ФЮЗЕЛЯЖ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FUSELAGE

Изобретение относится к силовым конструкциям летательных аппаратов, в частности к герметичному фюзеляжу некруглой формы поперечного сечения.
Известен фюзеляж некруглой формы, у которого ширина значительно превышает высоту (РФ патент №2174089 по классу В64С 1/00).
Известен фюзеляж летательного аппарата, содержащий последовательно расположенные вдоль него шпангоуты, на которых закреплена наружная обшивка, стрингера, соединенные с обшивкой и шпангоутами, и поперечные балки пассажирского пола вблизи нейтральной поверхности фюзеляжа, поперечные балки грузового пола и поперечные потолочные балки (РФ патент №2270135 от 20.02.2006 по классу В64С 1/00).
В этих случаях фюзеляж увеличивает подъемную силу самолета и в тоже время появляется возможность применять более рациональные компоновки по расположению большого количества пассажиров в ряд, по размещению грузов в отдельном грузовом помещении в хвостовой части.
Но, одновременно, некруглая форма фюзеляжа приводит к ряду проблем, которые не присущи круглому фюзеляжу.
Основным случаем нагружения герметичного фюзеляжа некруглой формы, определяющим статическую прочность, долговечность и живучесть конструкции, является случай избыточного давления.
Работа силовых элементов боковой части такого фюзеляжа с обычным радиусом кривизны под действием избыточного давления аналогична работе этих элементов в круговых фюзеляжах.
Работа верхней и нижней частей такого фюзеляжа существенно отличается от работы силовых элементов в круглых цилиндрических фюзеляжах. Использование традиционной силовой схемы круглых фюзеляжей с обшивкой, шпангоутами и стрингерами приводит к неприемлемым весовым затратам из-за изгиба шпангоутов в зонах с малой кривизной.
Техническими задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются создание фюзеляжа самолета некруглой формы, в котором ширина значительно превышает высоту и в котором силовая схема конструкции и ее силовые элементы обеспечивают статическую прочность, заданную долговечность и живучесть при достижении в целом для самолета весовой эффективности не меньшей, чем для самолетов с круглым фюзеляжем.
Технические задачи решаются тем, что фюзеляж летательного аппарата, содержащий последовательно расположенные вдоль него шпангоуты, на которых закреплена наружная обшивка, стрингера, соединенные с обшивкой и шпангоутами, и поперечные балки пассажирского пола вблизи нейтральной поверхности фюзеляжа, поперечные балки грузового пола и поперечные потолочные балки, отличается тем, что его поперечное сечение в верхней и нижней частях образовано равными дугами окружностей большого радиуса, позволяющими ввести потолочную балку, эквивалентную по назначению балке грузового отсека для восприятия внутреннего давления, а в боковых частях фюзеляжа дугами окружностей радиуса не менее чем в 2,5 раза меньшего радиуса верхних и нижних дуг окружностей, причем по длине герметичной части шпангоуты разделены на боковые, верхнюю и нижнюю зоны, каждая из которых имеет существенно различные жесткости.
Поперечные балки грузового пола установлены с одной стороны так, чтобы обеспечить размещение контейнеров, а с другой стороны установлены в зонах перехода дуги большого радиуса кривизны в дугу малого радиуса нижней боковой поверхности фюзеляжа.
Верхние поперечные потолочные балки помещены в зону, близкую к переходу дуги верхнего большого радиуса кривизны в дугу малого радиуса верхней боковой поверхности.
Поперечные балки пассажирского салона находятся вблизи нейтральной линии сечения фюзеляжа.
Боковые зоны шпангоутов имеют жесткость, более чем в 2,5 раза превышающую жесткости верхнего и нижнего поясов шпангоута.
На фиг.1 представлен вид в перспективе части фюзеляжа, показывающий его основные силовые элементы.
На фиг.2 представлен схематично боковой вид фюзеляжа.
На фиг.3 представлено сечение А-А на фиг.1.
Фюзеляж летательного аппарата содержит последовательно расположенные вдоль него шпангоуты 1, на которых закреплена наружная обшивка 2, стрингера 3, соединенные с обшивкой 2 и шпангоутами 1, и поперечные балки пассажирского пола 4 вблизи нейтральной поверхности фюзеляжа, поперечные балки грузового пола 5 и поперечные потолочные балки 6, при этом поперечное сечение фюзеляжа в верхней и нижней частях образовано равными дугами окружностей большого радиуса, позволяющими ввести потолочную балку 6, эквивалентную по назначению балке грузового отсека для восприятия внутреннего давления, а в боковых частях фюзеляжа дугами окружностей радиуса не менее чем в 2,5 раза меньшего радиуса верхних и нижних дуг окружностей, причем по длине герметичной части шпангоуты разделены на боковые, верхнюю и нижнюю зоны, каждая из которых имеет существенно различные жесткости.
Поперечные балки грузового пола 5 установлены с одной стороны так, чтобы обеспечить размещение контейнеров, а с другой стороны установлены в зонах перехода дуги большого радиуса кривизны в дугу малого радиуса нижней боковой поверхности фюзеляжа.
Верхние поперечные потолочные балки 6 помещены в зону, близкую к переходу дуги верхнего большого радиуса кривизны в дугу малого радиуса верхней боковой поверхности.
Поперечные балки пассажирского салона 4 находятся вблизи нейтральной линии сечения фюзеляжа.
Боковые зоны шпангоутов 1 имеют жесткость, более чем в 2,5 раза превышающую жесткости верхнего и нижнего поясов шпангоута.
Такое конструктивное выполнение фюзеляжа позволяет, во-первых, обеспечить комфортабельные условия размещения пассажиров, значительно увеличив число проходов на пассажира в сравнении с круглым фюзеляжем, во-вторых, позволяет поместить всю номенклатуру груза для данного класса самолетов под полом пассажирского салона, не увеличивая длины фюзеляжа.
Кроме того, такое поперечное сечение, в котором пол пассажирского салона находится вблизи нейтральной линии фюзеляжа, позволяет обеспечить конструктивно-силовую схему, в которой балки пола, в отличие от других вариантов круговых или овальных фюзеляжей, где эти балки работают на растяжение, будут работать на сжатие при действии избыточного давления.
Вводя в работу балки грузового пола и потолочные балки, можно отказаться от вертикальных стоек рядом с зоной перехода боковой поверхности в поверхность малой кривизны, которые не облагораживают интерьер.