Фюзеляж ( / ˈ f juː z əl ɑː ʒ / ; от французского fuselé «веретенообразный») — основная часть корпуса самолёта . Она вмещает экипаж , пассажиров или груз . В одномоторных самолётах она обычно также содержит двигатель , хотя в некоторых самолётах -амфибиях единственный двигатель установлен на пилоне, прикреплённом к фюзеляжу, который, в свою очередь, используется как плавающий корпус . Фюзеляж также служит для позиционирования поверхностей управления и стабилизации в определённых отношениях с несущими поверхностями , что требуется для устойчивости и манёвренности самолёта.
Этот тип конструкции все еще используется во многих легких самолетах, использующих сварные стальные трубчатые фермы. Фюзеляжная конструкция с коробчатой фермой также может быть построена из дерева, часто покрытого фанерой. Простые коробчатые конструкции могут быть округлены путем добавления поддерживаемых легких стрингеров, что позволяет тканевой обшивке формировать более аэродинамическую форму или более приятную для глаз.
.png/1280px-Vickers_Wellington_Mark_X,_HE239_'NA-Y',_of_No._428_Squadron_RCAF_(April_1943).png)
Геодезические структурные элементы использовались Барнсом Уоллисом для British Vickers между войнами и во время Второй мировой войны для формирования всего фюзеляжа, включая его аэродинамическую форму. В этом типе конструкции несколько плоских полосовых стрингеров наматываются вокруг шпангоутов в противоположных спиральных направлениях, образуя вид корзины. Это оказалось легким, прочным и жестким и имело преимущество в том, что было сделано почти полностью из дерева. Похожая конструкция с использованием алюминиевого сплава использовалась в Vickers Warwick с меньшим количеством материала, чем потребовалось бы для других структурных типов. Геодезическая структура также является избыточной и поэтому может выдерживать локальные повреждения без катастрофического отказа. Тканевое покрытие поверх структуры завершало аэродинамическую оболочку (см. Vickers Wellington в качестве примера большого военного самолета, который использует этот процесс). Логическим развитием этого является создание фюзеляжей с использованием формованной фанеры, в которой несколько листов укладываются с волокнами в разных направлениях, чтобы получить тип монокока ниже.
В этом методе внешняя поверхность фюзеляжа также является первичной структурой. Типичная ранняя форма этого (см. Lockheed Vega ) была построена с использованием формованной фанеры , где слои фанеры сформированы поверх «заглушки» или внутри формы . Более поздняя форма этой структуры использует стекловолоконную ткань, пропитанную полиэфирной или эпоксидной смолой, в качестве обшивки вместо фанеры. Простая форма этого, используемая в некоторых самолетах любительской постройки, использует жесткий вспененный пластик в качестве ядра с покрытием из стекловолокна, что устраняет необходимость изготовления форм, но требует больше усилий при отделке (см. Rutan VariEze ). Примером более крупного самолета из формованной фанеры является истребитель/легкий бомбардировщик de Havilland Mosquito времен Второй мировой войны . Ни один фюзеляж с фанерной обшивкой не является по-настоящему монококом , поскольку элементы жесткости включены в конструкцию для переноса концентрированных нагрузок, которые в противном случае прогнули бы тонкую обшивку. Использование формованного стекловолокна с использованием негативных («женских») форм (которые дают почти готовый продукт) распространено в серийном производстве многих современных планеров . Использование формованных композитов для структур фюзеляжа распространяется на большие пассажирские самолеты, такие как Boeing 787 Dreamliner (с использованием формования под давлением на женских формах).
Это предпочтительный метод создания полностью алюминиевого фюзеляжа. Сначала ряд форм в форме поперечных сечений фюзеляжа удерживается на месте на жестком креплении . Затем эти формовщики соединяются с легкими продольными элементами, называемыми стрингерами . Они, в свою очередь, покрываются оболочкой из листового алюминия, прикрепленного клепкой или склеиванием специальными клеями. Затем приспособление разбирается и снимается с готовой оболочки фюзеляжа, которая затем оснащается проводкой, органами управления и внутренним оборудованием, таким как сиденья и багажные отсеки. Большинство современных больших самолетов строятся с использованием этой технологии, но используют несколько больших секций, построенных таким образом, которые затем соединяются с помощью крепежей для формирования полного фюзеляжа. Поскольку точность конечного продукта во многом определяется дорогостоящим приспособлением, эта форма подходит для серийного производства, где должно быть произведено много идентичных самолетов. Ранние примеры этого типа включают гражданские самолеты Douglas Aircraft DC-2 и DC-3 и Boeing B-17 Flying Fortress . Большинство металлических легких самолетов строятся с использованием этого процесса.
И монокок, и полумонокок называются структурами с «напряженной обшивкой», поскольку вся или часть внешней нагрузки (т. е. от крыльев и хвостового оперения, а также от дискретных масс, таких как двигатель) воспринимается поверхностным покрытием. Кроме того, вся нагрузка от внутреннего давления воспринимается (как натяжение обшивки ) внешней обшивкой.
Распределение нагрузок между компонентами — это проектный выбор, который во многом определяется размерами, прочностью и эластичностью компонентов, доступных для строительства, а также тем, является ли конструкция «самоустанавливающейся», не требующей полной фиксации для выравнивания.
Ранние самолеты строились из деревянных каркасов, покрытых тканью. По мере того, как монопланы становились популярными, металлические каркасы улучшали прочность, что в конечном итоге привело к созданию самолетов с цельнометаллической структурой, с металлическим покрытием всех внешних поверхностей — это было впервые применено во второй половине 1915 года . Некоторые современные самолеты строятся из композитных материалов для основных поверхностей управления, крыльев или всего фюзеляжа, таких как Boeing 787. На 787 это делает возможным более высокий уровень герметизации и большие окна для комфорта пассажиров, а также меньший вес для снижения эксплуатационных расходов. Boeing 787 весит на 1500 фунтов (680 кг) меньше, чем если бы он был полностью алюминиевой сборкой. [ необходима цитата ]
Ветровые стекла кабины экипажа на Airbus A320 должны выдерживать удары птиц на скорости до 350 кН (650 км/ч) и изготавливаются из химически упрочненного стекла . Обычно они состоят из трех слоев или слоев из стекла или пластика: внутренние два имеют толщину 8 мм (0,3 дюйма) каждый и являются структурными, в то время как внешний слой толщиной около 3 мм является барьером от повреждения истиранию посторонними предметами , часто с гидрофобным покрытием. Он должен предотвращать запотевание внутри кабины и устранять лед при температуре от −50 °C (−58 °F). Раньше это делалось с помощью тонких проводов, похожих на заднее стекло автомобиля, но теперь это достигается с помощью прозрачного покрытия толщиной в нанометры из оксида индия и олова, расположенного между слоями, электропроводящего и, таким образом, передающего тепло. Изогнутое стекло улучшает аэродинамику, но критерии видимости также требуют более крупных панелей. Лобовое стекло кабины состоит из 4–6 панелей, каждая весом 35 кг (77 фунтов) на Airbus A320 . За время эксплуатации среднестатистический самолет меняет три или четыре лобовых стекла , а рынок делится поровну между OEM и более прибыльным вторичным рынком . [2]
Окна кабины , изготовленные из гораздо более легкого, чем стекло, растянутого акрилового стекла , состоят из нескольких панелей: внешняя, рассчитанная на четырехкратное максимальное давление в кабине, внутренняя для резервирования и защитная панель возле пассажира. Акрил подвержен образованию трещин : появляется сеть мелких трещин, но его можно отполировать для восстановления оптической прозрачности , удаление и полировка обычно проводятся каждые 2–3 года для окон без покрытия. [2]
Самолеты типа « летающее крыло », такие как Northrop YB-49 Flying Wing и бомбардировщик Northrop B-2 Spirit, не имеют отдельного фюзеляжа; вместо этого фюзеляжем является утолщенная часть конструкции крыла.
Наоборот, было небольшое количество конструкций самолетов, которые не имеют отдельного крыла, но используют фюзеляж для создания подъемной силы. Примерами являются экспериментальные конструкции подъемного корпуса Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства и Vought XF5U-1 Flying Flapjack .
Смешанный корпус крыла можно считать смесью вышеперечисленного. Он несет полезную нагрузку в фюзеляже, создавая подъемную силу. Современный пример — Boeing X-48 . Одним из первых самолетов, использующих этот подход к проектированию, является Burnelli CBY-3 , фюзеляж которого имел аэродинамическую форму для создания подъемной силы.
