· обеспечить необходимые жизненные условия экипажу и пассажирам на больших высотах полета.
Выполнение этих требований обеспечивается высокой плотностью компоновки грузов и оборудования, рациональной компоновкой кабин экипажа, грузовых и пассажирских кабин, удобным расположением входных, погрузочных дверей и люков, оптимизацией силовой схемы фюзеляжа, тепло - звукоизоляцией кабин и т.п.
В полете и при посадке на фюзеляж действуют следующие нагрузки:
· силы, передающиеся на фюзеляж от присоединенных к нему частей самолета - крыла, оперения, шасси, силовой установки и др.;
· массовые инерционные силы агрегатов, грузов, оборудования, расположенных в фюзеляже;
· инерционные силы от собственной массы конструкции фюзеляжа;
· аэродинамические силы, распределенные по поверхности фюзеляжа;
· силы избыточного давления в герметических кабинах, отсеках оборудования, каналах воздухозаборников.
Основные элементы фюзеляжа: лонжероны, стрингеры, шпангоуты, обшивка, стыковые узлы.
2.1. Стрингеры и лонжероны - продольные элементы каркаса, проходящие, как правило, по всей длине фюзеляжа. Совместно с обшивкой они воспринимают нормальные усилия при изгибе фюзеляжа. Простые стрингеры и лонжероны изготавливаются из прессованных или гнутых профилей различного сечения. Лонжероны отличаются от стрингеров более мощным сечением.
Для окантовки больших вырезов в фюзеляже используются лонжероны коробчатого сечения - бимсы, которые состоят из прессованных профилей, связанных между собой стенками и обшивкой.
2.2. Шпангоуты делятся на нормальные и усиленные. Нормальные обеспечивают сохранение формы поперечного сечения фюзеляжа. Усиленные шпангоуты устанавливаются в местах передачи на фюзеляж больших сосредоточенных нагрузок. На них располагаются стыковые узлы агрегатов, узлы крепления грузов, двигателей, крупного оборудования, перегородки гермоотсеков и т.п.
2.3. Обшивка изготавливается из металлических листов, которые формуются по форме поверхности фюзеляжа и затем приклепываются к каркасу. Стыки листов располагаются на продольных и поперечных элементах каркаса.
Крепление агрегатов самолета к фюзеляжу
Узлы крепления агрегатов к фюзеляжу устанавливаются на усиленных шпангоутах, которые выполняют роль жесткого диска, обеспечивают распределение сосредоточенных нагрузок по всему периметру оболочки фюзеляжа. Для передачи сосредоточенных нагрузок продольного направления стыковые узлы агрегатов должны быть связаны с усиленными продольными элементами фюзеляжа.
Перерезывающая сила крыла с каждой его половины передается на фюзеляж. С этой целью стенки лонжеронов и дополнительные продольные стенки крыла стыкуются с силовыми шпангоутами. На эти же силовые шпангоуты опираются и бортовые нервюры крыла, которые, собирая с замкнутого контура крыла крутящий момент, передают его в виде пары сил на эти опорные шпангоуты.
Крепление стабилизатора к фюзеляжу принципиально ничем не отличается от схемы стыковки крыла.
Крепление киля к фюзеляжу требует обязательной передачи его изгибающего момента на фюзеляж. С этой целью каждый лонжерон киля соединяется с силовым шпангоутом конструкции.
Крепление двигателей к фюзеляжу осуществляется как внутри к усиленным элементам каркаса, так и снаружи на специальных пилонах. Крепление пилонов к фюзеляжу подобно креплению стабилизатора или крыла.
Крепление шасси выполняется к усиленным шпангоутам и продольным балкам в нижней части фюзеляжа.
Вырезы под двери, окна, фонари, люки, ниши шасси нарушают замкнутость контура оболочки фюзеляжа и резко снижают ее крутильную и изгибную жесткость и прочность. Эти потери компенсируют путем создания по контуру выреза достаточно жесткой рамной окантовки. При малых размерах выреза такая окантовка создается в виде монолитной конструкции. Большие вырезы окантовываются по торцам силовыми шпангоутами, а в продольном направлении усиленными лонжеронами.
3. Оперение. Оперением называются аэродинамические поверхности, обеспечивающие устойчивость, управляемость и балансировку самолета в полете. Оно состоит из горизонтального и вертикального оперения.
Основные требования к оперению:
· обеспечение высокой эффективности при минимальном лобовом сопротивлении и наименьшей массе конструкции;
· возможно меньшее затенение оперения другими частями самолета - крылом, фюзеляжем, гондолами двигателей, а также одной части оперения другой,
· отсутствие вибраций и колебаний;
· более позднее, чем на крыле развитие волнового кризиса.
Горизонтальное оперение обеспечивает продольное движение самолета относительно его поперечной оси. Горизонтальное оперение состоит из неподвижной поверхности - стабилизатора и шарнирно подвешенного к нему руля высоты. Горизонтальное оперение устанавливается в хвостовой части самолета.
Вертикальное оперение: Обеспечивает самолету путевую устойчивость, управляемость и балансировку относительно вертикальной оси. Оно состоит из неподвижной поверхности - киля и шарнирно подвешенного к нему руля поворота (направления).
Стабилизаторы и кили имеют полную аналогию с крылом как по составу и конструкции основных элементов - лонжеронов, продольных стенок, стрингеров, нервюр, так и по типу силовых схем.
Рули и элероны. Их основным силовым элементом, работающим на изгиб и воспринимающим практически всю перерезывающую силу, является лонжерон, который опирается на шарнирные опоры узлов подвески. Их основная нагрузка - воздушная аэродинамическая, возникающая при балансировке, маневрировании самолета или при полете в неспокойном воздухе. Воспринимая эту нагрузку лонжерон работает как неразрезная многоопорная балка. Особенность его работы заключается в том, что опоры руля и элеронов закреплены на упругих конструкциях, деформации которых под нагрузкой существенно влияют на силовую работу лонжерона.
Восприятие крутящего момента рулями высоты, рулями поворота и элеронами обеспечивается замкнутым контуром обшивки, который в местах выреза под кронштейны крепления замыкается стенкой лонжерона.
Аэродинамическая компенсация рулей
В полете при отклонении рулевых поверхностей возникают шарнирные моменты, которые уравновешиваются усилиями летчика на командных рычагах управления. Эти усилия зависят от размеров и угла отклонения руля, а также от скоростного напора. На современных самолетах (в том числе и на ЯК-42) усилия управления получаются слишком большими, поэтому приходится в конструкции рулей предусматривать специальные средства для уменьшения шарнирных моментов и уравновешивающих их усилий управления. С этой целью используется аэродинамическая компенсация рулей, суть которой заключается в том, что часть аэродинамических сил руля создают момент относительно оси вращения, противоположный основному шарнирному моменту.
На ЯК-42 используется сервокомпенсация. В хвостовой части руля шарнирно подвешивается небольшая поверхность, которая тягой связывается с неподвижной точкой на крыле или оперении. Эта тяга обеспечивает автоматическое отклонение сервокомпенсатора в сторону, противоположную отклонению руля. Аэродинамические силы на сервокомпенсаторе уменьшают шарнирный момент руля. Углы отклонения и эффективность работы такого компенсатора пропорциональны углам отклонения руля.
Средства аэродинамической балансировки самолета
Любой установившийся режим полета самолета, как правило, выполняется с отклоненными рулями, что обеспечивает уравновешивание (балансировку) самолета относительно его центра масс. Возникающие при этом усилия на командных рычагах принято называть балансировочными. Чтобы облегчить работу пилота, на каждой рулевой поверхности устанавливается триммер, позволяющий полностью снимать балансировочные усилия.
Триммер конструктивно полностью идентичен сервокомпенсатору и также шарнирно подвешивается в хвостовой части руля, но, в отличие от сервокомпенсатора, имеет дополнительное ручное или электромеханическое управление. Пилот, отклоняя триммер в сторону противоположную отклонению руля, добивается уравновешивания руля на заданном угле отклонения при нулевых усилиях на командном рычаге.
4. Шасси представляет собой систему опор, обеспечивающих стоянку и передвижение самолета по аэродрому на взлете и посадке и при рулении по аэродрому.
Шасси должно отвечать следующим основным требованиям:
· устойчивость и управляемость при движении по земле;
· движение без повреждения взлетно-посадочной полосы;
· исключение опрокидывания самолета и касания земли любыми другими агрегатами самолета, кроме шасси;
· поглощение кинетической энергии ударов при посадке и движении по неровной поверхности аэродрома с целью уменьшения перегрузок и рассеивание возможно большей части этой энергии для быстрого гашения колебаний;
· минимальное сопротивление движению на разбеге и требуемая эффективность тормозов на пробеге;
· малое время уборки и выпуска;
· обеспечение аварийного выпуска шасси;
· надежное запирание шасси в убранном и выпущенном положении и наличие средств сигнализации при уборке и выпуске;
· отсутствие автоколебаний колес и стоек шасси.
Кроме этих специфических требований шасси должно отвечать и общим требованиям, предъявляемым ко всем агрегатам самолета:
· минимум массы конструкции при заданной прочности, жесткости и долговечности;
· минимум аэродинамического сопротивления как в выпущенном, так и в убранном положении;
· высокая технологичность конструкции;
· хорошие эксплуатационные качества.
Нагрузки шасси
При взлете и посадке самолета, при его движении по аэродрому, на стоянке на колеса шасси действуют статические и динамические нагрузки. Их величина и направление определяются условиями и характером посадки, типом взлетно-посадочной полосы и др.