Рис. 9.10. Отсек бессгрингерного фюзепяжз

Эта осевй сила должна быть воспринята соответствующей панепью обшивки. Площадь сечения пайели подсчитывается по формуле

F = S/a

Для растянутой панепи О = 0, а для сжатой О ~ ср. Критическое нормальное напряжение панепи обшивки, работающей на сжатие, определяется по приводимым в справочной литературе формулам и графикам Опредепив F, находят толщину общивки

где!-длина дуги naiienH.

Расчет на сдвиг при изгибе и кручении производится так же, как и для стрингерного фюзеляжа.

Сравнительная характеристика различных типов бапоч10>1Х фюзеляжей

Наиболее выгодным в весовом отношении мог бы быть бесстрингерный фюзеляж с обшивкой переменной толщины. Егожонструкция обладает вы сокой живучестью, позволяет рационально использовать внутренний объем Однако многочисленнв1е вырезы в обшивке, необходимость передачи на нее сосредоточенных усилий от других агрегатов самолета требуют местных усилий в виде накладок и окантовок профилями. Масса этих усилий на бесстрингерном фюзеляже при большом числе различных вырезов становится настолько большой, что в весовом отношении эта схема становится менее выгодной, чем стрингерная 1ши лонжеронная.

Если фюзеляж имеет очень большие вырезы, то наиболее выгодной может оказаться лонжеронная схема. В таком фюзеляже обшивка тонкая и поэтому проще производить подкрепление больших вырезов, при этом весовые затраты будут меньше.

При наличии в конструкции большого числа не очень крупных вырезов наиболее выгодным в весовом отношении является стрингернъш фюзеЛяж. Наличие частого стрингерного набора позволяет облегчить работу обшивки, проще осуществить подкрепление вырезов. Вот почему эта схема получила в настоящее время широкое распространение, особенно для тяжелых самолетов. -

Очень часто применяются балочные фюзеляжи комбинированной схемы, например, лонжеронный фюзеляж в передней части, где имеются очень большие вырезы (фонарь кабины, различные люки) и расположены стыковые узлы крьша, и стрингерный - в хвостовой части.

ФЕРМШНО-БАЛОЧНЫЕ ФЮЗЕЛЯЖИ

На небольших нескоростных самолетах с поршневым двигателем применяются фюзеляжи смешанной схемы. Передняя часть фюзеляжа, к которой крепится при помощи моторамы двигатель, крепится крьшо и некоторые агрегаты оборудования и в которой размещается кабина пилота, вы-полняется по ферменной схеме. Хвостовая часть, не имеющая больших люков, выполняется по балочной схеме. Такой фюзеляж позволяет рационально использовать преимущества обеих силовых схем и при удовлетворении предъявляемых к нему требований может обеспечить получение выгодной в весовом отношении конструкции.

f 5. КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛОЧНОГО ФЮЗЕЛЯЖА ЛОНЖЕРОНЫ И СТРИНГЕРЫ

По конструктивному выполнению лонжероны и стрингеры могут быть простыми, т.е. состоящими в сечении изодного конструктивного элемента, или составными, состоящими йз нескольких элементов.

Лонжероны и стрингеры воспринимают совместно с обшивкой нормальные силы нри изгибе и, как правило, проходят по всей длине фюзеляжа. Исключение составляют вспомогательные стрингеры и лонжероны, которые устанавливаются лишь на небольших по длине участках фюзелжка. Вспомогательные лонжероны устанавливаются в местах крепления узлов навески двигателя, крьша, шасси и служат для лучшей передачи сосредоточенных сил на фюзеляж. Они устанавливаются и на тех участках фюзеляжа, где имеются очень крупные вырезы. Вспомогательные стрингеры служат для местного подкрепления обшивки и для других вспомогательных целей: окантовки различных вырезов, окон, люков и т.п.

Простые стрингеры и лонжероны представляют собой, как правило, стандартные прессованные и реже гнутые профили. Лонжероны иногда выполняются из специальных прессованных профилей. Для уменьшения массы площадь поперечного сечения профилейпо длине может делаться переменной путем фрезерования. На рис. 9.11 изображены наиболее употребительные сечения прессованных и гнутых профилей, применяемых для изготовления лонжеронов и стрингеров.

Составными чаще делаются лонжероны и значительно реже стрингеры. Обычно такой лонжерон или стрингер склепывается из двух, реже трех профилей (рис. 9.12). Это позволяет усилить лонжерон или стрингер в нужных сечениях и. благодаря этому отказаться от фрезерования. Иногда применение составного лонжерона или стрингера вызывается технологическими соображениями.

Большие вырезы под грузовые люки, фонари и т.п. окантовываются по продольным границам более сложными лонжеронами. Эти лонжероны совместно с установленными по краям усиленными шпангоутами должны компенсировать потерю прочности конструкций, вызванную вырезом. Сечение одного из таких лонжеронов показано на рис. 9.13. Лонжерон представляет собой замкнутую тонкостенную* балку, состоящую из четырех профилей, соединенных двумя стенками и наружной обшивкой.

птхтггп \/°

12 35 Б 7 8

1 \г

/ 2 3

Рис. 9.11. Типовые сечения понжеронов и стрингеров фюзеляжа: а - прессованные профили; б - гнутые профили

Обишдко

Рис. 9.13. Сечение сложного лонжерона фюЗеляжа, вьшолненного в виде тонкос- тенной балки

Рнс. 9.14. Ферменный шпангоут

ШПАНГОУТЫ

По назначению шпангоуты можно разделить на нормальные,и усиленные. Нормальные шпангоуты обеспечивают форму поперечного сечения фюзеляжа и подкрепляют стрингеры и обшивку. Усиленные шпангоуты выполняют noMHMQ этих же задач еще и задачу местного усиления конструкции. Узлы крепления крьша, оперения, шасси, двигателей, агрегатов оборудования, грузов, и т.п. размещаются на усиленных шпангоутах. Усиленные шпангоуты устанавйиваются также по краям больших вырезов и в местах разъемов фюзеляжа. Некоторые из таких шпангоутов имеют лишь местное усиление. -

По конструктивным признакам шпангоуты можно разделить на ферменные и рамные. Ферменные шпангоуты (рис. 9.14), образуемые стерЬкня-ми и KOHtypHbiM поясом, применяются в качестве усиленных.

Нормальный рамный шпангоут показан на рис. 9.15. Обычно такой шпангоут состоит из нескольких частей соединенных друг с другом накладками 2. Характерные сечения нормальных щпангоутов показаны на рис. 9.16.

Рис. 9.15. Нормальный рамный шпангоут

Рис. 9.16. Типовые сечения нормальных рамных шпангоутов

Рис. 9.17. Усиленный рамный шпангоут

Усиленный рамный шпангоут имеет более сложное поперечное сечение. Одна из конструкций такого шпангоута показана на рис. 9.17. Внешний и внутренний ободы шпангоута изготовлены из прессованных профилей и соединены ме5кду собой стенкой. Для подкрепления стенки на ней в радиальном направлении установлены стойки. Усиленные шпангоуты шогда изготовляются из гнутых профилей и листов из алюминиевых сплавов и склепываются с обшивкой так, что образуют с ней коробчатое сечение. Поперечное сечение такого шпангоута изображено на рис. 9.18.

Иногда сильно загруженные шпангоуты изготовляются штамповкой. Обычно такой шпангоут состоит из нескольких соединенных между собой частей, а небольшие по размерам шпангоуты могут быть и цельноштампо-ванными (рис. 9.19).

Отдельные части усиленных щпангоутов могут изготовляться фрезерованием или ковкой с последующим фрезерованием.

В сечении фюзеляжа, где необходи\1о сделать перегородку, устанавливается усиленный шпангоут со сплошной, стенкой (рис. 9.20). Стенка обычно подкрепляется установленными горизонтально и вертикально профилями.

Рис. 9.18. Поперечное сечение усиленного рамного шпангоута

Рис.-9-19. Цельноштампован-ный усиленный рамный шпангоут

Рис. 9.20. Шпангоут, выполняющий роль перегородки

а) : II BI

Рис. 9.21 Соединение листов обнш кв фюзеляжа

у шпангоутов, -ограничивающих герметическую кабину, стенку из условий минимальной, массы целесообразно делать полусферической. В этом случае исключались бы изгибные напряжения от внутреннего давления. У некруглых фюзеляжей, а часто исходя из условий компоновки и у круглых, не удается выполнить стенку полусферической. В этом случае она выполняется сопряжением нескольких криволинейных поверхностей. Такая криволинейная стенка также подкрепляется каркасом из профилей. Если значительную часть стенки занимает дверь, то стенку делают обычно плоской.

ОБШИВКА

Обшивка изготовляется из отдельных листов, отформованных по поверхности фюзеляжа. Обшивка крепится к каркасу фюзеляжа чаще всего потайной крепкой. Соединение листов обшивки производится преимущественно встык по элементам продольного-и поперечного наборов (рис. 9.21, я). Реже встречается соединение листов встык с подкладками (рис. 9.21, б), внахлесткус подсечкой (рис. 9.21, в) и внахлестку без подсечки (рис. 9.21,г).

, В последнее время широкое применение начинает находить слоистая обшивка. Преимущества и недостатки слоистой обшивки, ее конструкция, способы соединения панелей рассмотрены в гл.5. ,

В бало,чных фюзеляжах независимо от их.типа обшивка является силовым элементом. Поэтому в местах вырезов в обшивке должны быть сделаны местные подкрепления. В лонжеронных и стрингерных фюзеляжах небольшие вырезы, не затрагивающие стрингеров и лонжеронов, мало ослабляют сечение, и для их усиления достаточно лишь круговой окантовки отверстия. В бесстрингерном фюзеляже при таком же вырезе усиление должно быть более мощным. Значительные вырезы в обшивке, какие требуются, например, для фонаря, для входной двери в пассажирском самолете, для грузового люка и т;п., существенно ослабляют фюзеляж. По краям такого выреза приходится ставить усиленные стрингеры, лонжероны и усиленные шпангоуты для образования рамной окантовки.

Рис. 9.22. Способы соединения обшивки с элементами каркаса: / - обшивка; 2 - стрингер; 3 -шпангоут

Рис. 9.23. Соединение шдангоута с обшивкой при

помонщ компенсатора: Z - обшивка; 2 - стрингер; 3 - шпангоут; 4 -компенсатор

РИС..9.24. Соединение шпангоута со стрингером; I - обшивка; 2 - стрингер; 3 - шпангоут; 4 - лапка; 5 - уголковая накладка

СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВКАРКАСА И ОБШИВКИ

Суще(;твуют два способа соединения обшивки с элементами каркаса:

П обшивка крепится только к стрингерам (рис. 9.22, д);

2) обшивка крепится к шпангоутам и к стрингерам (рис. 9.22, б);

Каждый их этих способов имеет свои преимущества и недостатки.

При первом способе соединения на обшивке имеются лишь продольные . заклепочные щвы, что позволяет получить более высокое качество поверхности фюзеляжа и, следовательно, является выгодным с точки зрения аэродинамики. К недостаткам следует отнести несколько худшие условия работы на сдвиг не подкрепленной в поперечном направлении обшивки, что требует увеличеюш ее толщины и приводит к утяжелению конструкции. Чтобы устранить этот недостаток, шпангоуты иногда соединяют с обшивкой при помощи специальных компенсаторов (рис. 9.23).

Наиболее часто применяется второй способ соединения. В шпангоуте, под стрингеры делаются вырезы. Стрингер со шпангоутом в этом случае может непосредстванно не соединяться. Если же они соединяются, то это осуществляется, либо при помощи отогнутой лапки (рис. 9.24, я), либо при помощи уголковой накладки (рис.9.24, б). В усиленных шпангоутах очень часто для подкрепления вырезов под стрингеры устанавливаются специальные накладки (рис. 925).

К недостаткам такого способа крепления обшивки к каркасу следует отнести большее количество заклепочных швов и некоторое усложнение конструкции шпангоутов из-за наличия в них вырезов под стрингеры. Но при прочих равных условиях такая конструкция получается более жесткой и имеет меньшую массу.

Рис. 9.25. Подкрепление выреза под стрингер в усиленном шпангоуте