Меню

Трубы для фюзеляжа самолета

Самолет «летающая труба»

Владельцы патента RU 2249537:

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при проектировании вместительных широкофюзеляжных самолетов. Самолет имеет фюзеляж, выполненный в виде коаксиальной трубы, в которой установлены реактивные двигатели, стандартное оперение и диффузор. Внутренняя труба фюзеляжа может быть выполнена в виде трубы Вентури. В сечении внутренняя труба может иметь форму многоугольника, эллипса или усеченного круга. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к летательным аппаратам, а именно к самолетам, выполненным в пассажирском или ином варианте.

Известны конструкции легких летательных аппаратов (см. патенты №1762747, №2097267, B 64 C 1/00), фюзеляжи которых выполнены в виде трубы для обеспечения достаточной жесткости и уменьшения веса. Кабина пилота и груз размещаются вне фюзеляжа.

Известны широкофюзеляжные одно- и двухпалубные самолеты (см. журнал “Гражданская авиация”, 2001 г., №7) типа “А-380”, содержащие четыре реактивных двигателя и вмещающие до 656 пассажирских кресел, с длиной самолета до 80 м.

Основным недостатком всех широкофюзеляжных самолетов являются их большое лобовое аэродинамическое сопротивление и большой спутный след, а также несовпадение вектора тяги двигателей с вектором траектории полета из-за их консольного расположения.

Известен транспортный самолет с затупленной хвостовой частью фюзеляжа, взятый за прототип (см. патент РФ 2094307, B 64 C 1/00, B 64 D 33/02, бюл. №30, 27.10.97). Известный самолет содержит два реактивных двигателя, встроенных в хвостовую часть фюзеляжа, и диффузор, расположенный вокруг обоих двигателей, а хвостовая часть фюзеляжа выполнена с щелями откоса.

Основными недостатками известного транспортного самолета являются низкое аэродинамическое качество из-за большого лобового аэродинамического сопротивления и дополнительного сопротивления воздуха в хвостовой части фюзеляжа, связанного с прохождением его через изогнутые щели и каналы для подачи в реактивные двигатели.

Тенденция авиастроителей к дальнейшему увеличению объема и диаметра фюзеляжа с целью увеличения количества перевозимых пассажиров и грузов ведет к снижению аэродинамического качества и к снижению надежности самолетов. Эти тенденции выражаются в следующем:

1) растет лобовое аэродинамическое сопротивление;

2) увеличивается спутный след за самолетом;

3) уменьшается КПД в соответствии с п.п.1, 2;

4) широкий фюзеляж заставляет конструкторов ставить несколько двигателей, разнося их по консолям, в результате возникает расхождение в направлении векторов тяги двигателей с вектором направления движения воздушного судна. При выходе из строя нескольких или даже одного двигателя в полете приводит к неминуемой катастрофе — гибели экипажа и пассажиров, а также к материальным потерям, связанных со стоимостью судна. Кроме катастроф в воздухе возникают и катастрофы на земле из-за неуправляемости самолетов и падения их на жилые кварталы городов и промышленные объекты.

Предлагаемый самолет “Летающая труба” с фюзеляжем в виде коаксиальной трубы и интегрированных в нее силовых установок лишен многих вышеуказанных недостатков и минимизирует некоторые из них.

Цель данного изобретения — создать самолет с высоким аэродинамическим качеством и повышенной надежностью.

Технический результат достигается тем, что в самолете, содержащем фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, двигатель и диффузор, фюзеляж выполнен в виде коаксиальной трубы, в центре которой установлены двигатели.

Кроме того, внутренняя труба фюзеляжа выполнена в виде трубы Вентури.

Кроме того, внутренняя труба фюзеляжа в сечении может иметь форму многоугольника, эллипса или усеченного круга.

Выполнение фюзеляжа в виде коаксиальной трубы предоставит авиаперевозчикам следующие преимущества:

1. Повысится надежность полетов. Выход из строя одного или двух двигателей одновременно не повлечет за собой крушения из-за потери управляемости самолетом, т.к. крена практически не возникнет вследствие компактного расположения двигателей вокруг центральной оси фюзеляжа.

2. Экономится топливо, за счет уменьшения лобового аэродинамического сопротивления, а также за счет меньшего разрежения воздуха за самолетом. Обтекание трубы гораздо лучше, чем сигары.

Читайте также:  Какая бывает фурнитура для полипропиленовых труб

3. Компактно установленные в трубе двигатели создадут более плотное облако газов за самолетом, в результате увеличится суммарная тяга, т.е. увеличится КПД.

4. Повысится устойчивость самолета и снизится вибрация на скоростях, близких к звуковому барьеру, ввиду присутствия тех же конструктивных элементов.

5. Улучшится и расширится обзор экипажем окружающего пространства за счет увеличения круговой кабины. Размещение пульта и органов управления возможно как в верхней, так и в нижней частях кабины или дублированно.

6. Коаксиальная конструкция предполагает увеличение прочности и жесткости фюзеляжа и самолета в целом.

7. Выполнение фюзеляжа в виде трубы Вентури позволит увеличить скорость воздушного потока в горловине трубы, тем самым создать облегченные условия для работы двигателей.

Имея большое количество преимуществ, самолет «ЛТ» имеет и недостатки:

1. Палубное расположение пассажирских кресел создаст некоторые неудобства обслуживания пассажиров;

2. Увеличенная поверхность фюзеляжа потребует и увеличения его веса.

Первый недостаток несущественен, а второй необходимо конструктивно преодолеть. Каким образом можно снизить вес фюзеляжа? Расчеты показывают, что весовые параметры предлагаемого самолета «Летающая труба» и самолета «А-380» вполне могут быть сопоставимы.

1. При одинаковом количестве пассажирских кресел самолет «ЛТ» строится короче за счет увеличенного количества кресел в одном ряду, суммарно на всех палубах и более короткого хвоста.

2. Стрингеры и шпангоуты изготавливаются меньшего сечения, т.к. жесткость коаксиального каркаса будет обеспечена более короткими связями между концентричными трубами обшивки.

3. Палубные балки и настилы полов изготавливаются меньшего сечения ввиду укороченных пролетов, создавая одновременно жесткий каркас и выполняя основную функцию назначения.

4. В самолете будут отсутствовать массивные стойки и колонны для поддержания широких палуб, которые применяются в классических фюзеляжах.

5. За счет улучшенной аэродинамики самолета уменьшится количество топлива и соответственно уменьшится масса баков.

На фиг.1 показан общий вид самолета; на фиг.2 — вид спереди; на фиг.3 — самолет в разрезе по оси с трубой Вентури; на фиг.4 — поперечный разрез фюзеляжа без оперения с показом примерной компоновки пассажирского салона.

Самолет содержит фюзеляж 1, состоящий из конструктивно выполненных двух концентрично установленных труб 2, 3; крыло 4; киль 5; стабилизатор 6; двигатели 7; диффузор 8; конфузор 9; горловину 10; окна 11; палубы 12; кресла 13; отсеки ручной клади 14; баки 15.

1. Самолет, содержащий фюзеляж, крыло, хвостовое оперение, двигатель, диффузор, отличающийся тем, что фюзеляж выполнен в виде коаксиальной трубы, в которой установлены двигатели.

2. Самолет по п.1, отличающийся тем, что внутренняя труба фюзеляжа выполнена в виде трубы Вентури.

3. Самолет по п.1, отличающийся тем, что внутренняя труба фюзеляжа в сечении имеет форму многоугольника, эллипса или усеченного круга.

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.

Читайте также:  Сколько выделяет тепла трубами

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.

Конструкция и работа шасси

Схемы шасси. Основные параметры шасси.

Читайте также:  Сантехнические скобы под трубу

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).

Рис. 8.1. Схемы шасси: а — с хвостовой опорой б — с передней опорой; в — велосипедное; 1 — основные колеса; 2— хвостовое колесо; 3— носовое колесо; 4 — подкрыльные колеса

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 Су 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 = nэ f Rост ; Rр.пер=nэ f Rпер.

Источник

Adblock
detector