Russian English French German Italian Spanish
Фюзеляж вертолета
Прочие
Фюзеляж вертолета

Фюзеляж вертолета

 

Фюзеляж вертолета - корпус летательного аппарата. Фюзеляж вертолета предназначен для размещения экипажа, оборудования и целевой нагрузки. В фюзеляже может размещаться топливо, шасси, двигатели.

В процессе разработки объемной и весовой компоновки вертолета определяются конфигурации фюзеляжа и его геометрические параметры, координаты, величина и характер нагрузок, которые должны восприниматься силовыми элементами. Выбор КСС фюзеляжа является начальным этапом конструирования. Прорабатывается такая силовая схема, которая наиболее полно выполняет предъявляемые заказчиком требования.

фюзеляж вертолета

Основные требования к КСС фюзеляжа:

  • надежность конструкции в период эксплуатации вертолета;

  • обеспечение заданного уровня комфорта в кабинах экипажа и пассажиров;

  • высокая эксплуатационная эффективность;

  • обеспечение безопасного для экипажа и пассажиров объема внутри фюзеляжа и возможность его покидания при аварийной посадке вертолета.

 

Эксплуатационные требования, схема и назначение вертолета также существенно влияют на выбор КСС фюзеляжа. Эти требования следующие:

  • —   максимальное использование внутренних объемов фюзеляжа;
  • —   обеспечение требуемого для экипажа вертолета обзора;
  • —   обеспечение доступа для осмотра и обслуживания всех агрегатов, расположенных в фюзеляже;
  • —   удобное размещение оборудования и грузов;
  • —   удобство погрузки, разгрузки, фиксации груза в кабине;
  • —   легкость ремонта;
  • —   звукоизоляция, вентиляция и отопление помещения для пассажиров и экипажа;
  • —   возможность замены стекол кабины в условиях эксплуатации;
  • —   возможность переоборудования пассажирских кабин путем изменения компоновки помещения, типа кресел и шага их установки.

Фюзеляж вертолета Н-21 цельнометаллический

Фюзеляж вертолета Н-21 цельнометаллический

Для аварийного покидания вертолета пассажирами и экипажем на вертолете предусматриваются аварийные выходы. Двери для пассажиров и экипажа, а также эксплуатационные люки включаются

в число аварийных выходов, если их размеры и расположение отвечают соответствующим требованиям. Аварийные выходы в кабине экипажа располагаются по одному с каждой стороны фюзеляжа либо вместо этого предусматривается один верхний люк и один аварийный выход на любой его стороне. Их размеры и расположение должны обеспечивать быстрое покидание вертолета экипажем. Подобные выходы можно не предусматривать, если экипаж вертолета может воспользоваться аварийными выходами для пассажиров, расположенными вблизи кабины экипажа. Аварийные выходы для пассажиров должны быть прямоугольной формы с радиусом закругления углов не больше 0,1 м.

 

Размеры аварийных выходов для экипажа должны быть не менее:

  • —   480 х 510 мм — для бортовых выходов;

  • —   500 х 510 мм — для верхнего люка прямоугольной формы или диаметром G40 мм — для круглого люка.

фюзеляж вертолета 1

Каждый основной и аварийный выходы должны удовлетворять следующим требованиям:

  • —- иметь подвижную дверь или съемный люк, обеспечивающий свободный выход пассажиров и экипажа;

  • —   легко открываться как изнутри, так и снаружи с помощью не более двух ручек;

  • —   иметь средства для запирания снаружи и изнутри, а также предохранительное устройство, исключающее открытие двери или люка в полете в результате случайных действий. Запирающие устройства делают самоконтрящимися, без съемных ручек и ключей. На вертолете снаружи обозначаются места для вырубания обшивки в случае заклинивания дверей и люков при аварийной посадке вертолета.

Объемы, требуемые для размещения пассажиров и ’транспортируемого груза, являются определяющими при конструировании пассажирской и грузовой кабины фюзеляжа.

 

Внешний вид фюзеляжа и его КОС зависят от назначения вертолета и его схемы:

  • —   вертолет-амфибия должен иметь специальную форму нижней части фюзеляжа, отвечающую требованиям гидродинамики (минимальные нагрузки на вертолет при посадке на воду; минимальную потребную тягу 11В при взлете; отсутствие брызго- образования в зоне обзора летчика и воздухо- заборников двигателей; соответствие требованиям устойчивости и плавучести);

  • —   фюзеляж вертолета-крана представляет собой силовую балку, к которой крепится кабина экипажа, а груз транспортируется на внешней подвеске или в контейнерах, соединенных со стыковыми узлами нижней центральной части фюзеляжа;

  • —   в наиболее распространенной одновинтовой схеме вертолета необходимо иметь силовую консольную балку для крепления РВ.

фюзеляж вертолета 12

Выбор рациональной КСС фюзеляжа осуществляется прежде всего на основании данных весовой статистики, параметрических зависимостей и обобщенных сведений о силовых схемах предшествующих конструкций.

По результатам принятых решений формируются предложения, на основании которых происходит окончательный выбор КСС фюзеляжа. В большинстве случаев, исходя из предъявляемых требований и условий эксплуатации, уже заранее известно, какой тип конструкции применим в том или другом случае, поэтому задача может быть сведена к поиску лучшего варианта в рамках заданного конструктивного типа.

В каркасных конструкциях применяются уже проверенные длительной практикой КСС — это конструкции типа подкрепленных оболочек (балочная схема), ферменные конструкции и их комбинации.

 

Наиболее распространена балочная схема фюзеляжа. Основная причина развития балочных фюзеляжей — стремление конструктора создать прочную и жесткую конструкцию, в которой материал, оптимально распределенный по заданному периметру сечения, рационально применяется при различных нагрузках. В балочной конструкции максимально используется внутренний объем фюзеляжа, обеспечиваются все требования аэродинамики и технологии. Вырезы в обшивке требуют местного усилия, что увеличивает массу фюзеляжа.

Балочные фюзеляжи подразделяются на два типа — лонжеронные и моноблочные.

Схема фюзеляжа существенно видоизменяется при наличии в конструкции вырезов, особенно на их значительной длине. По мере приближения сечений к торцевой части выреза напряжения в обшивке и стрингерах существенно снижаются, усложняются передача крутящего момента и появляются дополнительные напряжения и продольном наборе. Для сохранения прочности панели стрингеры вдоль границы выреза усиливаются, превращаясь в лонжероны. Обшивка и стрингеры полностью включаются в работу лишь сечении, расположенном от торцов выреза на расстоянии, равном примерно ширине выреза. КСС фюзеляжа в подобном случае целесообразно принять лонжеронной.

фюзеляж вертолета 1 233

В лонжеронных конструкциях изгибающий момент воспринимается преимущественно продольными элементами — лонжеронами, а обшивка воспринимает местные нагрузки, перерезывающую силу и крутящий момент.

В моноблочной конструкции обшивка совместно с элементами каркаса воспринимает также нормальные усилия от изгибающих моментов.

Комбинацией указанных силовых схем являются стрингерные фюзеляжи с частично работающей обшивкой, которая выполняется в виде тонкостенной оболочки, подкрепленной стрингерами и шпангоутами. Разновидностью моноблочной КСС является.

Монокок из однородного материала. Предусматривает наличие лишь двух элементов — обшивки и шпангоутов. Все силы и моменты воспринимает обшивка. Такая схема чаще всего применяется для хвостовых балок малых диаметров — D< 400 мм (обшивка, согнутая по цилиндру с малым радиусом, имеет высокую устойчивость при сжатии).

Монокок многослойный. Применение трехслойных панелей е тонкими несущими слоями позволяет повысить как местную, так и общую жесткость частей фюзеляжа с регулярной (без вырезов) зоной. Конструктивное выполнение трехслойиых (слойчатых) панелей весьма разнообразно и зависит от материалов наружного и внутреннего слоя, вида заполнителя, метода соединения обшивок с заполнителем и т.д.

Поверхность фюзеляжа, используемая для перемещения технического персонала при наземном обслуживании соответствующих агрегатов, изготавливают из панелей слойчатой конструкции (повышенной жесткости) с утолщенным наружным несущим слоем с фрикционным покрытием. Эти панели должны быть включены и силовую схему фюзеляжа.

фюзеляж вертолета 1321

Нагрузку от мягких баков с горючим целесообразно воспринимать панелями слойчатой конструкции. Эти панели, обладая большой жесткостью па изгиб, одновременно выполняет роль контейнера бака, и тогда не требуется создавать дополнительную несущую поверхность, опираемую на стрингерный набор нижней части фюзеляжа.

В конструкции планера вертолета КМ успешно внедрены, и эксплуатируются уже на нескольких поколениях вертолетов.

Современные стеклопластики выдерживают конкуренцию с традиционными алюминиевыми сплавами по показателям удельной прочности, но существенно, по крайней мере на 30% уступают им по удельной жесткости. Это обстоятельство явилось тормозом па пути расширения объемов применения стеклопластиков и элементах конструкций.

Органопластики — более легкие по сравнению со стеклопластиками материалы по удельной жесткости не уступают алюминиевым сплавам, а по удельной прочности в 3—4 раза их превосходят. Широкое освоение органопластиков позволило поставить принципиально новую задачу — перейти от создания отдельных деталей из КМ для металлических конструкций к созданию самой конструкции из КМ, к их расширенному применению, а в некоторых случаях — к созданию конструкции с преимущественным применением КМ.

КМ применяются как в обшивках трехслойных панелей оперения, крыла, фюзеляжа, так и в деталях каркаса.

Применение органита вместо стеклопластика позволяет снизить массу планера. В сильно нагруженных агрегатах органопластики наиболее эффективно могут применяться в сочетании с другими долее жесткими материалами, например,• углепластиками.

Конструктивно-технологическая схема фюзеляжа экспериментального вертолета Боинг-360, все силовые элементы которого выполнены из панелей слойчатой конструкции с использованием композиционного материала.

фюзеляж вертолета 1333

Применение тонких обшивок, хорошо подкрепляемых сотовым заполнителем (имеющим небольшую плотность), делает слойчатые конструкции резервом снижения массы фюзеляжа. Высокая удельная прочность и стойкость к вибрационным и акустическим нагрузкам определяют рост применения подобных конструкций в качестве силовых элементов фюзеляжа.

Потенциальные достоинства трехслойных конструкций могут быть реализованы только в том случае, если производство организовано на высоком техническом уровне. Вопросы конструирования, прочности и технологии этих конструкций так тесно взаимоувязаны, что конструктор не может не уделить большое внимание технологическим вопросам.

Длительная прочность клееных соединений и герметичность сотовых агрегатов (от попадания влаги) — это главное, что должно быть обеспечено конструктивно-технологической разработкой.

 

К технологическим задачам относятся:

  • —   выбор марки клея, обеспечивающего необходимую прочность при приемлемом привесе;
  • —   возможность контроля технологических режимов на всех стадиях изготовления агрегатов;
  • —   обеспечение заданной степени совпадения контуров сопрягаемых деталей (главным образом сотоблока и каркаса);
  • —   применение надежных методов контроля с замером прочности склейки;
  • —   выбор способа дополнительной герметизации;
  • —   введение сот без перфорации.

Фюзеляж вертолета 111

Ферменный фюзеляж. В фюзеляже ферменной схемы  силовыми элементами являются лонжероны (пояса фермы), стойки и раскосы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Обшивка воспринимает внешние аэродинамические нагрузки и передает их на ферму. Ферма воспринимает все виды нагрузки: изгибающие и крутящие моменты и перерезывающие силы. В связи с тем, что обшивка не включается в силовую схему фюзеляжа, вырезы в ней не требуют значительных усилений. Наличие стержней в ферменной конструкции затрудняет использование внутреннего объема фюзеляжа, размещение агрегатов и оборудования, их монтаж демонтаж. 

фюзеляж вертолета Ми-1

Устранение резонансных колебаний многочисленных стержней — задача сложная. Ферменная конструкция затрудняет выполнение аэродинамических требований к форме фюзеляжа и жесткости обшивки. В этой конструкции трудно применить прогрессивную технологию сварки узлов со сложной конфигурацией сварного шва. Термообработка фермы больших размеров после сварки связана с определенными проблемами. Перечисленные основные недостатки ферменной конструкции являются причиной их ограниченного.

КСС пола кабины определяется назначением вертолета. В транспортном вертолете для перевозки колесного транспорта грузовой пол необходимо подкреплять продольными балками, размещенными таким образом, чтобы нагрузки от колес воспринимались непосредственно данными силовыми элементами. Для фиксации колесного транспорта в полу устанавливают узлы для крепления расчалочных тросов в месте пересечения продольного (стрингера) и поперечного (шпангоута) элементов каркаса. Для погрузки и разгрузки контейнеров используются монорельсы, установленные на потолке кабины. Груз на тросах крепится к тележке, укрепленной к монорельсу, и перемещается по нему до заданного места в кабине. Монорельсы целесообразно включать в силовую схему фюзеляжа. В грузовой кабине также устанавливаются швартовочные узлы с требуемым интервалом под соответствующие грузы.

Для удобства погрузки и разгрузки габаритных грузов следует механизировать грузовой трап (рампу) так, чтобы он мог останавливаться и стопориться в любом положении, а также чтобы обеспечивалась возможность транспортировки грузов на открытом заднем трапе.

Силовые элементы фюзеляжа в основном изготавливаются из алюминиевых сплавов. В местах, подвергающихся нагреву, применяется титан и нержавеющая сталь. Обтекатели силовой установки и хвостовой трансмиссии (расположенные сверху хвостовой балки) рационально выполнять из стеклопластика, усиленного армированными ребрами жесткости.

 

При формировании КСС каркасного агрегата необходимо учитывать следующие основные положения:

  • —   расстояние между силовыми поперечными элементами и размещение их на агрегате определяется местом приложения сосредоточенных сил, нормальных к оси агрегата;

  • —   все сосредоточенные силы, приложенные к элементам каркаса, должны быть переданы и распределены на обшивку, через которую они обычно и уравновешиваются другими силами;

  • —   сосредоточенные силы должны восприниматься элементами каркаса, направленными параллельно силе, — через стрингеры и лонжероны, а силы, действующие поперек данных агрегатов, — соответственно шпангоутами или нервюрами;

  • —   сосредоточенные силы, направленные под углом к оси агрегата, должны передаваться на обшивку через продольные и поперечные силовые элементы. Вектор силы должен проходить через точку пересечения осей жесткости данных элементов;

  • —   вырезы в каркасном агрегате должны иметь по своему периметру компенсаторы в виде усиленных поясов продольных и поперечных элементов. 

Фюзеляж вертолета 222

Наличие вырезов  силовой конструкции фюзеляжа, резкие переходы от одной конфигурации к другой и зоны приложения больших сосредоточенных сил (т. и. «нерегулярные зоны») оказывают существенное влияние на распределение и характер силового потока напряжений, который подобен полю скорости жидкости в области местных сопротивлений.

Концентрация напряжений в элементах конструкции фюзеляжа, амплитуда и частота переменных напряжений являются определяющими параметрами при решении очень важной проблемы создания высокоресурсного фюзеляжа.

 

Решать задачу, связанную с конструированием фюзеляжа, можно следующими способами:

  • —   разрабатывать КСС с учетом анализа характера и места приложения внешних сил и эксплуатационных требований, определяющих всякого рода вырезы (их размеры, места расположения на фюзеляже);

  • —   применять тонкую (без моментную) обшивку, которая может терять устойчивость при кратковременных больших нагрузках без остаточной деформации;

  • —   на основе достаточного опыта производства и эксплуатации широко внедрять в практику конструирования каркасных агрегатов элементы, выполненных из КМ.

Окончательное формирование КСС фюзеляжа минимальной массы с заданным ресурсом осуществляется па основании анализа результатов экспериментальных исследований натурного каркаса на расчетные случаи нагружения силовых элементов с полной имитацией прилагаемых к фюзеляжу сил и моментов.

Комментарии

CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.
.

Лучшее в мире авиации

АОПА-Россия
Сообщение в блоге
Авторские статьи
наверх