НЕСУЩИЙ ФЮЗЕЛЯЖ САМОЛЕТА
AIRCRAFT AIRFRAME

Изобретение относится к летательным аппаратам (ЛА) тяжелее воздуха, в частности к конструктивным и аэродинамическим элементам ЛА, таким как несущий фюзеляж самолета.
Известен широкофюзеляжный ЛА с двудолевым составным фюзеляжем, центральная секция которого выполнена в виде двух соединенных по хорде окружности усеченных круговых цилиндров равного диаметра с помощью верхнего и нижнего стыков, связанных продольной стенкой, размещенной в плоскости симметрии фюзеляжа (описание изобретения к патенту США №4674712, МКИ В64С 1/00 от 1987 г.).
Недостатком упомянутого изобретения является низкий коэффициент использования объема и недостаточный комфорт для пассажиров из-за эффекта «туннельности» каждой из долей фюзеляжа, присущего узкофюзеляжным самолетам. Кроме того, наличие центральной продольной стенки в фюзеляже затрудняет его использование для перевозки крупногабаритных грузов в транспортном варианте применения самолета.
Известно соединение крыла с фюзеляжем, осуществляемое креплением кессона крыла к силовым шпангоутам фюзеляжа. При этом кессон каждого полукрыла, пересекая боковые панели обшивки фюзеляжа, продлен внутрь на расстояние, ограниченное размером функционального отсека, а верхние и нижние панели кессона каждого полукрыла соединены внутри фюзеляжа со стенками силовых шпангоутов непрерывными или многоточечными швами (описание изобретения к патенту РФ №2154003, МКИ В64С 1/00, 1/26 от 10.08.2000, с приоритетом от 18.05.1998).
Недостатком известной конструкции является ограничение полезного объема фюзеляжа размерами функционального отсека, что снижает компоновочные возможности фюзеляжа.
Наиболее близким техническим решением является несущий фюзеляж самолета, содержащий панели обшивки, подкрепленные шпангоутами (заявка РСТ №97/43175 от 13.05.1997 с приоритетом США от 13.05.1996). Последнее техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются:
1. Задание фюзеляжа поверхностью двойной кривизны с переменными радиусами кривизны, что увеличивает массу фюзеляжа и усложняет его конструкцию, особенно в случае работы фюзеляжа на избыточное давление.
2. Низкий коэффициент использования объема фюзеляжа, образованного в продольном сечении аэродинамическим профилем, вследствие его существенного сужения за максимальной толщиной профиля, а также из-за переменной высоты фюзеляжа в области размещения полезной нагрузки, что дополнительно снижает комфорт в пассажирском варианте применения самолета.
3. Отсутствие цилиндрического участка в фюзеляже, что значительно затрудняет организацию дополнительных вставок в фюзеляж при разработке модификаций самолета.
4. Размещение зоны стыка крыла с фюзеляжем в верней части несущего фюзеляжа без сопряжения их поверхностей, что снижает эффективность передачи нагрузок с крыла на фюзеляж и увеличивает вредное сопротивление интерференции.
Техническим результатом заявляемого решения является устранение указанных недостатков.
Для этого центральная часть несущего фюзеляжа выполнена цилиндрической с овальным поперечным сечением, образованным сопряженными дугами окружностей.
Конструкция фюзеляжа состоит из цилиндрических панелей обшивки, подкрепленных шпангоутами, продольных балок, расположенных по линиям сопряжения панелей обшивки и связанных попарно вертикальными поперечными стойками, установленными в плоскости шпангоутов с шагом, кратным шагу шпангоутов, а также грузового пола.
Для соединения с крылом силовые шпангоуты фюзеляжа в зоне стыка имеют выступы за обводы фюзеляжа, соединенные с лонжеронами крыла, а панели обшивки крыла и фюзеляжа плавно сопрягаются.
Технический результат настоящего технического решения достигается за счет того, что в предложенной схеме фюзеляжа нагрузки от избыточного давления воспринимаются цилиндрическими панелями обшивки, работающими на растяжение, как и в случае нагружения фюзеляжа с круглым поперечным сечением, которые создают единую поверхность без изломов, обеспечивая меньший вес конструкции по сравнению с фюзеляжами приведенных аналогов. При этом скачки моментов и перерезывающих сил, возникающие в местах сопряжения цилиндрических участков поверхности фюзеляжа, воспринимаются продольными балками и поперечными стойками.
Передача нагрузок с крыла на фюзеляж осуществляется с помощью силовых шпангоутов с выступами и плавно сопряженных панелей обшивки крыла и фюзеляжа, как в самолетах интегральной схемы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 дан вид фюзеляжа сбоку;
- на фиг.2 дан вид фюзеляжа сверху;
- на фиг.3 дана схема сопряжения цилиндрических участков поверхности фюзеляжа;.
- на фиг.4 дано сечение по А-А на фиг.1;
- на фиг.5 дано сечение по Б-Б на фиг.4;
- на фиг.6 дан узел Д на фиг.4;
- на фиг.7 дан узел К на фиг.5.
Конкретное осуществление изобретения выглядит следующим образом.
Фюзеляж 1 содержит центральную часть 2, выполненную цилиндрической с овальным поперечным сечением. Поверхность центральной части 2 образована участками панелей обшивки 3 одинарной кривизны с радиусами R1 и R2. По линиям сопряжения этих участков размещены продольные балки 4, попарно соединенные поперечными стойками 5. В зоне крепления крыла 6 к фюзеляжу 1 установлены силовые шпангоуты 7, связанные с продольными балками 4 и поперечными стойками 5 и образующие жесткий силовой каркас.
Силовые шпангоуты 7 в зоне стыка с крылом имеют выступы 10, соединенные с лонжеронами крыла 14, а панели крыла и центральной части фюзеляжа 2 плавно сопряжены. Грузовой пол 11 связан с силовыми шпангоутами 7, нижними продольными балками 4 и поперечными стойками 5 с помощью фитингов 12, а силовые шпангоуты 7 с поперечными стойками 5 и верхними продольными балками 4 - посредством фитингов 13.
Заявляемый для признания изобретением несущий фюзеляж обеспечивает новый технический эффект, заключающийся в:
- снижении массы и упрощении конструкции несущего фюзеляжа за счет применения панелей обшивки одинарной кривизны, состыкованных по линиям сопряжения с помощью продольных балок, подкрепленных стяжками, расположенными в плоскости шпангоутов;
- повышении коэффициента использования объема фюзеляжа и уровня комфорта для пассажиров, расширении возможности модификации самолета за счет наличия центральной части фюзеляжа цилиндрической формы;
- снижении массы, повышении ресурса конструкции и уменьшении сопротивления интерференции за счет плавного сочленения крыла с фюзеляжем с использованиям силовых шпангоутов с выступами за контуры фюзеляжа в зоне стыка.
Наибольший эффект от использования заявляемого решения может быть достигнут для грузопассажирских самолетов с герметичным фюзеляжем и средним расположением крыла.