Что такое шпангоут в самолете

шпангоут

шпанго́ут (голл. spanthout, от spant — балка, ребро и hout — дерево) — основной поперечный элемент силового набора летательного аппарата; обеспечивает форму и жёсткость сечения и передаёт местные сосредоточенные нагрузки на оболочку или другие силовые элементы. Обычно устанавливается перпендикулярно к оси агрегата летательного аппарата или под углом действия сосредоточенной нагрузки, имеет, как правило, форму, соответствующую форме оболочки. Различают Ш. типовые (обеспечивают жёсткость контура) и силовые (служат для передачи сосредоточенных нагрузок). Типовые Ш. подразделяются на подкрепляющие (обшивка крепится только к стрингеру) и распределяющие (обшивка крепится к шпангоуту и стрингеру); выполняются в виде гнутого обода, соответствующего контуру оболочки. Силовые Ш. бывают стеночные, форменные, рамные, в виде подковообразных балок и т. д.; размещаются по краям вырезов в обшивке (под двери, люки и т. д.), в местах крепления крыла, шасси, силовой установки, оперения, по торцам грузоотсеков и т. п. Сдвоенные Ш., используемые по разъёмам агрегатов, называются стыковыми; Ш., устанавливаемые на части длины контура оболочки, называются полушпангоутами. Шаг Ш. выбирается на основе расчёта общей жёсткости оболочки. В местах пристыковки основных агрегатов силовой установки, крыла, шасси и оперения шаг Ш. может нарушаться (в этом случае он определяется расстояниями между узлами крепления стыкуемых агрегатов).

Силовая схема Ш. выбирается из условий его нагружения и общей компоновки агрегата. При действии больших сосредоточенных нагрузок в плоскости Ш. предпочтительна схема стеночного Ш. При наличии во внутреннем объёме фюзеляжа силовой установки, грузовой или пассажирской кабины высота Ш. ограничена их размерами, и Ш. может быть выполнен в виде кольца или подковы, работающих, как правило, на изгиб. В гермокабинах высокоресурсных пассажирских самолётов Ш. обеспечивает сохранение формы оболочки и воспринимает часть растягивающей нагрузки от внутреннего избыточного давления.

Полезное

Смотреть что такое «шпангоут» в других словарях:

ШПАНГОУТ — (Frame, rib) 1. Поперечное ребро корпуса судна, придающее последнему поперечную прочность. Ш. называют также поперечное сечение судна, напр. говорят, что такая то систерна расположена между такими то шпангоутами. 2. Поперечное рейковое крепление… … Морской словарь

ШПАНГОУТ — (гол. spangout). Брусья, ребра, составляющие корпус всякого корабля. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ШПАНГОУТ кол spangout. Брусья, составляющие кузов корабля. Объяснение 25000 иностранных слов,… … Словарь иностранных слов русского языка

шпангоут — мидель шпангоут, фашенпис, ребро, основа Словарь русских синонимов. шпангоут сущ., кол во синонимов: 5 • мидель шпангоут (1) • … Словарь синонимов

ШПАНГОУТ — ШПАНГОУТ, шпангоута, муж. (голланд. spanhout) (мор., авиац.). Поперечный брус в остове судна или дирижабля, являющийся основой для обшивки или оболочки. || собир. Совокупность таких брусьев. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ШПАНГОУТ — ШПАНГОУТ, а, муж., также собир. (спец.). Ребро корпуса судна, дирижабля или фюзеляжа самолёта, служащее основой для обшивки. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

ШПАНГОУТ — муж., мор. ребро судна, опруга. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

Шпангоут — (голл. spanthout, от spant балка, ребро и hout дерево) основной поперечный элемент силового набора ЛА; обеспечивает форму и жёсткость сечения и передаёт местные сосредоточенные нагрузки на оболочку или др. силовые элементы. Обычно устанавливается … Энциклопедия техники

ШПАНГОУТ — (1) ребро жёсткости наружной обшивки корпуса корабля (судна) или фюзеляжа летательного аппарата, расположенное в поперечной плоскости. Различают Ш.: нормальный (рядовой), силовой и герметичный. Последний отделяет герметичную часть фюзеляжа от… … Большая политехническая энциклопедия

Шпангоут — (нидерл. spanthout, от spa … Википедия

ШПАНГОУТ — Происхождение: гол. spanthout, от spant ребро и hout дерево криволинейная поперечная балка корпуса судна, подкрепляющая наружную обшивку и обеспечивающая прочность и устойчивость бортов и днища. На современных морских судах Шпангоутом принято… … Морской энциклопедический справочник

Источник

Конструкция фюзеляжа самолета

Назначение фюзеляжа самолета и требования предъявляемые к нему.

Конструктивно-силовые схемы фюзеляжей

Фюзеляж предназначен для размещения пассажиров, экипажа, их багажа, а также большого

количество грузов, если самолет грузопассажирский.

У современных самолётов лобовое сопротивление фюзеляжа составляет 20-40% от общего

сопротивления самолета. Для уменьшения лобового сопротивления габаритные размеры

должны быть малыми, а форма удобообтекаемая.

Фюзеляж характеризуется размерами, формой поперечного сечения, видом сбоку и удлинением.

Основные преимущества ферменных фюзеляжей перед балочны­ми— простота изготовления, удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного на фюзеляже. К недостаткам относят несовершенство аэродинамических форм, малую жесткость, малый срок службы, невозможность полностью использовать внутренний объем для размещения грузов. В настоящее время ферменные кон­струкции применяют редко и в основном на легких самолетах.

Балочные фюзеляжи представляют собой балку обычно оваль­ного или круглого сечения, в которой на изгиб и кручение работают подкрепленная обшивка и элементы каркаса. Встречаются три раз­новидности балочных фюзеляжей: лонжеронно-балочный, стрингерно-балочный (полумонокок), скорлупно-балочный (монокок). Балочные конструкции фюзеляжей выгоднее ферменных, так как силовая часть у них образует обтекаемую поверхность, причем силовые элементы размещают по периферии, оставляя внутреннюю полость свободной. Это позволяет получить меньший мидель. Жест­кая работающая обшивка создает гладкую неискажаемую поверх­ность, уменьшающую лобовое сопротивление. Балочные фюзеляжи легче ферменных.

Конструкция фюзеляжа.

Каркас лонжеронно-балочного фюзеляжа образуют лонжероны, стрингеры и шпангоуты. Каркас обшит дюралюминиевыми листами (обшивкой).

Каркас стрингерно-балочного фюзеляжа (рис. 7.5) состоит из часто поставленных стрингеров и шпангоутов, к которым крепятся металлическая обшивка большей, чем у лонжеронно-балочных фюзеляжей, толщины.

Скорлупно-балочный фюзеляж (рис. 7.6) не имеет элементов продольного набора и состоит из толстой обшивки 1, подкреплен­ной шпангоутами 2.

В настоящее время преобладающим типом фюзеляжей являет­ся стрингерно-балочный.

Стрингеры — это элементы продольного набора каркаса фюзе­ляжа, которые связывают между собой элементы поперечного набора — шпангоуты. Стрингеры воспринимают главным образом продольные силы и подкрепляют жесткую обшивку. По конструк­тивным формам стрингеры фюзеляжа подобны стрингерам крыла. Расстояние между ними зависит от толщины обшивки и колеблется в пределах 80—250 мм. Размеры сечения стрингеров изменяются как по периметру контура, так и по длине фюзеляжа в зависимости от характера и нагрузки на каркас фюзеляжа.

Лонжероны — это также элементы продольного набора каркаса фюзеляжа, которые, работая на сжатие —растяжение, восприни­мают (частично) моменты, изгибающие фюзеляж. Как видно по задачам и условию работы, лонжероны фюзеляжа подобны стрин­герам. Конструктивное выполнение лонжеронов чрезвычайно раз­нообразно. Они представляют собой гнутые или прессованные про­фили различных сечений, на самолетах большой грузоподъемности их склепывают из нескольких профилей и листовых элементов.

Шпангоуты — элементы поперечного набора фюзеляжа, они придают ему заданную форму поперечного сечения, обеспечивают поперечную жесткость, а также воспринимают местные нагрузки. В ряде случаев к шпангоутам крепятся перегородки, разделяющие фюзеляж на отсеки и кабины.

Шпангоуты разделяют на нормальные и силовые. Силовые шпангоуты устанавливают в местах приложения сосредоточенных нагрузок, например в местах крепления крыла к фюзеляжу, стоек шасси, частей оперения.

Нормальные шпангоуты (рис. 7.7) собирают из дуг, штампован­ных из металлического листа. Сечение нормальных шпангоутов чаще всего швеллерное, иногда Z-образное и реже тавровое. Сило­вые шпангоуты склепывают из отдельных профилей и листовых элементов. Иногда их изготавливают на мощных прессах из алюминиевого сплава. Расстояние между шпангоутами обычно колеблется в пределах от 200—650 мм. Обшивка выполняется из листов дюралюминия или титана раз­личной толщины от 0,8 до 3,5 мм и крепятся к элементам каркаса заклепками либо приклеивается. Листы обшивки соединяют между собой по стрингерам и шпангоутам либо встык, либо внахлёст.

Вырезы в обшивке фюзеляжа балочного типа резко уменьшают прочность конструкции. Поэтому для сохранения необходимой прочности обшивку у вырезов подкрепляют усиленными стрингера­ми и шпангоутами. Небольшие вырезы подкрепляют усиленными стрингера­ми и шпангоутами

Рис. 7.7. Нормальные кольцевые шпангоуты, отштампованные из листового материала швеллерного(а) или Z-образного (б) сечений: / — шпангоут; 2 — стрингер; 3 — обшивка; 4 — уголок

Рис. 7.8. Технологические разъемы фюзеляжа: 1, 2, 3—носовая, центральная и хвостовая части

Окна пассажирской кабины делают прямоугольной или круг­лой формы, как правило,

они име­ют двойные стекла. Очень часто в герметических кабинах нагрузку от избыточного давления в кабине воспринимает внутреннее стек­ло, а при его разрушении наружное. Межстекольное пространство через осушительную систему, предотвращающую стекла от запоте­вания и замерзания, связано с полостью герметической кабины. Стекла уплотняют с помощью мягкой морозоустойчивой резины, иногда невысыхающей замазкой.

ЛЕКЦИЯ № 8

Конструкция и работа шасси

Схемы шасси. Основные параметры шасси.

Для обеспечения необходимой устойчивости и маневренности самолета во время движения его по взлетно-посадочной полосе (ВПП) опорные точки шасси должны быть размещены на опреде­ленном расстоянии друг от друга и от центра тяжести самолета.

Для устойчивого положения самолета на земле необходимы минимум три опоры. В зависимости от расположения опор относи­тельно центра тяжести самолета различают следующие основные схемы (рис. 10.1): с хвостовой опорой, с передней опорой и вело­сипедное шасси. У шасси с хвостовой опорой основные опоры рас­положены впереди центра тяжести самолета симметрично относи­тельно его продольной оси, а хвостовая опора позади центра тяжести.

У самолета, оснащенного шасси с передней опорой, основные опоры расположены позади центра тяжести самолета симметрично относительно его продольной оси, передняя опора расположена в плоскости симметрии самолета впереди центра тяжести.

У самолетов с шасси велосипедного типа центр тяжести находит­ся примерно на равном расстоянии от колес или колесных тележек, которые располагаются в продольной плоскости самолета одно по­зади другого. Боковые опоры, расположенные на концах крыла, ударную нагрузку при посадке и взлете не воспринимают. Боковые опоры поддерживают крыло при кренах самолета во время сто­янки и рулении по аэродрому. Шасси велосипедного типа применя­ют на самолетах с тонким профилем крыла (шасси убирается в фюзеляж, а небольшие боковые опоры в крыло).

в)

Наиболее широко распространено на современных самолетах шасси с передней опорой, что объясняется следующими преиму­ществами:

возможностью приземления на большей скорости по сравнению с самолетом, имеющим шасси с хвостовой опорой, так как при этом носовая стойка предохраняет самолет от «капота» (заваливания на нос), более энергично тормозятся колеса, предотвращается и «козление» самолета (центр тяжести располагается впереди основ­ных колес) и при приземлении на основные колеса угол атаки и коэффициент С_у крыла уменьшаются;

хорошей путевой устойчивостью при пробеге и разбеге; горизонтальным положением оси фюзеляжа обеспечивается хо­роший обзор экипажу, создаются

удобства для пассажиров, об­легчается загрузка самолета, реактивные двигатели размещаются горизонтально и газовая струя не разрушает покрытия аэродрома.

Но схема шасси с передним колесом не лишена недостатков: сло­жность передвижения по мягкому и вязкому грунту, так как зары­вается» переднее колесо, большая опасность при посадке с пов­режденной передней опорой, большая масса конструкции, труд­ность обеспечения значительного объема в передней части фюзе­ляжа для уборки колеса.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАССИ

Для обеспечения необходимой устойчивости и маневренности самолета во время движения его по взлетно-посадочной полосе (ВПП) опорные точки шасси должны быть размещены на опреде­ленном расстоянии друг от друга и от центра тяжести самолета.

Основные величины, характеризующие расположение опорных то­чек самолетов, следующие: колея, база, высота шасси, угол сто­янки н угол выноса основных колес относительно вертикали само­лета (рис. 8.2).

Колея шасси b, т. е. расстояние между центрами площадей кон­тактов основных колес с землей определяет поперечную устойчи­вость самолета и легкость маневрирования его по земле. Чем ши­ре колея, тем меньше возможность опрокидывания самоле­та на крыло и тем лучше управление самолета на земле с помощью тормозов. Однако устойчивость пути при этом ухудшается, так как самолет становится более чувствительным ко всяким неровностям аэродрома. При недостаточно широкой колее самолет при взлете и посадке с креном может коснуться концом крыла земли. У сов­ременных самолетов колея шасси обычно составляет 0,15—0,35 размаха крыла, а колея самолетов с небольшим удлинением крыла (λ = n_э f Rост ; Rр.пер=n_э f Rпер.

Источник

Фюзеляж самолета

Под термином «фюзеляж» принято понимать корпус самолета. Именно к фюзеляжу летательного аппарата крепится оперение, крылья и в некоторых моделях шасси. Основным предназначением фюзеляжа является размещение экипажа, груза, пассажиров и оборудования. В фюзеляже самолета могут быть размещены топливные баки, силовая установка и шасси.

Фюзеляж выступает телом каждого самолета. В нем размещается кабина пилотов, баки с топливом, в зависимости от типа самолета могут также быть оборудованы: багажные отделения, салон с креслами пассажиров и т.д. Схема корпуса самолета состоит из поперечных, продольных элементов и обшивки. Поперечные элементы силовой конструкции корпуса представлены шпангоутами, а продольные системой – стрингерами и лонжеронами. Что касается обшивки, то она изготовляется из металлических листов, для снижения массы и повышения прочности широко используют дюралюминий.

Современное авиастроение использует балочный и ферменный тип фюзеляжа. Ранее создавались летательные аппараты с бескаркасным – моноковым фюзеляжем. Впервые такой самолет был создан еще в 1910 году. Особенностью было использование гнутых трубчатых колец, к которым крепилась изогнутая фанера.

Общие сведения о фюзеляжах самолетов

Фюзеляж выступает строительной основой каждого летательного аппарата, он позволяет соединить в единое целое все составляющие части. Каждый тип самолета выдвигает свои требования к характеристикам корпуса, при этом нужно сохранить аэродинамику, необходимую форму и максимально снизить массу, не теряя прочности конструкции. Все это достигается за счет:

Выбора форм и параметров строения фюзеляжа, за счет которого можно достичь минимального лобового сопротивления при полете. Подобрать полезный объем и определиться с общими габаритами корпуса.

Корпус должен создавать подъемную силу агрегата до 40% в интегральных схемах летательного аппарата. Это позволяет снизить массу и площадь крыльев.

Повышение плотности общей компоновки позволяет рационально использовать внутренний объем и размещение грузов возле центра тяжести. Размещение грузов возле центра массы позволяет достичь лучших летных характеристик самолета. Сужение диапазонов центровки аппарата при различных вариантах расположения топлива, боеприпасов и их расходование в процессе полета должно обеспечивать стабильность машины.

Продуманная силовая схема компоновки всего самолета. При этом нужно обеспечить качественное крепление оперения, силовой установки, крыльев, шасси.

При обслуживании самолета должен быть продуман удобный подход к каждому агрегату. Удобный выход пассажиров и экипажа, выброс десантных групп, погрузка и разгрузка, швартовка машины. Фюзеляж должен обеспечить жизненные условия для пилотов и пассажиров, а именно: нормальное давление, звукоизоляция и теплоизоляция. Для пилотов самолета должен быть отличный обзор. В аварийных ситуациях продумано покидание машины.

Нагрузки, воздействующие на фюзеляж при посадке:

Силы от присоединенных частей и деталей самолета, таких как шасси, крылья, оперение, силовые установки.

Инерционные силы узлов, агрегатов, оборудования, общая масса конструкции.

Силы аэродинамики, которые воздействуют на весь корпус в полете.

Избыточное давление в герметичных отсеках, салонах, кабине и каналах воздухозаборников.

Все эти виды нагрузок учитываются с помощью принципа Д’Аламбера, это позволяет привести все силы в равновесие.

В строительной механике корпус аппарата принято рассматривать как балку коробчатого типа, которая закреплена на крыле и получает все виды нагрузок, перечисленные выше. Данный тип фюзеляжа принято называть балочным. На каждую часть сечения фюзеляжа воздействует крутящий и изгибающий момент. На герметичные отсеки дополнительно действует избыточное давление внутренней части.

Основные виды фюзеляжей самолетов:

Внешний облик и формы фюзеляжа

Наиболее выгодной формой корпуса самолета выступает осесимметричное тело вращения, которое имеет плавное сужение к хвостовой и носовой части. Это позволяет минимизировать площадь при заданных габаритах конструкции. Соответственно снижается общая масса обшивки и минимизируется трение фюзеляжа при сопротивлении в полете.

Сечение круглой формы тела вращения наиболее выгодно по массе при воздействии внутреннего давления гермокабин. При создании и компоновке летательных аппаратов конструкторы отступают от подобной идеальной формы. Плавность обвода нарушают фонари кабины пилотов, антенны БРЭО, воздухозаборники, при этом растет масса корпуса и сопротивление конструкции в полете. В большинстве случаев форма сечения фюзеляжа самолета зависит от большого количества факторов.

Силовая схема конструкции фюзеляжа

Все нагрузки и воздействующие силы на корпус снижаются за счет снижения веса аппарата. Тонкостенная обшивка летательного аппарата изнутри имеет силовой каркас, который позволяет противостоять всем воздействиям. Силовой каркас машины позволяет удовлетворить все требования компоновки, простоты, надежности и живучести фюзеляжа при эксплуатации.

Ранее более распространенными были ферменные типы фюзеляжа, но они значительно проигрывают балочному типу. Нужно отметить, что ферма значительно затрудняет компоновку и расположение грузов в корпусе. В современном авиастроении ферменный тип фюзеляжа используется только на небольших и тихоходных самолетах. В силу этого ферменный тип является невостребованным.

Современные фюзеляжи балочного типа подразделяют на такие разновидности:

Балочный фюзеляж состоит из набора продольных стрингеров и лонжеронов. Стоит отметить, что основным отличием является большее поперечное сечение и площадь лонжерона. Что касается стрингеров, то они имеют немного другую форму и меньшее сечение. Обшивочная часть корпуса не имеет продольных элементов. Корпус имеет и поперечный набор, который представлен набором шпангоутов. Они позволяют сохранить форму конструкции и распределить нагрузку по всему фюзеляжу. В местах крепления больших деталей и узлов, таких как крылья, используется усиленный тип шпангоутов.

За счет внутреннего каркаса обшивки стало возможным распределение нагрузок более равномерно по всей поверхности фюзеляжа. В свою очередь внешние силы приносят минимальный урон целостности самолета.

Силовой набор фюзеляжа

Как правило, продольные части каркаса, такие как стрингеры и лонжероны, проходят через всю длину летательного аппарата. Они представлены как гнутый профиль с разным сечением среза. Основной задачей стрингера является распределение нагрузок. Что касается лонжеронов, то они обеспечивают общую жесткость конструкции.

Поперечные детали каркаса состоят из простых и усиленных шпангоутов. Они позволяют сохранить форму фюзеляжа при внешних и внутренних воздействиях. Усиленные шпангоуты устанавливают возле больших вырезов в корпусе или в месте крепления узлов.

Обшивка летательных аппаратов изготовляется из листового металла, который и формирует поверхности фюзеляжа. Обшивка самолета крепится к силовому каркасу. Стыки листов обшивки расположены на поперечных и продольных частях силового каркаса. В современном авиастроении для снижения массы летательных аппаратов все больше используют композиционные материалы.

Соединение обшивки с элементами силового каркаса

В авиастроении выделяют три основных способа крепления:

Листы обшивки прикрепляются к стрингерам. В этом случае на корпусе образуются продольные швы из заклепок. Данный тип крепления значительно повышает аэродинамические свойства машины.

Листы обшивки крепятся исключительно к шпангоутам. Подобный вариант крепления влечет за собой увеличение общей массы конструкции и значительное снижение устойчивости самолета. Проблемы решаются путем использования дополнительных накладок, которые называются компенсаторами.

Листы обшивки прикреплены к шпангоутам и стрингерам. Этот тип обеспечивает крепление к продольным и поперечным деталям силового каркаса.

В большинстве случаев обшивка крепится к каркасу заклепками. В последнее время некоторые конструкторы используют шестиугольные металлические материалы, которые имеют внутри специальный клей. Такое крепление отлично противостоит деформационным процессам и передает нагрузки на всю поверхность фюзеляжа.

Крепление основных агрегатов к фюзеляжу самолета

Крепление крыльев

Особенность соединения крыла и корпуса заключается в уравновешивании моментов изгиба крыльевых консолей в месте крепления. Наиболее эффективным уравновешиванием является соединение между собой крыльев через фюзеляж. В лонжеронных крыльях это сделать довольно просто, стоит только пустить через корпус от одного крыла лонжерон к другому крылу.

Что касается кессонных крыльев, то через фюзеляж пускают все силовые панели. В случае когда пропуск через корпус невозможен, используют замыкание колебаний на силовых шпангоутах. К силовым шпангоутам так часто крепятся и бортовые нервюры от крыла.

Крепление киля

Крепление киля, так же как и крыла, требует передачи изгибающего момента на корпус. Для получения этого используется рамный или сеточный силовой шпангоут. В большинстве случаев используется крепление лонжеронов в двух точках, которые разнесены по силовому шпангоуту. В точке, где пересекается лонжерон со шпангоутом, лонжерон киля имеет излом, именно здесь необходимо усиление конструкции с помощью дополнительной нервюры.

Силовые установки могут крепиться как к самому силовому каркасу, так и к пилонам на крыльях.

Гермоотсеки в самолете

За счет наличия герметических кабин и отсеков современные самолеты имеют возможность летать и перевозить пассажиров на очень больших высотах. При этом в кабинах создается особый микроклимат с избыточным давлением в 45-60 КПа. Гермоотсеки могут иметь различную форму, но наиболее рациональной считается сферическая или цилиндрическая.

Стык сферического сегмента с гермоотсеком цилиндрической формы должен быть усилен шпангоутом, поскольку здесь возникают очень высокие сжимающие нагрузки.

В конструкции отсеков должна быть обеспечена отличная герметизация по швам заклепок и других соединений. Для абсолютной герметизации швов используют специальные ленты, которые пропитываются герметиком. Кроме этого, швы промазывают жидким герметиком с дальнейшей горячей сушкой. Также небольшой шаг между заклепками позволяет повысить надежность обшивки и герметизации отсеков.

Конструкторы отдельное внимание уделяют герметизации люков, дверей, фонарей, окон. Для этого используют специальные прокладки, ленты и жгуты.

Источник