Фюзеляж

Пярэдняя частка утылізаванага Avro Ashton (англ.).

Фюзеля́ж (фр.: fuselage, ад fuseau — верацяно) — корпус лятальнага апарата. Звязвае паміж сабойкрылы, апярэнне і (часам) шасі. Фюзеляж самалёта прызначаны для размяшчэння экіпажа, абсталявання і мэтавай нагрузкі. У фюзеляжы можа мясціцца паліва, шасі, рухавікі.

Канструкцыя самалёта тыпу лятаючае крыло, у патоўшчанай частцы якога месціцца ўсё, што звычайна размяшчаюць у фюзеляжы, разглядаецца асобна.

Агульныя звесткі

З'яўляючыся будаўнічай асновай канструкцыі самалёта, фюзеляж аб'ядноўвае з боку сілавога ўпарадкавання  самалёта ў адзінае цэлае ўсе яго часткі. Асноўным патрабаваннем да фюзеляжа з'яўляецца выкананне ім свайго функцыянальнага прызначэння ў адпаведнасці з прызначэннем самалёта і ўмовамі яго выкарыстання пры найменшай масе канструкцыі фюзеляжа.

Выкананне гэтага патрабавання дасягаецца:

• выбарам такіх вонкавых формаў і значэнняў параметраў фюзеляжа, пры якіх атрымліваюцца мінімальны яго лабавы супраціў і найбольшыя карысныя аб'ёмы пры вызначаных габарытах; 
• выкарыстаннем фюзеляжаў-носьбітаў, якія ствараюць значную (да 40%) пад'ёмную сілу ў інтэгральных схемах самалёта (напрыклад, Ту-160). Гэта дазваляе паменшыць плошчу крыла і знізіць яго масу; 
• рацыянальным выкарыстаннем карысных аб'ёмаў за кошт павышэння шчыльнасці кампанавання, а таксама за кошт больш кампактнага размяшчэння грузаў паблізу ЦМ. Апошняе спрыяе памяншэнню масавых момантаў інерцыі і паляпшэнню характарыстык манеўранасці, а звужэнне дыяпазону змены цэнтровак пры розных варыянтах загрузкі, выгарання паліва, выдатку боепрыпасаў забяспечвае вялікую стабільнасць характарыстык ўстойлівасці і кіравальнасці самалёта; 
• узгадненнем сілавой схемы фюзеляжа з сілавымі схемамі далучаных да яго агрэгатаў. Пры гэтым неабходна забяспечыць: надзейнае мацаванне, перадачу і ўраўнаважванне нагрузак ад сілавых элементаў крыла, апярэння, шасі, сілавой ўстаноўкі на сілавых элементах фюзеляжа; успрыманне масавых сіл ад мэтавай нагрузкі, абсталявання і ад канструкцыі фюзеляжа, а таксама ад аэрадынамічнай нагрузкі, якая дзейнічае на фюзеляж, і нагрузкі ад залішняга ціску ў гермакабіне. 
• Павінна быць забяспечана зручнасць падыходаў да розных агрэгатаў, размешчаных у фюзеляжы, для іх агляду і рамонту; зручнасць уваходу і выхаду экіпажа і пасажыраў, выкіду дэсантнікаў і ўзбраення, зручнасць пагрузкі, швартавання і выгрузкі прызначаных для перавозкі грузаў. Пасажырам і экіпажу павінны быць забяспечаны неабходныя жыццёвыя ўмовы і пэўны ўзровень камфорту пры палёце на вялікай вышыні, цепла- і гукаізаляцыя кабін, магчымасць хуткага і бяспечнага аварыйнага пакідання самалёта, экіпажу - добры агляд.

Нагрузкі, дзеючыя на фюзеляж

У палёце і пры пасадцы на фюзеляж дзейнічаюць наступныя нагрузкі:

• сілы, якія перадаюцца на фюзеляж ад далучаных да яго частак самалёта — крыла, апярэння, шасі, сілавой устаноўкі і інш., 
• масавыя інерцыйныя сілы агрэгатаў, грузаў, абсталявання, размешчаных у фюзеляжы, і інерцыйныя сілы ад уласнай масы канструкцыі фюзеляжа, 
• аэрадынамічныя сілы, размеркаваныя па паверхні фюзеляжа, 
• сілы залішняга ціску ў герметычных кабінах, адсеках абсталявання, каналах паветразаборнікаў.

Пералічаныя нагрузкі з улікам прынцыпу Даламбера цалкам ураўнаважаныя на фюзеляжы.

З пункту гледжання будаўнічай механікі фюзеляж можна разглядаць як каробчатую бэльку, замацаваную на крыле і загружаную пералічанымі вышэй нагрузкамі. У любым сячэнні такой бэлькі дзейнічаюць вертыкальныя і гарызантальныя складнікі пераразальных сіл выгінальных момантаў, а таксама круцільны момант. У герметычных адсеках да гэтых нагрузак дадаюцца намаганні ад залішняга ўнутранага ціску.

Віды фюзеляжаў

• Вузкафюзеляжны
• Шырокафюзеляжны 
• Аднапавярховы 
• Двухпавярховы 
• Плоскафюзеляжны

Вонкавыя формы фюзеляжа

Найвыгаднейшай формай фюзеляжа з'яўляецца восевасіметрычнае цела кручэння з плаўным звужэннем ў насавой і хваставой частках. Такая форма забяспечвае мінімальную пры зададзеных габарытах плошчу паверхні, а значыць і мінімальную масу абшыўкі і мінімальны супраціў трэння фюзеляжа.

Круглае сячэнне цела кручэння выгадна па масе і ўздзеянню залішняга ціску ў гермакабінах. Аднак па кампанавальных і іншых меркаваннях ад такой ідэальнай формы даводзіцца адступаць. Так, шклянікі кабіны экіпажа, паветразаборнікі, антэны радыёлакатараў парушаюць плыўнасць абводаў і прыводзяць да павелічэння супраціву і масы фюзеляжа. Такі ж эфект дае і водступ ад плыўных формаў у хваставых адсеках фюзеляжа з мэтай павелічэння вугла перакульвання або для скарачэння пагрузачнага люка і рампы.

Папярочнае сячэнне фюзеляжа звычайна вызначаецца ўмовамі кампанавання грузаў, рухавікоў, пасажырскіх салонаў.

Канструктыўна-сілавыя схемы фюзеляжа

Найбольш рацыянальнай канструкцыяй, здольнай успрымаць усе пералічаныя вышэй нагрузкі пры мінімальнай уласнай масе, з’яўляецца танкасценная прасторавая абалонка, падмацаваная знутры сілавым каркасам. Рацыянальнасць такой абалонкі забяспечваецца паўнавартасным выкарыстаннем яе працуючай абшыўкі як пры ўспрыманні мясцовай аэрадынамічнай нагрузкі, ўнутранага залішняга ціску, так і ў агульнай сілавой рабоце, якая складаецца ў тым, што абшыўка ўспрымае ўсю пераразальную сілу, увесь круцільны момант і ўдзельнічае ва ўспрыманні выгінальных момантаў. Каркасаваная абалонка найлепшым чынам задавальняе і патрабаванням зручнасці кампанавання, забеспячэння тэхналагічнай прастаты, а таксама трываласці і эксплуатацыйнай тэхналагічнасці. З боку сілавой работы такая абалонка разглядаецца як танкасценная каробчатая бэлька, з прычыны чаго сілавую схему падобных фюзеляжаў прынята называць бэлечнай.

Выкарыстоўваемыя раней фюзеляжы ферменай канструкцыі непазбежна прайграюць бэлечным па масе канструкцыі ў сувязі з тым, што абшыўка ферменных фюзеляжаў цалкам выключаная з агульнай сілавой работы, успрымаючы толькі мясцовую паветраную нагрузку і з’яўляючыся, такім чынам, дадатковым канструктыўным элементам, якія павялічваюць масу канструкцыі. Прасторавая ферма абцяжарвае і кампанаванне грузаў у фюзеляжы. Усё гэта прывяло да таго, што ферменныя фюзеляжы ў цяперашні час цалкам выцесненыя бэлечнымі і іх ужыванне апраўдана толькі на лёгкіх ціхаходных самалётах «малой» авіяцыі. Таму ў далейшым ферменныя фюзеляжы не разглядаюцца.

Бэлечныя фюзеляжы дзеляцца на тры віды:

• ланжэронны 
• стрынгерны 
• абшывачны

Падоўжны набор бэлечнага фюзеляжа складаецца з ланжэронаў і стрынгераў. Ланжэрон адрозніваецца ад стрынгера формай і большай плошчай папярочнага сячэння. Абшывачны фюзеляж падоўжнага набору не мае. Папярочны набор фюзеляжа складаецца са шпангоўтаў, якія забяспечваюць захаванне пры дэфармацыях загаданай формы папярочнага сячэння абалонкі і перадачу на абшыўку размеркаваных і засяроджаных нагрузак. У месцах прыкладання да фюзеляжа вялікіх засяроджаных сіл ўсталёўваюцца ўзмоцненыя шпангоўты.

У бэлечных фюзеляжах пераразальная сіла любога кірунку цалкам ўспрымаецца абшыўкай, у якой узнікае паток датычных высілкаў. Закон размеркавання гэтых высілкаў па контуры абалонкі залежыць ад кірунку вонкавай нагрузкі і ад формы папярочнага сячэння фюзеляжа.

Круцільны момант таксама цалкам ўспрымаецца абшыўкай. Паток датычных высілкаў у гэтым выпадку раўнамерна размеркаваны па перыметры абалонкі, якая мае, як правіла, аднозамкнёны контур папярочнага сячэння. Ўспрыманне выгінальных момантаў фюзеляжа вызначаецца тыпам бэлечнага фюзеляжа. У месцах выразаў у абалонцы (у пройме) ўсталёўваюцца сілавыя акантоўкі, якія забяспечваюць перадачу ўсіх высілкаў у зоне выраза.

Ланжэроны і стрынгеры

Падоўжныя элементы каркаса, якія праходзяць звычайна па ўсёй даўжыні фюзеляжа. Сумесна з абшыўкай яны ўспрымаюць нармальныя высілкі пры выгібе фюзеляжа. Простыя стрынгеры і ланжэроны звычайна вырабляюцца з прэсаваных або гнутых профіляў рознага сячэння. Стрынгеры размяркоўваюць нагрузку раўнамерна па абшыўцы, ланжэроны ў сваю чаргу забяспечваюць агульную калянасць (цвёрдасць) канструкцыі.

Калі вялікія нагрузкі, то могуць выкарыстоўвацца складовыя ланжэроны, складаемыя з некалькіх злучаных між сабой профіляў.

Для акантоўкі вялікіх проймаў у фюзеляжы часта выкарыстоўваюцца ланжэроны каробчатага сячэння — бімсы, складаемыя з прэсаваных профіляў звязаных паміж сабой сценкамі і абшыўкай

Шпангоўты

Папярочныя элементы набору. Дзеляцца на нармальныя і ўзмоцненыя. Нармальныя забяспечваюць захаванне формы папярочнага сячэння фюзеляжа. Ўзмоцненыя шпангоўты ўсталёўваюцца ў месцах перадачы на фюзеляж вялікіх засяроджаных нагрузак. На іх размяшчаюцца стыкавыя вузлы агрэгатаў, вузлы мацавання грузаў, рухавікоў, буйнога абсталявання, перагародкі гермаадсекаў і г. д. Сілавыя шпангоўты могуць ўсталёўвацца на межах вялікіх проймаў у фюзеляжы. Нармальныя шпангоўты звычайна маюць рамную канструкцыю і вырабляюцца штампаваннем або фрэзераваннем.

Узмоцненыя шпангоўты выконваюцца ў выглядзе замкнёнай рамы звычайна двухтаўровага або швелернага сячэння. Рама шпангоўта размяркоўвае вонкавую нагрузку па перыметры абшыўкі, паток датычных высілкаў у якой з’яўляецца апорнай рэакцыяй для рамы. Сама рама працуе на выгіб, які ў асноўным вызначае яе сячэнне. Акрамя, у любым сячэнні рамы дзейнічаюць пераразальная і нармальная сілы. Канструктыўна такая рама вырабляецца зборнай або маналітнай. У месцах усталёўкі перагародак сілавы шпангоўт цалкам зашываецца сценкай, падмацаванай вертыкальнымі і гарызантальнымі профілямі, або сферычнай абалонкай з радыяльна размешчанымі падмацавальнымі элементамі.

Абшыўка

Вырабляецца з металічных лістоў, фармуемыя па профілю паверхні фюзеляжа часцяком з прыклёпванем стрынгераў і затым мацуюцца да каркаса (шпангоўтаў). Стыкі лістоў месцяцца на падоўжных і папярочных элементах каркаса. Магчыма, асабліва для абшывачных фюзеляжаў, ужыванне маналітных абрэбраных панэляў і слаістай абшыўкі з лёгкім, звычайна сотавым, запаўняльнікам. У апошні час атрымлівае распаўсюджванне абшыўка з кампазіцыйных матэрыялаў.

Злучэнне элементаў каркаса і абшыўкі

Магчыма тры спосабы злучэння абшыўкі з каркасам:

• абшыўка мацуецца толькі да стрынгераў, 
• абшыўка мацуецца і да стрынгераў і да шпангоўтаў, 
• абшыўка мацуецца толькі да шпангоўтаў.

У першым разе ўтвараюцца толькі падоўжныя заклёпкавыя швы, а папярочныя швы адсутнічаюць, што паляпшае аэрадынаміку фюзеляжа. Незамацаваная на шпангоўты абшыўка губляе ўстойлівасць пры меншых нагрузках, што прыводзіць да павелічэння масы канструкцыі. Каб пазбегнуць гэта, часта абшыўку звязваюць са шпангоўтам дадатковай накладкай — кампенсатарам. Трэці спосаб мацавання выкарыстоўваецца толькі ў абшывачных (безстрынгерных) фюзеляжах.

Сотападобная абшыўка мацуецца да шпангоўтаў. Яна складаецца з дзвюх металічных панэляў і асяродка. Сотавая канструкцыя — шасцікутнага выгляду матэрыял, зроблены з металу. У асяродку знаходзіцца клей, што дазваляе не выкарыстоўваць заклёпванні. Такая канструкцыя мае высокі супраціў дэфармацыі і здольная перадаваць напружанне па ўсёй сваёй паверхні.

Стыкавыя злучэнні адсекаў фюзеляжа

Стыкі адсекаў фюзеляжа бэлечна-ланжэроннай схемы робяцца з дапамогай стыкавых вузлоў, змешчаных толькі на ланжэронах — пунктавы стык. Канструктыўна для гэтага выкарыстоўваюцца вузлы тыпу «вуха-відэлец» або вузлы фітынгавай схемы.

Бэлечна-стрынгерныя фюзеляжы стыкуюцца прынцыпам контурнага стыку са змяшчэннем стыкавых фітынгаў па ўсім перыметры стыкавага шпангоўта з абавязковай сілавой сувяззю абшыўкі і ўсіх стрынгераў стыкуемых частак фюзеляжа. Бэлечна-абшывачныя фюзеляжы звычайна злучаюцца фланцавым стыкам, якія забяспечваюць сілавую сувязь абшывак стыкуемых частак па ўсім контуры. Гэта па сутнасці контурны стык з адзіным стыкавым элементам — кутка, паласы і г. д.

Мацаванне агрэгатаў самалёта да фюзеляжа

Вузлы мацавання агрэгатаў да фюзеляжа ўсталёўваюцца на ўзмоцненых шпангоўтах, якія выконваюць ролю жорсткага дыска, забяспечваючы размеркаванне засяроджаных нагрузак па ўсім перыметры абалонкі фюзеляжа. Каб перадаць засяроджаныя нагрузкі падоўжнага напрамку, стыкавыя вузлы агрэгатаў павінны быць звязаныя з узмоцненымі падоўжнымі элементамі фюзеляжа. Для памяншэння масы канструкцыі фюзеляжа заўсёды пажадана памяншаць лік узмоцненых шпангоўтаў, размяшчаючы на адным шпангоўце вузлы мацавання некалькіх агрэгатаў.

Мацаванне крыла і стабілізатара

Прынцыповай асаблівасцю стыку крыла з фюзеляжам з'яўляецца спосаб ўраўнаважвання выгінальных момантаў кансоляў крыла ў гэтым стыку. Найбольш рацыянальным лічыцца ўраўнаважванне выгінальных момантаў левай і правай кансолі крыла на цэнтраплане прапушчаным праз фюзеляж. Для ланжэроных крылаў з гэтай мэтай досыць прапусціць праз фюзеляж толькі ланжэроны, на якіх і адбудзецца ўраўнаважванне выгібу.

Для кесонных і манаблочных крылаў праз фюзеляж абавязкова павінны прапускацца цалкам усе сілавыя панэлі крыла.

У тым разе, калі з  кампанавальных прычын пропуск праз фюзеляж сілавых элементаў крыла немагчымы, замыканне выгінальных момантаў злева і справа павінна выконвацца на сілавых шпангоўтах фюзеляжа. Такое рашэнне ўжываецца толькі для ланжэронных крылаў, у якіх лік ланжэронаў невялікі. Кесонныя і манаблочныя крылы патрабуюць вялікай колькасці сілавых шпангоўтаў для замыкання сілавых панэляў, што канструктыўна выканаць вельмі цяжка. У гэтым разе варта адмовіцца ад названых сілавых схем крыла і перайсці на ланжэронную схему.

Пераразальная сіла крыла з кожнай яго паловы павінна перадавацца на фюзеляж. З гэтай мэтай сценкі ланжэронаў і дадатковыя падоўжныя сценкі крыла стыкуюцца з сілавымі шпангоўтамі. На гэтыя ж сілавыя шпангоўты звычайна абапіраюцца і бартавыя нервюры крыла, якія, збіраючы з замкнёнага контуру крыла круцільны момант, перадаюць яго на гэтыя апорныя шпангоўты. Часта для перадачы круцільнага моманту абшыўка крыла і фюзеляжа злучаецца па контуры стыкоўным кутковым профілем.

Мацаванне стабілізатара да фюзеляжа прынцыпова нічым не адрозніваецца ад схемы стыкоўкі крыла. Вось кручэння кіраванага стабілізатара звычайна замацоўваецца на адным або двух сілавых шпангоўтах фюзеляжа.

Мацаванне кіля

Мацаванне кіля да фюзеляжа патрабуе абавязковай перадачы яго выгінальнага моманту на фюзеляж. З гэтай мэтай кожны ланжэрон кіля злучаецца з сілавым шпангоўтам сценкавай або рамнай канструкцыі.

Калі дазваляюць умовы кампанавання, то выкарыстоўваецца «мачтавая» закладка ланжэрона ў двух пунктах, разнесеных па вышыні сілавога шпангоўта. Стрэлападобны ланжэрон кіля мае злом ў пункце перасячэння з сілавым шпангоўтам, што патрабуе абавязковай усталёўкі ў гэтым перасячэні бартавой узмоцненай нервюры або ўзмоцненай бэлькі на фюзеляжы. Ад іх можна пазбавіцца, калі сілавы шпангоўт паставіць нахільна да восі фюзеляжа так, каб яго плоскасць з'яўлялася працягам плоскасці сценкі ланжэрона кіля. Але такое рашэнне выклікае значныя тэхналагічныя цяжкасці пры вырабе нахільнага шпангоўта і зборцы фюзеляжа.

Мацаванне шасі і рухавікоў да фюзеляжа

Мацаванне рухавікоў да фюзеляжа ажыццяўляецца як унутры да ўзмоцненых элементаў каркаса, так і звонку на спецыяльных пілонах. Мацаванне пілонаў да фюзеляжа падобна мацаванню стабілізатара або крыла.

Проймы (выразы) ў фюзеляжы

Проймы пад дзверы, вокны, шклянікі кабіны пілота, люкі, нішы шасі, баявой нагрузкі парушаюць замкнёнасць контуру абалонкі фюзеляжа і рэзка зніжаюць яе круцільную і выгібную калянасць і трываласць. Кампенсаваць гэтыя страты можна шляхам стварэння па контуры проймы дастаткова жорсткай рамнай акантоўкі. Пры малых памерах проймы такая акантоўка ствараецца ў выглядзе маналітнай канструкцыі, якую атрымліваюць штампаваннем з ліста або іншымі спосабамі вырабу.

Вялікія проймы акантоўваюць па тарцах сілавымі шпангоўтамі, а ў падоўжным напрамку ўзмоцненымі ланжэронамі або бімсамі, якія не павінны заканчвацца на межах проймы, а працягвацца за сілавыя шпангоўты, забяспечваючы жорсткую закладку гэтых падоўжных элементаў.

Мацаванне шасі выконваецца да ўзмоцненых шпангоўтаў і падоўжных бэлек у ніжняй частцы фюзеляжа. Абшыўкі кіля і фюзеляжа звычайна злучаюцца стыкоўным кутком па контуры кіля.

Гермаадсекі

У гермакабінах пры палёце на вялікіх вышынях падтрымліваецца залішні ціск да 40-60 кпа. Найбольш рацыянальнай формай гермаадсека, якая забяспечвае яго мінімальную масу, з'яўляецца сфера або трохі саступаючы ёй па выгоднасці цыліндр са сферычным дном. Шпангоўт у стыку цыліндра са сферычным сегментам за кошт пералому абшыўкі адчувае досыць вялікія сціскальныя нагрузкі і павінен быць узмоцнены. Абшыўка ў такіх адсеках пры нагружэнні залішнім ціскам цалкам пазбаўлена ад выгібных дэфармацый і працуе толькі на расцяг.

Аднак, з  кампанавальных меркаванняў часам даводзіцца адступаць ад гэтых рацыянальных формаў, што непазбежна прыводзіць да павелічэння масы канструкцыі. Плоскія і блізкія да іх панэлі для забеспячэння неабходнай выгібнай калянасці пры ўспрыманні залішняга ціску павінны мець дастаткова магутны падмацунак ў выглядзе падоўжных і папярочных рэбраў (бэлек) або вырабляцца ў выглядзе трохслойных канструкцый.

У канструкцыях герметычных адсекаў павінна быць забяспечана надзейная герметызацыя па ўсіх заклёпкавых і балтавых швах. Герметызацыя швоў забяспечваецца пракладваннем паміж злучанымі элементамі адмысловых стужак, насычаных герметыкам, вымазваннем швоў невысыхаючай абкітоўкай, пакрыццём швоў вадкім герметыкам з наступнай гарачай сушкай. У месцах стыку лістоў абшыўкі выкарыстоўваюцца шматрадковыя заклёпкавыя швы з малым крокам заклёпванняў.

З дапамогай адмысловых гермавузлоў забяспечваецца ўшчыльненне вывадаў праводкі кіравання, трубаправодаў, электравітак і г. д.

Асаблівая ўвага надаецца герметызацыі шклянікаў, люкаў, дзвярэй, вокнаў, што забяспечваецца адмысловымі ушчыльняльнымі прыстасаваннямі ў выглядзе гумовых стужак, вітак, пракладак, надзіманых трубак.

Гл. таксама

• Корпус-носьбіт
• Манакок

Спасылкі

• Виртуальный кабинет конструкции самолетов Архівавана 15 снежня 2012.
• Хваставая частка фюзеляжа
• Фюзеляж Ан 148(недаступная спасылка)