Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Октября 2013 в 06:12, контрольная работа
Крыло - несущая поверхность самолета, предназначенная для создания аэродинамической подъемной силы, необходимой для обеспечения полета и маневров самолета на всех режимах, предусмотренных тактико-техническими требованиями (ТТТ). Крыло обеспечивает поперечную устойчивость и управляемость самолета (относительно продольной оси ОХ) и может быть использовано для крепления шасси, двигателей, размещения топлива, вооружения и т.п.
Рис. 51. Общий вид фюзеляжа, как прикреплённая к крылу балка (а) или как прикреплённая к крылу рама (двухопорная схема)(б):
1 - шпангоуты; 2, 4 – лонжероны крыла; 3 – точки опор фюзеляжа.
Рис. 52. Силы, действующие на фюзеляж и их эпюры:
силы, действующие на фюзеляж; эпюры перерезывающей силы - Qв, Qг, эпюры изгибающих моментов Мz, Мy, эпюры крутящих моментов Мк.
Рис. 53. Силы, действующие на хвостовую часть фюзеляжа во время полёта.
Нагрузка на фюзеляж, очень похожа на работу крыла под нагрузкой. Но отличие нагрузки фюзеляжа от нагрузки крыла в том, что распределённые по внешней поверхности фюзеляжа аэродинамические силы относительно сосредоточенных сил не очень влияют на прочность фюзеляжа.
Конструктивно-силовые схемы фюзеляжей
Фюзеляжи, по своим конструктивно-силовым схемам делятся на ферменные и балочные.
Фюзеляжи ферменной конструкции (рис. 54) представляют собой пространственные фермы, состоящие из двух вертикальных (боковых) и двух горизонтальных (верхней и нижней) ферм, элементы которых (стержни) работают на растяжение-сжатие, а обшивка - на местную воздушную нагрузку. В таком фюзеляже силовыми элементами являются лонжероны 4 (пояса ферм), стойки 1 и раскосы 2 в вертикальной плоскости, распорки 6 и расчалки (гибкие стальные ленты) 3 в горизонтальной плоскости, расчалки 3 или раскосы между фермами и обшивка. Такие схемы фюзеляжей широко применялись в годы мировой войны.
Рис. 54. Каркас ферменного фюзеляжа:
1-стойка; 2-раскос; 3-расчалка; 4-пояс (лонжерон); 5-диагонал; 6-распорка
В ферменном фюзеляже на осевые силы от изгиба (от действия МZ и МY) работают в основном пояса лонжеронов. Поперечные силы QВ и QГ воспринимаются элементами вертикальных (боковых) и горизонтальных (верхней и нижней) ферм - стойками, распорками и раскосами; крутящий момент МК - пространственной фермой, состоящей из четырех ферм, соединенных в замкнутый контур. На ферму также крепятся узлы для крепления крыльев, оперения, шасси и других частей.
Недостатками ферменных
фюзеляжей является: не образуют гладкий
аэродинамический обвод, малопрочны, малый
срок службы, малая надёжность, нет
возможности полностью
Балочные фюзеляжи состоят из тонкостенной работающей замкнутой оболочки и подкрепляющего ее каркаса. Различают балочно-лонжеронные, балочно-стрингерные и балочно-обшивочные фюзеляжи. В таких балочных фюзеляжах материал их конструкции распределен достаточно равномерно по периметру сечений (максимально разнесен относительно нейтральной оси) и используется, поэтому наиболее целесообразно при восприятии различных нагрузок (рис. 41).
Балочно-лонжеронный фюзеляж. В таком фюзеляже основными силовыми элементами являются мощные лонжероны, воспринимающие изгибающие моменты (рис. 55, а). Обшивка тонкая, подкрепленная стрингерами и шпангоутами, чтобы не теряла устойчивость при работе на сжатие от МZ и МY и на сдвиг от поперечных сил QВ и QГ и крутящего момента Мк. Лонжероны в таком фюзеляже отличаются от лонжеронов крыла тем, что не имеют стенки и представляют собой те же стрингеры, только значительно большего поперечного сечения, выполненные прессованием или прокаткой. В конструкции такого фюзеляжа лонжероны 1 и 2 расположены вдоль всего фюзеляжа.
а) б) в)
Рис. 55. КСС балочных фюзеляжей.
а – балочно-лонжеронная схема; б – балочно-стрингерная схема;
в – балочно-обшивочная схема: 1 – шпангоут; 2 – стрингеры;
3 – лонжероны (усиленные
Балочно-стрингерные фюзеляжи состоят из обшивки, подкрепленной стрингерами и шпангоутами (рис. 55, б), работающей совместно со стрингерами на осевые силы (растяжение - сжатие) при восприятии изгибающих моментов МZ и МY и на сдвиг от перерезывающих сил QВ и QГ и от крутящего момента МК. В балочно-стрингерных фюзеляжах шпангоуты ставятся чаще, чтобы повысить устойчивость работы стрингеров на сжатие и обшивки - на сдвиг и сжатие за счет уменьшения расстояний между их опорами. Шаг стрингеров в таких конструкциях, зависящий от толщины обшивки Sоб, принимается в пределах 100...200 мм, а шаг шпангоутов - 200...500 мм в зависимости от значений Sоб, конфигурации и размеров сечения стрингеров. При использовании для обшивки фюзеляжа монолитных панелей шаг между шпангоутами увеличивается.
Во многих случаях на самолётах применяются балочно-стрингерные схемы фюзеляжей. Масса фюзеляжа составляет от взлётной массы самолёта 8…15 % и от массы планера 40%. Конструктивные элементы фюзеляжа составляют от его массы: обшивка – 20…30%, стрингера – 12…20 %, шпангоуты – 20…27 %, пол – 6…12 %, фонарь пилотов – на легких самолётах 10…12 %, тяжёлых самолётах 2…3 %, двери, трапы, люки, перегородки и другое – для лёгких самолётов 13…17 %, тяжёлых 12…15 %.
Балочно-стрингерный фюзеляж пассажирского самолёта показан на рис. 55.1, а. Технологическими разъёмами фюзеляж этого самолёта разделён на носовую, среднюю и хвостовую части.
В носовой части фюзеляжа 1 расположена кабина экипажа 2, переднее багажное отделение, буфет и передняя стойка шасси.
В средней части фюзеляжа 8 находится передний вестибюль, кухня, пассажирская кабина, туалеты и заднее багажное отделение. Снизу, спереди, здесь встроен центроплан 10, а в задней части – пилоны с узлами крепления гондол двигателей 7 и передние узлы крепления киля.
В хвостовой части фюзеляжа 6 размещаются контейнер тормозного парашюта, высотное, электро- и гидравлическое оборудование, проводка управления самолётом. Сверху установлены задние узлы крепления киля 5. По правому борту спереди – служебная дверь 3 (рис. 55.1, а), по левому борту – дверь 11 для пассажиров. Для аварийного покидания есть четыре люка 9, по два с каждой стороны, с выходом на крыло в случае посадки на воду или без шасси на грунт. Фюзеляж разделён плоскостью пола 4 на верхнюю и нижнюю части.
Рис. 55.1 Конструкции фюзеляжа пассажирского самолёта, соединений обшивки,
шпангоутов и стрингеров между собой
Каркас фюзеляжа состоит из стрингеров, лонжеронов, нормальных 16 и усиленных 18 шпангоутов (рис. 55.1, б), воспринимающих сосредоточенные силы от агрегатов самолёта, крепящихся к фюзеляжу, поперечных двухтавровых балок 12 на каждом шпангоуте средней части фюзеляжа, составляющих каркас пола кабины (вид Б на рис. 55.1, а). Стрингеры 17 и обшивка в местах технологических разъёмов фюзеляжа стыкуются по силовым шпангоутам разъёма болтами 14; обшивка по контуру по стыковым угольникам 13 на носовой, средней и хвостовых частях фюзеляжа (сечение В-В на рис. 55.1, а), а стрингеры 17 перестыковываются с помощью фитингов 19 через стыковые шпангоуты посредством болтов (рис. 55.1, б). Обшивка из дюралевых листов толщиной до 1,5…1,8 мм соединяются со стрингерами непосредственно заклёпками, а со шпангоутами – при помощи книц 20 и накладок 21. Стрингеры со шпангоутами 16 соединяются при помощи уголков 15.
Балочно-обшивочные фюзеляжи состоят из обшивки, подкрепленной набором нормальных и усиленных шпангоутов (рис. 55, в). Обшивка воспринимает все виды нагрузок: QВ, QГ, МZ, МY и МК и работает как на нормальные, так и на касательные напряжения. Чтобы обшивка не теряла устойчивости, увеличивают ее толщину, что приводит к увеличению массы обшивки и всего фюзеляжа. Снизить массу фюзеляжу и повысить одновременно его жесткость можно, применив многослойную обшивку с заполнителем. Балочно-обшивочные фюзеляжи с работающей на все виды нагрузок толстой обшивкой обладают высокой боевой живучестью.
Нельзя в конструкции фюзеляжа использовать лишь одну схему, указанных выше, т.к. во время полёта на фюзеляж действуют различные по силе и направлению нагрузки и моменты. Кроме этого в фюзеляже должны быть вырезы под фонарь пилотов, двери, люки, поэтому в конструкции фюзеляжа используются две и более конструктивных балочных схем.
Работа фюзеляжа и крыла под нагрузкой очень похожи, поэтому есть сходство между конструктивными элементами фюзеляжа и крыла в их назначении и работе (рис. 56).
Рис. 56. Сходство конструкция крыла и фюзеляжа.
Кессонная часть крыла |
«Балочно-лонжеронная» схема фюзеляжа | |
1 |
обшивка крыла |
обшивка фюзеляжа |
2 |
типовые стрингеры крыла |
типовые стрингеры фюзеляжа |
3 |
пояса лонжерона |
лонжерон (усиленный стрингер) |
4 |
стенки лонжерона |
боковая часть обшивки |
5 |
типовые нервюры |
типовые шпангоуты |
Конструкции основных силовых элементов фюзеляжа.
Рассмотренные выше вопросы нагружения и работы под нагрузкой балочных фюзеляжей позволяют сделать вывод, что назначение основных элементов их силовой схемы подобно назначению соответствующих элементов крыльев, так как балочные фюзеляжи, как и крылья, от основных внешних нагрузок работает одинаково.
К основным силовым элементам фюзеляжа относятся: обшивка, шпангоуты, стрингера или лонжероны (усиленные стрингера). Фюзеляжи больших самолётов не изготавливаются цельными, а состоят из нескольких отсеков (частей), и стыкуются по осям усиленных шпангоутов (рис. 57).
Рис. 57. Конструктивно-технологическое членение фюзеляжа:
1 – носовая часть (Ф-1); 2 – средняя часть (Ф-2); хвостовая часть (Ф-3).
Обшивка в фюзеляже выполняет те же функции, что и в крыле. Она придает форму фюзеляжу, защищает экипаж, пассажиров, оборудование и грузы от набегающего потока воздуха. Обшивка работает совместно с подкрепляющими её стрингерами на растяжение - сжатие (на нормальные напряжения) от действия изгибающих моментов и на сдвиг (на касательные напряжения) от действия поперечных сил и крутящего момента. Особенности в работе обшивки в фюзеляже обусловлены тем, что герметизированные его отсеки (кабины) нагружаются значительным избыточным давлением Dр.
Обшивку можно выполнять из листового материала, панелей с продольным набором, панелей с сотовым (или другим) заполнителем или монолитной. Особое внимание уделяется стыкам обшивки (рис. 58), где возможны противоречия требований аэродинамики (получение гладкой обшивки) требованиям обеспечения высокого ресурса, минимальной массы и т.д.
Наиболее рациональным типом стыка как продольного, так и поперечного для фюзеляжей является стык внахлестку на элементах силового набора (рис. 58, г, д). Это объясняется тем, что соединение внахлестку, имеющее три или четыре ряда заклепок с центральным расположением стрингера и «мягким», свисающим со стрингера в обе стороны началом стыка в виде нахлеста из двух листов, выполняется без стыкующих накладок.
Однако для лёгких самолётов рациональными могут оказаться стыки обшивки, показанные на рис. 58, а – встык на элементах силового набора, рис. 58, б – внахлёстку с подсечкой и рис. 58, в – внахлёстку без подсечки.
Стрингеры и лонжероны (усиленные стрингеры) изготавливаются из прессованных или гнутых профилей. Наиболее часто применяются стрингеры уголкового, Z-образного и Т-образного профилей. Для повышения сопротивления усталости в районах с большими знакопеременными нагрузками, например, в районе акустических нагрузок, ставят стрингеры П-образного профиля с двойными полками для повышения жесткости заделки и улучшения условий работы обшивки. На участках больших вырезов устанавливают усиленные стрингеры, воспринимающие большие осевые силы от изгиба фюзеляжа. Крепят стрингеры к обшивке и шпангоутам. Различные варианты профилей стрингеров представлены на рис. 59.
Рис. 59. Профиля стрингеров и лонжеронов (усиленных стрингеров):
а) прессованные профили; б) гнутые профили; в) профили сложного сечения.
Шпангоуты (от голландского слова «spanthout» – “балка”) в фюзеляже выполняют те же функции, что и нервюры в крыле. По назначению шпангоуты разделяются на нормальные (служат для придания формы фюзеляжу и подкрепления обшивки и стрингеров) и усиленные (для восприятия поперечных сосредоточенных сил от крыла, оперения, шасси, двигателей и грузов и передачи их на обшивку). Шпангоуты, имея высокую жёсткость в своей плоскости, хорошо работают на поперечный изгиб в своей плоскости, опираясь на обшивку. Типичные сечения шпангоутов приведены на рис. 60. Наличие двух поясов и стенки в сечениях шпангоутов обеспечивает их работу на изгиб и сдвиг, а также повышает сопротивление усталости при акустических нагрузках. Для повышения живучести шпангоуты часто делают составными из нескольких частей.
Крепление элементов фюзеляжа между собой производится заклёпочными и болтовыми соединениями, также сваркой или клеем. Стрингера со шпангоутами соединяются между собой с помощью уголков (книц), а с усиленными шпангоутами с помощью уголков или фитингов. Типовые узлы крепления элементов фюзеляжа между собой показаны на рис. 61 и 62.