Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

Распределение давления на поверхности фюзеляжа надо знать также для правильного размещения выводов дренажных трубок. В условиях эксплуатации необходимо тщательно следить за всеми вышеупомянутыми элементами конструкции.

§ 6.3 КОНСТРУКЦИЯ и РАБОТА ФЮЗЕЛЯЖА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ

Из рассмотренной картины нагружения видим, что в попе­ речных сечениях фюзеляжа, так же как и в сечениях крыла, возникают поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты. Это обусловливает аналогию силовых схем фюзеляжа и крыла, а также назначения отдельных элементов их конструкции (фиг. 6.8). Различия в назначениях крыла и фюзеляжа объясняют разницу их конструктивного выполнения, на которой мы в ос­ новном и остановимся.

Работающая одшиока Стрингеры

■Диафрагмы

'Вертикальные стенки

Фиг. 6.8

145.В развитии конструкции фюзеляжа, так же как и крыла,

всвязи с увеличением скоростей полета и увеличением расчет­ ной толщины обшивки характерен переход к силовой схеме мо­

ноблочного типа, которая получила название стрингерного фюзе­ ляжа. Стрингерный фюзеляж выполняется в виде тонкостенной оболочки, подкрепленной стрингерами и шпангоутами (фиг. 6.9).

141

В этой конструкции жесткая обшивка совместно с элементами каркаса включена в работу общей силовой схемы фюзеляжа. Мак­ симальное (в пределах необходимых габаритов) удаление от про­ дольной оси материала, работающего при изгибе и кручении, обе­ спечивает передачу всех нагрузок фюзеляжа при достаточно вы­ сокой жесткости и весовой выгодности. Кроме того, стрингерный фюзеляж обеспечивает значительные внутренние объемы, сво­ бодные для размещения «начинки» самолета. Это особенно важ­ но для скоростных аппаратов, в тонких крыльях которых невоз­ можно поместить большие грузы. Назначение, работа и конст­ рукция элементов такого фюзеляжа во многом аналогичны со­ ответствующим элементам 'конструкции моноблочного крыла.

Однако в отличие от крыла в конструкции фюзеляжа тол­ щина обшивки и сечения стрингеров применяются меньшими, так как, во-первых, действуют меньшие, чем на крыло, воздуш­ ные нагрузки и, во-вторых, строительная высота фюзеляжа на­ много больше. Кроме того, поскольку горизонтальные нагрузки на фюзеляж одного порядка с вертикальными, боковины обшивки подкрепляются стрингерами так же, как верхний и нижний сво­ ды.

Логичным развитием стрингерного фюзеляжа является сило­ вая схема, получившая название «монокок» (или обшивочная конструкция). Фюзеляж типа монокок образован толстой обшив­ кой, воспринимающей все силовые факторы (поперечные силы, изгибающий и крутящий моменты). Обшивка может быть под­ креплена нормальными шпангоутами для сохранения формы по­ перечного сечения. В случае достаточно толстой обшивки (напри­ мер, слоистой) нормальные шпангоуты часто оказываются из­ лишними.

146. Однако в виде сплошной оболочки фюзеляжи обычно не встречаются. В них, как правило делают монтажные и эксплуа­ тационные вырезы. Снижение прочности и жесткости оболочки вырезами приходится компенсировать путем окантовки их ра­ мами или установки дополнительных усиленных стрингеров и шпангоутов. Кроме того, для передачи больших сосредоточенных сил от других агрегатов самолета на обшивку фюзеляжа ставят усиленные шпангоуты (для передачи поперечных сил) и стрин­ геры (для передачи продольных сил) (фиг. 6.10). При этом си­ ловая схема фюзеляжа существенно видоизменяется, особенно при наличии вырезов на значительной длине. В последнем случае по продольным сторонам выреза ставят усиленные стрингеры, которые располагаются на участках вырезов и продолжаются на замкнутых участках фюзеляжа вплоть до полного включения обшивки и нормальных 'стрингеров в работу от продольных сил. Усиленные стрингеры по своей работе в основном анало­ гичны полкам лонжеронов крыла. Однако разница заключается в том, что полка лонжерона при сжатии опирается в двух взаим­ но перпендикулярных плоскостях на обшивку и стенку лонжеро-

142

на, и поэтому общая (между нервюрами) потеря устойчивости для него невозможна, а усиленный стрингер опирается только на обшивку, и для него возможно выпучивание в направлении по нормали к ней. Это обстоятельство накладывает свой отпечаток на конструкцию усиленных стрингеров, которые так же, как и нормальные стрингеры, должны обладать высокой не только местной, но и общей устойчивостью в направлении по нормали к обшивке (фиг. 6.11).

Фиг, 6.10

Фиг. 6.11

147. Конструкция и работа фюзеляжа без вырезов в опреде­ ленной степени аналогичны работе моноблочного крыла. Счи­ таем, что имеющиеся малые вырезы, а также вырезы, закрытые крышками на шурупах (замках), полностью компенсированы и не оказывают влияния на работу общей силовой схемы фюзе­ ляжа.

143

В начале нагружения фюзеляж работает как балка с лш нейным распределением нормальных напряжений поперечных сечениях. При возрастании нагрузки теряет устойчивость об­ шивка от сдвига или от сжатия, что не означает еще разруше­ ния фюзеляжа, ибо его несущая способность сохраняется за счет сохранения формы стрингерами и шпангоутами. Разруше­ ние конструкции характеризуется разрушением нормальных

Верхний сбод

стрингеров вместе с обшивкой от потери устойчивости при сжа­ тии или только обшивки от сдвига. Если, помимо нормальных стрингеров, имеются еще достаточно мощные усиленные, то за счет сохранения ими работоспособности нагрузка может возра­ стать дальше вплоть до их разрушения. Возможно также (осо­ бенно в крупных фюзеляжах, а также в стальных корпусах ра­ кет) разрушение в результате общей потери устойчивости об­

шивки совместно со всеми подкрепляющими ее элементами. В некоторых случаях разрушение фюзеляжа может произойти вследствие разрыва растянутых элементов. При нагрузках, близких к разрушающим, на которые ведется расчет прочности, фюзеляж работает как балка с нелинейным распределением нормальных напряжений.

148. В стрингерном фюзеляже изгибающий момент в верти кальной плоскости воспринимается в основном осевыми силами в верхнем и нижнем сводах; изгибающий момент в горизон­ тальной плоскости — осевыми силами в боковинах. При этом своды и боковины выполняют роль поясов двухпоясной балки. Вертикальная и горизонтальная поперечные силы уравновеши­ ваются в основном сдвигом обшивки соответственно боковин и сводов, которые выполняют роль стенки балки (фиг. 6.12).

144

Приближенно осевые силы в сводах и боковинах от расчет­ ного изгибающего момента можно подсчитать по формуле

м

Я =

н,раб

асреднее нормальное напряжение в соответствующей панели

действия горизонтальной или вертикальной сил приближенно будет

Q

грузке на хвостовое оперение действуют одновременно все пять указанных силовых факторов.

При нагружении фюзеляжа крутящим моментом возникают погонные касательные усилия

Ям„

М*

2FK

где FK — площадь, окруженная контуром поперечного сечения фюзеляжа.

Суммарная величина погонных касательных усилий будет

Я — ЯQтах + ЯКк-

При нагружении фюзеляжа, например, силой Р„.0 наибольший сдвиг будет в верхнем своде обшивки фюзеляжа (фиг. 6.13).

Касательные напряжения в обшивке определяются по фор­ муле

_ _ Я

Зоб '

149.Работа и конструкция обшивки (в частности слоистой)

истрингеров фюзеляжа ничем принципиально не отличаются

Фиг. 6.14

146

151. При нагрузках фюзеляжа, близких к эксплуатационным, допускается выпучивание обшивки как от сжатия, так и от сдвига. В силу наличия кривизны в поперечных сечениях фюзе­ ляжа под действием натяжения обшивки (вследствие потери ею

Стринги

\Шпангоут'

111ШПШШ1ШПТП111