ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ФЮЗЕЛЯЖА И БИМС
FUSELAGE CENTRAL PART AND BEAM

Заявляемая группа изобретений относится к области авиационной техники, а именно к устройству центральных частей фюзеляжей пассажирских и транспортных самолетов и устройству бимса центральной части фюзеляжа - продольной балки, предназначенной для компенсации выреза фюзеляжа под нишу основных опор шасси. В центральных частях фюзеляжей современных пассажирских и транспортных самолетов, как правило, размещается центроплан крыла, ниша основных опор шасси, бортовое оборудование самолета, что требует наличия в конструкции центральной части фюзеляжа значительных по размерам вырезов и значительных 'внутренних объемов для размещения бортового оборудования и основных опор шасси, а также наличия силовых элементов для восприятия разнообразных сосредоточенных силовых нагрузок. Такая сложная компоновочная структура центральной части фюзеляжа пассажирских и транспортных самолетов требует решения задачи по оптимизации конструкции центральной части фюзеляжа с целью снижения ее массы.
Из заявки на изобретение WO 2008/043940 (МПК В64С 1/00, заявл. 4.10.2007 г., опубл. 17.04.2008 г.) известна центральная часть фюзеляжа цилиндрообразной формы (фиг.1, 2 материалов патента), которая включает центропланную часть крыла и нишу основных опор шасси. Отсутствие подфюзеляжного обтекателя в этом решении не дает возможности разместить в фюзеляже бортовое оборудование большого объема.
7
Из патента США 6889939 (НКИ 244/131, МПК В64С 1/06, заявл. 7.03.2003, опубл. 11.09.2003 г.) известна центральная часть фюзеляжа (см. фиг.1, 2 материалов патента), который включает подфюзеляжный обтекатель. Кроме того, в центральной части фюзеляжа размещена центропланная часть крыла. Подфюзеляжный обтекатель содержит обшивку, подкрепленную поперечным силовым набором.
Из патента США 4674712 (НКИ 244/119, МПК В64С 1/00, заявл. 22.01.1985 г., опубл. 23.06.1987 г.) известна центральная часть фюзеляжа самолета с нишей основных опор шасси (см. фиг.10, 11 материалов патента). Для компенсации выреза ниши основных опор шасси центральная часть фюзеляжа содержит бимс - продольную балку. В поперечном сечении бимс образован стенкой, в верхней части соединенной с каркасом пола пассажирского салона, а в нижней части соединенной с двумя полками, отогнутыми от горизонтали вниз на небольшой угол.
7
Из заявки WO 2006/05550 (МПК В64С 1/00, заявл. 8.07.2004 г., опубл. 19.01.2006 г.) известна центральная часть фюзеляжа самолета, содержащая обшивку со шпангоутами, центропланную часть крыла, нишу основных опор шасси, подфюзеляжный обтекатель, снабженный поперечным силовым набором, продольную силовую балку.
7
Из уровня техники известен патент РФ 2196073 С2 (МПК В64С 1/06, опубл. 10.01.2003), в котором раскрывается отсек гидросамолета, который содержит нишу шасси носового колеса, входную дверь, расположенную по левому борту лодки, и загрузочный люк с крышкой по правому борту. Отсек включает обшивку, подкрепленную силовым набором, включающим стрингера, скулы, киль, силовые шпангоуты. Бимс шпангоута является передним силовым ободом окантовки проема загрузочного люка и передним силовым ободом окантовки проема входной двери. Силовой шпангоут является задней стенкой ниши шасси, а его бимс является задним силовым ободом окантовки проема загрузочного люка. Устройство бимса ориентировано на использование в конструкции гидросамолетов.
Известно решение центральной части фюзеляжа самолета (см. авторское свидетельство СССР №1338250, МПК В64С 1/06, заявл. 15.08.1985 г.), включающее отсеки с вырезами под люки для основных опор шасси. Центральная часть фюзеляжа в соответствии с этим решением содержит обшивку со шпангоутами, центроплан, нишу основных опор шасси и два бимса. Центральная часть фюзеляжа выполнена цилиндрообразной формы. Дополнительно центральная часть фюзеляжа этого решения снабжена обтекателями крыло-фюзеляж. Это решение рассчитано на использование в самолетах большой пассажировместимости. При этом центральная часть фюзеляжа содержит левую, центральную и правую основные опоры шасси. Два бимса этого решения, размещенные симметрично относительно плоскости симметрии самолета, условно делят нишу основных опор шасси на три отсека, каждый из которых предназначен для одной опоры. Каждый из бимсов этого решения состоит из трех секций: носовой, средней и хвостовой. Средние секции бимсов перекрывают нишу основных опор шасси, а носовые и хвостовые секции расположены за границей выреза ниши основных опор шасси. Средние секции бимсов соединены с периферийными секциями кронштейнами или фитингами. Периферийные секции бимсов соединены с обшивкой и шпангоутами фюзеляжа, средние секции бимсов соединены со шпангоутами и с центропланом. Средние секции бимсов в зоне ниши основных опор шасси соединены с балками пола фюзеляжа внутренними продольными балками, расположенными вертикально, и наклонными тягами. Бимсы этого решения выполнены закрытого коробчатого профиля, образованного боковыми балками и верхней перемычкой, соединенной с боковыми балками. Замыкает коробчатое сечение бимсов обшивка фюзеляжа, которая используется в качестве нижней перемычки бимсов. Боковые балки бимсов вертикальными продольными балками и тягами соединены с балками пола фюзеляжа. Кроме этого, бимс содержит размещенные снаружи него средства, обеспечивающие восприятие сосредоточенных внешних силовых нагрузок.
Недостатком этого решения является большая масса конструкции центральной части фюзеляжа и конструктивная сложность изготовления бимсов. Кроме того, рассмотренное решение ориентировано на использовании в конструкции самолетов большой пассажировместимости с тремя основными опорами шасси.
Из уровня техники известна конструкция бимса (см. Житомирский Г.И. «Конструкция самолетов» 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2005 г, стр.211, рис.6.17), поперечное сечение которого выполнено закрытой формы в виде треугольника. При этом бимс образован тремя продольными уголковыми профилями, соединенными боковой стенкой и верхней перемычкой. В этом решении в качестве второй боковой стенки использована обшивка фюзеляжа. При небольших затратах массы данная конструкция обеспечивает необходимую жесткость бимсов, окантовывающих большой вырез. Два бимса в соответствии с этим решением могут быть использованы для окантовки выреза под нишу основных опор шасси с размещением бимсов симметрично относительно плоскости симметрии самолета. Использование в этом решении в качестве одной из стенок бимса обшивки не дает возможности использовать это решение в конструкции центральной части фюзеляжа, в которой значительная часть бимса должна быть расположена на удалении от обшивки центральной части фюзеляжа.
Из авторского свидетельства СССР №1338250 (МПК В64С 1/06, заявл. 15.08.1985 г.) известно устройство бимса закрытого коробчатого профиля в поперечном сечении. Два бимса этого решения включены в центральную часть фюзеляжа летательного аппарата с вырезом под люки для основных опор шасси. Бимсы размещены симметрично от плоскости симметрии самолета. Каждый из бимсов содержит среднюю и две периферийные секции, размещенные вдоль фюзеляжа самолета. Средние секции бимсов расположены в зоне выреза под люк основных опор шасси, а периферийные секции расположены за границей выреза. Секции соединены друг с другом кронштейнами или фитингами.
Каждый из бимсов этого решения выполнен в форме закрытого коробчатого профиля, образованного боковыми продольными балками и верхним перекрытием. Боковые продольные балки средних секций бимсов выполнены из Т-образных профилей, боковые продольные балки периферийных секций образованы из Г-образных профилей.
Недостатком этого решения является недостаточная несущая способность бимса.
Наиболее близким аналогом заявляемого решения центральной части фюзеляжа является решение, известное из заявки на изобретение США №11/798374 (Номер публикации US 2008/0156935, МПК В64С 1/30, НКИ 244/119, заявл. 14.05.2007, опубл. 3.08.2008).
В соответствии с этим решением центральная часть фюзеляжа самолета включает обшивку со шпангоутами. Два шпангоута из набора шпангоутов, размещенных в центральной части фюзеляжа, снабжены герметичными стенками, выполненными в форме сегментов и размещенными в нижних частях шпангоутов. Кроме того, центральная часть фюзеляжа самолета включает центроплан, нишу основных опор шасси, контуры которых показаны на фиг.1 материалов рассматриваемой заявки, и бимс.
Центроплан этого решения ограничен передним и задним лонжеронами, верхней и нижней панелями и размещен над бимсом. Ниша основных опор шасси размещена в центральной части фюзеляжа за центропланом в направлении против полета. В направлении против полета ниша шасси ограничена одним из указанных шпангоутов, снабженных герметичной стенкой.
Бимс рассматриваемого решения размещен вблизи плоскости симметрии самолета и содержит среднюю секцию с коробчатой формой поперечного сечения, носовую и хвостовую секции. Секции бимса образованы нижним перекрытием и боковыми продольными балками. Средняя секция бимса этого решения дополнительно снабжена верхним перекрытием.
Носовая и хвостовая секции бимса этого решения соединены с внутренней поверхностью обшивки, а нижнее перекрытие средней секции бимса этого решения выполнено заподлицо с обшивкой фюзеляжа.
Средняя секция бимса выполнена с постоянной строительной высотой. Небольшие по длине носовая и хвостовая секции выполнены с увеличением строительной высоты при переходе от концов периферийных секций к средней секции бимса. Шпангоуты, снабженные герметичной стенкой, соединены с бимсом, причем герметичные стенки этих шпангоутов заведены во внутренние объемы бимсов.
Это решение, решая задачу по проектированию центральной части фюзеляжа с вырезом для ниши основных опор шасси и размещением бимса вдоль плоскости симметрии самолета, не решает конструкторской задачи по оптимизации массы конструкции. Кроме того, это решение может быть эффективно использовано в самолетах с диаметром фюзеляжа, превышающим 4…4,5 м, для которых объемы отсеков для размещения различного бортового оборудования не являются критичными: при этом отпадает необходимость наличия дополнительного отсека для размещения такого оборудования в подфюзеляжном обтекателе.
Наиболее близким аналогом заявляемого бимса является решение, известное из заявки на изобретение США №11/798374. (Номер публикации US 2008/0156935, МПК В64С 1/30, НКИ 244/119, заявл. 14.05.2007, опубл. 3.08.2008).
В соответствии с этим решением бимс содержит среднюю, хвостовую и носовую секции.
Средняя секция бимса в поперечном сечении выполнена закрытой коробчатой формы. При этом средняя секция бимса образована боковыми продольными балками и соединенными с ними нижним и верхним перекрытиями (см. фиг.4A…4F материалов заявки). Боковые балки этого решения могут быть выполнены в виде Г-образных форм. При выполнении боковых балок в виде Г-образных форм верхнее перекрытие балок выполняется в виде плоской удлиненной пластины, а нижнее основание - в виде профиля П-образной формы. Бимс также может быть образован и двумя балками П-образной формы, полки которых соединены друг с другом и образуют боковые балки бимса.
В соответствии с этим решением во внутреннем объеме бимса размещены поперечные силовые элементы, выполненные в виде пластин, часть контура которых соединена с внутренними поверхностями боковых балок и перекрытий. Кроме этого это техническое решение включает дополнительные средства восприятия изгибающего момента - уголковые профили небольшой высоты, проложенные вдоль верхнего и нижних перекрытий средней секции вблизи середины ее сечения во внутреннем объеме бимса.
Небольшой длины носовая и хвостовая секции, примыкающие к средней секции бимса по ее концам, образованы боковыми балками и нижним перекрытием. Стык соединения средней секции бимса этого решения с периферийными секциями в этом решении совмещен с герметичными перегородками, отделяющими герметичную зону фюзеляжа от негерметичной зоны. При этом части герметичных перегородок введены во внутренние объемы бимса.
Бимс в этом техническом решении выполнен с постоянной строительной высотой по всей длине его средней секции.
Недостатком этого решения является значительная масса бимса, что обусловлено, в частности, тем, что части герметичных перегородок фюзеляжа введены во внутренний объем бимса. Недостаточно и сопротивление изгибу конструкции бимса. Кроме того, конструкция бимса этого технического решения ориентирована на использование в составе фюзеляжа с цилиндрической или цилиндрообразной формой и не предназначена для интеграции с подфюзеляжными обтекателями, которые используются в современных конструкциях фюзеляжей пассажирских самолетов.
Технической задачей, решаемой заявляемой центральной частью фюзеляжа самолета, является разработка устройства центральной части фюзеляжа, снабженной подфюзеляжным обтекателем, минимальной массы в сочетании с повышением безопасности полетов.
Технической задачей, решаемой заявляемым решением бимса, является разработка конструкции бимса небольшой массы в сочетании с возможностью использования бимса в конструкции фюзеляжа, снабженного подфюзеляжным обтекателем.
Поставленная техническая задача заявляемым устройством центральной части фюзеляжа решается следующим образом.
В заявляемом решении центральная часть фюзеляжа самолета включает обшивку со шпангоутами, два из которых снабжены герметичными стенками, центроплан, нишу основных опор шасси, под фюзеляжный обтекатель и бимс.
Герметичные стенки указанных шпангоутов заявляемого решения выполнены в форме сегментов и размещены в нижних частях шпангоутов.
Центроплан заявляемого решения включает передний и задний лонжероны, верхнюю и нижнюю панели. В заявляемом решении первый из указанных выше шпангоутов с герметичной стенкой соединен с передним лонжероном. Ниша основных опор шасси ограничена в направлении против полета вторым из указанных шпангоутов с герметичной стенкой. Подфюзеляжный обтекатель снабжен обшивкой и поперечным силовым набором.
В заявляемом решении бимс содержит носовую, среднюю и хвостовую секции. Секции бимса образованы нижним перекрытием и боковыми продольными балками, выполненными в виде швеллеров. Полки боковых продольных балок ориентированы наружу бимса. Нижние полки боковых продольных балок соединены с нижним перекрытием, причем между нижними полками боковых продольных балок и нижним перекрытием секций бимса проложены продольные ленты. Торцы продольных лент выпущены за торцы нижнего перекрытия и торцы нижних полок боковых балок. В заявляемом решении средняя секция бимса дополнительно снабжена верхним перекрытием. Верхнее перекрытие соединено с верхними полками боковых продольных балок и выполнено вогнутым в поперечном направлении. Кроме того, в заявляемом решении средняя секция бимса снабжена поперечной стенкой и продольным ребром, размещенными на верхнем перекрытии снаружи бимса.
Указанные шпангоуты с герметичными стенками размещены над средней секцией бимса. Бимс в заявляемом решении присоединен к обшивке центральной части фюзеляжа по ее внешней поверхности. При этом обшивка фюзеляжа, размещенная над средней секцией бимса, оперта на верхнее перекрытие бимса. Обшивка, размещенная над носовой и хвостовой секциями бимса, оперта на верхние полки боковых продольных балок носовой и хвостовой секций.
В заявляемом решении задний лонжерон центроплана соединен с поперечной стенкой бимса, верхний торец продольного ребра средней секции бимса соединен с нижней панелью центроплана, а его боковые торцы соединены с герметичной стенкой первого из указанных шпангоутов и поперечной стенкой средней секции бимса.
Обшивка подфюзеляжного обтекателя в заявляемом решении закреплена на продольных лентах бимса.
Выполнение центральной части фюзеляжа в соответствии с заявляемыми признаками позволяет снизить массу конструкции центральной части фюзеляжа на 4…6% по сравнению с аналогами.
Кроме того, наличие продольных лент, проложенных между нижними полками боковых продольных балок и нижним перекрытием бимса, в сочетании с выпуском их торцов за торцы нижнего перекрытия и торцы нижних полок боковых балок и креплением к продольным лентам бимса обшивки подфюзеляжного обтекателя не только снижает массу конструкции, но и повышает надежность: разрушение обшивки подфюзеляжного обтекателя не приводит к разрушению силовой конструкции бимса и центральной части фюзеляжа в целом, что повышает безопасность полетов.
Кроме того, герметичная стенка первого из указанных шпангоутов в заявляемом решении может быть выполнена зацело со стенкой переднего лонжерона, что также дополнительно снижает массу центральной секции фюзеляжа.
В заявляемом решении, кроме того, верхние полки боковых продольных балок носовой и хвостовой секций бимса могут быть отогнуты от горизонтали вверх на угол 2…7 градусов, что обеспечивает наиболее удобное соединение их с обшивкой и шпангоутами фюзеляжа, размещенными над носовой и хвостовой секциями бимса, что повышает технологичность конструкции.
Величину кривизны в поперечном направлении верхнего перекрытия бимса целесообразно выбрать близкой к величине кривизны обшивки фюзеляжа в ее нижней части вблизи плоскости симметрии самолета, что позволяет равномерно распределить нагрузку на бимс и дополнительно снизить массу центральной части фюзеляжа.
Кроме того, в поперечный силовой набор подфюзеляжного обтекателя целесообразно включить поперечные диафрагмы, разместив их под упомянутыми шпангоутами с герметичными стенками и соединив их с этими шпангоутами. Это обеспечивает с минимальными затратами массы конструкции восприятие аэродинамических нагрузок, действующих на обшивку подфюзеляжного обтекателя, и передачу нагрузок на силовую конструкцию центральной части фюзеляжа. Кроме того, диафрагмы предохраняют обшивку центральной части фюзеляжа от аэродинамического воздействия при открытых створках ниши основных опор шасси.
Для дополнительного решения задачи по увеличению объема подфюзеляжного обтекателя бимс заявляемого решения центральной части фюзеляжа наиболее целесообразно выполнить с переменной по длине строительной высотой, отсчитываемой от верхних полок боковых продольных балок до нижнего перекрытия бимса. Сечение бимса с максимальной строительной высотой наиболее целесообразно удалить от конца носовой секции бимса на расстояние, заключенное в диапазон от одной трети до половины длины бимса, при этом бимс может быть выполнен с увеличением строительной высоты при переходе от его концов к указанному сечению с максимальной строительной высотой. Такое решение бимса центральной части фюзеляжа позволяет увеличить внутренний объем подфюзеляжного обтекателя в сочетании со снижением его аэродинамического сопротивления.
Наиболее предпочтительно в конструкции центральной части фюзеляжа самолета использовать заявляемое решение бимса, хотя в конструкции центральной части может быть использовано и иное конструктивное решение бимса.
Поставленная техническая задача заявляемым устройством бимса решается следующим образом.
Известное решение бимса фюзеляжа содержит среднюю, носовую и хвостовую секции. Секции бимса образованы боковыми продольными балками и соединенным с ним нижним перекрытием. Средняя секция бимса дополнительно снабжена верхним перекрытием, соединенным с боковыми балками, и поперечными силовыми элементами, размещенными во внутреннем объеме средней секции.
В заявляемом решении новым является то, что боковые продольные балки бимса выполнены в виде П-образных профилей с отогнутыми наружу бимса полками. Кроме того, секции бимса снабжены средними продольными балками. Средняя продольная балка средней секции выполнена в виде двутаврового профиля, полки которой соединены с верхним и нижним перекрытиями бимса. Кроме того, в заявляемом решении бимс снабжен продольными лентами, помещенными между нижним перекрытием бимса и нижними полками боковых продольных балок, а его средняя секция снабжена продольным ребром, размещенным на верхнем перекрытии над средней продольной балкой.
Наличие в конструкции бимса средней продольной балки, соединенной с верхним и нижним перекрытиями, и продольного ребра, размещенного снаружи средней секции над средней продольной балкой, отгиб наружу бимса полок боковых продольных балок существенно повышает сопротивление изгибу бимса. Это позволяет снизить его массу. Конструкторские проработки показывают, что предлагаемые конструктивные решения позволяют уменьшить массу бимса на 5…8% по сравнению с известными аналогами.
Кроме того, наличие в конструкции бимса продольных лент, помещенных между нижним перекрытием бимса и нижними полками боковых продольных балок, повышает технологичность конструкции бимса.
Средние продольные балки носовой и хвостовой секций в заявляемом решении могут быть выполнены в виде П-образных профилей, стенки которых соединены с нижним перекрытием бимса, что также повышает сопротивление бимса на изгиб.
Поперечные силовые элементы средней секции бимса могут быть выполнены в виде диафрагм, размещенных симметрично относительно средней продольной балки и соединенных по контуру с балками и перекрытиями, что не только дополнительно повышает несущую способность бимса, но и способствует оптимальному восприятию бимсом сосредоточенных силовых нагрузок.
Верхнее перекрытие средней секции бимса может быть выполнено вогнутым в поперечном направлении, а верхние полки боковых балок носовой и хвостовой секций могут быть отогнуты от горизонтали вверх на угол 2…7 градусов. Это также повышает несущую способность бимса и дает возможность оптимального восприятия нагрузок кольцеобразных шпангоутов фюзеляжа и обшивки фюзеляжа, которые могут быть соединены с бимсом по верхнему перекрытию средней секции и по верхним полкам боковых продольных балок периферийных секций.
Заявляемое техническое решение поясняется следующими иллюстрационными материалами:
фиг.1 - схема центральной части фюзеляжа самолета;
фиг.2 - общий вид подфюзеляжного обтекателя в сборке с бимсом в изометрии;
фиг.3 - общий вид бимса в изометрии;
фиг.4 - поперечное сечение центральной части фюзеляже в месте стыка обшивки со шпангоутом с периферийной секцией бимса (сечение В-В с фиг.1);
фиг.5 - укрупненный вид (с фиг.4) на узел соединения верхней полки боковой продольной балки периферийной секции бимса с обшивкой и шпангоутом;
фиг.6 - укрупненный вид (с фиг.4) на узел соединения бимса с подфюзеляжным обтекателем;
фиг.7 - вид в изометрии на узел соединения обшивки и первого шпангоута с герметичной стенкой с бимсом (подфюзеляжный обтекатель условно не показан);
фиг.8 - вид на первый шпангоут с герметичной стенкой и передний лонжерон центроплана (разрез Г-Г с фиг.1);
фиг.9 - вид на задний лонжерон центроплана и поперечную стенку бимса (разрез Д-Д с фиг.1);
фиг.10 - вид в изометрии на узел соединения обшивки и второго шпангоута с герметичной стенкой с бимсом (подфюзеляжный обтекатель условно не показаны);
фиг.11 - узел соединения обшивки и второго шпангоута с герметичной стенкой со средней секцией бимса (вид Е-Е с фиг.1);
фиг.12 - укрупненный вид (с фиг.11) на узел соединения верхней полки боковой продольной балки средней секции бимса с обшивкой и вторым шпангоутом с герметичной стенкой;
фиг.13 - укрупненный вид (с фиг.11) на узел соединения верхнего перекрытия средней секции бимса в районе средней продольной балки бимса со вторым шпангоутом с герметичной стенкой;
фиг.14 - укрупненный вид (с фиг.11) на узел соединения нижней полки боковой продольной балки средней секции бимса с обшивкой подфюзеляжного обтекателя;
фиг.15 - общий вид бимса сбоку;
фиг.16 - общий вид на хвостовую секцию бимса в изометрии;
фиг.17 - поперечное сечение средней секции бимса (вид А-А с фиг.15);
фиг.18 - поперечное сечение периферийной секции бимса (вид Б-Б с фиг.15).
Заявляемая центральная часть фюзеляжа самолета устроена следующим образом.
Центральная часть фюзеляжа включает (см. фиг.1, 2, 3) обшивку 1, соединенную по ее внутренней поверхности со шпангоутами 2, центроплан 3, нишу основных опор шасси 4, подфюзеляжный обтекатель, бимс 6.
Два шпангоута 7 и 8 (см. фиг.1, 7, 8, 10, 11), входящих в набор шпангоутов фюзеляжа, снабжены герметичными стенками 9, выполненными в форме сегментов и размещенными в нижних частях этих шпангоутов.
Центроплан 3 включает передний 10 и задний 11 лонжероны и верхнюю и нижнюю 12 панели. Первый из указанных выше шпангоутов 7, снабженный герметичной стенкой 9, соединен с передним лонжероном 10. В наиболее предпочтительном варианте использования изобретения герметичную стенку этого шпангоута целесообразно использовать и как стенку переднего лонжерона, выполнив ее зацело со стенкой переднего лонжерона, как показано на фиг.8, усилив ее вертикальными силовыми элементами.
Ниша 4 основных опор шасси ограничена по направлению полета задним лонжероном 11, в направлении против полета - герметичной стенкой второго из указанных шпангоутов 8 с герметичной стенкой 9, а сверху - герметичной платой 5 (см. фиг.1, 10, 11).
Подфюзеляжный обтекатель (см. фиг.2) содержит обшивку 13 и силовой набор, включающий поперечные силовые элементы 14 и продольные силовые элементы. В поперечный силовой набор подфюзеляжного обтекателя могут быть включены поперечные диафрагмы 33. Поперечные диафрагмы 33 подфюзеляжного обтекателя целесообразно разместить под шпангоутами 7, 8 с герметичными стенками и соединить их с этими шпангоутами (см. фиг.8, 11).
Бимс 6 - продольная балка центральной части фюзеляжа (см. фиг.2, 3, 15) содержит носовую 16, среднюю 15 и хвостовую 17 секции. Бимс размещен вдоль плоскости симметрии самолета.
Секции бимса 15, 16, 17 образованы (см. фиг.3, 11, 17, 18) нижним перекрытием 18 и боковыми продольными балками 19. Боковые продольные балки выполнены в виде швеллеров с полками 20, 23, ориентированными наружу бимса. Нижние полки 20 боковых продольных балок 19 соединены с нижним перекрытием 18. Между нижними полками 20 боковых продольных балок 19 и нижним перекрытием 18 бимса помещены продольные ленты 21. Вдоль средней секции бимса могут быть протянуты две продольные ленты: соединение каждой из боковых продольных балок с нижним перекрытием может быть снабжено индивидуальной продольной лентой (см. фиг.17). Вдоль периферийных секций целесообразно протянуть одну продольную ленту (см. фиг.18). Торцы 22 продольных лент 21 выполнены выступающими за торцы нижнего перекрытия и нижних полок боковых балок наружу бимса, как показано на фиг.6, 14, 17, 18.
Верхние полки 23 боковых продольных балок 19 носовой и хвостовой секций целесообразно выполнить отогнутыми вверх от горизонтали на небольшой угол α (см. фиг.18), который может составлять 2…7 градусов.
Средняя секция бимса (см. фиг.3, 7, 10, 16) дополнительно снабжена верхним перекрытием 24, на котором размещены поперечная стенка 26 и продольное ребро 25.
Верхнее перекрытие 24 средней секции бимса соединено с верхними полками 23 боковых продольных балок. Верхнее перекрытие средней секции бимса выполнено вогнутым в поперечном направлении, как показано на фиг.17, с кривизной, близкой кривизне обшивки фюзеляжа в ее нижней части: так при выполнении внешней поверхности обшивки фюзеляжа в ее нижней части в виде цилиндрической формы поверхность верхнего перекрытия средней секции бимса также целесообразно выполнять в форме цилиндрической поверхности такого же радиуса.
Продольное ребро 25 средней секции бимса размещено вблизи плоскости симметрии самолета на верхнем перекрытии 24 и протянуто по части средней секции бимса под центропланом 3, как показано на фиг.1.
Поперечная стенка бимса ориентирована поперек бимса (см. фиг.3, 9, 15) и может быть усилена ребрами жесткости (см. фиг.9).
Шпангоуты 7, 8 с герметичными стенками в заявляемом решении размещены над средней секцией бимса (см. фиг.1). Бимс присоединен к обшивке центральной части фюзеляжа по ее наружной поверхности. При этом обшивка 1 фюзеляжа, размещенная над средней секцией бимса, оперта на верхнее перекрытие 24 средней секции бимса, как показано на фиг.7, 8, 10, 11, 12, 13). Обшивка 1 центральной части фюзеляжа, размещенная над носовой и хвостовой секциями бимса, оперта на верхние полки 24 боковых продольных балок 19 носовой и хвостовой секций (см. фиг.4, 5).
Задний лонжерон 11 центроплана соединен с упомянутой поперечной стенкой 26 (см. фиг.9). Нижняя панель 12 центроплана 3 заявляемого решения соединена с верхним торцом продольного ребра 25 средней секции 15 бимса, как показано на фиг.1. При этом один из боковых торцов продольного ребра 25 средней секции соединен с герметичной стенкой 9 шпангоута 7 (см. фиг.7), а другой его торец соединен с поперечной стенкой 26 верхнего перекрытия средней секции бимса (см. фиг.3). При этом продольное ребро бимса размещено под центропланом между первым из указанных шпангоутов с герметичной стенкой и поперечной стенкой, размещенной под задним лонжероном центроплана.
В узел крепления второго шпангоута 8 с герметичной стенкой с верхним перекрытием бимса целесообразно включить фитинг 27 (см. фиг.10, 11, 16), размещенный на верхнем перекрытии средней секции бимса.
В заявляемом решении центральной части фюзеляжа обшивка 13 подфюзеляжного обтекателя закреплена на продольных лентах 21 бимса, торцы 22 которых выполнены выступающими за торцы нижнего перекрытия бимса и нижних полок боковых продольных балок (см. фиг.6, 14).
Бимс заявляемого решения центральной части фюзеляжа целесообразно выполнить с переменной по длине строительной высотой Н, отсчитанной от верхних полок боковых продольных балок до нижнего перекрытия бимса (см. фиг.17, 18). Сечение бимса с максимальной строительной высотой целесообразно удалить от конца носовой секции бимса на расстояние, заключенное в диапазон от одной трети до половины длины бимса. При этом бимс целесообразно выполнить с увеличением строительной высоты при переходе от его концов к указанному сечению с максимальной строительной высотой.
Своими элементами центральная часть фюзеляжа делится на герметичную и негерметичные зоны. Граница между ними при переходе в сторону против направления полета проходит по обшивке фюзеляжа до первого шпангоута 7 с герметичной стенкой, по герметичной стенке 9 шпангоута 7, по нижней панели 12 центроплана, его заднему лонжерону 11, герметичной плате 5 ниши шасси, герметичной стенке 9 шпангоута 8 и далее по обшивке фюзеляжа.
Заявляемый бимс - продольная балка фюзеляжа самолета, устроен следующим образом.
Бимс заявляемого решения содержит среднюю 15, носовую 16 и хвостовую 17 секции (см. фиг.3, 15, 16). Секции бимса образованы боковыми продольными балками 19 и соединенным с ними нижним перекрытием 18 (см. фиг.17 и 18). Боковые продольные балки 19 бимса выполнены в виде швеллеров в поперечном сечении с отогнутыми наружу бимса полками 20, 23. Верхние полки 23 боковых периферийных секций бимса - носовой и хвостовой, целесообразно выполнить отогнутыми от горизонтали вверх на небольшой угол, который может составлять 2…7 градусов.
Средняя секция бимса 15 выполнена с коробчатой формой поперечного сечения (см. фиг.11, 17). При этом она дополнительно снабжена верхним перекрытием 24, соединенным с верхними полками 23 боковых продольных балок 19. Для интеграции бимса со шпангоутами фюзеляжа целесообразно выполнить верхнее перекрытие средней секции вогнутым в поперечном направлении (см. фиг.17) с кривизной, близкой к значению кривизны обшивки фюзеляжа в нижней его части.
Секции бимса 15, 16, 17 заявляемого решения снабжены средними продольными балками 29, 31. Наиболее целесообразно средние продольные балки разместить вдоль оси симметрии сечений секций.
Средняя продольная балка 29 средней секции бимса выполнена в виде двутаврового профиля (см. фиг.11, 17), полки которой соединены с верхним 24 и нижним 18 перекрытиями средней секции бимса (см. фиг.11, 13, 17).
Средние продольные балки 31 носовой и хвостовой секций могут быть выполнены в виде П-образных профилей, стенки которых соединены с нижним перекрытием бимса (см. фиг.4, 18).
Боковые продольные балки бимса и среднюю продольную балку средней секции бимса целесообразно выполнять с облегчающими вырезами, которые по периметру могут иметь усиливающую окантовку. Кроме того, боковые продольные балки бимса могут быть снабжены вертикальными ребрами жесткости 34 (см. фиг.5, 6, 7, 16).
Бимс в соответствии с заявляемым решением снабжен продольными лентами 21, помещенными между нижним перекрытием 18 бимса и нижними полками 20 боковых продольных балок 19. Торцы 22 продольных лент могут быть выведены за пределы торцов нижнего перекрытия и нижних полок боковых продольных балок бимса, как показано на фиг.11, 14, 17, 18. В средней секции бимса в соединении каждой боковой продольной стенки с нижним перекрытием целесообразно использовать отдельную продольную ленту (см. фиг.17). В носовой и хвостовой секциях в соединении боковых стенок с нижним перекрытием может быть использована одна продольная лента (см. фиг.18).
Кроме того, среднюю секцию бимса целесообразно дополнительно снабдить продольным ребром 25, размещенным на верхнем перекрытии над средней продольной балкой (см. фиг.17). Ребро может быть протянуто по части длины средней секции бимса. В поперечном направлении продольное ребро целесообразно разместить вблизи оси симметрии поперечного сечения бимса.
Кроме того, в заявляемом решении средняя секция бимса может быть снабжена поперечными силовыми элементами. Поперечные силовые элементы заявляемого решения выполнены в виде диафрагм 30, которые размещены во внутреннем объеме средней секции между боковыми продольными балками и средней продольной балкой (см. фиг.11). По всему контуру диафрагмы 30 соединены с боковыми продольными балками, средней продольной балкой, верхней и нижним перекрытиями. Диафрагмы - поперечные силовые элементы бимса, целесообразно размещать во внутреннем объеме бимса симметрично относительно средней продольной балки в сечениях, по которым воспринимаются силовые нагрузки, например, от шпангоута 8 с герметичной стенкой, как показано на фиг.11. В диафрагмах бимса могут быть выполнены облегчающие отверстия.
Кроме указанных элементов бимс может быть снабжен узлами восприятия сосредоточенных сил, например, узлами крепления механизмов открытия створок ниши шасси 32. При этом узлы восприятия сосредоточенных сил, располагаемые на внешних поверхностях бимса, во внутреннем объеме бимса целесообразно подкрепить поперечными силовыми элементами - диафрагмами, а по наружной поверхности боковых продольных балок - ребрами жесткости.
Заявляемая центральная часть фюзеляжа работает следующим образом.
Элементы центральной части фюзеляжа изготавливаются, в основном, из алюминиевых сплавов с использованием известных в авиационной промышленности приемов. Сборка центральной части фюзеляжа производится с использованием заклепочных соединений.
Центральная часть фюзеляжа в полете воспринимает и уравновешивает аэродинамическую нагрузку от крыла, оперения, подфюзеляжного обтекателя и от всех агрегатов самолета. Герметичная зона центральной части фюзеляжа в полете находится под избыточным давлением. Все силовые элементы центральной части фюзеляжа нагружены циклическими нагрузками в каждом полете: от внутреннего избыточного давления, от общего изгиба фюзеляжа и крыла, от кручения, вызываемого действием аэродинамических нагрузок от вертикального и горизонтального оперения, от стоек шасси при взлете и посадке.
Под действием внешних нагрузок обшивка центральной части фюзеляжа находится под действием изгибающего момента, при этом верхняя часть обшивки центральной части фюзеляжа работает на растяжение, а нижняя часть на - сжатие.
Центроплан воспринимает аэродинамическую нагрузку от крыла, нагрузку от давления топлива, которое находится во внутреннем объеме центроплана, и от избыточного давления в гермозоне фюзеляжа.
Шпангоуты с герметичными стенками и поперечная стенка средней секции передают основные усилия на центроплан. При этом герметичные стенки шпангоутов 7, 8 находятся под действием избыточного давления фюзеляжа.
Бимс фюзеляжа в процессе эксплуатации воспринимает увеличенные нагрузки, компенсируя вырез в конструктивно-силовой схеме фюзеляжа под нишу основных опор шасси, воспринимая силу от изгибающего момента в вертикальной плоскости. При этом бимс находится под действием сжимающих нагрузок и работает как сжатый стержень. Продольное ребро центроплана, работая на сдвиг, передает сжимающее усилие на центроплан и предохраняет бимс от потери устойчивости от сжимающих нагрузок.
Обшивка подфюзеляжного обтекателя воспринимает аэродинамическую нагрузку и передает ее на бимс и через диафрагмы на шпангоуты 7, 8 с герметичными стенками. Кроме того, диафрагмы подфюзеляжного обтекателя воспринимают аэродинамические нагрузки при посадке при открытых створках ниши основных опор шасси и при этом снижают аэродинамическое воздействие на обшивку центральной части фюзеляжа.
Заявляемое устройство бимса работает следующим образом.
Технологически наиболее целесообразно выполнить бимс из трех сборочных единиц - носовой, средней и хвостовой секций, осуществив сборку бимса после изготовления каждой из секций.
Боковые продольные балки бимса, средняя продольная балка средней секции, продольные ребро, диафрагмы, поперечная стенка, наружные узлы крепления средней секции бимса могут быть выполнены из заготовок алюминиевых сплавов фрезерованием. В боковых продольных балках, средней продольной балке и диафрагмах средней секции бимса выполняются при этом ребра жесткости и окантованные эллиптические отверстия, что позволяет увеличить местные критические напряжения, обеспечить визуальный осмотр внутренней области бимса и обеспечить прокладку коммуникаций.
В качестве средних продольных балок периферийных секций могут быть использованы штампованные профили.
Верхнее перекрытие средней секции бимса может быть выполнено из фрезерованного листа переменной толщины цилиндрической формы, радиус наружной поверхности которой соответствует радиусу внешней поверхности обшивки центральной части фюзеляжа в ее нижней части. Нижнее перекрытие бимса также может быть выполнено из фрезерованного листа переменной толщины с формой, соответствующей требуемой форме внешней поверхности подфюзеляжного обтекателя.
Конструктивные элементы секций фюзеляжа соединяются с использованием заклепочного соединения. Секции бимса могут быть состыкованы друг с другом с использованием болтовых соединений.
В полете бимс находится под действием сжимающих (при посадке) и растягивающих нагрузок, сосредоточенных нагрузок, приходящих от наружных узлов крепления, например от узлов навески шасси и привода створок основных опор шасси, которые вызывают изгиб и кручение бимса. Кроме того, на бимс передаются аэродинамические нагрузки от подфюзеляжного обтекателя.
Продольное ребро средней секции бимса работает на сдвиг и передает на центроплан около 60% продольной нагрузки.
Верхнее перекрытие средней секции бимса, примыкая к обшивке фюзеляжа, равномерно распределяет нагрузку от обшивки центральной части фюзеляжа на балки бимса и увеличивает местную потерю устойчивости, а изменение толщины позволяет уменьшить ее массу в зонах изменения нагрузок.
Диафрагмы бимса обеспечивают восприятие местных сосредоточенных нагрузок и передачу их на продольные балки и далее на шпангоуты фюзеляжа и центроплан.