Фюзеляж самолета: Фюзеляж самолета и что это такое ? Обшивка, элементы и материалы.

Содержание

Фюзеляж самолета и что это такое ? Обшивка, элементы и материалы.

 

Под термином «фюзеляж» принято понимать корпус самолета. Именно к фюзеляжу летательного аппарата крепится оперение, крылья и в некоторых моделях шасси. Основным предназначением фюзеляжа является размещение экипажа, груза, пассажиров и оборудования. В фюзеляже самолета могут быть размещены топливные баки, силовая установка и шасси.

Фюзеляж выступает телом каждого самолета. В нем размещается кабина пилотов, баки с топливом, в зависимости от типа самолета могут также быть оборудованы: багажные отделения, салон с креслами пассажиров и т.д. Схема корпуса самолета состоит из поперечных, продольных элементов и обшивки. Поперечные элементы силовой конструкции корпуса представлены шпангоутами, а продольные системой – стрингерами и лонжеронами. Что касается обшивки, то она изготовляется из металлических листов, для снижения массы и повышения прочности широко используют дюралюминий.

Современное авиастроение использует балочный и ферменный тип фюзеляжа. Ранее создавались летательные аппараты с бескаркасным – моноковым фюзеляжем. Впервые такой самолет был создан еще в 1910 году. Особенностью было использование гнутых трубчатых колец, к которым крепилась изогнутая фанера.

Общие сведения о фюзеляжах самолетов

Фюзеляж выступает строительной основой каждого летательного аппарата, он позволяет соединить в единое целое все составляющие части. Каждый тип самолета выдвигает свои требования к характеристикам корпуса, при этом нужно сохранить аэродинамику, необходимую форму и максимально снизить массу, не теряя прочности конструкции. Все это достигается за счет:

  • Выбора форм и параметров строения фюзеляжа, за счет которого можно достичь минимального лобового сопротивления при полете. Подобрать полезный объем и определиться с общими габаритами корпуса.

  • Корпус должен создавать подъемную силу агрегата до 40% в интегральных схемах летательного аппарата. Это позволяет снизить массу и площадь крыльев.

  • Повышение плотности общей компоновки позволяет рационально использовать внутренний объем и размещение грузов возле центра тяжести.

    Размещение грузов возле центра массы позволяет достичь лучших летных характеристик самолета. Сужение диапазонов центровки аппарата при различных вариантах расположения топлива, боеприпасов и их расходование в процессе полета должно обеспечивать стабильность машины.

  • Продуманная силовая схема компоновки всего самолета. При этом нужно обеспечить качественное крепление оперения, силовой установки, крыльев, шасси.

  • При обслуживании самолета должен быть продуман удобный подход к каждому агрегату. Удобный выход пассажиров и экипажа, выброс десантных групп, погрузка и разгрузка, швартовка машины. Фюзеляж должен обеспечить жизненные условия для пилотов и пассажиров, а именно: нормальное давление, звукоизоляция и теплоизоляция. Для пилотов самолета должен быть отличный обзор. В аварийных ситуациях продумано покидание машины.

 

Нагрузки, воздействующие на фюзеляж при посадке:

  • Силы от присоединенных частей и деталей самолета, таких как шасси, крылья, оперение, силовые установки.

  • Инерционные силы узлов, агрегатов, оборудования, общая масса конструкции.

  • Силы аэродинамики, которые воздействуют на весь корпус в полете.

  • Избыточное давление в герметичных отсеках, салонах, кабине и каналах воздухозаборников.

Все эти виды нагрузок учитываются с помощью принципа Д’Аламбера, это позволяет привести все силы в равновесие.

В строительной механике корпус аппарата принято рассматривать как балку коробчатого типа, которая закреплена на крыле и получает все виды нагрузок, перечисленные выше. Данный тип фюзеляжа принято называть балочным. На каждую часть сечения фюзеляжа воздействует крутящий и изгибающий момент. На герметичные отсеки дополнительно действует избыточное давление внутренней части.

Основные виды фюзеляжей самолетов:

  • Плоскофюзеляжный тип.

  • Одноэтажный тип.

  • Двухэтажный тип.

  • Широкофюзеляжный тип.

  • Узкофюзеляжный тип.

Внешний облик и формы фюзеляжа

Наиболее выгодной формой корпуса самолета выступает осесимметричное тело вращения, которое имеет плавное сужение к хвостовой и носовой части. Это позволяет минимизировать площадь при заданных габаритах конструкции. Соответственно снижается общая масса обшивки и минимизируется трение фюзеляжа при сопротивлении в полете.

Сечение круглой формы тела вращения наиболее выгодно по массе при воздействии внутреннего давления гермокабин. При создании и компоновке летательных аппаратов конструкторы отступают от подобной идеальной формы. Плавность обвода нарушают фонари кабины пилотов, антенны БРЭО, воздухозаборники, при этом растет масса корпуса и сопротивление конструкции в полете. В большинстве случаев форма сечения фюзеляжа самолета зависит от большого количества факторов.

Силовая схема конструкции фюзеляжа

Все нагрузки и воздействующие силы на корпус снижаются за счет снижения веса аппарата.

Тонкостенная обшивка летательного аппарата изнутри имеет силовой каркас, который позволяет противостоять всем воздействиям. Силовой каркас машины позволяет удовлетворить все требования компоновки, простоты, надежности и живучести фюзеляжа при эксплуатации.

Ранее более распространенными были ферменные типы фюзеляжа, но они значительно проигрывают балочному типу. Нужно отметить, что ферма значительно затрудняет компоновку и расположение грузов в корпусе. В современном авиастроении ферменный тип фюзеляжа используется только на небольших и тихоходных самолетах. В силу этого ферменный тип является невостребованным.

Современные фюзеляжи балочного типа подразделяют на такие разновидности:

  • Обшивочный.

  • Лонжеронный.

  • Стрингерный.

Балочный фюзеляж состоит из набора продольных стрингеров и лонжеронов. Стоит отметить, что основным отличием является большее поперечное сечение и площадь лонжерона.

Что касается стрингеров, то они имеют немного другую форму и меньшее сечение. Обшивочная часть корпуса не имеет продольных элементов. Корпус имеет и поперечный набор, который представлен набором шпангоутов. Они позволяют сохранить форму конструкции и распределить нагрузку по всему фюзеляжу. В местах крепления больших деталей и узлов, таких как крылья, используется усиленный тип шпангоутов.

За счет внутреннего каркаса обшивки стало возможным распределение нагрузок более равномерно по всей поверхности фюзеляжа. В свою очередь внешние силы приносят минимальный урон целостности самолета.

Силовой набор фюзеляжа

Как правило, продольные части каркаса, такие как стрингеры и лонжероны, проходят через всю длину летательного аппарата. Они представлены как гнутый профиль с разным сечением среза. Основной задачей стрингера является распределение нагрузок. Что касается лонжеронов, то они обеспечивают общую жесткость конструкции.

Поперечные детали каркаса состоят из простых и усиленных шпангоутов. Они позволяют сохранить форму фюзеляжа при внешних и внутренних воздействиях. Усиленные шпангоуты устанавливают возле больших вырезов в корпусе или в месте крепления узлов.

Обшивка летательных аппаратов изготовляется из листового металла, который и формирует поверхности фюзеляжа. Обшивка самолета крепится к силовому каркасу. Стыки листов обшивки расположены на поперечных и продольных частях силового каркаса. В современном авиастроении для снижения массы летательных аппаратов все больше используют композиционные материалы.

Соединение обшивки с элементами силового каркаса

В авиастроении выделяют три основных способа крепления:

  • Листы обшивки прикрепляются к стрингерам. В этом случае на корпусе образуются продольные швы из заклепок. Данный тип крепления значительно повышает аэродинамические свойства машины.

  • Листы обшивки крепятся исключительно к шпангоутам. Подобный вариант крепления влечет за собой увеличение общей массы конструкции и значительное снижение устойчивости самолета. Проблемы решаются путем использования дополнительных накладок, которые называются компенсаторами.

  • Листы обшивки прикреплены к шпангоутам и стрингерам. Этот тип обеспечивает крепление к продольным и поперечным деталям силового каркаса.

В большинстве случаев обшивка крепится к каркасу заклепками. В последнее время некоторые конструкторы используют шестиугольные металлические материалы, которые имеют внутри специальный клей. Такое крепление отлично противостоит деформационным процессам и передает нагрузки на всю поверхность фюзеляжа.

Крепление основных агрегатов к фюзеляжу самолета

Крепление крыльев

Особенность соединения крыла и корпуса заключается в уравновешивании моментов изгиба крыльевых консолей в месте крепления. Наиболее эффективным уравновешиванием является соединение между собой крыльев через фюзеляж. В лонжеронных крыльях это сделать довольно просто, стоит только пустить через корпус от одного крыла лонжерон к другому крылу.

Что касается кессонных крыльев, то через фюзеляж пускают все силовые панели. В случае когда пропуск через корпус невозможен, используют замыкание колебаний на силовых шпангоутах. К силовым шпангоутам так часто крепятся и бортовые нервюры от крыла.

Крепление киля

Крепление киля, так же как и крыла, требует передачи изгибающего момента на корпус. Для получения этого используется рамный или сеточный силовой шпангоут. В большинстве случаев используется крепление лонжеронов в двух точках, которые разнесены по силовому шпангоуту. В точке, где пересекается лонжерон со шпангоутом, лонжерон киля имеет излом, именно здесь необходимо усиление конструкции с помощью дополнительной нервюры.

Силовые установки могут крепиться как к самому силовому каркасу, так и к пилонам на крыльях.

Гермоотсеки в самолете

За счет наличия герметических кабин и отсеков современные самолеты имеют возможность летать и перевозить пассажиров на очень больших высотах. При этом в кабинах создается особый микроклимат с избыточным давлением в 45-60 КПа. Гермоотсеки могут иметь различную форму, но наиболее рациональной считается сферическая или цилиндрическая.

Стык сферического сегмента с гермоотсеком цилиндрической формы должен быть усилен шпангоутом, поскольку здесь возникают очень высокие сжимающие нагрузки.

В конструкции отсеков должна быть обеспечена отличная герметизация по швам заклепок и других соединений. Для абсолютной герметизации швов используют специальные ленты, которые пропитываются герметиком. Кроме этого, швы промазывают жидким герметиком с дальнейшей горячей сушкой. Также небольшой шаг между заклепками позволяет повысить надежность обшивки и герметизации отсеков.

Конструкторы отдельное внимание уделяют герметизации люков, дверей, фонарей, окон. Для этого используют специальные прокладки, ленты и жгуты. 

 

Другие детали и части самолета

Американцы состыковали крыло и фюзеляж демонстратора сверхзвукового пассажирского самолета

Сборка XB-1

Boom Supersonic

Американская компания Boom Supersonic состыковала крыло и фюзеляж демонстратора сверхзвукового пассажирского самолета XB-1, выкатка которого планируется на лето 2020 года. Как пишет Flightglobal, сборочная операция была проведена еще в апреле текущего года, однако о ней компания сообщила только сейчас.

Крыло и фюзеляж самолетов собираются по отдельности на разных стапелях. Это обусловлено техническими процессами и особенностями изготовления этих конструкций. Перед состыковкой крыло обычно проходит начальные статические испытания. Соединение крыла и фюзеляжа является важным этапом при сборке летательного аппарата.

Масса крыла XB-1 вместе с центропланом составляет 329 килограммов. Оно изготовлено преимущественно из композиционных материалов и представляет собой единый с центропланом элемент. Перед состыковкой с фюзеляжем крыло прошло статические испытания. Эти проверки завершились 22 марта 2020 года.

Разработка XB-1 ведется с начала 2010-х годов. Технологии, полученные в рамках этого проекта, Boom Supersonic планирует использовать в конструкции перспективного сверхзвукового пассажирского самолета Overture, рассчитанного на перевозку 55-75 пассажиров в зависимости от комплектации. Его планируется запустить в коммерческую эксплуатацию в середине 2020-х годов.

Длина XB-1 составляет 20,7 метра, а размах крыла — 5,2 метра. Расчетная крейсерская скорость нового самолета составляет 2,2 числа Маха, а дальность полета — 1,9 тысячи километров. Максимальная взлетная масса демонстратора составляет 6,1 тонны. Самолет оснащен только двухместной кабиной пилотов.

В начале апреля текущего года Федеральное управление гражданской авиации США дополнило правила сертификации сверхзвуковых самолетов и требований к их шумности, введя в документ новую категорию — «Supersonic Level 1». Под нее будут подпадать самолеты с максимальной взлетной массой не более 68 тонн, способные на полет на скорости не более 1,8 Маха.

Василий Сычёв

Собран первый фюзеляж самолета Ил-76МД-90А по бесстапельной технологии

На ульяновском "Авиастар-СП", входящем в дивизион транспортной авиации Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК), завершилась автоматизированная стыковка первого фюзеляжа тяжелого транспортного самолета Ил-76МД-90А по бесстапельной технологии на новой поточной линии сборки. Такая технология впервые используется для сборки больших транспортных самолетов в России. Автоматизированная поточная линия на 40% снижает трудоемкость стыковки планера и в четыре раза сокращает сроки окончательной сборки ВС.

Состоялась выгрузка первого фюзеляжа самолета из станции стыковки отсеков и произведена его закладка в следующую станцию, где производится монтаж трубопроводных систем. В настоящее время на поточной линии осуществляется отработка технологического процесса.

Первый заместитель гендиректора ОАК — управляющий директор ПАО "Ил" Сергей Ярковой отметил: "Запуск новой поточной линии — знаковое событие для ульяновского предприятия и для всего индустриального ландшафта корпорации, поскольку впервые такая технология используется для сборки больших транспортных самолетов. Внедрение нового технологического процесса и модернизация производственных мощностей на "Авиастар-СП" будут способствовать наращиванию серийного выпуска самолетов и выходу на темпы до 12 машин в год".

По сравнению с ранее используемой традиционной технологией сборки в стапелях автоматизированная поточная линия почти на 40% снижает трудоемкость стыковки планера и в четыре раза сокращает сроки окончательной сборки самолета. Проектная мощность новой поточной линии — 18 воздушных судов в год. Новая технология  позволит предприятию в краткосрочной перспективе увеличить темп серийного выпуска Ил-76МД-90А.

Линия состоит из десяти роботизированных станций. На первую станцию отдельные отсеки фюзеляжа поступают с агрегатно-сборочного производства. Станция стыковки отсеков фюзеляжа представляет собой эстакады и комплекс автоматизированных позиционеров. Стыковка осуществляется с максимальной точностью в автоматизированном режиме при помощи лазерной системы измерения.

Далее состыкованный фюзеляж передается на следующую станцию — для отработки гидравлических систем. На последующих этапах бесстапельной сборки Ил-76МД-90А отрабатывается электрика, осуществляется стыковка консолей крыла к фюзеляжу, установка хвостового оперения и сборка. После этого планер самолета опускается на шасси и перемещается на следующие этапы для навески двигателей, отработки систем.

О конструктивно-силовых схемах элементов планера самолета. Часть 1. Фюзеляж.

Здравствуйте!

Начнем с моих странных ассоциаций 🙂.

Думаю, что очень многие люди возрастом старше среднего (может и помоложе тоже) помнят  старый детский фильм, снятый по книге Л.И.Лагина «Старик Хоттабыч». Ни в кино, ни в книжке конечно ничего не говорится о конструктивно-силовых схемах самолетов :-), однако определенные ассоциации у меня все же в голове обозначились.

Хоттабыч тогда «наколдовал» очень красивый телефон из цельного куска мрамора. Забавно, однако работать такой аппарат именно по причине «мраморности» естественно не мог, хотя и выглядел роскошно.

Похожесть момента заключается в том, что ведь и самолет можно сделать из «цельного куска чего-нибудь». Однако, при этом он так же, как неработающий мраморный телефон, вряд ли сможет выполнять какие-либо полезные функции. Очень вероятно, что и летать он тоже не сможет.

Это только небольшие и сильно упрощенные модели самолетов времен того же фильма мальчишки (и я в их числе :-)) делали из цельных деревянных дощечек. Летали они неплохо, но это были всего лишь модели. Полет ради самого полета.

Действительность.

Любой самолет, от простейшего кукурузника до современного дальнемагистрального лайнера или скоростного истребителя, – это есть летательный аппарат тяжелее воздуха на службе у человека. Исходя из такого определения,  он должен обладать несколькими, так сказать, фундаментальными качествами.

Это, во-первых, хорошие аэродинамические свойства, в основе своей означающие достаточную (лучше побольше :-)) подъемную силу и минимальное аэродинамическое сопротивление. Во-вторых, достаточная возможность для самолета уверенно нести не только самого себя со всеми своими агрегатами и системами, но и полезную нагрузку в виде различных грузов, пассажиров или же вооружения.

При этом как полезная нагрузка, так и все собственно самолетное оборудование должно быть размещено так, чтобы максимально возможно не ухудшать первое качество.

Самолет в процессе эксплуатации находится под действием различных силовых факторов. Это силы аэродинамические, возникающие в полете, массовые  нагрузки под действием собственного веса элементов, а также усилия от устройств, агрегатов и грузов внутри самолета и так или иначе подвешенных снаружи.

А посему, третьим необходимым качеством должна быть достаточная прочность конструкции и ее жесткость, обеспечивающие безопасную и уверенную эксплуатацию летательного аппарата как на различных режимах полета, так  и на земле. При этом она должна вступать в наименее возможное противоречие с первыми двумя качествами.

Ну, и последнее (но отнюдь не по значимости!) очень важное свойство. Конструкция самолета при всех условиях хорошей вместимости, высокой прочности и отличных летных характеристик должна обладать по возможности минимальной массой.

Все эти свойства и качества так или иначе влияют друг на друга и учитываются при выборе силовых схем и компоновки летательного аппарата и его основных частей. К основным, как известно, относятся и фюзеляж . Вот о нем и его возможных конструктивно-силовых схемах и поговорим чуть подробнее.

Фюзеляж.

Этот элемент является в некотором роде функциональным центром всей конструкции самолета, собирая ее части воедино.  Он воспринимает все типы вышеуказанных силовых воздействий, усилия от присоединенных к нему крыла, оперения и агрегатов, а также от избыточного внутреннего давления воздуха.

Распределение нагрузок на весь фюзеляж и его конструктивные элементы изучает, в частности, раздел всем известного сопромата – строительная механика. Интересная наука, насколько простая, настолько же и сложная. Без некоторых ее специфических терминов нам здесь не обойтись, хотя , конечно, никаких сложностей не будет, потому как не наш формат 🙂 …

Существует несколько конструктивно-силовых схем фюзеляжа.

Ферменный тип.

На заре развития авиации, в предвоенные и военные годы (1-я и 2-я мировая война) достаточно широко был распространен ферменный тип конструктивно-силовой схемы. Фюзеляж сам по себе представлял пространственную ферму жесткого или же так называемого жестко-расчалочного типа. Силовые элементы такой конструкции – это стойки, лонжероны, раскосы, расчалки, распорки, различные расчалочные ленты и ферменные пояса.

Элементы ферменного каркаса фюзеляжа.

На первых «этажерках» (например, самолетах типа «Фарман») он вообще не был похож на фюзеляж в общепринятом сейчас понимании. Простая безобшивочная ферма для соединения всех частей аэроплана воедино в определенном порядке. Материалом для нее служило дерево.

Но в дальнейшем с  ростом скоростей и нагрузок такой фюзеляж видоизменялся. Появилась необходимость в обшивке. В качестве таковой достаточно широко применялось техническое текстильное полотно, на некоторых конструкциях даже вплоть до начала 60-х годов.

Техническая ткань ПЕРКАЛЬ.

Такое полотно представляет из себя хлопчато-бумажную ткань повышенной прочности. Наиболее известным его видом является перкаль. Области ее применения на самом деле достаточно широки (в зависимости от толщины). Она до сих пор, например, применяется для изготовления постельного белья класса «люкс». В техническом же плане ее еще в конце 18-го века начали использовать при изготовлении корабельных парусов.

В этой области она применяется и по сей день, а в первой половине 20-го века использовалась в качестве внешней обшивки самолетов. При этом перкаль пропитывали специальными лаками (типа эмалита), что придавало ей определенную влагостойкость, а также влаго- и воздухонепроницаемость.

Ткань АСТ-100.

Две любопытные детали. 1.Слово «перкаль» в русском языке женского рода (ткань), но применительно, в частности, к авиации распространено употребление его в мужском роде. То есть перкаль – «он». 2. Перкаль в свое время получил смешное, но очень меткое прозвище «детская пеленка авиации».

Среди технических тканей, применяемых в СССР в авиастроении, помимо перкаля достаточно широко использовались (и используются при необходимости) ткани АСТ-100, АМ-100, АМ-93, имеющие улучшенные характеристики по сравнению с перкалем, хотя суть, в общем-то, оставалась той же.

В качестве фюзеляжной обшивки также применялось дерево, в облегченном варианте, конечно. Это мог быть, например, клеенный деревянный шпон или фанера малых толщин, иногда для некоторых элементов конструкции бакелитовая (дельта-древесина).

Недостатки .

Однако, ферменная конструктивно-силовая схема имела недостатки, которые в процессе довольно бурного развития авиации в конечном итоге все-таки отодвинули ее на задний план.

Обшивка таких фюзеляжей, иначе еще называемая «мягкой», конечно же была не всегда достаточно прочной. Но главное в том, что такая обшивка не работает, как силовой элемент в комплексе с ферменной конструкцией и не включена в силовую схему фюзеляжа (неработающая обшивка).

Она воспринимает только местные аэродинамические нагрузки с частичной передачей их на ферменный каркас, то есть является дополнительным элементом конструкции, обладающим ощутимой добавочной (лишней) массой, но не делающей вклада в общую силовую работу.

В общем-то, основной ее задачей является формирование более-менее обтекаемых аэродинамических поверхностей, то есть по сути уменьшение лобового сопротивления с  возможной попыткой образовать некоторые замкнутые внутренние полости в фюзеляже, которым можно было бы найти полезное применение.

Мягкая обшивка самолета Sopwith Pup.

Кроме того, приемлемой долговечностью и сохранностью в процессе эксплуатации под действием атмосферных факторов мягкая обшивка тоже не отличалась. Особенно это касалось полотна. И, если военные самолеты не обладали большим сроком службы во многом из-за специфики их применения, то набиравшая обороты гражданская и транспортная авиация однозначно требовала аппараты с более длительным сроком использования.

Да и попытка использовать внутренние полости тоже была малоэффективна. В пространственной ферме достаточно сложно компоновать грузы и внутреннее оборудование из-за неизбежного наличия подкосов, растяжек и др., что, конечно, делает практически невозможным нынешнее применение таких фюзеляжей на большинстве «серьезных» самолетов, за исключением отдельных моделей легкомоторной или спортивной авиации.

«Металлизация…»

В стремлении  справиться с этими и другими недостатками и как-то улучшить положение, появились опыты с  применением в конструкции самолетов  других материалов. Взгляды некоторых «продвинутых» изобретателей обратились к металлу, а конкретно к стали. Каркасы ферменных фюзеляжей все чаще выполнялись из стальных труб или открытых профилей, обычно с применением сварки.

Самолет REP 1.

Первым самолетом со стальным ферменным фюзеляжем считается самолет француза Роберта Эсно-Пельтри (Robert Esnault-Pelterie) REP-1. Остальная силовая конструкция этого аэроплана была деревянной, а обшивка полотняной. Самолет полетел в ноябре 1907 года. Летал он медленно (около 80 км/ч) и недалеко – порядка нескольких сотен метров.

В середине 20-х годов, когда самолеты уже, можно сказать, научились летать, стальных ферменных каркасов строилось уже больше, чем деревянных. При этом обшивка чаще всего была все еще полотняная или фанерная. Да и в качестве материала для дополнительных силовых элементов частенько использовалось дерево.

Но уже в начале 1910-х годов строились первые цельнометаллические самолеты. Как в конструкции, так и в материалах существовало определенное разнообразие, несмотря на единичные, по сути дела, экземпляры таких летательных аппаратов.

Не все из них сумели подняться в небо. Некоторые не сделали этого никогда, некоторые не с первого раза, а только после переделок. Главная причина тому была одна – большая масса. Ведь самолеты такого типа строились тогда практически наугад.

Например, первым реально полетевшим самолетом, в котором каркас фюзеляжа, крыла и обшивка были сделаны из стали стал немецкий самолет конструкции профессора Ганса Рейсснера (Hans Reissner ) сделанный при участии, содействии и, в общем-то, на деньги фирмы Junkers. Самолет был сделан по схеме «утка» и носил то же название – Ente (нем.).

Самолеты Рейсснера.

В первом варианте фюзеляж не имел обшивки. Самолет полетел не сразу, однако в мае 1912 года это все-таки произошло. В дальнейшем он летал относительно успешно, пока в январе 1913 года не произошла катастрофа с гибелью пилота. Аппарат попал в штопор.

Однако, в течение этого же года самолет восстановили, несколько изменив его конструкцию (добавились кили). Фюзеляж получил полотняную обшивку и аэроплан продолжил полеты.

В 1915 году одним из самых известных полетевших цельно-металлических летательных аппаратов стал самолет все той же фирмы Junkers —  Junkers J 1. На нем  основные элементы были стальные, в том числе и обшивка всех элементов конструкции, сделанная из тонких листов стали. Летные характеристики его правда оставляли желать лучшего. Он получил прозвище Blechesel (что-то типа «жестяной осел») и в серию не пошел.

Цельностальной самолет Junkers J 1.

Вместо него достаточно массово строили следующий самолет Юнкерса –J4 (или  Junkers J I (римская цифра)). Он тоже был цельнометаллическим, но не цельностальным, потому что задняя часть ферменного фюзеляжа и обшивка крыла и оперения была сделана не из стали.

Самолет Junkers JI (J4).

И, вообще-то говоря, первым цельно- металлическим самолетом, поднявшимся в воздух был самолет французов Шарля Понше и Мориса Прима (Charles Ponche,  Maurice Primardо) под названием Ponche-Primard Tubavion.

Название происходило от конструкции фюзеляжа, в основе которой была  стальная труба, а на ней уже «вешались» все остальные элементы. В качестве обшивки использовались листы алюминия. Фюзеляж имел обтекатели и защитные кожухи.

Самолет Ponche-Primard Tubavion.

Самолет, построенный в 1911 году, летать отказывался по причине большой массы и слабосильного мотора. После того, как с него сняли все кожухи, некоторые колеса шасси и еще кое-какие детали, он все же полетел в марте 1912 года. В дальнейшем обшивка крыла все-таки была заменена на полотняную.

Улучшенный вариант самолета Ponche-Primard Tubavion.

Масса всегда была и остается одним из основных критериев возможностей самолета. Делать элементы конструкции, обладающие традиционной прочностью металла и легкостью дерева было мечтой любого тогдашнего энтузиаста от авиации. Именно поэтому на первые позиции стал выходить не так давно освоенный в массовом производстве алюминий.

Первоначально были попытки использования чистого алюминия в виде листов для обшивки, вместо полотна. Пример – вышеупомянутые аэропланы Tubavion и Junkers J I. Однако, чистый алюминий – металл, как известно, мягкий и непрочный, и несмотря на его очень соблазнительное качество — легкость, применение его в виде материала для силовых (работающих) элементов крайне малопродуктивно.

Например, на самолете Junkers J I обшивка была алюминиевая из листов толщиной 0,09 мм. Она была гофрирована для упрочнения и возможности восприятия некоторых нагрузок, но деформировалась и разрывалась даже при нажатии рукой, в частности во время перекатывания аппарата по земле.

Дюралевая задняя часть ферменного фюзеляжа и алюминиевая обшивка самолета Junkers J I.

Однако, на этом же самом самолете задняя часть ферменного фюзеляжа была изготовлена из другого, заслуживающего гораздо большего внимания материала. И хотя алюминий в последствии получил символическое название «крылатый металл», оно, говоря точнее, должно быть адресовано для его сплава, называющегося дюралюминий (или дюраль). Именно этот сплав является сейчас основой всей мировой авиации.

Дюралюминий значительно выгоднее алюминия в массовом и прочностном отношении. То есть практически при той же массе этот сплав обладает значительно большей твердостью, прочностью и жесткостью. Марок этого сплава достаточно много, в том числе и в разных странах. Отличия марок могут быть как в составе элементов, так и в технологии изготовления (термообработка). Однако, в основном это сплавы состоящие из легирующих добавок ( медь – около 4,5%, магний – около 1,5% и марганец – около 0,5%) и самого алюминия.

Название дюралюминий (дуралюмин, дуралюминий, дюралюмин) происходит от названия немецкого города Дюрен (Düren), где в 1909 году было впервые начато промышленное производство этого сплава. А слово дюраль, которое у нас употребляется скорее как жаргонное, на самом деле фирменное название (Dural®).

Одна из самых известных марок дюраля, производящихся в России (СССР) – Д16. Он так или иначе применен на всех самолетах, произведенных или производящихся у нас, хотя, конечно, достаточно  и других более специализированных или совершенных в прочностном отношении марок(например, Д18, В65, Д19, В17, ВАД1 и др.).

А начиналось все с первой половины 1922 года, когда в СССР был получен первый советский алюминиевый сплав, пригодный для авиастроения и не уступающий по характеристикам тогдашним немецким сплавам.

Назвали его кольчугалюминием, по названию г.Колчугино Владимирской области, в котором располагался металлургический завод. Он отличался от немецкого дюралюминия добавкой никеля (около 0,3%), иным соотношением меди и марганца, а также термообработкой.

Самолет АНТ-2, построенный полностью из кольчугалюминия.

Название со временем было заменено на традиционное и сплав получил наименование Д1, под которым используется до сих пор, хотя и не так часто из-за достаточно низких характеристик по сравнению с вновь разработанными материалами.

Появление в достаточно широкой эксплуатации дюралюминия сделало возможным выполнить обшивку в конструктивно-силовой схеме с ферменным фюзеляжем более прочной и долговечной. Для некоторых моделей самолетов листы дюраля делались гофрированными с целью повышения ее устойчивости.

Гофрированная обшивка самолета ТБ-1.

Гофрированная обшивка самолета Junkers-52

Гофрированная дюралевая обшивка фюзеляжа такой схемы могла в некоторой степени работать на восприятие изгибающего момента (на крыле она работала на кручение) и становилась таким образом «частично работающей». Однако, это «частичность» не устраняла главных недостатков ферменной конструкции. Обшивка не была включена в общую силовую схему и, по большей части, играла роль элемента с дополнительной  массой.

Балочные фюзеляжи.

С развитием подходов к авиационному конструированию, освоением новых материалов и приобретением опыта появилась возможность разработки новых типов  конструктивно-силовых схем, в которых обшивка уже становилась полностью рабочим элементом (рабочая обшивка).

Фюзеляж - коробчатая балка.

Наиболее рациональной для большой авиации и лишенной недостатков ферменных фюзеляжей стала конструкция, представлявшая собой тонкостенную оболочку (собственно обшивка большей или меньшей толщины), подкрепленную изнутри различными силовыми элементами (силовым каркасом или силовым набором, продольным и поперечным) и имеющая полезные внутренние объемы.

В этом случае фюзеляж называют балочным (балочный тип), то есть, говоря терминами из строительной механики , он представляет из себя тонкостенную коробчатую балку, которая закреплена на крыле и воспринимает на себя перерезывающие силы и изгибающий  момент, в любом своем сечении, в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также крутящий момент.

В частности… Крутящий момент от вертикального оперения нагружает обшивку всего контура, создавая в ней касательные напряжения. Вертикальная сила от стабилизатора воспринимается обшивкой боковых поверхностей фюзеляжа параллельных действию силы — работа на сдвиг.

Изгибающий момент стабилизатора воспринимается обшивкой и подкрепляющими элементами верхней и нижней части фюзеляжа (растяжение-сжатие). Поперечная сила от киля также нагружает верхнюю и нижнюю части фюзеляжа, параллельные действию силы, вызывая в них касательные напряжения.

Кроме того в районе герметизированных отсеков к нагрузкам присоединяется и избыточное внутреннее давление, действующие изнутри фюзеляжа при полетах на высоте. Активное участие в процессе восприятия нагрузок принимает работающая обшивка. Примерная схема возможного их действия показана на рисунке (по материалам ЦНИТ СГАУ).

Нагрузки, действующие на балочный фюзеляж.

Фюзеляжи балочного типа в процессе разработки различных конструкций разделились на три вида. Первый — это фюзеляж типа «монокок», во французском «мonocoque». Слово произошло от греческого «monos» – «единый» и французского «coquе» — скорлупа. В таких конструкциях внешняя оболочка, то есть обшивка, является главным силовым элементом, иногда единственным, воспринимающим все силовые факторы.

Она может быть достаточно мощной и жесткой и какие-либо дополнительные поперечные силовые элементы обычно не требуются и могут устанавливаться только в местах, где есть какая-то дополнительная сосредоточенная нагрузка, то есть какие-либо внешние подвески, присоединение крыла или каких-либо агрегатов (обычно это шпангоуты), в местах вырезов в фюзеляже или же в местах, где соединяются отдельные листы обшивки (чаще всего стрингеры).

То есть фюзеляжи самолетов по сути дела могут быть без работающего каркаса. Первые такие образцы появились уже в 1910-х годах. Это были самолеты чаще всего спортивной направленности, то есть для достижения больших скоростей. С этой целью использовались заглаженные фюзеляжи круглого сечения, имеющие ощутимо меньшее лобовое сопротивление по сравнению с  ферменными.

Реплика самолета Deperdussin Monocoque.

Типичным представителем такого класса самолетов был французский  спортивный аэроплан Deperdussin Monocoque. Сам принцип изготовления его фюзеляжа стал основой названия этого самолета (Monocoque).

Фюзеляж состоял из двух продольных половин, каждая из которых выклеивалась из трех слоев деревянного шпона в специальных формах в виде раковин (или скорлупы). Далее эти половины соединялись, склеивались между собой и обклеивались тканью.

Монококовые фюзеляжи достаточно дороги в изготовлении, и окончательно они потеснили ферменные только после Второй мировой войны, когда исчезла необходимость быстрого выпуска большого количества боевых самолетов.

Однако типичный монокок, хорошо воспринимая растяжение и изгиб, гораздо хуже работает на сжатие (зависит от толщины и жесткости обшивки конечно), поэтому подавляющее большинство фюзеляжей современных самолетов построено с внутренним подкрепляющим силовым набором. Такие конструктивно-силовые схемы носят название полумонокок (услиленный монокок), и в них обшивка работает совместно с продольным набором силовых элементов.

Полумонококовые конструкции, в свою очередь, бывают двух видов: балочный стрингерный (стрингерный полумонокок) и балочный лонжеронный (лонжеронный полумонокок).

Стрингерный полумонокок. Фюзеляж самолета ATR-72.

В первом работающая обшивка подкреплена продольными силовыми элементами – стрингерами. Их довольно большое количество и расположены они достаточно часто, что позволяет обшивке совместно с ними воспринимать весь изгибающий момент (помимо других нагрузок – крутящий момент и перерезывающая сила ), работая при этом на растяжение-сжатие. Устойчивость обшивки повышают шпангоуты, установленные с относительно малым шагом.

Во втором изгибающий момент воспринимается специальными продольными элементами – лонжеронами и балками. Количество их невелико и они имеют обычно большое сечение. Обшивка же, подкрепленная стрингерами, воспринимает крутящий момент и перерезывающую силу, работая только на сдвиг, и практически не участвуя в восприятия изгиба.

Лонжеронная схема. А - лонжероны, В - стрингеры, D - работающая обшивка.

На рисунке (из материалов ЦНИТ СГАУ) показаны действие усилий (перерезывающие силы, изгибающий и крутящий моменты), воспринимаемых лонжеронным фюзеляжем (общая картина).

Нагрузки, воспринимаемые в балочной лонжеронной схеме.

Основная масса современных самолетов, как уже говорилось, имеют фюзеляжи типа полумонокок. Лонжеронный вариант достаточно выгоден для военных самолетов с двигателем в хвостовой части фюзеляжа. В этом случае в фюзеляже удобно размещать узлы крепления двигателя, делать вырезы между лонжеронами под необходимые полезные объемы ( кабина, топливные баки, агрегаты) без нарушения целостности главных силовых элементов.

Стрингерные фюзеляжи выгодны для транспортных и пассажирских самолетов. Однако вырезы в таких фюзеляжах нарушают целостность силовых элементов, поэтому в таких местах требуется усиление каркаса.

Фюзеляж самолета В-17G. Стрингерный полумонокок.

Совмещенная конструкция фюзеляжа самолета Hawker Typhoon MkIB. Передняя часть - ферменная, задняя часть - полумонокок.

Самолет Hawker Typhoon MkIB.

Так как плюсы и минусы есть у всех типов и вариантов конструкций, то, в принципе, возможно их совмещение в определенном смысле в пределах одного летательного аппарата. Количество и сечение стрингеров, сечение лонжеронов и толщина обшивки может меняться в разных местах фюзеляжа. Все зависит от типа, предназначения, параметров летательного аппарата и его оборудования.

Ферменные фюзеляжи в настоящее время используются редко и  в основном для самолетов малой авиации и спортивных. Примером может служит спортивный Су-26, имеющий ферменный стальной фюзеляж и стеклопластиковую обшивку на нем (стеклопластиковые панели с пенопластовым заполнителем).

Силовая конструкция самолета Су-26.

Немного геодезии.

Существует еще один тип конструктивно-силовой схемы, применявшийся в 30-х годах при изготовлении самолетов, правда значительно реже классических схем. Это так называемая геодезическая конструкция планера, то есть фюзеляжа и крыла.

В этой конструкции силовые элементы, воспринимающие нагрузки, располагаются вдоль геодезических линий. Для фюзеляжа, который по форме близок к цилиндру – это винтовые линии (спирали) и окружности. В итоге образуется сетчатая конструкция с узлами соединения элементов в многочисленных точках пересечения.

Она воспринимает крутящий момент и перерезывающие силы. Изгибающий момент воспринимают дополнительные лонжероны в фюзеляже. Силовыми элементами в этом случае служат легкие и тонкие профили. Вся конструкция отличается высокой прочностью при относительно малой массе.

Бомбардировщик Vickers Wellington.

Боевые повреждения фюзеляжа самолета Vickers Wellington.

Кроме того, она в отличие от ферменной схемы полностью оставляет свободными все внутренние полости фюзеляжа, что былохорошим плюсом особенно для больших самолетов. Также при постройке такой конструкции легче было соблюсти требуемые аэродинамические формы без больших затрат на приспособления и инструменты.

Геодезическая схема также могла быть полезна для повышения боевой живучести военных самолетов. Так как каждый элемент конструкции мог воспринимать нагрузки других элементов при их разрушении, то боевое повреждение часто не вело к фатальному разрушению всей конструкции.

По такой схеме, например, был построен британский бомбардировщик Vickers Wellington (производился в 1936-1945 годах). Однако, обшивка в этой схеме была неработающая (на Веллингтоне полотняная). С ростом скоростей полета она не выдерживала аэродинамических нагрузок, и профиль крыла деформировался. Это стало одной из причин отказа от такой схемы уже в послевоенное время.

Немного более конкретно о силовых элементах.

Продольный силовой набор.

Стрингеры. Продольные силовые элементы для подкрепления обшивки. Работают вместе с обшивкой на растяжение-сжатие, а также увеличивают ее устойчивость при работе на сдвиг от кручения фюзеляжа. Обычно устанавливаются по всей длине фюзеляжа.

Профили стрингеров и лонжеронов.

Изготавливаются из готовых профилей различной конфигурации, как замкнутой, так и разомкнутой и могут иметь различные уровни прочности. Материал — дюралюминий различных марок (например Д16 и В95), в зависимости от конкретных преобладающих условий работы стрингера.

Лонжероны (балки). В общем-то похожи на стрингеры, но имеют более мощное сечение. Часто являются одним из основных конструктивных элементов, не только фюзеляжа, но и крыла и хвостового оперения, применяются, в принципе во многих инженерных конструкциях, а не только в авиации. Многие наверняка слышали о об автомобильных лонжеронах.

Бимс в конструкции полумонокока.

Основная функция – восприятие изгибающего момента и осевых сил, т.е. работа на растяжение-сжатие.Однако, лонжерон коробчатого сечения может участвовать и в восприятии крутящего момента. Лонжероны могут быть цельными или составными, состоящими из нескольких профилей. Материал – алюминиевые сплавы и сталь различных марок.

Коробчатые лонжероны, одна из стенок которых – обшивка, часто располагают по окантовке больших вырезов в фюзеляже для их усиления. Например, в районе грузового люка на транспортных самолетах. Такие лонжероны называют бимсы.

К вспомогательному продольному силовому набору можно отнести также полы, в частности  в отсеках транспортных самолетов и салонах пассажирских самолетов, основу которых составляют силовые балки.

Поперечный силовой набор.

Шпангоуты. У этого элемента две основные функции. Первая – формирование и сохранение формы фюзеляжа, точнее его поперечного сечения. Для этого предназначены нормальные шпангоуты. Они подкрепляют обшивку, то есть нагружаются внешним аэродинамическим или внутренним избыточным давлением, приходящимся на обшивку фюзеляжа. Шаг их расположения выбирается из соображений ее наиболее эффективной работы. Обычно это интервал от 150 до 600мм.

Фюзеляж-полумонокок самолета Sukhoi Superjet 100. Нормальные шпангоуты и стрингеры.

Вторая – восприятие различных сосредоточенных нагрузок большой величины типа узлов крепления и соединения тяжелого внутреннего и внешнего оборудования, двигателей, различных пилонов и подвесок, присоединение консолей крыла. Это усиленные (силовые) шпангоуты. Их количество на летательном аппарате обычно значительно меньше, чем нормальных.

Примеры усиленных рамных шпангоутов.

Силовые шпангоуты обычно изготавливаются в виде рамы (рамные), которая может быть сборной или монолитной. Сама рама работает на изгиб, распределяя внешнюю нагрузку по периметру обшивки. В любом сечении такой рамы действует и перерезывающая сила.

Усиленный рамный шпангоут с узлами крепления крыла к фюзеляжу.

Силовые шпангоуты также  могут располагаться по краям больших вырезов в фюзеляже. Кроме того они используются в качестве перегородок, воспринимающих избыточное давление в гермоотсеках. В этом случае кольцевое пространство чаще всего зашивают стенкой, подкрепленной силовыми элементами типа стрингеров. Эти стенки могут иметь сферическую форму.

Обшивка. Такой же силовой элемент, участвующий в силовой работе всего фюзеляжа балочного типа. Для основной массы современных балочных фюзеляжей изготавливается из стандартных листов дюралюминия, которые формуются по очертаниям фюзеляжа. Стыковка (или нахлест) листов производится на силовых элементах (стрингерах, шпангоутах).

Наиболее распространенный способ крепления обшивки к силовому каркасу– заклепочные соединения, но может применяться сварка и склейка. Обшивка может крепиться только к продольному набору (стрингерам), только к поперечному (шпангоутам) или к тем и другим. Это, зачастую, может определять необходимую толщину (т.е. и массу) обшивки.

Первый случай хорош с точки зрения улучшения аэродинамики, так как отсутствуют вертикальные заклепочные швы и, соответственно, уменьшается аэродинамическое сопротивление. Однако, при этом обшивка с ростом нагрузок быстрее теряет устойчивость.

Чтобы этого избежать и не увеличивать ее толщину, а значит и массу всей конструкции, ее соединяют со шпангоутами. Это может делаться непосредственно или через специальные дополнительные элементы, называемые компенсаторами. В таком случае шпангоуты называют распределительными. Они дополнительно нагружаются от обшивки внутренним избыточным давлением, действующим на нее.

Второй случай, когда обшивка крепится только к шпангоутам и не подкреплена стрингерами, относится к фюзеляжам-монококам или как еще их называют обшивочным фюзеляжам. Как уже упоминалось раньше, обшивка сама по себе плохо работает на сжатие, поэтому прочность такого фюзеляжа определяется возможностями по сохранению устойчивости обшивки именно в зонах сжатия.

Чтобы эти возможности повысить для монокока есть только один способ – увеличить толщину обшивки, а значит и массу всей конструкции. Если самолет большой, то это увеличение может быть значительным. Это основная причина невыгодности фюзеляжа такого типа.

Толщина обшивки может также изменяться в разных сечениях фюзеляжа  в зависимости от наличия вырезов (особенно это касается стрингерных фюзеляжей), или гермоотсеков с избыточным давлением.

Кроме того она может зависеть от места расположения обшивки на фюзеляже. Например, при воздействии собственной весовой нагрузки верхняя часть обшивки фюзеляжа работает на растяжение всей своей площадью совместно со стрингерами, а нижняя часть при этом на сжатие только площадью, подкрепленной стрингерами, поэтому и потребная толщина сверху и снизу может быть разная.

В настоящее время довольно широко применяются в качестве обшивки механически (фрезерование) или химически (травление) обработанные листы больших размеров с готовой уже переменной толщиной, а также монолитные фрезерованные панели необходимой переменной толщины с выфрезерованными подкрепляющими продольными ребрами-стрингерами.

Фрезерованные панели обшивки самолета Sukhoi Superjet 100.

Такого рода конструктивные узлы обладают большей усталостной прочностью, равномерным распределением напряжений. Отсутствует необходимость многоместной герметизации, как в заклепочных соединениях. Кроме того улучшается аэродинамика из-за снижения сопротивления в результате гораздо меньшего количества заклепочных швов.

Что касается материалов, то самым распространенным и универсальным, как уже говорилось выше, остается дюралюминий различных марок, более или менее приспособленный для различных условий работы и конструктивно-силовых схем и элементов летательных аппаратов.

Однако, при постройке самолетов, работающих в особых условиях (например, при высоком кинетическом нагреве) применяется сталь особых марок и титановые сплавы. Ярким представителем таких самолетов является легендарный МиГ-25, фюзеляж которого практически целиком сделан из стали и главный способ соединения его элементов – сварка.

—————————

Столь же значимыми, как и фюзеляж элементами любого самолета являются крыло и оперение. В силовом плане они также воспринимают усилия и передают их на фюзеляж , на котором все нагрузки уравновешиваются. Конструктивно-силовые схемы крыльев современных самолетов имеют много общего со схемами фюзеляжей. Но с этим мы ознакомимся уже в следующей статье на подобную тему….

До новых встреч.

В заключение картинки, которые не поместились в текст.

Шпангоуты фюзеляжа самолета F-106 Delta Dart (усиленные рамные и нормальные).

Рамные силовые шпангоуты фюзеляжа самолета F-16 с узлами крепления оборудования.

Силовой шпангоут для гермоотсека самолета Sukhoi Superjet 100.

Усиленный шпангоут в виде стенки гермоотсека.

Составные рамные шпангоуты.

Стрингеры и шпангоуты самолета Вoeing-747.

Ферменный каркас фюзеляжа самолета Piper PA-18.

Самолет Piper PA-18.

Типы конструктивно-силовых схем фюзеляжа; 1 - ферменная, 2 - ферменная с гофрированной обшивкой, 3 - монокок, 4 - полумонокок.

Су-26М.

Типы конструкции фюзеляжей.

Фюзеляж самолета Supermarine Spitfire. Полумонокок.

Фюзеляжи самолетов Vickers Wellington в заводском цеху.

Первый полет Ил-114-300 с новым фюзеляжем состоится в 2021 году

17 декабря 2020 г. , AviaStat.ru – Первый полет регионального турбовинтового Ил-114-300 с новым фюзеляжем состоится в 2021 году. Накануне был совершен первый полет обновленной версии самолета, в котором использовался фюзеляж от предыдущей версии, но при этом было установлено новое оборудование, авионика и двигатели. Об этом сообщили в Ростехе.

«Для ускорения реализации программы Ил-114-300 и прохождения сертификационных процедур для создания опытного образца с новыми системами был использован фюзеляж из ранее изготовленного задела. Кроме фюзеляжа в этом самолете нет ничего от предыдущей модели.  То есть, по сути, это совсем другой самолет. Boeing 737 впервые поднялся в воздух в 1967 году, то есть он летает больше 50 лет, но если сравнить последние версии этой модели с первыми - это как земля и небо», - заявили в Ростехе.

Любой новый самолет – Ил-114-300 не исключение – создается в два этапа. Сначала строится опытный образец, на котором обкатываются технологии и начинаются испытания. Затем новая модель запускается в серийное производство. Вчера мы демонстрировали первый полет опытного образца лайнера с новыми двигателями, с новым оборудованием и авионикой, на котором происходит отработка всех агрегатов и систем, отметили в Ростехе.

Для самолета в модификации Ил-114-300 создается целый ряд новых систем и оборудования, новые мощные и экономичные двигатели, новый цифровой пилотажно-навигационный комплекс, более совершенная конструкция крыла и другие системы. «Полностью новый серийный образец собирается на серийном заводе в Луховицах, находится в высокой степени готовности. В соответствии с графиком его первый полет состоится в следующем году», - пояснили в госкорпорации.

Как смоделировать фюзеляж самолета — зависит от геометрического ядра КОМПАС-3D

Как инженер-конструктор может почувствовать силу геометрического ядра? Он работает в своей CAD-системе и не видит ее математическую «начинку». Сегодня покажем пример, как пользователь КОМПАС-3D обратился напрямую к математикам и заказал доработку поверхности, необходимую для проектирования носовой части фюзеляжа самолета-амфибии.

Вот как было поставлено техническое задание. В эфире — главный конструктор НПО «АэроВолга» Дмитрий Суслаков.

Виталий Шапошников, математик-программист C3D Labs, дочерней компании АСКОН, разрабатывающей геометрическое ядро:

Если переводить на язык геометрического моделирования, то предложение «АэроВолги» касалось доработки поверхности по сечениям MbLoftedSurface, а именно построения поверхностей, где одно или оба концевых сечения представлены точками с возможностью ориентировать нормаль в точечных сечениях, причем в этих областях необходимо обеспечить гладкость поверхности. Такую опцию при построении поверхности по сечениям мы назвали «Купол».

Поскольку поверхность MbLoftedSurface между сечениями изменяется по закону составного сплайна Эрмита, то для построения купола на торце нужно задать вектор производной v1 на конце сплайна ортогонально выбранной нормали. Нормаль определяется как ось Oz в локальной системе координат точечного сечения. Для определения вектора v1 вводятся точки на соседних кривых p1, p2 и центр тяжести сечения с (рис. 1). Вектор производной можно записать как:

v1 = p1p2 + st ,

где t — единичный вектор из центра сечения с в p1, s — некоторый коэффициент.

Коэффициент s находится из условия равенства проекции вектора p1p2 и st на выбранную нормаль n:

-p1p2⋅n = st ⋅ n .


Рис. 1. Схема построения купола.

Для управления плавностью перехода вводится коэффициент k и связывается с расстоянием между точками на соседних сечениях. С управлением плавности формула для направления на торце выглядит:

v1 = k p1p2 − k  p1p2 ⋅ n  t .
t ⋅ n

Результат варьирования коэффициента плавности показан на рисунке 2.


Рисунок 2. Изменение коэффициента плавности.

Производные v1 рассчитываются простой заменой p1, p2 на p'1, p'2 и p"1, p"2 соответственно для получения v'1, v"1 с учетом p1p2 = p2 − p1, где p'1, p'2, p"1, p"2 — производные соседних кривых в выбранных точках. С учетом выбранного направления v1 и его производных гладкость поверхности вблизи вершины купола представлена на рисунке 3.


Рисунок 3. Зебра гладкости поверхности по сечениям вблизи точечного сечения.

Граничное условие «Купол» возможно также применять для построения тела, где промежуточные сечения представлены составными контурами (см. рис. 4). Для этого необходимо определить вектор t в центре тяжести сечения c. Однако, в общем случае задание направления может быть произвольным.


Рисунок 4. Тело со стыкующимися поверхностями с граничным условием «Купол».

При значительном отклонении вектора t от его базового определения поведение результирующего тела может качественно изменится — от плавного перехода в точечном сечении до заостренного пика (рис. 5). При этом условие определения нормали на торце будет сохраняться.


Рисунок 5. Изменение купола при различном определение вектора t.

В структуре граничных условий для поверхности по семейству кривых присутствуют три поля, отвечающие за построение куполообразной поверхности:

  • setNormal — флаг расчета направления поверхности на торце из условия задания нормали на торце,
  • derFactor — коэффициент плавности на торце,
  • directSurf — направление вектора t.

Задание полей для построения поверхности по сечениям с установкой нормали на торце осуществляется с помощью специального конструктора MbLoftedSurface.

Предложенный инструмент является новым решением, позволяющим инженеру моделировать плавные обводы изделия исходя из дизайнерских, аэрогидродинамических и прочих конструктивных требований.

Виталий Булгаков, руководитель отдела аналитики КОМПАС-3D:

О C3D Labs

C3D Labs разрабатывает инструменты для создания инженерного программного обеспечения, в том числе геометрическое ядро — ключевой программный компонент трехмерных САПР. Компания основана в 2012 году на базе математического подразделения АСКОН, работавшего над ядром с 1995 года, и сегодня входит в АСКОН как дочерняя компания. Резидент ИТ-кластера инновационного центра «Сколково».

Подробнее на сайте компании http://c3dlabs.com

Появилось видео c места крушения самолета в Индонезии :: Общество :: РБК

На месте крушения водолазы обнаружили фрагменты фюзеляжа самолета, шасси и детскую одежду

Video

В Сети появилось видео поисковой операции в районе предполагаемого места крушения самолета Boeing 737-524 авиакомпании Sriwijaya Air в акватории Яванского моря. Кадры с места крушения опубликовало iNews.id.

По данным издания, водолазам уже удалось достать с глубины около 16–25 метров фрагменты фюзеляжа самолета, шасси, а также детскую одежду.

На борту потерпевшего крушение индонезийского самолета не было россиян

Фюзеляж

Эта страница предназначена для учащихся колледжей, старших и средних школ. Для младших школьников более простое объяснение информации на этой странице: доступно на Детская страница.

Самолеты являются транспортными средствами, которые предназначены для двигаться люди и грузы из одного места в другое.Самолеты бывают во многих разные формы и размеры в зависимости от предназначение самолета. Самолет, показанный на этот слайд представляет собой авиалайнер с турбинным двигателем, который был выбран в качестве представительский самолет.

Фюзеляж , или корпус самолета, представляет собой длинную полую трубу, которая держит вместе все части самолета. Фюзеляж полый для уменьшения масса. Как и у большинства других частей самолета, форма фюзеляжа обычно определяется предназначением самолета.А сверхзвуковой истребитель имеет очень тонкий, обтекаемый фюзеляж для уменьшения сопротивление, связанное с высокой скоростью полета. An У авиалайнера более широкий фюзеляж, чтобы перевозить максимальное количество пассажиров. На авиалайнере пилоты сидят в кабине , в передней части фюзеляж. Пассажиры и груз перевозятся в задней части Фюзеляж и топливо обычно хранится в крыльях. Для истребителя, кабина обычно находится на верхней части фюзеляжа, вооружение переносится на крылья, а двигатели и топливо размещены в задней части фюзеляжа.

В масса самолета распределяется по всему самолету. Фюзеляж вместе с пассажирами и грузом вносит значительный вклад в часть веса самолета. В центр гравитации самолета - это среднее расположение веса, и обычно это расположен внутри фюзеляжа. В полете самолет вращается вокруг центра тяжести из-за крутящие моменты генерируется лифт, руль направления и элероны.Фюзеляж должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать эти моменты.


Деятельность:

Экскурсии с гидом
  • Части самолета:
  • Фюзеляж:

Навигация . .


Руководство для начинающих Домашняя страница

Полная смена парадигмы в авиастроении

Все говорят об «одноминутном» времени цикла как о средстве увеличения признания композитов в автомобильной промышленности.Но это стремление к сокращению производственных циклов за счет разработки более эффективных по времени материалов и процессов не менее важно в аэрокосмическом мире. Поскольку темпы строительства самолетов продолжают расти, необходимость контролировать стоимость аэрокомпозитов также становится критической. С этой целью происходят изменения в конструкции, материалах и процессах.

Новая концепция производства конструкции самолета, получившая название Torreswing, направлена ​​на то, чтобы обойти постепенное развитие и вместо этого нацелить разрушительные изменения в технологии изготовления фюзеляжа и крыла за счет отказа от традиционных инструментов и использования крепежных элементов во время автоматизированного изготовления больших цельных монококовых конструкций. Этот радикальный отход от производственных норм, разработанный производителем оборудования MTorres (Торрес-де-Элорз, Наварра, Испания), дебютировал в 2017 году. Он был отмечен премией JEC Innovation Award в категории Aerospace Process на Всемирной выставке JEC 2018 в Париже. Примером этого стал демонстрационный фюзеляж, выставленный на стенде MTorres.

CW имел возможность взять интервью у менеджера по работе с ключевыми клиентами группы Integrated Assembly компании MTorres по технологиям, Луиса Энрике де ла Иглесиа и Готарредона и менеджера по развитию бизнеса НИОКР Иньиго Идарета, и таким образом получил эксклюзивный взгляд на то, как работает процесс .

Завод будущего

Использование композитных материалов на самолетах коммерческой авиации и авиации общего назначения (GA) значительно расширилось за последние десятилетия, как и использование автоматизации в аэрокосмическом производстве. Очевидными примерами являются использование автоматизированного размещения волокон (AFP) для изготовления стволов фюзеляжа Boeing 787, крыльев Airbus A350, лонжеронов крыла и крыльев Boeing 777X, а также, совсем недавно, процесс сборки роботов в рамках проекта FLEXMONT. самолетов с вертикальным оперением Airbus (см. «Будущее сборки авиационных конструкций из углепластика»).Тем не менее, для сборки готового самолета по-прежнему требуется много усилий на ощупь.

«В основе процесса Torreswing лежит простая и легко автоматизируемая концепция», - сказал Де ла Иглесия и Готарредона, иллюстрируя процесс Torreswing с помощью двух анимационных видеороликов, представленных на мероприятии JEC World, демонстрируя этапы производства, которые устраняют почти все ручной труд.

«Серия« элементарных частей »[Рис. 1] производятся первыми ». Он объяснил. «Эти элементарные детали затем становятся формами, на которых создается монокок фюзеляжа.В случае фюзеляжа самолета эти элементарные части включают в себя несколько композитных рам или колец из углеродного волокна, соответствующих размерам самолета, и плоские панели пола. Готовые рамы стыкуются, склеиваются, а полы помещаются внутри колец, образуя «скелет» фюзеляжа, который перематывается путем размещения волокон для формирования внешней обшивки. Эта концепция упрощает производство и исключает металлические крепления, которые в противном случае могли бы соединять секции фюзеляжа или прикреплять обшивку к стрингерам / шпангоутам.Крылья и хвост также будут изготавливаться в аналогичном автоматизированном процессе, но пока нет информации о процессе создания крыла, который все еще находится в стадии разработки. «В нынешней концепции используется сухое волокно и настой смолы, основанный на нашем опыте создания ветряных лопастей», - говорит Идарета, но отмечает, что «она может включать препрег или термопластические материалы по желанию заказчика».

В сценарии автоматизированного производства небольшая армия промышленных роботов и позиционеров перемещает детали от одной станции к другой в U-образном рабочем процессе.«Заводские и производственные концепции повысили уровень автоматизации и сократили количество требуемых задач, и сегодня это, безусловно, выполнимо с помощью интеграционных машин MTorres», - утверждает Де ла Иглесиа и Готарредона.

Сборка необходимых вещей

Фаза I начинается с элементалей. На линии укладки колец, которая проходит параллельно линии укладки пола (см. Этап 1), робот переносит металлическую складную кольцевую оправку, адаптированную к форме и размеру фюзеляжа самолета заказчика, на подвижный робот-позиционер, оснащенный вращающимся бабка.Позиционер перемещается на следующую станцию ​​между двумя неподвижными головками MTorres AFP, установленными на роботизированных манипуляторах, которые быстро накладывают сухую ленту из углеродного волокна на поверхность оправки, которая имеет нарезку , снаружи (этап 2). Подробнее о назначении пазов ниже. Схема укладки, предлагаемая в концепции, имеет слои 0 °, 90 ° и ± 45 °, но может быть оптимизирована для каждого применения. Компания MTorres разработала собственную сухую ленту из углеродного волокна для этого процесса, используя углеродное волокно из запатентованного источника, к которому она добавляет термопластическое связующее, активируемое нагреванием, которое одновременно придает ленте некоторую липкость во время укладки и обеспечивает эффективность инфузии.

Обратите внимание, что на передней и задней стороне каждого кольца размещена плоская пластина из волокна (шаг 3), чтобы создать опору для панелей пола. Затем кольца подготавливаются для вливания смолы, а техники собирают пакеты и добавляют линии подачи смолы. После упаковки в пакеты робот помещает упакованные кольца в приспособление для автоматической передачи, которое перемещает кольца на станцию ​​инфузии, укомплектованную техническими специалистами, которые контролируют вливание смолы и вакуум.

Между тем, на линии укладки полов три роботизированных манипулятора совместно работают над производством плоских панелей пола.Первый робот укладывает ламинат 0 ° / 90 ° на плоскую форму стола, которая прикрепляется к движущемуся полу или конвейерной линии подачи. Движущаяся линия переносит эту укладку на вторую станцию, где роботизированная рука, оснащенная механизмом захвата и установки, помещает пенопласт поверх ламината. На следующей станции третий робот помещает ламинат 0 ° / 90 ° поверх сердечника. По словам компании, толщина и структура слоев панелей подбираются в соответствии с требованиями области применения. Панели являются самыми большими и квадратными по форме для средней части фюзеляжа, но производятся с меньшими коническими формами для более узких хвостовых и носовых частей.

Готовые плоские панели с сердечником помещаются в вакуумный мешок и пропитываются смолой. На этом этапе небольшие роботы-позиционеры автоматически переносят упакованные и пропитанные кольца и панели пола в печь для отверждения.

После отверждения роботы-позиционеры переправляют отвержденные детали на следующую станцию, где детали разворачиваются, а затем помещаются в рабочую ячейку, где роботизированная рука с режущей головкой выполняет этапы обработки. К ним относятся вырезание отверстий в плоских пластинах на каждом кольце (которое будет поддерживать пол), чтобы уменьшить вес и обеспечить возможность прокладки проводки.Края панелей пола также обшиты. По завершении обработки робот извлекает оправки из затвердевших колец и переносит их обратно в начало линии укладки колец. Каждая деталь проходит роботизированный неразрушающий контроль (NDI), а затем доставляется на конечную станцию, где инспекторы-люди просматривают каждую деталь и выполняют все оставшиеся задачи до следующего этапа.

Гибкая «летающая оправка»

Готовые элементалы собираются в процессе «окончательного соединения тел» во втором производственном цехе.На станции сборки стволов готовые кольца автоматически загружаются в центрирующий инструмент из передаточного приспособления. Два робота занимают позиции с каждой стороны инструмента для выравнивания и сканируют кольца, чтобы задокументировать их точные размеры, чтобы можно было определить наилучшее соответствие между ними. Затем, определив расположение зазоров, роботы наносят клей в большем или меньшем количестве в зависимости от степени несоответствия, а инструмент для совмещения стягивает кольца вместе, образуя цилиндр, и обеспечивает полный контакт с клеем (шаг 7).

На следующей станции прикрепленный цилиндр помещается на другое приспособление с помощью позиционирующего робота, где два сканирующих робота сканируют панель пола и опорные плиты пола внутри цилиндра для наилучшего прилегания. В то время как один робот использует рабочий орган для захвата панели пола, второй наносит больше клея для приклеивания панели пола к опорным плитам. По мере того, как каждый сегмент фюзеляжа склеивается и завершается, рабочие устанавливают проводку, воздуховоды и другие системы под панелями пола или внутри пространства фюзеляжа.

Этот процесс повторяется для каждого сегмента фюзеляжа от носа до хвоста, чтобы сформировать конструктивную сборку из колец и полов - по сути, полноразмерную оправку для следующего этапа процесса (этапы 8-9). «Никакой большой металлической оснастки не требуется. Элементы из углеродного волокна любого размера и формы действуют как оправки или инструменты, а остальная часть детали размещается поверх этих элементов волокном », - объясняет Де ла Иглесиа и Готарредона. А использование склеенных сегментов легко позволяет использовать большее, меньшее и / или большее или меньшее количество сегментов, необходимых для создания фюзеляжа длины, необходимой для конкретного самолета.

Кольца заменяют стрингеры

На следующей станции автоматические позиционеры помещают конструкцию на станцию ​​с вращающимися креплениями передней и задней бабки, а головка для укладки волокон MTorres начинает укладывать сухое волокно на собранные кольца, чтобы сформировать обшивку фюзеляжа. Первый слой помещается в канавки, образованные кольцами, как указано выше (шаг 10). Затем робот помещает кусочки «наполнителя» в канавки. Наполнитель может быть пеной, которая может оставаться на месте в качестве изоляционного материала, или другим типом материала, который удаляется после отверждения кожи, возможно, растворимым материалом, объясняет Идарета.

Де ла Иглесия и Готарредона говорит: «Канавки, по сути, действуют как стрингеры на за пределами фюзеляжа, когда они обернуты обшивкой, образуя структуру шляпы. Это огромный отход от современной конструкции самолета, в которой используются продольные стрингеры и круглые рамы, которые обычно изготавливаются отдельно и устанавливаются вручную на внутренней стороне обшивки. Все это заменяют перекрученные рифленые кольца ». Он добавляет, что в существующих самолетах из композитных материалов, по расчетам MTorres, на стрингеры приходится 30% материала, но 70% стоимости.

Когда перемотка завершена - пятислойный ламинат (шаг 11), с общей толщиной менее 4 мм в структуре обшивки / кольца, использовался в демонстраторе (опять же, настраиваемый для конкретного самолета) - колпачки помещен, весь фюзеляж упакован в мешки, обшивка пропитана смолой и подвергнута сушке. После отверждения фюзеляж передают в цех обработки, где роботизированная голова прорезает оконные и дверные проемы. Затем его доставляют на последнюю станцию ​​перед отгрузкой (этап 12), где рабочие вручную устанавливают необходимую электронику и авионику и добавляют места для сидения.

Это будущее?

Процесс Torreswing предназначен для устранения практически всех металлических крепежных элементов и заклепок, что дает значительную экономию веса по сравнению с современными самолетами, заявляют в компании. Клей, используемый для скрепления элементарных колец, говорит Идарета, будет по весу эквивалентен прокладочному материалу, используемому на самолетах традиционной постройки. Кроме того, благодаря высокой степени автоматизации робототехники время цикла и трудозатраты на касание будут значительно сокращены, что приведет к упрощению процесса и значительному снижению производственных затрат.Например, добавляет он, количество и размер инструментов для конкретных деталей, а также время, необходимое для изготовления деталей на этом инструменте, значительно снизят производственные затраты. Другие преимущества включают отказ от автоклава в пользу отверждения в печи и использование сухого волокна, что снижает стоимость материала.

Хотя это проект TRL 6, пока построен только один демонстратор - фюзеляж, показанный в JEC, с использованием оборудования, аналогичного изображенному на шаговых фотографиях. Но есть много возможностей для первой пробной версии клиента. «Сегодня есть много предложений по новым самолетам, и мы видим большой рынок, который, по нашему мнению, оправдал бы эту заводскую концепцию». Идарета, конечно, признает, что сертификация связанной конструкции может быть проблемой, учитывая нормативную среду, которая в настоящее время требует избыточных крепежных элементов для сертификации. «Наша точка зрения, - говорит он, - состоит в том, чтобы сделать возможным самолет будущего , используя завод будущего . Мы созданы для автоматизации, а не только для производства.Он также отмечает, что ряд производителей композитов в других отраслях проявляют интерес к концепции автоматизированного завода , стоящей за инновационным дизайном самолета , обращая внимание: «Мы , а не авиаконструкторы, мы производим автоматизацию. специалистов ».

Конструкции самолетов с фиксированным крылом | Авиационные системы

Фюзеляж

Фюзеляж - это основная конструкция или корпус самолета с неподвижным крылом.Он предоставляет место для груза, органов управления, аксессуаров, пассажиров и другого оборудования. У одномоторных самолетов в фюзеляже размещается силовая установка. В многомоторном самолете двигатели могут быть либо в фюзеляже, либо прикреплены к фюзеляжу, либо подвешены к конструкции крыла. Существует два основных типа конструкции фюзеляжа: ферменная и монокок.

Тип фермы

Ферма - это жесткий каркас, состоящий из элементов, таких как балки, стойки и стержни, для сопротивления деформации под действием приложенных нагрузок.Фюзеляж с ферменным каркасом обычно обтянут тканью.

Каркас фюзеляжа ферменного типа обычно изготавливается из стальных труб, сваренных вместе таким образом, чтобы все элементы фермы могли выдерживать как растягивающие, так и сжимающие нагрузки. [Рис. 1] В некоторых самолетах, в основном на легких моделях с одним двигателем, ферменные каркасы фюзеляжа могут быть изготовлены из алюминиевого сплава и могут быть склепаны или скреплены в одно целое с поперечными связями, достигаемыми с помощью сплошных стержней или труб.

Рисунок 1. Фюзеляж ферменного типа. Ферма Уоррена в основном использует диагональные связи

Монокок Тип

Фюзеляж типа «монокок» (однокорпусный) в значительной степени зависит от прочности обшивки или покрытия для выдерживания основных нагрузок. Дизайн можно разделить на два класса:
  1. Монокок
  2. Полумонокок

Различные части одного и того же фюзеляжа могут принадлежать к любому из двух классов, но считается, что большинство современных самолетов имеют конструкцию типа полумонокок.
Настоящая конструкция монокока использует каркасы, узлы каркаса и переборки для придания формы фюзеляжу. [Рис. 2] Самые тяжелые из этих элементов конструкции расположены через определенные промежутки времени, чтобы выдерживать сосредоточенные нагрузки, и в местах, где используются фитинги для крепления других узлов, таких как крылья, силовые установки и стабилизаторы. Поскольку другие элементы жесткости отсутствуют, обшивка должна выдерживать основные нагрузки и сохранять жесткость фюзеляжа. Таким образом, самой большой проблемой, связанной с конструкцией монокока, является сохранение достаточной прочности при сохранении веса в допустимых пределах.
Рис. 2. Планер с монококовой конструкцией

Полумонокок Тип

Чтобы преодолеть проблему прочности / веса конструкции монокока, была разработана модификация, названная конструкцией полумонокока. Он также состоит из узлов рамы, переборок и формирователей, используемых в конструкции монокока, но, кроме того, обшивка усилена продольными элементами, называемыми лонжеронами.Лонжероны обычно проходят через несколько элементов рамы и помогают обшивке выдерживать основные изгибающие нагрузки. Как правило, они изготавливаются из алюминиевого сплава в виде цельной или сборной конструкции.

Стрингеры также используются в фюзеляже полумонокока. Эти лонжероны обычно более многочисленны и легче лонжеронов. Они бывают разных форм и обычно изготавливаются из цельных профилей из алюминиевого сплава или формованного алюминия. Стрингеры обладают некоторой жесткостью, но в основном используются для придания формы и прикрепления обшивки.Вместе стрингеры и лонжероны предотвращают изгиб фюзеляжа при растяжении и сжатии. [Рисунок 3]

Рисунок 3. Самая распространенная конструкция планера - полумонокок
Также можно использовать другие связи между лонжеронами и стрингерами. Эти дополнительные опорные элементы, часто называемые элементами перемычки, могут быть установлены вертикально или диагонально. Следует отметить, что производители используют разную номенклатуру для описания элементов конструкции.Например, между некоторыми кольцами, рамками и формирователями часто мало различий. Один производитель может назвать один и тот же тип бандажа кольцом или рамкой. Инструкции и спецификации производителя для конкретного самолета - лучшие руководства.
Фюзеляж полумонокока изготавливается в основном из сплавов алюминия и магния, хотя сталь и титан иногда встречаются в областях с высокими температурами. По отдельности ни один из вышеупомянутых компонентов не является достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие во время полета и посадки.Но в сочетании эти компоненты образуют прочную жесткую основу. Это достигается с помощью косынок, заклепок, гаек и болтов, винтов и даже сварки трением с перемешиванием. Вставка - это тип соединительного кронштейна, который добавляет прочности. [Рисунок 4]

Рис. 4. Для увеличения прочности используются косынки

Подводя итог, можно сказать, что в фюзеляжах из полумонокока прочные тяжелые лонжероны удерживают переборки и каркасы, а они, в свою очередь, удерживают стрингеры, распорки, элементы перемычки и т. Д.Все они предназначены для прикрепления друг к другу и на коже для достижения всех преимуществ прочности полумонококового дизайна. Важно понимать, что металлическая обшивка или покрытие несет часть нагрузки. Толщина обшивки фюзеляжа может изменяться в зависимости от переносимой нагрузки и напряжений в конкретном месте.

У фюзеляжа из полумонокока много преимуществ. Переборки, шпангоуты, стрингеры и лонжероны облегчают проектирование и изготовление обтекаемого фюзеляжа, который является одновременно жестким и прочным.Распределение нагрузок между этими структурами и обшивкой означает, что ни одна деталь не является критической для отказа. Это означает, что фюзеляж из полумонокока из-за своей конструкции с напряженной обшивкой может выдерживать значительные повреждения и при этом оставаться достаточно прочным, чтобы держаться вместе.

Фюзеляжи обычно состоят из двух или более секций. На небольших самолетах они обычно состоят из двух или трех секций, в то время как более крупные самолеты могут состоять из шести или более секций перед сборкой.

Герметизация

Многие самолеты находятся под давлением.Это означает, что после взлета воздух закачивается в кабину и устанавливается разница в давлении между воздухом внутри кабины и воздухом за ее пределами. Этот дифференциал регулируется и поддерживается. Таким образом, пассажиры получают достаточно кислорода, чтобы они могли нормально дышать и перемещаться по кабине без специального оборудования на больших высотах.

Герметизация вызывает значительную нагрузку на конструкцию фюзеляжа и усложняет конструкцию. В дополнении к выдерживать разность давлений между воздухом внутри и снаружи кабины, езда на велосипеде от негерметичного, чтобы под давление и обратно каждый полет вызывает усталость металла.Чтобы справиться с этими ударами и другими напряжениями полета, почти все герметичные самолеты имеют полумонококовую конструкцию. Герметичные конструкции фюзеляжа проходят обширные периодические проверки, чтобы убедиться в обнаружении и ремонте любых повреждений. Повторяющиеся слабые места или отказы в какой-либо части конструкции могут потребовать модификации или перепроектирования этой части фюзеляжа.
СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Дизайн фюзеляжа | SpringerLink

Резюме

Эта глава начинается с вводного раздела, посвященного требованиям к проектированию, возможности достижения оптимальной внешней формы и предложениям по методике проектирования.

Во втором разделе представлены подробные инструкции по проектированию пассажирского салона, подчеркивающие желательность достижения эффективного расположения. Это важно для обеспечения того, чтобы при заданном уровне комфорта пассажиров фюзеляж вносил максимально возможный вклад в работу самолета.

Некоторое внимание уделяется грузовым самолетам, где выбор заданной плотности, использование контейнеров и поддонов, а также условия погрузки и разгрузки оказывают значительное влияние на конструкцию.Заключительные разделы содержат директивы, касающиеся конструкции кабины экипажа и внешнего вида.

Ключевые слова

Коэффициент гибкости Член экипажа Пассажирский транспорт Аварийный выход самолета

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Этот процесс является экспериментальным, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр.Скачать превью PDF.

Ссылки

  1. 3-1.

    Дж. Моррис и Д.М. Эшфорд: «Исследования конфигурации фюзеляжа». Документ SAE № 670–370, апрель 1967 г.

    Google Scholar
  2. 3-2.

    E.S. Краусс: «Die Formgebung von Rümpfen neuerer Verkehrsflugzeuge und ihr Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit im Flugbetrieb». Luft-und Raumfahrttechnik, май 1970 г., стр. 127–132.

    Google Scholar
  3. 3-3.

    А.А. Бадягин: «Об эффективном коэффициенте гибкости фюзеляжа гражданских самолетов».В кн .: Методика выбора и примерный расчет расчетных параметров воздуха. Труды ин-та, Москва, 1961.

    Google Scholar
  4. 3-4.

    M.O. Вилмер: «Некоторые аспекты оптимизации конструкции гражданских самолетов». R.Ae.S. Двухдневная конвенция об экономических факторах в авиации, май 1970 г.

    Google Scholar
  5. 3-5.

    Р.А. МакФарланд: «Человеческий фактор в проектировании воздушного транспорта». McGraw-Hill Book Company, Inc. 1946.

    Google Scholar
  6. 3-6.

    B.S. Шенстон: «Почему авиакомпаниям трудно угодить». J. из Royal Aero. Soc., Май 1958 г., стр. 319–336.

    Google Scholar
  7. 3-7.

    Р.А. МакФарланд: «Размер человеческого тела и конструкция легкового автомобиля». Документ SAE № 142A, октябрь 1962 г.

    Google Scholar
  8. 3-8.

    Г. Насон: «Дизайн интерьера и авиалайнер». Обзор архитектуры 140 (1966), стр. 413–422.

    Google Scholar
  9. 3-9.

    R.G. Митчелл: «Экономическая оценка стандартов комфорта пассажиров», SAWE Paper No.338, 1962.

    Google Scholar
  10. 3-10.

    Р. Маккаби: «Справочник по проектированию легких самолетов». Технологический университет Лафборо, TT 6801, февраль 1970 г.

    Google Scholar
  11. 3-11.

    E.D. Кин: «Грузовые суда - общий обзор». J. из Royal Aero. Soc., Март 1959 г., стр. 135–152.

    Google Scholar
  12. 3-12.

    Анон .: «Новые аспекты авиаперевозок». Интеравиа, 1961, с.-64] 5–650.

    Google Scholar
  13. 3-13.

    C.A. Ханго: «Worl [D-широкий обзор плотности груза». Технический документ SAWE № 339, 1962 г.

    Google Scholar
  14. 3–14.

    A.H. Стратфорд: «Эксплуатационные и экономические проблемы грузовых авиаперевозок». Глава 4 «Экономика воздушного транспорта в сверхзвуковую эпоху». MacMillan, London 1967.

    Google Scholar
  15. 3-15.

    М. Хайнеманн и М.А. Хиатт: «Самолетные системы Quic [K-Change (QC): перспективы». J. of Aircraft. Январь-фев. 1967, с. 42–47.

    Google Scholar
  16. 3-16.

    Несколько авторов: «Воздушная логистика». Протоколы

    IAS

    National Midwestern Meeting, Талса, Оклахома, США, 3–5 октября 1960 г.

    Google Scholar
  17. 3–17.

    J. Doetsch: «Neue Verfahren zum Verladen von Luftfrachtgütern». Luftfahrttechni [K-Raumfahrttechnik, февраль 1968 г., стр. 5 [1–56].

    Google Scholar
  18. 3-18.

    Дж. Э. Николс и Р. Л. Мейерс: «Проектирование с учетом системы быстрого оборота и полезной нагрузки».ASME Conf. Proc. Ежегодной авиационно-космической конференции, июнь 1968 г., стр. 373–377.

    Google Scholar
  19. 3-19.

    R.C. Хорнбаг, В.А. Олден и М. Ньюман: «Эскизный проект полностью грузового самолета». Ref. 3–18, с. 365–372.

    Google Scholar
  20. 3-20.

    С.М. Левин: «Бескомпромиссный груз - ящик Маха 0,9». Космос / Аэронавтика, октябрь 1969 г., стр. 34–44.

    Google Scholar
  21. 3–21.

    Дж. Б. Типл, Х. Дж. Бонд и Р. Б. Слайт: «Как спроектировать кабину: от человека наружу».Aviation Age, январь 1956.

    Google Scholar
  22. 3–22.

    D.W. Коновер: «Видимость из кабины при посадке». SAE Paper No. 920 B, Oct. 1964.

    Google Scholar
  23. 3–23.

    Анон .: «Видимость пилота из кабины экипажа; конструкторские задачи для коммерческих самолетов ». SAE AS 580 A.

    Google Scholar
  24. 3-24.

    Anon .: «Расположение и приведение в действие органов управления кабины экипажа для самолетов коммерческого транспортного типа».

    SAE

    ARP 268 C, 1952, ред.1962.

    Google Scholar
  25. 3-25.

    T.R. Нетлтон: «Исследование характеристик управляемости при разработке самолета общего назначения с коротким взлетом посадки: Canadian Aero. и космический журнал, март 1966 г., стр. 93–104.

    Google Scholar
  26. 3–26.

    W.J. Rainbird, R.S. Крэбб, Д.Дж. Пик и Р.Ф. Мейер: «Некоторые примеры разделения в трех [E-мерных потоках». Может. Аэро. и космический журнал, декабрь 1966 г., стр. 409–423.

    Google Scholar
  27. 3–27.

    Д.Дж. Пик: «Thre [Е-размерное разделение потоков на задних фюзеляжах, стреловидных вверх». Может. Аэро. и космический журнал, декабрь 1969, стр. 399–408.

    Google Scholar

Информация об авторских правах

© Springer Science + Business Media Dordrecht 1982

Авторы и аффилированные лица

  1. 1. Технологический университет Делфта, Нидерланды

Мы узнали больше, но не все, о фюзеляже гигантского самолета что прошло через Concord

Опубликовано: 20.11.2020 17:06:40

Изменено: 20.11.2020 17:06:26

Огромный фюзеляж военного самолета, который на этой неделе был провезен через центр Конкорда, что замедлило движение и вызвало миллион вопросов, направлялся в Северную Каролину из аэропорта Пиз, но что привело его в Нью-Гэмпшир и почему он летел на юг, остается загадкой. .

Монитор ожидает ответа от Управления по связям с общественностью ВВС США, которое, похоже, владеет или, по крайней мере, несет ответственность за фюзеляж. Нам сказали, что ответа не ожидается до следующей недели.

Вот что мы знаем.

Фюзеляж от военно-транспортного самолета Lockheed C-130 Hercules. Его перевезла на большом бортовом тягаче грузовая компания Hurricane Specialized из Франклина, штат Индиана. Крылья перевозились на отдельном тягаче-прицепе.

«Мы делаем довольно много из них в год», - сказала Шона Джеральдс, операционный менеджер Hurricane Specialized, относительно самолета. «Мы перемещаем их в разные музеи или просто в другие учебные заведения».

Она рассказала об одном самолете C-130, который затонул у побережья Вирджинии и использовался для обучения водолазов спасательным операциям.

Согласно разрешению Министерства транспорта штата Нью-Хэмпшир для одностороннего «суперхода», фюзеляж и крылья были подобраны в Пизе и отправлены на запад, оставив Нью-Гэмпшир по I-89, идущим в Вермонт.

Разрешение и специальный маршрут были необходимы, потому что тягач с фюзеляжем был в общей сложности 94 фута в длину и весил 87 000 фунтов, а при ширине 15 футов и высоте 16 футов занимал более одной полосы движения. Большая часть поездки проходила по основным дорогам, но иногда фюзеляжу приходилось ездить по дорогам меньшего размера, потому что он был слишком высоким, чтобы поместиться под мостами или платными будками, хотя, по-видимому, он зацепился и оборвал один телефонный провод при путешествии через регион Конкорд.

«Маршрутизация с этими вещами сложна - очень, очень сложна.Вы смотрите на Mapquest, и он может сказать 750 миль, но маршрут может занять 1200 или 2000 миль », - сказал Джеральдс. «Вес обычно не является большой проблемой; это высота. Мы тащим вещи, которые намного тяжелее, чем этот самолет ».

Проблемы с высотой - вот что привело его на Южную главную улицу примерно в полдень в среду и отправило через Хопкинтон, чтобы соединиться с I-89.

C-130 - четырехмоторный турбовинтовой двигатель, созданный в 1956 году для перевозки войск и оборудования по всему миру. Его производят до сих пор, что делает его самым продолжительным военным самолетом в США.История С.

Судя по серийному номеру, самолет был построен в 1974 году, списан с вооружения в прошлом году. В отчете Ассоциации владельцев самолетов и пилотов говорится, что самолет был доставлен в муниципальный аэропорт Фредерика, штат Мэриленд, в сентябре 2019 года, где его двигатели и пропеллеры были сняты и отправлены на склад ВВС. Крылья и стабилизаторы были сняты, и в марте его перевезли в близлежащий Форт Детрик, где его должны были «собрать заново и использовать для проверки оборудования и процедур.”

С тех пор и по ноябрь он прибыл в гражданский аэропорт Пиза. Там компания из Флориды под названием Aeroclave проводила испытания или работала с ним, но без разрешения военных компания больше ничего не скажет. Согласно его веб-сайту, Aeroclave «была основана в 2003 году с целью разработки, производства и продажи системы, способной обеззараживать коммерческие и военные самолеты от вызывающих пандемию вирусов и других патогенов, вызывающих болезни».

Джеральдс из Hurricane Specialized сообщила, что ее компания доставила самолет в Legacy Aerospace во Флетчере, штат Нью-Йорк.C. , компания, которая ремонтирует, поддерживает и обслуживает устаревшие самолеты, старые модели, которые могут не поддерживаться самими военными, для подрядчиков оборонной промышленности и военных операторов.

Представитель фирмы также отказался от разговора в пятницу, отправив нас в армию. Вот где мы сейчас находимся.

Мы сообщим вам, если узнаем больше.

(с Дэвидом Бруксом можно связаться по телефону 369-3313, [email protected] или в Twitter @GraniteGeek.)

Планеры - общая информация

Самолет - это устройство, которое используется или предназначено для использования для полета в воздухе.Основные категории самолетов - это самолеты, винтокрылые летательные аппараты, планеры и летательные аппараты легче воздуха. [Рис. 1-11] Каждый из них можно дополнительно разделить по основным отличительным особенностям летательного аппарата, таким как дирижабли и воздушные шары. Оба самолета легче воздуха, но имеют отличительные особенности и эксплуатируются по-разному.

Рисунок 1-11. Примеры различных категорий самолетов, по часовой стрелке от верхнего левого угла: легче воздуха, планер, винтокрылый аппарат и самолет.

Настоящее руководство сконцентрировано на планерах самолетов; в частности, фюзеляж, стрелы, гондолы, капоты, обтекатели, поверхности аэродинамических поверхностей и шасси.Также включены различные аксессуары и элементы управления, которые сопровождают эти конструкции. Обратите внимание, что винты вертолета считаются частью планера, поскольку они фактически являются вращающимися крыльями. Напротив, пропеллеры и вращающиеся профили двигателя на самолете не считаются частью планера.

Самым распространенным самолетом является самолет с неподвижным крылом. Как следует из названия, крылья на этом типе летательного аппарата прикреплены к фюзеляжу и не предназначены для независимого движения, приводящего к созданию подъемной силы.Один, два или три набора крыльев были успешно использованы. [Рис. 1-12] Винтокрылые самолеты, такие как вертолеты, также широко распространены. В этом справочнике обсуждаются особенности и аспекты технического обслуживания, общие для категорий самолетов как с неподвижным крылом, так и с винтокрылом. Кроме того, в некоторых случаях объяснения сосредотачиваются на информации, относящейся только к одному или другому. Планер планера очень похож на самолет с неподвижным крылом. Если не указано иное, методы технического обслуживания, описанные для самолетов с неподвижным крылом, также применимы к планерам.То же самое верно и для летательных аппаратов легче воздуха, хотя подробное описание уникальных конструкций планера и методов обслуживания летательных аппаратов легче воздуха в этот раздел не включено.

Рисунок 1-12. Моноплан (вверху), биплан (в центре) и трехстворчатый самолет (внизу).

Планер самолета состоит из пяти основных узлов: фюзеляжа, крыльев, стабилизаторов, поверхностей управления полетом и шасси. [Рис. 1-13] Планер вертолета состоит из фюзеляжа, несущего винта и соответствующей коробки передач, рулевого винта (на вертолетах с одним несущим винтом) и шасси.

Рисунок 1-13. Основные агрегаты планера. [щелкните изображение, чтобы увеличить] Конструктивные элементы планера изготавливаются из самых разных материалов. Самые ранние самолеты строились преимущественно из дерева. Затем последовали стальные трубы и наиболее распространенный материал - алюминий. Многие недавно сертифицированные самолеты построены из формованных композитных материалов, таких как углеродное волокно. Конструктивные элементы фюзеляжа самолета включают стрингеры, лонжероны, нервюры, переборки и многое другое. Основной элемент конструкции крыла называется лонжероном крыла.

Обшивка самолетов также может быть изготовлена ​​из различных материалов, от пропитанной ткани до фанеры, алюминия или композитов. Под обшивкой и прикрепленными к конструкции фюзеляжа находятся многие компоненты, которые поддерживают функцию планера. Весь планер и его компоненты соединяются заклепками, болтами, винтами и другими крепежными элементами. Также используются сварка, клеи и специальные методы склеивания.

Бортовой механик рекомендует

Инженеры Массачусетского технологического института впервые подняли в воздух самолет без движущихся частей | MIT News

С тех пор, как более 100 лет назад взлетел первый самолет, практически каждый самолет в небе летал с помощью движущихся частей, таких как пропеллеры, лопасти турбины или вентиляторы, которые издают постоянное воющее гудение.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института построили и взлетели на первом в мире самолете без движущихся частей. Вместо пропеллеров или турбин легкий самолет приводится в движение «ионным ветром» - бесшумным, но мощным потоком ионов, который создается на борту самолета и генерирует тягу, достаточную для приведения самолета в движение в устойчивом устойчивом полете.

В отличие от самолетов с газотурбинными двигателями, летательные аппараты не зависят от ископаемого топлива. И в отличие от беспилотных летательных аппаратов с винтом, новый дизайн абсолютно бесшумный.

«Это первый в истории продолжительный полет самолета без движущихся частей в двигательной установке», - говорит Стивен Барретт, доцент кафедры аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института. «Это потенциально открыло новые и неизученные возможности для самолетов, которые тише, механически проще и не выделяют выбросы горения».

Он ожидает, что в ближайшем будущем такие силовые установки с ионным ветром можно будет использовать для управления менее шумными дронами. В дальнейшем он предполагает использование ионной силовой установки в сочетании с более традиционными системами сгорания для создания более экономичных гибридных пассажирских самолетов и других крупных самолетов.

Барретт и его команда из Массачусетского технологического института опубликовали свои результаты сегодня в журнале Nature .

Хобби-ремесла

Барретт говорит, что вдохновение для создания ионного самолета команды частично исходит от фильма и телесериала «Звездный путь», которые он с жадностью смотрел в детстве. Его особенно привлекали футуристические корабли-шаттлы, которые легко скользили по воздуху, казалось, без движущихся частей и почти без шума или выхлопа.

«Это заставило меня задуматься о том, что в долгосрочной перспективе у самолетов не должно быть пропеллеров и турбин», - говорит Барретт.«Они должны быть больше похожи на шаттлы из« Звездного пути , », которые светятся синим светом и скользят бесшумно».

Около девяти лет назад Барретт начал искать способы создания силовой установки для самолетов без движущихся частей. В конце концов он натолкнулся на «ионный ветер», также известный как электроаэродинамическая тяга - физический принцип, который был впервые обнаружен в 1920-х годах и описывает ветер или тягу, которая может возникать при пропускании тока между тонким и толстым электродом.Если приложено достаточное напряжение, воздух между электродами может создать тягу, достаточную для приведения в движение небольшого самолета.

В течение многих лет электроаэродинамическая тяга в основном была проектом любителей, и конструкции по большей части ограничивались небольшими настольными «подъемниками», привязанными к большим источникам напряжения, которые создают достаточно ветра для небольшого корабля, чтобы ненадолго зависнуть в воздухе. . В основном предполагалось, что будет невозможно создать достаточно ионного ветра, чтобы продвинуть более крупный самолет в непрерывном полете.

«Это была бессонная ночь в отеле, когда у меня была синдром смены часовых поясов, и я подумал об этом и начал искать способы сделать это», - вспоминает он. «Я провел несколько предварительных расчетов и обнаружил, что да, это может стать жизнеспособной двигательной установкой», - говорит Барретт. «И оказалось, что потребовалось много лет работы, чтобы добраться от этого до первого испытательного полета».

Ионы в полете

Окончательный дизайн команды напоминает большой легкий планер.Самолет, который весит около 5 фунтов и имеет 5-метровый размах крыльев, несет на себе множество тонких проводов, которые нанизаны как горизонтальные ограждения вдоль и под передним концом крыла самолета. Провода действуют как положительно заряженные электроды, в то время как аналогично расположенные более толстые провода, идущие вдоль задней части крыла самолета, служат отрицательными электродами.

В фюзеляже самолета установлена ​​стопка литий-полимерных батарей. В состав группы ионных самолетов Барретта входили члены исследовательской группы силовой электроники профессора Дэвида Перро в Исследовательской лаборатории электроники, которые разработали источник питания, который преобразует выходное напряжение батарей в достаточно высокое напряжение для приведения в движение самолета.Таким образом, аккумуляторы подают электричество 40 000 вольт для положительной зарядки проводов через легкий преобразователь энергии.

Когда на провода подано напряжение, они притягивают и отрывают отрицательно заряженные электроны от окружающих молекул воздуха, как гигантский магнит, притягивающий железные опилки. Молекулы воздуха, которые остались позади, ионизируются и, в свою очередь, притягиваются к отрицательно заряженным электродам в задней части самолета.

Когда вновь образованное облако ионов движется к отрицательно заряженным проводам, каждый ион сталкивается миллионы раз с другими молекулами воздуха, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.

Неискаженные кадры камеры с глайда 2 без питания, с аннотациями положения и энергии слежения камеры. Предоставлено: Стивен Барретт

Команда, в которую также входили сотрудники лаборатории Линкольна Томас Себастьян и Марк Вулстон, совершила на самолете несколько тестовых полетов через спортзал в Атлетическом центре Дюпон при Массачусетском технологическом институте - самом большом помещении, которое они могли найти для проведения своих экспериментов. Команда пролетела на самолете на расстояние 60 метров (максимальное расстояние в тренажерном зале) и обнаружила, что самолет производит достаточную ионную тягу, чтобы поддерживать полет все время.Они повторили полет 10 раз с аналогичными характеристиками.

Неискаженные кадры камеры с полета 9, с аннотациями положения и энергии слежения камеры. Ускорено в 2 раза. Предоставлено: Стивен Барретт

«Это был самый простой из возможных самолетов, который мы могли спроектировать, который мог доказать концепцию, что ионный самолет может летать», - говорит Барретт. «Это все еще далеко от самолета, который мог бы выполнить полезную миссию. Он должен быть более эффективным, дольше летать и летать на улице.

Новая конструкция - «большой шаг» к демонстрации возможности создания ионного ветра, по словам Франка Плурабу, старшего научного сотрудника Института механики жидкости в Тулузе, Франция, который отмечает, что исследователи ранее не могли летать что-нибудь тяжелее нескольких граммов.

«Сила результатов является прямым доказательством того, что устойчивый полет дрона с ионным ветром является устойчивым», - говорит Плурабу, который не принимал участия в исследовании. «[Вне использования дронов] трудно предположить, насколько это может повлиять на тягу самолета в будущем.Тем не менее, это на самом деле не слабость, а скорее возможность для будущего прогресса в области, которая сейчас вот-вот лопнет ».

Команда Барретта работает над повышением эффективности своей конструкции, чтобы производить больше ионного ветра с меньшим напряжением. Исследователи также надеются увеличить плотность тяги конструкции - количество тяги, создаваемой на единицу площади. В настоящее время для управления легким самолетом команды требуется большая площадь электродов, которые, по сути, составляют силовую установку самолета.В идеале Барретт хотел бы спроектировать самолет без видимой двигательной установки или отдельных поверхностей управления, таких как рули направления и рули высоты.

«Путь сюда занял много времени, - говорит Барретт. «Переход от основного принципа к чему-то, что действительно летает, - это долгий путь к описанию физики, затем к созданию дизайна и его работе. Теперь возможности для такой двигательной установки вполне реальны ».

Это исследование было частично поддержано линией автономных систем лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, профессором Амаром Г.Исследовательский грант Bose и Альянс исследований и технологий Сингапура и Массачусетского технологического института (SMART).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *