Краткие теоретические ведомости. В настоящее время в авиации широко применяются балочные фюзеляжи

В настоящее время в авиации широко применяются балочные фюзеляжи. Они представляют собой тонкостенные полые балки, имеющие более-менее мощную, работающую обшивку, а также продольный и поперечный силовые наборы. В зависимости от вида балочного фюзеляжа продольный набор может состоять из лонжеронов или стрингеров. Поперечный набор состоит из шпангоутов. Различают три разновидности балочных фюзеляжей: лонжеронный, стрингерный и обшивочный (или монококовый) (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Балочные фюзеляжи:

а – лонжеронный; б – стрингерный; в – обшивочный (монококовый); 1, 5 – стрингеры; 2, 6, 8 – шпангоуты; 3 – лонжероны; 4, 7, 9 – обшивка.

Лонжеронный фюзеляж состоит из нескольких мощных лонжеронов, набора силовых и нормальных шпангоутов, а также относительно тонкой обшивки.

В стрингерном фюзеляже явный набор часто расположенных стрингеров, набор шпангоутов и относительно тонкая обшивка. Обшивочный фюзеляж состоит из толстой обшивки, подкрепленной шпангоутами. В наличии также местные продольные элементы. Основные силовые факторы тогда воспринимаются только обшивкой.

Разновидностью стрингерного фюзеляжа при наличии толстой работающей обшивки называют полумонокок, т. к. внешние силовые факторы воспринимаются продольными элементами совместно с обшивкой. Лонжеронная конструкция фюзеляжей оказывается выгодной для самолетов, в фюзеляже которых необходимо делать большое количество вырезов (между лонжеронами) без разрушения основных силовых элементов. Стрингерные фюзеляжи выполняют в виде тонкостенной подкрепленной оболочки (рис. 5.1, б). Стрингерный фюзеляж имеет большие внутренние объемы и допускает хорошее их использование, конструкция обладает повышенной живучестью. Недостатком стрингерного фюзеляжа является то, что вырезы под двери, люки, иллюминаторы нарушают цельность основных силовых элементов, и следовательно ослабляют конструкцию. Для усиления вырезов используется более толстая обшивка по их краям, местные лонжероны и усиленные стрингеры, рамы и т. д.

Шпангоуты фюзеляжа разделяют на нормальные и усиленные. Нормальные обеспечивают сохранение формы поперечного сечения фюзеляжа (рис. 5.2). Усиленные устанавливают в местах передачи на фюзеляж больших сосредоточенных нагрузок. На них располагают стыковые узлы агрегатов, узлы крепления грузов, двигателей, большого оборудования, перегородки гермоотсеков и т. п. Силовые шпангоуты могут устанавливаться по границам больших вырезов в фюзеляже. Нормальные шпангоуты обычно имеют рамную конструкцию и производятся штамповкой или гибкой листа.

Рис. 5.2. Нормальные шпангоуты фюзеляжа.

Усиленные шпангоуты исполняются в виде замкнутой рамы обычно двутаврового или швеллерного сечения (рис. 5.3). Рама шпангоута распределяет внешнюю нагрузку по периметру обшивки, поток касательных усилий в которой является опорной реакцией для рамы. Сама рама работает на изгиб, который в основном определяет ее сечение. Кроме того, в каждом сечении рамы действуют перерезывающая и нормальная силы. Конструктивно такая рама производится сборной или монолитной. В местах установки перегородок силовой шпангоут полностью зашивается стенкой, подкрепленной вертикальными или горизонтальными профилями, либо сферической оболочкой с радиально расположенными подкрепляющими элементами.

Рис. 5.3. Усиленные шпангоуты фюзеляжа:

Возможны три способа соединения обшивки с каркасом (рис. 5.4):

• обшивка крепится только к стрингерам,
• обшивка крепится и к стрингерам, и к шпангоутам,
• обшивка крепится только к шпангоутам.

Рис. 5.4. Усиленные шпангоуты фюзеляжа:

В первом случае создаются только продольные заклепочные швы, а поперечные швы отсутствуют, что улучшает аэродинамику фюзеляжа. Но незакрепленная на шпангоутах обшивка теряет устойчивость при меньших нагрузках, что приводит к увеличению массы конструкции. Чтобы избежать этого часто обшивку соединяют со шпангоутом дополнительной накладкой – компенсатором (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Соединение обшивки с каркасом при помощи компенсатора

Примеры соединение обшивки с каркасом фюзеляжа показаны на рис. 5.6.

Третий способ крепления используется только в обшивочных (бесстрингерных) фюзеляжах.

Типовая конструктивно-силовая схема носовой части фюзеляжа приведена ниже (рис. 5.7)

Рис. 5.6.Примеры соединения обшивки с каркасом

Рис. 5.7. Конструкция носовой части фюзеляжа самолета