Подшипники

Рычаг прадода.

Рычаг придода J

Подшипники

6) г)

Рис. 8.19. Конструктивно-си-ловш схемы целыюуправляе-мого горизоиталы1ого оперения с осыо,.жестко с ним связанной

Рис. 8.20. Конструктивно-силовые схемы целеуправляе-мого горизонтального оперения, устанавливаемого на оси, жестко закрепленной на фюзеляже

Конструктившз-силовые схемы цельноуправляемого горизонтального оперения во многом определяются формой его в плане и способом крепления оси вращения. На рис. 8.19 показаны конструктивно-силовые схемы цельноуправляемого - стреловидного и треугольного оперения с осью, жестко связанной с оперением. В схеме д лонжерон расположенньй в месте максимальной строительной высоты и имеющий обычно двутавровое сечение, переходит в ось. Усиленными делаются бортовая нервюра 1-3 и нервюры 1-1 и 2-2 . Аналогичная схема в может быть применена и для треугольного оперения со сходящимся продольным набором. В схеме б лонжерон 1-4 переходит в ось. Усиленными также делаются нервюры 1-2 и 3-4. На схеме г показано треугольное оперение с параллельным продольным набором. Здесь усиленными делаются лоняерон, переходящий вось, и бортовая нервюра. На рис. 8.20 показаны схемы с осью, заделанной в фюзеляже. В схеме а усиленными кроме лонжерона будут нервюры 1-2, l-l и 2-2. У треугольного оперения с параллельным продольным набором, показанното на схеме б, подшипники устанавливаются на лонжероне, в месте пересечения его с усиленными нервюрами 1-2 и 3-4. Для передачи нагрузок на ось служат и косые нервюры 1-5 и 1-6.

§ 9. ВИБРАЦИИ ОПЕРЕНИЯ Различают два типа вибраций оперения - бафтинг и флаттер.

БАФТИНГ

Бафтинг - вибрации оперения, возникающие от действия вихрей, срывающихся с лежащих впереди оперения частей самолета - крьйта, гондол двигателей, сопряжения крьша с фюзеляжем, фонарей кабин, различных надстроек на фюзеляже и т.п. Под влиянием вихрей оперение деформируется и начинает колебаться. При совпадении частоты пульсаций с собственной

частотой колебаний оперения наступает явление резонанса, амплитуда колебаний резко возрастает, что приводит к поломке оперения.

Завихренный поток образуется при срьше, который возникает вследствие больших углов атаки, образования скачков уплотнений (когда местная скорость достигает величины скорости звука) либо совместного влияния этих двух факторов.

В соответствии с двумя причинами срыва потока различают нескоростной и скоростной бафтинг.

Не.скоростной бафтинг может возникнуть на малых скоростях во время маневра самолета, при полетела максимальной высоте или перед посадкой, когда полет осуществляется на больших углах атаки.

Скоростной бафтинг характерен для околозвуковых скоростей полета, когда возникают скачки уплотнения.

И, наконец, бафтинг возможен и как следствие срьша из-за совместного влияния больших углов атаки и скачков уплотнения.

Для предотвращения бафтинга оперения необходимо:

1) устранить причины, вызывающие срьш потока;

2) вьшести оперение из завихренной зоны;

3) увеличить общую жесткость конструкции.

Борьба с бафтингом ведется главным образом путем выполнения пер вых двух требований. Для устранения срыва потока тщательно вьшолняются сопряжения фюзеляжа с крьшом и различными надстройками, сопряжения гондол двигателей с крьшом и т.п. При выборе расположения оперения необходимо выносить его из завихренной зоны. Увеличение общей жесткости фюзеляжа и оПЕрения приводит к увеличению массы и применяется в редких случаях.

ФЛАТТЕР

Флаттер оперения в общем аналогичен флаттеру крьша, но значительно сложнее, так как оперение из-за изгиба и кручения фюзеляжа имеет больше степеней свободы. Из большого многообразия возможных формфлаттера оперения рассмотрим следующие две формы:

1) йзгибно-рулевой флаттер, при котором происходят изгибные колебания фюзеляжа в вертикальной плоскости с одновременным отклонением руля высоты (рис. 8.21,а) ;

2) крутильно-рулевой флаттер, при котором происходят крутильные колебания фюзеляжа с одновременными антисимметр№шыми отклонениями правой и левой половин руля высоты и отклонением руля направления (рис. 8.21,6).

руля

Рис. 8.21. Схемы колебаний при флаттере оперения

Рис. 8.22. Схема возникновешя изгиб-но-рулевого флаттера

На рис. 8.21 показаны нейтрапьное и отклоненное положения хвостовой части фюзеляжа при колебаниях, вызванных отклонением рулей.

Причиной возникновения флаггера оперения является весовая несбалансированность рулей. При отсутствии весового балансира центр масс руля находится позади его оси вращения.

Рассмотрим физическую картину возникновения изгибно-рулевого флаттера. Пусть под действием какой-то возмущающей силы фюзеляж прогнулся вверх (рис. 8.22). Из верхнего положения под действием уДругой силы фюзеляж начнет двигаться вниз с-ускорением.

Возникшая при этом инерционная сила руля, приложенная в его центре масс и направленная вверх, создаст относительно оси вращения момент, под действием которого руль отклонится вверх. Это вызовет появление дополнительной аэродинамической силы, направленной в сторону движения, -AYg. Вследствие вертикальной скорости движения U появится дополнительная демпфирующая сила - ДУд.

Имея запас кинетической энергии, фюзеляж пройдет нейтральное положение и из-за сопротивления, оказываемого упругими силами, начнет двигаться с эамегением, а руль под действием возникших при этом инерционных сил начнет возвращаться к своему нейтральному положению. Затем из нижнего положения фюзеляж под действием упругих сил начнет двигаться с ускорением вверх, а руль под действием инерционных сил -отклоняться вниз. При этом опять появятся дополнительные возбуждающие и демпфирующие силы.

При некоторой скорости полета работа возбуждающих сил станет равна работе демпфирующих сил, и колебания будут происходить с постоянной амплитудой. Эта скорость и будет критической скоростью изгибно-рулевого флаттера. При скорости больще критической работа возбуждающих сил будет больше работы демпфирующих сил, колебания начнут быстро возрастать - вплоть до разрушения конструкции.

Аналогична картина возникновения и других форм флаттера.

Основнькл мероприятием, предупреждающим возможность возникновения флаттера оперения, является весовая динамическая балансировка рулей. Весовая балансировка рулей осуществляется точно так же, как и весовая балансировка элеронов. Увеличение изгибной и крутильной жесткости фюзеляжа, увеличение жесткости оперения также повышает критичес-кую скорость флаггера.

§ 10. ОПЕРЕНИЕ САМОЛЕТОВ ОСОБЫХ СХЕМ

Все оперение бесхвостого самолета и самолета типа летающее крьшо размещается на крьше. На таких самолетах рули высоты и элероны часто совмещаются в одних рулевых поверхностях - элевонах. Вертикальное оперение этих самолетов может быть разнесенным, может быть и центральным - в зависимости от формы крьша в плане. Если крьшо стреловидное, то вертикальное оперения может делаться разнесенным и устанавливаться на концах крьша, что позволяет увеличить его плечо, а следовательно, уменьшить площадь. При треугольном крьше чаще применяется центральное расположение вертикального оперения, но размеры его значительно больше,чем у самолета нормальной схемы, вследствие малого плеча относительно центра масс самолета.

У самолета типа утка горизонтальное оперение располагается впереди крьша. Конструктивно оно- ничем не отличается от горизонтального оперения самолета нормальной схемы. Вертикальное оперение в сравнении с самолетом нормальной схемы имеет большую площадь вследствие малого плеча и большого дестабилизирующего влияния удлиненной носовой части.

ГЛАВА 9. ФЮЗЕЛЯЖ

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ ФЮЗЕЛЯЖА И ТРЕБОВАНИЯ К НЕМУ

Фюзеляж, соединяя в одно целое все части самолета, предназначен для размещения экипажа, оборудования и перевозимой нагрузки (пассажиров, грузов и т.п.).

В двухбалочных самолетах экипаж, оборудование и перевозимая нагрузка размещаются в специальной гондоле.

Большинство современных самолетов вьшолняется по однофюзеляж-ной схеме. Конструкцию фюзеляжей таких самолетов мы и будем рассматривать.

К фюзеляжу предъявляются следующие основные требования.

1. Минимальное лобовое сопротивление.

2. Рациональное использование внутренних объемов.

3. Удобное размещение экипажа, пассажиров, оборудования, грузов

4. Обеспечение требуемого обзора с кабины пилотов и экипажа.

5. Простота загрузки и разгрузки.

6. Шдежная герметизация и теплозвукоизоляция, требуемая вентиляция, отопление и освещение кабин.

§ 2. ВНЕШНИЕ ФОРМЫ ФЮЗЕЛЯЖА

Внеишие формы фюзеляжа определяются требованиями аэродинамики и назначением самолета. Поперечное сечение фюзеляжа может быть прямоугольным, круглым, овальным и комбинированным. Каждая из этих форм имеет свои преимущества и недостатки.

В аэродинамическом отношении лучшим является круглый фюзеляж, так как по сравнению с другими он при одинаковом объеме имеет наименьшую поверхность, а следовательно, и наименьшее сопротивление трения. При среднем расположении крьша получается и малое сопротивление интерференции. Круглая форма целесообразна для герметизированных отсеков фюзеляжа. Криволинейная обшивка имеет более высокие критические напряжения.

К преимуществам прямоугольного фюзеляжа следует отнести большую простоту изготовления и возможность лучшего использования внутренних объемов для размещения пассажиров, грузов, оборудованиями т.п.

OcHOBHbiMH формами, поперечного сечения фюзеляжей современных самолетов являются круглая или комбинированная.

При виде сбоку форма фюзеляжа, как правило, несимметричная. В носовой части размещается кабина пилота. У одноместных самолетов фонарь кабины вьшолняется в виде надстройки. Высота фонаря должна обеспечить требуемый обзор, а очертания его должны быть выбраны с учетом получения наименьшего сопротивления.

У тяжелых самолетов габаритные размеры фюзеляжа позволяют вписать кабину шшотав обводы фюзеляжа, но для улучшения обзора передняя часть фонаря образует уступ. Носовая часть фюзеляжей сверхзвуковых самолетов делается заостренной, с тем, чтобы обеспечить возникновение косых скачков, дающих меньшее сопротивление.

Форма хвостовой части фюзеляжа во многом определяется необходимостью размещения тех или иных грузов, агрегатов и т.п. Так, на рис. 9.1, а

Рис. 9.1. Форма фюзеляжей (вид сбоку)

показана форма фюзеляжа, в хвостовой части которого расположен турбореактивный двигатель, на рис. 9.1,6 - форма фюзеляжа транспортного са- молета, у которого для упрощения погрузки и разгрузки больших грузов ( автомобилей, танков и т.п.) люк расположен в задней части фюзеляжа.

Очертания хвостовой части фюзеляжа при виде сбоку выбираются из условий обеспечения посадочного угла атаки а при наименьшей высоте шасси и обеспечения необходимого выноса горизонтального оперения hp (рис. 9.1, в), чтобы исключить его попадание в спутную струю крыла.

При виде сверху фюзеляж имеет симметричную форму. У самолетов, летающих на больших околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, фюзеляж в зоне сопряжения с ним крыла очень часто поджат , т.е. вьшол-няется с соблюдением правила площадей с целью получения наименьшего лобового сопротивления (рис. 9.2).

Кроме фонаря кабины пилота фюзеляж может иметь и ряд других над- строек: стрелковые башни, прицельные станции и т.д.

Фюзеляж характеризуется следующими основными параметрами;

длиной Ьф;

диаметром миделевого (наибольшего по площади) сечения Рф, или высотой Н и шириной В миделевого сечения; удлинением \ф Ьф/Вф.

Здесь ОГф = 2/Ц/7, ,

где 8ф - площадь миделевого сечения. .

Площадь миделевого сечения фюзеляжа при выполнении требований размещения в нем кабин, агрегатов, грузов и т.п. должна быть минимальной. Для одноместных самолетов миделево сечение определяется либо размерами кабины пилота, либо размерами двигателя, если последний расположен в фюзеляже, для тяжелых самолетов - размерами пассажирской или грузовой кабин или размерами отсеков для размещения тех или иных агрегатов оборудования и т.п.

Длина фюзеляжа определяется требованиями получения необходимого плета горизонтального оперения, требованиями центровки и компоновки самолета. .

Большое влияние на лобовое сопротивление фюзеляжа оказьшаетего удлинение. Лобово.е сопротивление фюзеляжа складьшается из сопротивления трения, сопротивления давления и волнового сопротивления. При

Рис. 9.2. Форма фюзеляжа сверхзвукового самолета, выполненного в соответствии с правилом площадей

докритических скоростях полета большую часть лобового сопротивления составляет сопротивление трения, величина которого пропорциональна площади поверхности фюзеляжа. Поэтому увеличение длины фюзеляжа при заданной площади миделевого сечения, т.е. увеличение Хф, приводящее к увеличению площади его поверхности, вызывает рост лобового сопротивления. С точки зрения минимума лобового сопротивления желательно, чтобы удлинение фюзеляжей таких самолетов находилось в пределах Лф = 4.. .8, если при этом удовлетворяются требования компоновки й центровки- При числах М>М основную ча1сть сопротивления фюзеляжа составляет волновое сопротивление. Увеличение удлинения фюзеляжа приводит к снижению волного сопротивления. Поэтому для сверхзвукоЬых самолетов наиболее выгодным является удлинение \ = 10.. .12.

. Габаритные размеры фюзеляжа, его форма в поперечнЪм сечении и при виде сбоку и сверху зависят от ряда часто противоречивых требований. Задача конструктора состоит в выборе оптимального варианта, наиболее полно отвечающего назначению самолета и обеспечивающего получение хороших аэродинамических характеристик. -

§ 3. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИБ НА ФЮЗЕЛЯЖ

На фюзеляж самолета в полете и при посадке действуют следующие нагрузки:

1) силы от прикрепленных к фюзепяжу частей самолета (крьшьев, оперения, шасси, силовой установки); * .

2) силы тяжести агрегатов оборудования и грузов, расположенных в фюзеляже;

3) силы тяжести собственной конструкции; ;

4) аэродинамические силы, распределённые на поверхности фюзеляжа (они почти не оказывают влияния на общую прочность конструкции, но могут оказать существенное влияние на местную прочность и быть расчетными для отдельных частей фюзеляжа)

5) силы избыточного давления в герметических кабинах.

По требованию норм прочность фюзеляжа рассматривается в соответствий со всеми случаями иагружения крьшьев, .оперения и силовой установки (если последняя расположена на фюзеляже) и проверяется также на нагрузку от шасси во всех посадочных и взлетных случаях. Кроме того, проч}юсть фюзеляжа проверяется и на несколько специальных случаев иагружения.

Расчетная схема фюзеляжа представляет собой балку с консолями, закрепленную на крьше. На отдельную часть конструкции фюзеляжа, на отдельный расположенный в нем или прикрепленный к нему груз или агрегат действует сила тяжести

Pi = GiHi,

где Gj - mjq; nij масса груза, агрегата или части конструкции; hj - перегрузка в центре масс этого груза* агрегата или части конструкции, определяемая в соответствии с рекомендациями норм.

Фюзеляж нагружается и аэродинамическими силами оперения. Силы тяжести и аэродинамические силы могут действовать в вертикальной и горизонтальной плоскостях, вызьшая изгиб фюзеляжа в этих плоскостях и закручивая го.

На рис. 9.3 пЬказаны эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов для фюзеляжа, закрепленного на двухлонжеронном крьше, от сил, действующих в вертикальной плоскости. Эпюры Q и М на участке крьша