической оболочки, закрытой по концам сферическими днищами. Переход с цилиндрических стенок на днище по возможности должен быть плавным без переломов.
При наличии переломов днище, нагруженное избыточным давлением, сжимает стенки цилиндра в направлении радиусов и тогда в этом месте необходимо ставить усиленный шпангоут. Особенно сильно нужно подкреплять плоские днища.
Для сохранения в кабине избыточного давления необходимо обеспечить ее герметичность. Разумеется, обеспечить полную герметичность кабины очень трудно, поэтому допускается некоторая утечка воздуха из кабины, не снижающая безопасности полета. Критерием герметичности может служить время падения давления с величины рабочего избыточного до значения 0,1 кГ/см2. Это время должно быть не менее 25—30 мин.
Герметизация кабин достигается: герметизацией обшивки и остекления люков и дверей, выводов из кабин тяг, тросов, валиков управления самолетом и двигателями, электропроводки, трубопроводов гидросистем и т. п.
Герметизация листов обшивки в месте их соединения и крепления к элементам каркаса фюзеляжа достигается применением многорядных швов, установкой специальных уплотнительных лент, закладываемых между листами обшивки и каркаса.
С внутренней стороны кабины заклепочные швы покрываются герметизирующими замазками. Герметизация входных дверей, загрузочных люков, запасных выходов, подвижных частей фонаря, окон (остекления) и т. п. осуществляется резиновыми профилями и прокладками. Применяются следующие способы герметизации: уплотнение типа «нож по резине»; уплотнение резиновой прокладкой, имеющей сечение трубы; уплотнение с помощью пластинчатого клапана; уплотнение резиновой трубкой, надуваемой воздухом.
Люки и двери, открывающиеся внутрь кабины, герметизируются по первым трем указанным способам. При герметизации с помощью пластинчатого клапана полосу из пластинчатой резины укрепляют с внутренней стороны по контуру выреза, тогда избыточное давление прижимает края клапана к люку и тем самым герметизируются щели.
Сложней загерметизировать люки, открывающиеся наружу и имеющие относительно большие размеры, так как внутреннее избыточное давление будет отжимать люк. Такие люки герметизируются чаще всего резиновой трубкой, надуваемой воздухом.
Гермовыводы тяг и тросов управления, электрических проводов и других элементов существуют трех типов: одни из них рассчитаны на обеспечение возвратно-поступательного движения, другие обеспечивают герметизацию вращательного движения, а третьи герметизируют неподвижные детали.
Для обеспечения герметичности тяг с возвратно-поступательным движением часто используют гофрированный резиновый шланг цилиндрической или конической формы либо делают устройство, состоящее из корпуса, отлитого из магниевого сплава с запрессованными бронзовыми втулками, в которых перемещаются стальные тяги. Между тягами и втулками имеются войлочные и резиновые уплотнения. Внутренняя полость корпуса через специальное отверстие забивается консистентной смазкой.
Тросы герметизируются резиновыми пробками, имеющими сквозные отверстия диаметром меньшим, чем диаметр троса, и продольный разрез, позволяющий надевать пробку на трос. Для уменьшения силы трения трос на всей длине его хода покрывается незамерзающей смазкой, содержащей графит.
Герметизация деталей, передающих вращательное движение, осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами. Герметизация трубопроводов производится с помощью специальных переходников, закрепленных на гермоперегородке. К переходнику с одной и другой стороны при помощи накидных гаек крепятся трубопроводы. Электропроводка герметизируется при помощи специальных электровводов.
Используемая литература: «Основы авиации» авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: Konstrukcii-fyuzelyazhey-samoletov.rar
Пароль на архив: privetstudent.com
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.
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.
Фюзеляж самолета и материалы
Авиатор 228 Просмотров Самолет, карбон, фюзеляж, сталь , дерево 5 мин чтения
Самолеты предназначены для перевозки людей и грузов из одного места в другое.
Они разработаны и изготовлены во многих различных формах и размерах в зависимости от их предполагаемого использования. На рисунке ниже вы можете увидеть схему типичного четырехмоторного пассажирского самолета.
Фюзеляж самолета — это центральная часть самолета, которая может быть изготовлена из различных материалов, удерживающих все части вместе. Как и многие другие части самолета, форма фюзеляжа обычно определяется типом использования самолета.
Например, в то время как сверхзвуковой истребитель имеет очень тонкий обтекаемый фюзеляж для уменьшения лобового сопротивления, связанного с высокоскоростным полетом, пассажирский самолет имеет более широкий корпус для перевозки максимального количества пассажиров.
В пассажирском самолете пилоты располагаются в кабине в передней части фюзеляжа и оттуда управляют самолетом. Пассажиры и груз перевозятся внутри фюзеляжа, а топливо обычно находится в баках, расположенных в крыльях и под фюзеляжем. Для реактивного истребителя кабина обычно находится на фюзеляже, орудия несут на крыльях, а двигатели и топливо размещаются за фюзеляжем.
Вес самолета распределен по всей плоскости.
Фюзеляж составляет значительную часть веса самолета вместе с пассажирами и грузом. В основном центр тяжести самолета находится в среднем положении веса и обычно находится внутри фюзеляжа. Во время полета; Руль высоты вращается вокруг своего центра тяжести за счет крутящих моментов, создаваемых рулями направления и элеронами. Корпус должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать эти крутящие моменты. Давайте посмотрим на материалы, используемые в конструкции планера.
Деревянный корпус По очевидным причинам пионеры авиации были обеспокоены весом своих самолетов. Возможности братьев Райт и других были ограничены двигателями того времени, поэтому они строили деревянные самолеты, чтобы максимально снизить общий вес. Авиационный инженерный дизайн и технологии процветали в течение первых двух десятилетий 20-го века и с началом Первой мировой войны. Требовались классические проволочные, деревянные и тканевые самолеты-бипланы.
Знаменитый Красный Барон немецкой армии летал на многих деревянных самолетах во время легендарных воздушных боев. Деревянные корпуса до сих пор используются теми, кто делает свои собственные легкие самолеты для хобби.
Достижения в технологии двигателей в 1930-х годах позволили инженерам перейти к металлическим конструкциям. Когда впервые начали производить металлические самолеты, алюминий был ведущим металлом. Алюминий, используемый в авиастроении, обычно смешивают с другими металлами, чтобы сделать самолет прочным и легким. Хотя алюминиевые корпуса не так легко подвергаются коррозии, как стальные, многие сверхзвуковые самолеты не используют алюминий на поверхности, потому что тепло от трения при полете на таких скоростях вызывает снижение прочности алюминия.
Стальной фюзеляж
Сталь прочнее и жестче, но и тяжелее. Он используется на фюзеляже самолетов в 1930-х годах.
Более тяжелый вес стали не позволил ей стать популярным материалом для изготовления корпусов. Однако этот металл используется для изготовления некоторых частей самолета. Прочность и твердость стали делают ее идеальной для использования в шасси. Жаростойкость стали также делает ее желательной для использования на поверхности сверхзвуковых самолетов. Beechcraft Staggerwing, построенный в 19 г.32, является основным примером самолета со стальным корпусом. Производство Staggerwing было обширным, и он стал популярным как быстрый бизнес-самолет.
Титан и титановые сплавы, обладающие той же прочностью, что и сталь, но намного легче, являются идеальными материалами для авиастроения. Эти металлы также лучше противостоят коррозии, чем алюминий и сталь. Однако производство самолетов из титана нерентабельно, что сильно препятствует широкому коммерческому использованию большинства самолетов из титана.
Наиболее ярким примером титанового корпуса является SR-71 Blackbird.
Поднявшись в воздух в декабре 1964 года, SR-71 был основным средством воздушной разведки США во время холодной войны. Blackbird провел в воздухе около 2800 часов за 24 года службы.
6 марта 1990 года SR-71 совершил свой последний полет из Лос-Анджелеса в Вашингтон за 1 час 4 минуты со средней скоростью 2100 миль в час.
SR-71 Blackbird Корпус из углеродного композита Фюзеляж Эпоксидный графит или полимер, армированный углеродным волокном, стал популярным выбором для современных коммерческих самолетов высокого класса. Изготовленные из гибких углеродных волокон, залитых эпоксидной смолой, углеродные композитные материалы можно укладывать по-разному, чтобы удовлетворить различные требования сохранения целостности во время полета на высокой скорости. Эти материалы из углеродного волокна примерно так же прочны, как алюминий, но вдвое легче алюминия. Хотя углеродные композитные материалы еще не получили широкого распространения в авиационной промышленности, самолет Boeing 787 Dreamliner стал первым большим самолетом, в котором углеродный композит используется более чем в половине фюзеляжа.