Фюзеляж самолета интегральной или несущей схемы
Владельцы патента RU 2349497:
Открытое акционерное общество "Центральная компания "Финансово-промышленной группы "Российский авиационный консорциум" (RU)
Изобретение относится к авиационной технике. Обшивка фюзеляжа соединена со стрингерным набором и шпангоутами эллиптической формы, которые с верхними и нижними балками-стенками образуют прямоугольную форменную конструкцию с отношением высоты к ширине не менее 1:2 в поперечном сечении и 2:1 в продольном направлении. Верхний и нижний пояса шпангоутов соединены стойками-стяжками, равными высоте кабины. Изобретение направлено на повышение прочности и жесткости. 4 ил.
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для проектирования интегральных конструкций самолетов разного типа и назначения.
Известны схемы интегральных самолетов, в которых применена единая конструкция фюзеляжа и крыла, которая всеми элементами воспринимает основные нагрузки. На практике интегральная конструкция применяется на самолетах, выполненных по схеме «летающее крыло», или для многорежимных боевых самолетов: отечественного Ту-160 или американского В-1, которые выбраны в качестве прототипа предлагаемого решения (см. энциклопедию «Авиация» (под редакцией Г.П.Свищева, издательство «Российские энциклопедии», М., 1988 г.); В.Г.Ригмант «Самолеты ОКБ А.Н.Туполева», - М.: Русавиа, 2001 г., стр.244-249). Часто применяются также самолеты с некруглым, обычно эллиптическим фюзеляжем (International Patent Classification Number PCT/US97/07636, publication number WO 97/43176, 13 мая 1996 г.).
Основной конструктивной особенностью таких схем является то, что в таких компоновках применяются некруглые формы поперечного сечения фюзеляжа. Это ограничивает применение балочных конструкций, т.е жестких замкнутых оболочек, которые имеют подкрепление в виде каркаса, состоящего из продольных (стрингеры) и поперечных (шпангоуты) силовых элементов.
Необходимы новые смешанные схемы, которые могут обеспечить достаточную прочность и жесткость при наименьших затратах массы особенно в условиях новых требований по более высокому перепаду давлений в кабине для обеспечения земных условий на всех высотах и режимах полета.
Для решения этой задачи обшивка фюзеляжа соединена со стрингерным набором и шпангоутами эллиптической формы, которые с долевыми балками-стенками образуют прямоугольную форменную конструкцию с отношением высоты к ширине не менее 1:2 в поперечном сечении и 2:1 в продольном направлении, при этом верхний и нижний пояса шпангоутов соединены стойками-стяжками, равными высоте кабины, количество которых выбирается из условия предельно допустимых нагрузок на растяжение.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями.
На фиг.1 показана общая схема предлагаемого фюзеляжа; на фиг.2 - схема крепления стрингеров к обшивке; на фиг.3 - типовые эпюры перерезывающих сил; на фиг.4 - типовая эпюра моментов.
Основная конструкция фюзеляжа (фиг.1 и 2) состоит из шпангоутов эллиптической формы 1, верхних 2 и нижних балок-стенок 3, стоек-стяжек 4, обшивки 5, стрингерного набора 6.
Нагрузка передается через обшивку 5 и стрингерный набор 6 к шпангоутам 1.
В отличие от обычных конструкций с фюзеляжем круглого сечения, в которых все элементы работают на цепные напряжения, шпангоуты эллиптической формы работают в основном на изгиб (определяющие нагрузки создает избыточное давление в салоне самолета). Для уменьшения нагрузок и снижения веса образована прямоугольная пространственная конструкция из шпангоутов 1, верхних 2 и нижних балок 3. Стойки-стяжки 4 воспринимают нагрузку на растяжение.
Опыт проектирования показал (фиг.3 и 4), что предлагаемая конструкция предоставляет огромные возможности для оптимизации. Расчеты показали, что можно сделать конструкцию очень близкую по массе круглому фюзеляжу равной вместимости. В металлическом исполнении хорошие массовые характеристики можно получить применяя алюминиевые сплавы для обшивки, балок и шпангоутов. Титановые сплавы целесообразно применить для стоек-стяжек.
Фюзеляж самолета интегральной или несущей схемы, содержащий обшивку, стрингерный набор и шпангоуты, отличающийся тем, что обшивка фюзеляжа соединена со стрингерным набором и шпангоутами эллиптической формы, которые с верхними и нижними балками-стенками образуют прямоугольную ферменную конструкцию с отношением высоты к ширине не менее 1:2 в поперечном сечении и 2:1 в продольном направлении, при этом верхний и нижний поясы шпангоутов соединены стойками-стяжками, равными высоте кабины, при этом количество стоек-стяжек выбирается из условия их предельно-допускаемых нагрузок на растяжение.
