Проектирование фюзеляжа административного самолета

Определим величину интенсивности  моментной нагрузки и перерезывающей силы:

 

 

 

В этом случае, действительно, выгодно использовать лонжеронное  крыло.

Для данной схемы крыла  целесообразно применить двухлонжеронную схему.

 

2.1.1 Расстояние  и расположение нервюр в крыле

В стреловидных крыльях  нервюры могут быть расположены:

1) параллельно оси  симметрии самолета или по  потоку;

2) перпендикулярно к  передней кромке или к оси  лонжерона.

Часто нервюры располагают  перпендикулярно к прямой, соединяющей 0,25 хорд.

Расположение нервюр в первом случае имеет некоторые  недостатки, например, нервюры в  стреловидных крыльях имеют большую  длину, чем во втором случае, их трудно изготовить.

2.1.2 Выбор  расстояния между стрингерами  и нервюрами

Расстояние  между нервюрами выбирают в зависимости от толщины обшивки и размеров сечения стрингера. Очень малое расстояние невыгодно из-за большого числа заклепок, что приводит к ухудшению поверхности крыла и к усложнению производства крыльев.

В крыльях со стрингерным набором расстояние между нервюрами выбирают в зависимости от мощности стрингерного набора и обшивки:

=200¸300 мм.

Расстояние между стрингерами  в лонжеронных крыльях bстр=200¸300 мм.

 

 

 

2.2 Выбор конструктивно-силовой схемы  фюзеляжа

 

Современные самолеты в  подавляющем большинстве имеют  балочный стрингерный фюзеляж, состоящий  из обшивки, стрингеров и шпангоутов. Могут применяться также фюзеляжи лонжеронной и бесстрингерной схем.

Расстояние между шпангоутами  зависит от толщины обшивки фюзеляжа, компоновки и массы. Для данного самолета расстояние между шпангоутами целесообразно взять из пределов 300¸400 мм.

Расстояние между стрингерами  в фюзеляже выбирают из тех соображений, чтоб как можно полнее использовать объект подкрепления обшивки, т.е. расстояние принимают 100¸150 мм.

При проектировании фюзеляжа необходимо учитывать следующие  требования и рекомендации:

1. сосредоточенные силы, приложенные к элементам каркаса, необходимо как можно более плавно распределять по обшивке фюзеляжа;
2. большие сосредоточенные силы (от двигателей, оперения, крыла, шасси) необходимо передавать на обшивку элементам каркаса направленными параллельно силе. Силы вдоль фюзеляжа должны передаваться на обшивку через стрингеры и продольные балки, а силы, действующие поперек фюзеляжа, - через усиленные шпангоуты;
3. сосредоточенные силы, направленные под острым углом к оси фюзеляжа, следует передавать на обшивку через стрингеры и шпангоуты;
4. при конструкции герметизированных отсеков фюзеляжа необходимо правильно назначить границу зоны герметизации (с учетом вырезов под шасси, крыло и т.п.); следует избегать применения плоских поверхностей для восприятия избыточного внутреннего давления. Поперечные сечения герметизированных отсеков должны, как правило, иметь форму круга.

 

 

 

2.3 Выбор конструктивно – силовой  схемы оперения

 

Силовые элементы горизонтального  и вертикального оперений должны быть увязаны друг с другом и силовыми элементами фюзеляжа.

Расположение турбо  – реактивных двигателей в хвостовой  части фюзеляжа выдвигает требования по размещению основных силовых элементов фюзеляжа и оперения, связанное с обеспечением безопасности полета в случае разрушения турбин двигателей.

Рули, как правило, выполняются  по однолонжеронной схеме с нервюрами, расположенными перпендикулярно лонжерону.

При Т-образном оперении горизонтальное оперение рекомендуется  устанавливать таким образом, чтобы  линия максимальных толщин его профилей была сдвинута назад относительно этой линии вертикального оперения на величину L»(0.1¸0.5)bв в целях уменьшения аэродинамического сопротивления оперения.

При выборе положения  лонжеронов киля с расположенным  на нем горизонтальным оперением  приходится искать оптимальное расстояние между лонжеронами киля, при котором  масса конструкции получается наименьшей. Этого можно достичь при расположении переднего лонжерона в пределах (0,15¸0,2)bво, а заднего – (0,6¸0,65) bво.

 

 

 

 

2.4 Выбор конструктивно-силовой схемы шасси

 

Конструктивно-силовая  схема шасси и схема его  уборки должны обеспечивать:

- наименьшую массу  шасси (с учетом усиления вырезов  под шасси в конструкции планера);

- наименьший объем  шасси в убранном положении;

- простоту кинематической  схемы механизмов выпуска и  уборки шасси.

На большинстве современных  самолетов носовые стойки шасси убираются в переднюю часть фюзеляжа движением вперед-вверх.

В нормальных эксплуатационных условиях выпуск шасси осуществляется гидравлической системой. В аварийных  случаях определенные преимущества имеет схема убирания вперед-вверх, обеспечивающая выпуск носовой стойки под действием силы тяжести и скоростного напора.

Схемы убирания главных  стоек шасси можно разбить  на три группы:

А) главные стойки, крепящиеся к крылу, а убирающиеся частично в крыло, частично в фюзеляж.

Б) главные стойки, крепящиеся к крылу и убирающиеся в крыло (либо в гондолы, расположенные на крыле).

В) главные стойки, крепящиеся к фюзеляжу и убирающиеся в  фюзеляж.

Схема Б наиболее приемлема  на легком самолете с низко расположенным  крылом.

 

 

 

Раздел 3

Силовая установка

Введение

 

Авиационная силовая  установка предназначена для  создания силы тяги. Она состоит  из двигателя, а также систем и  устройств, обеспечивающих его работу.

В силовую установку  включаются следующие системы: топливная, масляная, охлаждения, противопожарная, противообледенительная, запуска, всасывания и выпуска. К устройствам относятся: крепление двигателя, гондола, управление силовой установкой.

Перечисленные системы  и устройства тесно связаны между  собой.

3.1 Проектирование силовой установки

3.1.1 Краткое описание самолета

Так как данный самолет  является самолетом I-го класса и должен обеспечивать безопасность полета и комфорт пассажиров, то было решено установить два двигателя ТРДД с потребной стартовой тягой Р0=16300[кН]. Двигатели находятся в хвостовой части фюзеляжа. Это дает возможность заполнить крыло топливными баками и уменьшается шум в пассажирском салоне.

Трубопроводы топливной  системы проходят так, чтобы обеспечить безопасность и непрерывную подачу топлива в двигатели.

3.1.2 Общее описание и расчет топливной системы

Предъявляемые требования к топливной системе:

1. Надежное питание двигателей топливом на всех режимах полета.
2. Пожарная безопасность.
3. Емкость баков должна обеспечить размещение необходимого количества топлива.
4. Автоматическая и максимальная выработка топлива из баков в заданной последовательности и сохранение при этом центровки ЛА в допустимом диапазоне.
5. Слив топлива в полете.
6. Надежный и удобный контроль работы топливной системы на земле и в полете.

Рассмотрим произвольную схему подачи топлива, которая представлена на рис.7.

 

Рис.7. Магистраль подачи топлива к двигателям.

 

Выработка топлива из бака 5 при помощи насоса 6 позволяет  создать достаточно большое давление на входе в насос двигателя, обеспечивая  необходимую высотность. Надтопливное пространство бака сообщается с окружающим воздухом при помощи заборника 1. Данная выработка топлива получила название открытая. Такая выработка является основной на ЛА гражданской авиации. Бак заправляется топливом через штуцер 4. Определение количества топлива в баке и сигнализация об аварийном остатке производятся при помощи топливомера с датчиком 2 и указателями 3.

Для обеспечения надежной подачи топлива к двигателям целесообразно  применить многоступенчатую подкачку. Для этого установлен на ЛА один подкачивающий насос 6 и один подкачивающий насос двигателя (ПНД). При этом ПН ЛА создает необходимое давление при входе в ПНД, а последний обеспечивает потребное давление на входе в основной насос двигателя (ОНД) 24.

Преимущество выработки  топлива из баков пи помощи ПН ЛА заключается в том, что баки не нагружены и вес их невелик. Можно откачать топливо из бака, расположенного ниже двигателя. Режим работы ПН ЛА можно регулировать, поддерживая необходимое давление. Определенный порядок включения и выключения ПН ЛА обеспечивает программную выработку топлива из баков.

Давление, создаваемое  ПН ЛА, должно быть больше минимально допустимого, на которое настроен датчик сигнализатора  давления 7. При этом условии на приборной  доске летчиков гаснет красная лампа 8.

Обратный клапан 9 обеспечивает необходимое направление движения топлива. Для аналогичной цели работают обратные клапаны при вступлении в действие топливного аккумулятора 10, при открытии крана перекрестного питания 12. Воздух из топливной камеры аккумулятора через дроссель 11 поступает в бак.

Пожарный кран 13 перекрывает  подачу топлива. При помощи датчика  расходомера 15 определяют расход топлива  по указателю 16. Для охлаждения масла  в магистраль включен топливно-маслянный  радиатор 17, который также подогревает топливо. При этом улучшается распыление топлива и предохраняется от обмерзания фильтр 19. Датчик сигнализатора давления 20 с указателем 21 дает возможность судить о засорении или обмерзании фильтра 19. Датчик манометра 22 подает сигнал на прибор 23, который показывает значение давления перед ОНД. При помощи датчика давления 25 за ОНД и манометра 26 определяют величину давления перед коллектором форсунок 27.

Повышение надежности питания  двигателей.

Перекрестное питание

Перекрестное питание  двигателей топливом (кольцевание) целесообразно применять на ЛА с несколькими баками и с двумя двигателями. Заборные магистрали соединены после ПН ЛА магистралью перекрестного питания.

В случае выхода из строя  одного из двигателей при открытом кране перекрестного питания топливо будет подаваться к работающему двигателю не только от своей заборной магистрали, но и заборной магистрали неработающего двигателя.

Дублирование ПН ЛА

Выражается в установке  двух параллельно работающих насосов, каждый из которых обладает производительностью, достаточной для самостоятельного питания двигателей топливом. При совместной работе каждый ПН ЛА обеспечивает примерно половину расхода топлива двигателями.

Заправочная магистраль

Для самолетов гражданской  авиации целесообразно применять  закрытую заправку. При закрытой заправке топливо от заправочного устройства подается к заправочным штуцерам баков, расположенных на нижних поверхностях консолей крыла.

Заправка осуществляется по следующей схеме (рис.8):

Через заправочный штуцер 1 топливо поступает в заправочную  магистраль. При помощи выключателей достигается открытие кранов заправки 2. После заполнения баков 3 индуктивные  датчики уровня 5 выдают команды  на автоматическое закрытие кранов заправки. В случае отказа крана имеются предохранительные поплавковые клапаны уровня 4. Для откачки топлива из шланга предусмотрен дренажный клапан 6.

 

Рис.8. Магистраль закрытой заправки топливом.

 

На основе спроектированной топливной системы был произведен расчет топливной системы на высотность. Полученные результаты представлены в приложении.

3.1.3 Сливная магистраль и система аварийного слива

Топливо на земле сливают  для выполнения ремонтных работ  через баковые и магистральные краны. Слив топлива в полете предусмотрен на некоторых типах ЛА, когда их посадочный вес больше допустимого. Он может быть использован в аварийных случаях для изменения центровки.

Слив топлива может  производиться самотеком, поддавливанием и при помощи насосов. Применение того или иного способа зависит от компоновки ЛА, размещения баков и двигателей. Топливо в баках, расположенных вдали от двигателей, сливается самотеком или поддавливанием.

Сливная магистраль должна обеспечивать безопасный слив топлива  как на земле, так и в воздухе. Необходимо, чтобы слив топлива происходил с концов консолей крыла. При этом топливо не будет попадать на двигатели. Целесообразно проводить слив топлива с помощью насосов.

На рис.9 показана схема  слива.

 

Рис.9. Магистраль слива топлива.

 

Из бака 1 топливо перекачивается в конец крыла с помощью  насоса 2. При сливе открывается  кран 4 сливной магистрали и закрывается  перекрывной кран 3 заборной магистрали.

Расчет случая аварийного слива представлен в приложении.

3.1.4 Система дренажа

При выработке топлива  из бака необходимо, чтобы он заполнялся воздухом. Для самолетов гражданской  авиации с большими высотами полета необходимо применять комбинированную  систему дренажа. При этом баки сообщаются с атмосферой через наружные патрубки дренажных трубопроводов, установленных против потока. Кроме этого комбинированная система дренажа позволяет производить забор воздуха от компрессора двигателя.