Боїнг 777-300

Прямокутний (рис. 3.10, б) перетин фюзеляжу має великий коефіцієнт лобового опору; він ускладнює отримання достатньої міцності та жорсткості без значного збільшення маси. Такий контур працює на кручення гірше за круглий. Проте у фюзеляжів з прямокутним перетином можна більш раціонально розмістити вантаж. Такі фюзеляжі дають невелику інтерференцію з крилом та легкі у виготовленні.

Hawk 60

В – 52

Овальний (рис. 3.10, в) перетин фюзеляжу поєднує в собі всі достоїнства круглого та прямокутного перетинів; він застосовується у військовій авіації.

С – 5

Ту - 334

Ан – 74

Ан – 124

(Л12) 3.4. Конструктивно-силові схеми фюзеляжу літака [1], c. 89-91

По конструктивно-силових схемах фюзеляжі підрозділяються на фермові, балочні і змішані.

Силовий каркас фермової схеми (рис. 3.11) представляє собою просторову ферму, створену лонжеронами 3, розташованими по всій довжині або частині довжини фюзеляжу, стійками 1і розкосами 5у вертикальній площині, розпірками 2 і розчалками 4 в горизонтальній площині і діагоналями. Замість жорстких розкосів можуть бути поставлені стрічкові або дротяні розчалки. Фермові фюзеляжі застосовуються зазвичай на легких літаках і виготовляються переважно зі сталевих зварних труб.

Рис. 3.11. Конструкція фермовогофюзеляжу.

Основними перевагами фермових фюзеляжів перед балочними є простота виробництва та ремонту, зручність монтажу, огляду та ремонту обладнання, розміщеного в фюзеляжі.

Проте фюзеляжі фермової конструкції дуже програють балочним у масі конструкції у зв’язку з тим, що обшивка таких фюзеляжів повністю виключена із загальної силової роботи. Обшивка сприймає тільки місцеве повітряне навантаження і, таким чином, являється додатковим конструктивним елементом, що збільшує масу конструкції. Просторова ферма також дуже ускладнює і компоновку вантажів у фюзеляжі. Все це привело до того, що фермові фюзеляжі у наш час повністю витіснені балочними та їх використання виправдано лише на легких тихохідних літаках «малої» авіації.

Fi – 156

RAPID

Найбільш раціональною конструкцією фюзеляжу, що здатна сприймати всі діючі на літак навантаження за мінімальної власної маси, це тонкостінна просторова оболонка (обшивка), підкріплена зсередини силовим каркасом. Раціональність такої оболонки забезпечується повноцінним використанням її працюючої обшивки як при сприйнятті місцевого аеродинамічного навантаження та внутрішнього тиску, так і у загальній силовій роботі. Оболонка сприймає всю силу, що перерізує, весь обертальний момент та бере участь у сприйнятті згинаючих моментів. Просторова оболонка, підкріплена зсередини силовим каркасом, найкращим чином задовольняє як вимоги зручності компоновки, забезпечення технологічної простоти, так і життєздатності й експлуатаційної технологічності. З точки зору силової роботи така оболонка розглядається як тонкостінна коробчата балка, завдяки цьому конструктивно-силову схему таких фюзеляжів прийнято називати балочною.

Балочні фюзеляжі з робочою обшивкою поділяються на три основні різновиди (рис. 3.12):

а) стрингерно-балочні (напівмонокок);

б) лонжеронно-балочні;

в) скорлупно-балочні (монокок).

Рис. 3.12. Конструкція балочних фюзеляжів: а) стрингерно-балочний, б) лонжеронно-балочний, в) скорлупно-балочний.

Силовий каркас балочного фюзеляжу складається з елементів повздовжнього та поперечного силових наборів. Елементами повздовжнього силового набору балочного фюзеляжу є лонжерони та стрингери. А поперечний силовий набір балочного фюзеляжу складається з шпангоутів.

Стрингер (англійське слово, означає "повздовжня балка") - є дюралюмінієвою балкою. Стрингери, як елементи повздовжнього силового набору каркаса фюзеляжу, зв'язують між собою елементи поперечного набору - шпангоути. Стрингери сприймають повздовжні сили і підкріплюють жорстку обшивку. Відстань між стрингерамі зазвичай складає 80 - 250 мм. Розміри перетину стрингерів змінюються як по периметру контура, так і по довжині фюзеляжу залежно від характеру навантаження на каркас фюзеляжу.

Лонжерон (французьке слово, означає "повздовжня балка") - це також елемент повздовжнього силового набору каркаса фюзеляжу, що є клепаною балкою з сталі, титанових або алюмінієвих сплавів. Лонжерони працюють на стиснення - розтягування і сприймають (частково) моменти, що вигинають фюзеляж.

Прості стрингери і лонжерони зазвичай виготовляються з пресованих або гнутих профілів різного перетину. Лонжерон відрізняється від стрінгера формою і більшою площею поперечного перетину. При великих навантаженнях можуть використовуватися складені лонжерони, що складаються з декількох сполучених між собою профілів.

Шпангоут надає фюзеляжу задану форму поперечного перетину та забезпечує поперечну жорсткість, а також сприймає місцеві навантаження. Шпангоути розділяють на нормальні та підсиленні.

Нормальні шпангоути забезпечують збереження форми поперечного перетину фюзеляжу, вони зазвичай мають рамкову конструкцію та виробляються штампуванням або згинанням з листа.

Підсилені шпангоути встановлюються у місцях передачі на фюзеляж великих зосереджених навантажень. На них розташовуються стикові вузли агрегатів, вузли кріплення крила до фюзеляжу, оперення, стійок шасі, силової установки, великого обладнання та вантажів. Силові шпангоути можуть бути встановлені на межах великих вирізів у фюзеляжі. Підсиленні шпангоути виконуються у вигляді замкненої рами двотаврового або швелерного перетину. Рама шпангоута розподіляє зовнішнє навантаження по периметру обшивки. Конструктивно така рама виробляється збірною або монолітною. Іноді до шпангоутів прикріплюються перегородки, що розділяють фюзеляж на відсіки та кабіни. В місцях встановлення перегородок силовий шпангоут повністю зашивається стінкою, підкріпленою вертикальними та горизонтальними профілями. Відстань між шпангоутами складає зазвичай 200-650 мм.

Обшивка виконується з листів дюралюмінію або титану різної товщини 0,8-3,5 мм та кріпиться до елементів каркасу заклепками або приклеюється. Листи обшивки з’єднуються між собою по стрингерах і шпангоутах або встик, або нахлистом. В останній час розповсюджується обшивка з композиційних матеріалів.

Стрингерно-балочний (напівмонокок) (рис. 3.12, а) фюзеляж має повздовжній набір з часто поставлених стрингерів, а поперечний набір зі шпангоутіві працюючої обшивки. Велика кількість часто розташованих стрингерів спільно з обшивкою сприймають весь вигинаючий момент, працюючи на осьові навантаження розтягування-стиснення.

Лонжеронно-балочний (рис. 3.12, б) фюзеляж є подовжній набір з могутніх лонжероніві слабких стрингерів, а поперечний набір із шпангоутіві частково працюючої(на кручення) обшивки. Момент, що вигинає, сприймається осьовими зусиллями невеликої кількості лонжеронів. Обшивка і стрингери в роботі оболонки на вигин практично не беруть участь. Стрингери в основному служать для місцевого підкріплення обшивки.

Скорлупно-балочний (монокок) або безстрингерний (рис. 3.12, в) фюзеляж не має елементів повздовжнього набору, а поперечний набір складається з товстої працюючої обшивки, підкріпленої шпангоутами. Безстрингерний фюзеляж забезпечує сприйняття згинаючого моменту тільки обшивкою, яка має слоїсту конструкцію з наповнювачем, що дозволяє підвищити критичні напруження обшивки. Такі фюзеляжі не отримали широкого розповсюдження через труднощі підсилення оболонки в зоні вирізів, які в сучасних літаках потребуються у великій кількості.

Конструкція фюзеляжів типу монокок в порівнянні з фермовоюмає кращі аеродинамічні форми, якість поверхні і достатню жорсткість при меншій масі. Проте труднощі створення технологічно простого, міцного і жорсткого, зручного і надійного в експлуатації фюзеляжу типу монокок примусили шукати рішення задачі створення досконалої конструкції методами ускладнення простій монококковій конструкції, тобто переходу до напівмонококів. Тому в даний час переважаючим типом фюзеляжів є стрингерно-балочний (напівмонокок) фюзеляж.