Фюзеляж

(фр. fuselage, от fuseau — веретено) — основной агрегат ЛА, предназначенный для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, одновременно служащий для крепления крыла, оперения, шасси, силовой установки и т. п. На некоторых гидросамолётах Ф. выполняется в виде лодки, обеспечивающей посадку на воду. С целью улучшения общих характеристик ЛА при разработке конструкции Ф. стремятся обеспечить минимальное лобовое сопротивление и оптимальную объёмную компоновку. Схема Ф. разрабатывается в зависимости от назначения ЛА (см. Аэродинамическая схема). В 1940 В. Н. Беляевым был построен экспериментальный дальний бомбардировщик ДБ ЛК, внешне напоминающий «летающее крыло», но имевший два фюзеляжа — гондолы (рис. 1). В «чистой» схеме «летающее крыло» Ф. вообще отсутствует, а необходимые объёмы для размещения экипажа и полезной нагрузки выделяются внутри крыла, имеющего большую строительную высоту. Двухбалочный самолёт (рис. 2) имеет гондолу-Ф., обеспечивающую наиболее эффективное размещение пилота и стрелка-радиста либо наблюдателя на штурмовике или разведчике. Наиболее распространённой оказалась «классическая» схема самолёта (рис. 3) с одним Ф. При этой компоновке в носовой части Ф., как правило, размещаются кабина экипажа, требующая незатенённого конструкцией обзора, носовая опора шасси, вооружение, радиолокационное оборудование или агрегаты силовой установки (на лёгких самолётах). В средней части по условиям центровки наиболее целесообразно размещение крыла, главных опор шасси, двигателей, топливных баков, пассажирской кабины или грузовых отсеков. В хвостовой части Ф. находятся узлы крепления оперения, люки грузовых отсеков, хвостовая опора шасси, средства защиты (на военных самолётах) или средства связи. В процессе эксплуатации на конструкцию Ф. действует совокупность нагрузок в различных сочетаниях: нагрузки в узлах крепления основных агрегатов (крыла, оперения, силовой установки и др.); вес конструкции, полезной нагрузки и оборудования; аэродинамические силы, действующие на поверхность Ф.; нагрузки от внутреннего избыточного давления в гермокабине Ф.; вибрации и акустические нагрузки; нагрузки от внешних подвесок грузов, антенны и т. д. Пределы допустимых нагрузок, случаи нагружения и коэффициент безопасности регламентируются Нормами прочности и др. нормативными документами. По типу применяемых конструкций Ф. можно разделить на ферменные и балочные. Ферменный Ф., распространённый в конструкциях первых самолётов, применяется редко и, как правило, только в лёгких спортивных или тренировочных самолётах (рис. 4). Основные элементы форменного Ф.: лонжероны, стойки, раскосы, расчалки и др. При этом в конструкцию форменного Ф., как правило, входят горизонтальная и вертикальная фермы с соединяющими их элементами, обеспечивающими общую жёсткость каркаса Ф. Для улучшения аэродинамических характеристик ферменная конструкция обычно обтягивается полотняной или фанерной обшивкой, а в отдельных местах закрывается съёмными обтекателями (гаргротами). Переходным типом конструкции между ферменным и балочным является геодезический Ф. (рис. 5). Он используется редко. Балочный Ф. наиболее распространён. Получил название по аналогии с консольной одностеночной балкой. Изгиб и нормальные силы (сжатия, растяжения) в балочном Ф. воспринимаются продольными силовыми элементами (лонжеронами, стрингерами), обшивкой или оребрёнными монолитными панелями. Перерезывающая сила воспринимается главным образом обшивкой. Местные сосредоточенные силы воспринимаются усиленными и типовыми шпангоутами, обеспечивающими сохранение обшей формы Ф. Балочный Ф. имеет несколько разновидностей: балочно-лонжеронную (рис. 6), в которой основные продольные нагрузки воспринимаются мощными лонжеронами (бимсами); балочно-стрингерную, или полумонокок; балочно-обшивочную, или монокок. Из приведённых разновидностей балочно-стрингерный Ф. наиболее совершенен. Эта разновидность конструкции позволяет получить любую форму Ф. и необходимую прочность при высокой весовой отдаче благодаря возможности изменять площади и расположение конструктивных элементов, входящих в состав Ф. Любая выбранная конструкция должна удовлетворять общим конструктивно-технологическим требованиям: обеспечивать заданную статическую прочность, жёсткость, ресурс и живучесть при минимальной массе конструкции; быть пригодной для осмотра и ремонта; иметь простую конструкцию и технологию, обеспечивающие низкую стоимость производства. Ф. самолёта обычно представляет собой вытянутое по потоку веретенообразное тело с плоскостью симметрии, совпадающей, как правило, с плоскостью симметрии ЛА. Его основными геометрическими параметрами являются удлинение, относительная площадь миделевого сечения Sмид = Sмид/Sкр, относительная площадь омываемой поверхности Sом = Sом/Sкр, где Sом — площадь поверхности Ф., S — площадь крыла. Простейшим Ф. является осесимметричное тело вращения, в частности тело, имеющее цилиндрическую среднюю часть и заострённые или округлённые носовую и хвостовую части. Ф. самолётов 80 х гг. имеют сложные пространственные формы из-за компоновочных и эксплуатационных требований. В ряде компоновок Ф. объединяется с воздухозаборниками и соплами силовой установки; иногда носовая часть Ф. одновременно является воздухозаборником, а хвостовая часть совмещается с соплами двигателей. В так называемых интегральных компоновках роль Ф. может выполнять корневая часть крыла сложной формы в плане с большими наплывами. Несущие свойства изолированного Ф. невелики и качественно соответствуют несущим свойствам крыльев очень малого удлинения. Характерным является наличие у Ф. линейно возрастающего по углу атаки (скольжения) продольного (путевого) момента (см. Аэродинамические силы и моменты), обусловленного в основном действием пары сил и поэтому практически не зависящего от центровки. При заданном объёме Ф. самолёта должен обладать минимальным сопротивлением аэродинамическим, он обычно имеет сужающуюся и заострённую хвостовую часть, так как наличие донного среза приводит к появлению значительного донного сопротивления. При сверхзвуковых скоростях полёта основной вклад в аэродинамическое сопротивление Ф. вносит волновое сопротивление. Для простейшего Ф. с цилиндрической средней частью волновое сопротивление определяется волновыми сопротивлениями его носовой и хвостовой частей, значения которых обратно пропорциональны квадратам их удлинений. При заданных значениях объёма и длины минимальным волновым сопротивлением обладает тело Сирса — Хаака, представляющее собой осесимметричное тело вращения с контуром: (R/Rmax) = [1 — (2х/lф)2]3/2, где R — радиус Ф. на расстоянии х от его середины, Rmax — максимальный радиус Ф. (в середине), lф — длина Ф.; при этом объём Ф. Q = 3{{π}}lфSмид/16. Это тело является эталонным при построении Ф. с использованием площадей правила. При больших углах атаки поперечное отрывное обтекание Ф. приводит к образованию над его верхней поверхностью пары вихрей, которые могут оказывать существенное влияние на характеристики продольной и путевой устойчивостей компоновки из-за интерференции аэродинамической. При установке на Ф. крыла и оперений также возникают значительные перераспределения аэродинамических нагрузок. В связи с этим обводы Ф. часто модифицируют с учётом интерференциальных эффектов. Характерным примером являются поджатия Ф., выполняемые в соответствии с около- или сверхзвуковым правилом площадей. Большое внимание в практической аэродинамике уделяется выбору оптимальных форм зализов в области сопряжения крыла и Ф. В ракетной технике вместо термина «Ф.» обычно используют термин «корпус».