Внешние форы фюзеляжа

Внешние формы фюзеляжа определяются требованиями аэродинамики и назначением самолета. Поперечное сечение фюзеляжа может быть прямоугольным, круглым, овальным и комбинированным. Каждая из этих форм имеет свои преимущества и недостатки.

В аэродинамическом отношении лучшим является круглый фюзеляж, так как по сравнению с другими он при одинаковом объеме имеет наименьшую поверхность, а следовательно, и наименьшее сопротивление трения.

При среднем расположении крыла получается и малое сопротивление интерференции. Круглая форма целесообразна для герметизированных отсеков фюзеляжа. Криволинейная обшивка имеет более высокие критические напряжения.

К преимуществам прямоугольного фюзеляжа следует отнести большую простоту изготовления и возможность лучшего использования внутренних объемов для размещения пассажиров, грузов, оборудования и т.п.

Основными формами поперечного сечения фюзеляжей современных самолетов являются круглая или комбинированная.

При виде сбоку форма фюзеляжа, как правило, несимметричная. В носовой части размещается кабина пилота. У одноместных самолетов фонарь кабины выполняется в виде надстройки. Высота фонаря должна обеспечить требуемый обзор, а очертания его должны быть выбраны с учетом получения наименьшего сопротивления.

У тяжелых самолетов габаритные размеры фюзеляжа позволяют вписать кабину пилота в обводы фюзеляжа, но для улучшения обзора передняя часть фонаря образует уступ. Носовая часть фюзеляжей сверхзвуковых самолетов делается заостренной, с тем чтобы обеспечить возникновение косых скачков, дающих меньшее сопротивление.

Форма хвостовой части фюзеляжа во многом определяется необходимостью размещения тех или иных грузов, агрегатов и т.п. Так, на рис. 9.1, а показана форма фюзеляжа, в хвостовой части которого расположен турбореактивный двигатель, на рис. 9.1, б – форма фюзеляжа транспортного самолета, у которого для упрощения погрузки и разгрузки больших грузов (автомобилей, танков и т.п.) люк расположен в задней части фюзеляжа.

Очертания хвостовой части фюзеляжа при виде сбоку выбираются из условий обеспечения посадочного угла атаки aпос при наименьшей высоте шасси и обеспечения необходимого выноса горизонтального оперения hг.о (рис. 9.1, в), чтобы исключить его попадание в спутную струю крыла.

Рис. 9.1. Форма фюзеляжей (вид сбоку)

При виде сверху фюзеляж имеет симметричную форму. У самолетов, летающих на больших околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, фюзеляж в зоне сопряжения с ним крыла очень часто «поджат», т.е. выполняется с соблюдением «правила площадей» с целью получения наименьшего лобового сопротивления (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Форма фюзеляжа сверхзвукового самолета, выполненного в соответствии с «правилом площадей»

Кроме фонаря кабины пилота фюзеляж может иметь и ряд других надстроек: стрелковые башни, прицельные станции и т.д.

Фюзеляж характеризуется следующими основными параметрами:

длиной Lф; диаметром миделевого (наибольшего по площади) сечения Dф, или высотой Н и шириной В миделевого сечения;

удлинением

Здесь

где Sф – площадь миделевого сечения.

Площадь миделевого сечения фюзеляжа при выполнении требований размещения в нем кабин, агрегатов, грузов и т.п. должна быть минимальной. Для одноместных самолетов миделево сечение определяется либо размерами кабины пилота, либо размерами двигателя, если последний расположен в фюзеляже; для тяжелых самолетов – размерами пассажирской или грузовой кабины или размерами отсеков для размещения тех или иных агрегатов оборудования и т.п.

Длина фюзеляжа определяется требованиями получения необходимого плеча горизонтального оперения, требованиями центровки и компоновки самолета.

Большое влияние на лобовое сопротивление фюзеляжа оказывает его удлинение. Лобовое сопротивление фюзеляжа складывается из сопротивления трения, сопротивления давления и волнового сопротивления. При докритических скоростях полета большую часть лобового сопротивления составляет сопротивление трения, величина которого пропорциональна площади поверхности фюзеляжа. Поэтому увеличение длины фюзеляжа при заданной площади миделевого сечения, т.е. увеличение lф, приводящее к увеличению площади его поверхности, вызывает рост лобового сопротивления. С точки зрения минимума лобового сопротивления желательно, чтобы удлинение фюзеляжей таких самолетов находилось в пределах lф= 4...8, если при этом удовлетворяются требования компоновки и центровки. При числах М > основную часть сопротивления фюзеляжа составляет волновое сопротивление. Увеличение удлинения фюзеляжа приводит к снижению волнового сопротивления. Поэтому для сверхзвуковых самолетов наиболее выгодным является удлинение lф= 10...12.

Габаритные размеры фюзеляжа, его форма в поперечном сечении и при виде сбоку и сверху зависят от ряда часто противоречивых требований. Задача конструктора состоит в выборе оптимального варианта, наиболее полно отвечающего назначению самолета и обеспечивающего получение хороших аэродинамических характеристик.