Фюзеляж: назначение, требования, конструкция основных элементов, компоновка

Нервюры - (франц. Nervure) - поперечный силовой элемент каркаса

определяющий форму профиля крыла, обеспечивающий восприятие а/д нагрузки с обшивки и стрингеров, передачу её на лонжероны.

Нервюры бывают: - силовые - к ним крепятся узлы навески элеронов,

интерцепторов, закрылков и предкрылков; усиленные - воспринимают сосредоточенные нагрузки от агрегатов; - обычные.

Обшивка - является наружной оболочкой каркаса крыла и служит для придания обтекаемой формы и передачи а/д нагрузок на каркас крыла.

На современных самолётах обшивка выполняется из алюминиевых сплавов и является работающей.

Работающей называется такая обшивка, которая воспринимает аэродинамические нагрузки и передает их на каркас крыла.

В крыльях кессонных конструкций обшивка со стрингерами выполнена в виде панелей путём химического фрезерования или клепаным способом.

Обшивка стрингеры лонжерон

Рис. 3.4. конструкция кессона.

Кессон - (франц. Caisson - ящик) - воспринимающий усилия, действующие на крыло самолета.

Объем используется для размещения топлива на самолёте и вес топлива разгружает крыло в полёте.

3.2.1. Механизация крыла.

Механизация крыла - это система устройств (закрылки, предкрылки,

интерцепторы, спойлеры, тормозные щитки) предназначенные для управления подъёмной силой У и лобовым сопротивлением X самолёта, улучшая взлётно-посадочные характеристики (ВПХ).

Рост скоростей полёта самолёта, которым сопровождается развитие авиации, влечёт за собой рост взлётно-посадочных скоростей, что усложняет технику пилотирования и требует увеличения длины взлетно-посадочной полосы (ВПП).

Основным способом улучшения ВПХ является оснащение крыла мощной механизацией.

Задача механизации крыла:

- при взлёте - создание наибольшей подъёмной силы У без значительного увеличения лобового сопротивления X;

- при посадке - наибольшей подъёмной силы У и наибольшего лобового сопротивления X;

- улучшение маневренных характеристик и активного парирования перегрузок, возникающих во время полёта.

Минимальная скорость полёта соответствует полёту на околокритических углах

атаки при С_у ≈ С_{у max}

Зависимость Су= f (α) для различных видов механизации.

1. Крыло без механизации.

2. Крыло с предкрылком.

3. Крыло с щелевым закрылком.

4. Крыло с щелевым закрылком и предкрылком.

К основным видам механизации крыла относится:

- закрылки;

- предкрылки;

- интерцепторы;

- щитки.

Требования к механизации крыла:

- максимальное ↑С_у^α при отклонении средств механизации в посадочное положение при посадочных углах атаки α самолёта;

- минимальное ↑С_х^α в убранном положении средств механизации;

максимальное качество К при разбеге самолёта и возможное ↑С_у^α при отклонении средств механизации во взлётное положение;

- возможно меньшее изменение смещения центра давления (ЦД) крыла при отклонении

ВПМ (взлётно - посадочной механизации);

- синхронность действий ВПМ на обеих консолях крыла;

- простота конструкции и надёжность работы.

Факторы увеличивающие несущую способность крыла и тем самым улучшающие ВПХ самолёта достигаются:

- увеличением эффективной кривизны профиля крыла при отклонении

средств механизации;

- увеличением площади крыла;

- управлением пограничным слоем для безотрывного обтекания

верхней поверхности крыла и затягивания срыва на бОльшие углы атаки за счёт скорости пограничного слоя: - эффектом щелей;

- отсосом пограничного слоя.

Улучшение взлетно-посадочных характеристик самолета и, прежде всего, снижение его посадочной скорости и скорости отрыва на взлете обеспечивается применением средств механизации крыла. К этим средствам относятся устройства, позволяющие изменять несущую способность и сопротивление крыла. Они могут устанавливаться по передней кромке крыла - предкрылок, отклоняемый носок, по задней кромке - щитки, закрылки (одно-, двух-, трехщелевые) и на верхней поверхности крыла - тормозные щитки и гасители подъемной силы.
Закрылки, щитки, предкрылки перед посадкой отклоняются (и выдвигаются) на максимальные углы, обеспечивая прирост несущей способности крыла (С_yаS) за счет увеличения кривизны профиля, некоторого увеличения площади крыла и за счет щелевого эффекта. Рост несущей способности крыла уменьшает посадочную скорость самолета. На взлете эта механизация отклоняется на меньшие углы, обеспечивая некоторое увеличение несущей способности при незначительном росте сопротивления, в результате чего сокращается длина разбега самолета. Тормозные щитки и гасители подъемной силы обычно отклоняются на пробеге, обеспечивая резкое падение подъемной силы крыла, что позволяет более интенсивно использовать тормоза колес и сокращать длину пробега. На величину посадочной скорости и скорости отрыва они не влияют. Тормозные щитки и гасители подъемной силы также могут использоваться в полете для уменьшения аэродинамического качества и увеличения угла планирования при снижении.

На рисунке цифрами обозначены:
1 - предкрылки, 2 - закрылки, 3 - гасители подъемной силы- интерцепторы, спойлеры, 4 - тормозной щиток, 5- элерон.

Щитки представляют собой отклоняемые вниз поверхности, расположенные в нижней части крыла. В неотклонённом положении щитки вписываются в контур профиля крыла. Угол отклонения до 60°.

отклоняемый выдвижной

Рис. 3.6. Схема крепления щитка.

При отклонении щитка искривляется профиль крыла, происходит отсос воздуха в область пониженного давления за щитком и увеличивает разряжение на верхней поверхности крыла. Одновременно под крылом давление повышается вследствие его затормаживания щитком. В результате ↑С_у и ↑С_х.

Щитки дают возможность увеличить угол планирования, сократить посадочную дистанцию и длину пробега.

Закрылок - это профилированная подвижная хвостовая часть крыла, выдвигающаяся назад - вниз.

Типы закрылков: - однощелевые;

- двухщелевые;

- трёхщелевые раздвижные.

Хорда закрылков составляет 30 - 40 % хорды крыла.

Рис.3. 7. Двухщелевой закрылок.

Повышение коэффициента С_у у крыла происходит вследствии:

- увеличения вогнутости крыла;

- увеличения площади крыла;

- организации безсрывного обтекания крыла.

Так как закрылок отклоняется вниз, то увеличивается вогнутость, одновременно выдвигается назад и увеличивается хорда, а значит, площадь крыла S_KP.

Применение щелевых закрылков создаёт между крылом и закрылком профилированную щель, через которую воздух устремляется из области повышенного давления под крылом в область пониженного давления над крылом. При этом сдувается пограничный слой с верхней стороны закрылка и отсасывание его.

Элементы конструкции закрылка:

- лонжероны, нервюры, стрингеры, обшивка;

- каретки и рельсы;

- винтовые подъёмники, которые служат для перемещения закрылков.

В трёхщелевом закрылке: - дефлектор;

- силовая центральная часть;

- хвостик.

Предкрылки - это профилированный подвижный элемент крыла, расположенный в носовой части крыла по всему размаху, либо на концевых его частях против элеронов (концевой предкрылок).

Предкрылок имеет: эл. обогрев -Ту-154; воздушно-тепловой - Ил-76. Состоит из секций.

Предкрылок обеспечивает возможность реализации прироста С_у^α, даваемого средствами механизации, повышает эффективность элеронов на больших углах атаки α и повышает поперечную устойчивость самолёта (при стреловидных крыльях).

Тип: - отклоняемые носки;

- выдвижные с образованием щели между крылом и предкрылком.

Конструкция: - лонжерон, нервюры, обшивка, рельсы, каретки, винтовые преобразователи.

Рис. 3.8. Предкрылок.

Предкрылки могут управлятся пилотом или автоматически. Предкрылки выдвигаются вперёд и вниз и при этом:

- увеличивается площадь крыла S_kp и кривизна профиля;

- образуется щель и выходящая струя из щели с большой скоростью

прижимает воздушный поток к верхней поверхности крыла Использование предкрылков увеличивает на 40-50% С_{у max} за счёт увеличения критического угла атаки (α_кр.)

Интерцепторы это подвижные части крыла в виде профилированных щитков (пластин), расположенные на верхней поверхности крыла перед закрылками и служащие для управления подъёмной силой.

Интерцепторы (спойлеры), с точки зрения а/д, это гасители подъёмной силы, тормозные щитки, отклоняющиеся вверх симметрично на обеих консолях крыла, вызывая срыв потока, за счёт этого уменьшается подъёмная сила и увеличивается лобовое сопротивление, а в убранном положении утоплены в крыло. В элеронном режиме вверх отклоняется только тот, где отклонился элерон вверх, при этом создаётся крен самолёта, т.е. увеличивается эффективность элеронов.

Рис. 3.9. Интерцептор. Конструкция: Секции из панелей стыкованные кронштейнами. Имеют лонжерон, нервюры, узлы навески.

Интерцепторы применяются в полёте и на земле. В полёте для изменения эшелона полёта, т. ↓H и ↓V. На земле для ↑Х (лобового сопротивления) и как следствие ↓L пробега после приземления.

В настоящее время разработаны энергетические средства механизации крыла, в которых используется сжатый воздух, подаваемый от компрессоров двигателей или специальных вентиляторов.

Улучшение а/д характеристик крыла достигается:

- управлением пограничным слоем за счет отсоса или сдува с верхней поверхности крыла, предкрылков и закрылков через специальные отверстия, щели, пористые поверхности;

- применением струйно-реактивного закрылка – профилированной щели вдоль задней кромки крыла, через которую назад и вниз выбрасывается струя воздуха.

Она эжектирует окружающий воздух, увеличивает скорость обтекания крыла, создает дополнительную силу за счет вертикальной составляющей реактивной тяги воздушной струи.

Рис. 3.10. механизация крыла.

На современных самолётах, как правило, применяется комплексная механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизация крыла, т.е. сочетание различных видов механизации.

Элероны это подвижные части крыла, расположенные у задней кромки крыла на его концах и отклоняемые одновременно в противоположные стороны (один элерон вверх, а другой - вниз) для создания крена самолёта.

Предназначены элероны для управления самолётом относительно его продольной оси ОХ. Управление производится штурвалом пилота.

Требования к элеронам: обеспечение эффективности управления по крену на всех режимах полёта. Это достигается:

- исключением заклинивания элеронов при изгибе крыла в полёте;

- весовой балансировкой элеронов;

- уменьшением шарнирных моментов (за счёт а/д компенсации); уменьшением дополнительного сопротивления в отклонённом и убранном положениях;

- уменьшением момента рыскания при отклонении элеронов;

- применение элерон-интерцепторов;

- применение дифференциально отклоняемых половин стабилизатора. Конструкция элеронов: форма аналогичная крылу и состоит из каркаса и обшивки.

Каркас: лонжерон, стрингера, нервюры, диафрагмы и обшивка.

Органы управления на крыле
На концах крыла в хвостовой его части шарнирно подвешиваются элероны, которые обеспечивают управление и балансировку самолета по крену.

Правый и левый элероны отклоняются в противоположные стороны и за счет разницы в подъемной силе крыльев создают момент крена. У самолетов, имеющих крылья большого удлинения и высокие околозвуковые скорости полета, эффективность элеронов падает из-за проявления аэроупругого явления, получившего название реверс (обратная работа) элеронов. Суть его связана с тем, что изменения подъемной силы, вызванные отклонением элеронов, закручивают крыло и изменяют его угол атаки, что приводит к появлению новых приращений подъемной силы, которые направлены в противоположные по отношению к силам, создаваемым элеронами, сторону. В результате уменьшается кренящий момент самолета, что летчиком ощущается как снижение эффективности элеронов с ростом скорости полета. В конечном счете при определенной скорости полета, называемой критической скоростью реверса, элероны полностью перестают работать, а на более высоких скоростях создают кренящий момент обратного знака. Устранить обратную работу элеронов и уменьшить деформации кручения крыла при их отклонении можно или переносом элеронов с конца крыла в среднюю его часть, или сокращением размеров, прежде всего размаха, элеронов. В том и другом случае эффективность элеронов снижается. Компенсировать падение эффективности можно установкой дополнительных поверхностей управления по крену - интерцепторов. Интерцептор представляет собой щиток, шарнирно закрепленный на верхней поверхности крыла, который дополнительным приводом синхронно с идущим вверх элероном отклоняется также вверх и, вызывая интенсивный срыв потока на крыле, увеличивает кренящий момент самолета. При отклонении элерона вниз интерцептор прижат к крылу и не работает. Такие интерцепторы принято называть элеронными или элерон-интерцепторами. Их не следует путать с тормозными интерцепторами - гасителями подъемной силы, которые отклоняются синхронно на левом и правом крыльях и служат для симметричного срыва подъемной силы, что в полете может использоваться для увеличения крутизны траектории снижения, а на пробеге для увеличения нагрузки на колеса шасси и более интенсивного их торможения.
Описание конструкции элеронов приводится в разделе «Оперение».