Назначение, требования, типы корпусов
Корпус самолета служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудования. К корпусу крепятся крылья, оперение, часто силовая установка и другие агрегаты самолета.
Общие требования, предъявляемые к самолету и его агрегатам, изложены в разд. II. Отметим лишь некоторые специфические требования, относящиеся к корпусу самолета.
1) Для ослабления интерференции и уменьшения лобового сопротивления самолета необходимо плавно сопрягать корпус с примыкающими к нему частями самолета.
2) Так как прогибы и закручивание корпуса влияют на углы атаки оперения, то жесткость конструкции корпуса на изгиб и кручение должна обеспечить достаточную эффективность горизонталь, кого и вертикального оперений на всех режимах.
3) Удобство размещения экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. Удобство загрузки и выгрузки самолета.
4) Звукоизоляция. Создание нормальных условий для экипажа и пассажиров на больших высотах, при низких температурах окружающего воздуха.
5) Обеспечение удобного входа и возможности быстрого покидания самолета экипажем, особенно при авариях.
6) Минимальное затенение обзора летчику, особенно при по садке самолета.
7) Максимальное использование внутренних объемов.
Корпусы самолетов подразделяются на фюзеляжи, лодки и гондолы. Под фюзеляжем понимают корпус сухопутного самолета, на котором расположены вертикальное и горизонтальное оперения.
Корпусом гидросамолета является лодка, которая, кроме указанного выше назначения, служит также для обеспечения взлета с воды и посадки на воду. Лодка, как и фюзеляж, несет на себе оперение, но отличается от фюзеляжа внешними формами (обводами нижней части), обеспечивающими ее «мореходные» качества. Гондола является корпусом без оперения. На самолетах, имеющих гондолу, оперение поддерживается двумя балками, крепящимися к крылу. Такие самолеты называют двухбалочными. В книге рассматриваются сухопутные самолеты, поэтому данная глава посвящена описанию конструкций фюзеляжей.
Внешние формы фюзеляжей
Для размещения экипажа, пассажиров и грузов круглые сечения не выгодны, так как при этом неэффективно используется площадь с боков и снизу, что ведет к увеличению миделя и поверхности фюзеляжа. Под действием внутреннего давления в тонкостенной конструкции круглого сечения возникают лишь растягивающие напряжения. Влияние удлинения фюзеляжа на сопротивление его различно на различных скоростях.

КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИЯ ФЮЗЕЛЯЖЕЙ

Силы, действующие на фюзеляж
Силы, действующие на фюзеляж во время полета или при посадке, можно разделить на следующие группы:
1) массовые силы конструкции фюзеляжа;
2) массовые силы агрегатов, грузов и оборудования, расположенных в фюзеляже;
3) силы, приходящие к фюзеляжу от прикрепленных к нему других частей самолета;
4) аэродинамические силы, действующие непосредственно на фюзеляж;
5) для герметических фюзеляжей —силы внутреннего давления. Силы, указанные в п. 4, сравнительно невелики и при расчете их не учитываются.
Силы, приложенные к фюзеляжу, рассматриваются в двух плоскостях: параллельной плоскости симметрии самолета и перпендикулярной плоскости симметрии самолета. Примером нагружения фюзеляжа силами, параллельными плоскости симметрии самолета, может служить выход самолета из пикирования, или посадка самолета. Примером нагружения фюзеляжа силами, перпендикулярными плоскости симметрии самолета, может служить полет самолета с отклоненными рулями направления. Под действием нагрузок конструкция фюзеляжа испытывает деформации. От сил, действующих параллельно плоскости симметрии самолета, фюзеляж изгибается в вертикальной плоскости. Под действием сил, приложенных к фюзеляжу в горизонтальной плоскости (перпендикулярной плоскости симметрии), фюзеляж изгибается в горизонтальной плоскости. Кроме того, при нагрузке на вертикальное оперение фюзеляж скручивается. Таким образом, конструкция фюзеляжа в общем случае работает на вертикальный изгиб и сдвиг, горизонтальный изгиб и сдвиг и кручение. Для построения эпюр поперечных сил, изгибающих моментов и крутящих моментов необходимо установить, по какой силовой схеме работает фюзеляж при данной нагрузке. В полетных случаях фюзеляж представляет собой балку, опирающуюся на лонжероны (стенки) крыла. Тогда при вертикальном изгибе фюзеляж рассматривают как двухопорную балку с двумя консолями. Если силы действуют только на переднюю или заднюю часть, то при расчете этой части фюзеляжа ее рассматривают как консоль, заделанную у лонжеронов крыла. При расчете фюзеляжа на прочность его обычно условно расчленяют на три части: переднюю, среднюю и заднюю. Приходящиеся на фюзеляж нагрузки: от оперения, шасси и др. агрегатов для данного расчетного случая вычисляют в соответствии -с нормами прочности. Вообще фюзеляж должен быть рассчитан на все случаи, установленные для крыльев, оперения, силовой установки и шасси, т. е. для частей, прикрепленных к фюзеляжу и передающих ему нагрузки. Кроме того, нормами предусматривается ряд расчетных случаев, специфических для фюзеляжа. Конструктивные схемы фюзеляжей
Конструкция фюзеляжа состоит из силовой системы (каркас, оболочка), воспринимающей внешние нагрузки, и элементов вспомогательного назначения. Силовая схема современных фюзеляжей (в целом или по частям) представляет собой тонкостенную балку Такие фюзеляжи называются балочными. Ранее фюзеляжи легких самолетов выполняли в виде пространственной фермы. Эта конструктивная схема в настоящее время не применяется ввиду большого веса и технологической сложности, но сохранилась в некоторых самолетах. В ферменных фюзеляжах обтекаемая форма достигается при помощи дополнительных надстроек к силовой части, что увеличивает вес конструкции. В качестве обшивки применяется полотно, фанера или тонкие листы дюралюмина. Такая конструкция не удовлетворяет требованиям, предъявляемым аэродинамикой при больших скоростях. Иногда фюзеляжи по длине выполняются по различным конструктивным схемам. Например, переднюю часть делают ферменной, заднюю — балочной; такие фюзеляжи относят к смешанной конструктивно-силовой схеме. В балочном фюзеляже основными элементами являются:
а) продольный набор—лонжероны и стрингеры;
б) поперечный набор — шпангоуты;
в) обшивка.
К элементам вспомогательного назначения относятся детали для местного усиления основной конструкции; детали для установки различных грузов, предметов вооружения и оборудования; детали, выполняющие специальное назначение и в то же время являющиеся частью конструкции фюзеляжа (например, пол в кабинах, противопожарные перегородки и т. д.). В балочном фюзеляже изгибающие моменты воспринимаются лонжеронами, стрингерами и обшивкой; поперечные силы и крутящий момент воспринимаются обшивкой. Характер и степень нагружения элементов конструкции зависят от разновидностей конструктивно-силовой схемы фюзеляжа.
Применяются три разновидности балочных фюзеляжей:
1. Конструкция, состоящая из мощных лонжеронов и слабого набора стрингеров и шпангоутов, с обшивкой, работающей на сдвиг от поперечных сил и крутящего момента. Такой фюзеляж называется лонжеронным.
2. Конструкция, состоящая из обшивки, работающей при изгибе и кручении фюзеляжа, и часто расположенных стрингеров и шпангоутов. Такой фюзеляж называется стрингерным (полу-монокок).
3. Конструкция, представляющая собой сравнительно толстую или многослойную обшивку, подкрепленную только шпангоутами. В этой конструкции все нагрузки воспринимает обшивка. Такой фюзеляж называется обшивочным (монокок).
Отметим сходства и различия в работе конструктивных элементов фюзеляжа и крыла. Назначение и работа стрингеров и обшивки фюзеляжа и крыла аналогичны. Можно лишь отметить, что обшивка фюзеляжа имеет большую кривизну, чем обшивка крыла и более устойчива при работе на сжатие и сдвиг. Кроме того, обшивка фюзеляжа весьма слабо нагружена поверхностной воздушной нагрузкой. Лонжероны фюзеляжа работают аналогично поясам лонжеронов крыла . Шпангоуты фюзеляжа по назначению аналогичны нервюрам крыла, за исключением того, что они не передают воздушную нагрузку. Отмеченные сходства обусловливают сходность форм, сечений силовых элементов фюзеляжа и крыла.
Конструкция фюзеляжей
В современных балочных фюзеляжах каркас выполняется, как правило, из дуралюмшшвых профилей, обшивка—из листового дуралюмина. Расстояние между шпангоутами меняется в пределах от 350 до 800 мм в зависимости от размеров шпангоутов и толщины обшивки. Шаг стрингеров, в зависимости от типа балочного фюзеляжа, равен примерно 100—250 мм. В хвостовом отсеке фюзеляжа часть стрингеров обрезают, так как, иначе они будут расположены слишком часто. Места обрыва стрингеров располагают на разных шпангоутах во избежание резкого ослабления сечения. Толщина обшивки 0,8—8 мм. Лонжеронные конструкции фюзеляжей были разработаны применительно к самолетам с одним поршневым двигателем, расположенным впереди фюзеляжа. Применение их целесообразно для самолетов с ТРД, расположенным Б фюзеляже (например в хвостовой его части). В этом случае наличие лонжеронов в верхнем и нижнем сводах дает возможность рационально осуществить крепление силовой установки. Узлы крепления двигателя размещаются на силовом шпангоуте и усилия с них передаются на лонжероны передней части фюзеляжа. Стрингерные конструкции фюзеляжей (полумонокок) являются характерными для современных самолетов. Конструкция фюзеляжа герметизирована за исключением хвостовой части. Нормальные шпангоуты штампованы из листового материала и имеют I— образное сечение Усиленные шпангоуты предназначены для крепления крыла, оперения и передней ноги шасси Каждый шпангоут имеет поперечную горизонтальную балку, которая служит опорой для пола кабины. Центроплан крепится своими лонжеронами к усиленным шпангоутам.
Конструкция фюзеляжа разработана с учетом панельной сборки и широкого применения прессовой клепки. Панели образованы из обшивки, частого набора стрингеров и поперечных элементов и соединяются между собой при помощи технологических разъемов. В местах технологических разъемов панелей ставятся усиленные стрингеры, для чего используются прессованные профили таврового сечения. Конструкция фюзеляжа вызывает необходимость делать большие вырезы (например для бомболюков), а это требует постановки мощных продольных балок (бимсов). Обшивочные конструкции фюзеляжей (монокок), состоящие из толстой обшивки и шпангоутов, еще не получили широкого применения. В рассматриваемой конструкции обшивка воспринимает все виды нагрузок, действующие на фюзеляж. В целях повышения устойчивости обшивки при работе на сжатие и сдвиг приходится увеличивать толщину ее, что ведет к увеличению веса конструкции Применение обшивки с заполнителем резко повышает ее устойчивость (критические напряжения). В этом случае вес обшивочного фюзеляжа будет наименьшим.
Конструкция элементов фюзеляжей
Основными элементами конструкции балочных фюзеляжей являются: лонжероны, бимсы, стрингеры, шпангоуты, обшивка и узлы. Лонжероны и стрингеры делаются из прессованных (реже гнутых) стальных и дуралюмнновых профилей. Сечения лонжеронов и стрингеров могут быть одинаковой формы и отли чаются только размерами — площадь сечения лонжеронов значи тельно больше.Лонжероны и стрингеры часто применяют для местного усиления и ставят на участках, где имеются вырезы для кабин экипажа, для размещения крыла и шасси. Этой же цели служат бимсы, которые в районе вырезов воспринимают осевые силы при изгибе. Шпангоуты подразделяются на нормальные, служащие для придания формы фюзеляжу и подкрепления обшивки, и усиленные, воспринимающие, кроме того, местные нагрузки. Нормальные шпангоуты выполняются из прессованных или гнутых дуралюминовых профилей, согнутых по форме сечения фюзеляжа, и состоят из нескольких частей. Усиленные шпангоуты, как об этом говорилось выше, предназначены для передачи сосредоточенных сил и моментов, действующих в плоскости шпангоутов, на обшивку. Такие шпангоуты устанавливаются в местах разъемов фюзеляжа, в местах крепления к фюзеляжу крыльев, оперения и других агрегатов. Шпангоуты обычно охватывают весь периметр сечения фюзеляжа. В местах вырезов шпангоуты охватывают только часть периметра. В балочных фюзеляжах местные нагрузки от различных грузов и агрегатов передаются через соответствующие узлы на каркас. С каркаса эти нагрузки должны быть распределены на обшивку фюзеляжа. При этом стрингеры, лонжероны должны передавать на обшивку силы, действующие вдоль фюзеляжа (в этом случае исключается поперечный изгиб их), а шпангоуты—силы, действующие поперек фюзеляжа. Рассмотрим нагружение усиленного шпангоута, передающего на обшивку силу. Реакции обшивки изображены в виде погонных касательных сил. Однако при такой передаче усилий шпангоут будет изгибаться, что в весовом отношении невыгодно, так как возникают значительные изгибающие моменты; кроме того, при изгибе материал средней части сечения мало нагружен и нерационально используется. Обшивка балочных фюзеляжей представляет собой дуралюминовые листы, отштампованные по форме поверхности фюзеляжа, и является силовым элементом конструкции. Поэтому в местах вырезов (люки, окна, двери, фонари кабины экипажа) делают местные подкрепления. В лонжеронных и стрингерных фюзеляжах небольшие вырезы мало ослабляют сечение и для усиления их достаточно круговой окантовки отверстия. При значительных вырезах, какие требуются, например, для фонаря для грузового люка или входной двери, сечения значительно ослабляются и для усиления выреза приходится ставить усиленные стрингеры, короткие лонжероны, бимсы и усиленные шпангоуты. Крепление обшивки к продольному и поперечному наборам зависит от расположения стрингеров (лонжеронов) относительно шпангоутов и бывает следующих видов:
1. Стрингеры проходят снаружи шпангоутов и обшивка крепится только к стрингерам. Такое соединение часто осуществляется в месте расположения нормальных шпангоутов. При этом уменьшается количество заклепок, а обшивка достаточно хорошо подкрепляется стрингерами. Эта конструкция может также оказаться рациональной при наличии нагрева вследствие больших скоростей полета.
2. Стрингеры проходят внутри шпангоутов и обшивка крепится только к шпангоутам. Это крепление встречается редко, так как оно ухудшает подкрепление обшивки.
3. Стрингеры врезаны в шпангоуты заподлицо и обшивка крепится и к шпангоутам, и к стрингерам . Это крепление является наиболее распространенным. Если обшивка крепится к каркасу, то необходимо в местах пересечения стрингеров и шпангоутов из технологических соображений иметь связь между ними. В случае конструкции, состоящей из панелей, такой связи не нужно. Это обстоятельство также упрощает технологию изготовления панельной конструкции. Аналогично креплению нервюр к обшивке крыла в креплении шпангоутов к обшивке часто применяют компенсаторы. Такое крепление дает существенные технологические преимущества —снижает требования к точности изготовления шпангоутов.
Стыковка фюзеляжей
У небольших самолетов с турбореактивными двигателями, расположенными в задней части фюзеляжа, последний расчленяют на две-три части. Такое разъемное соединение необходимо в эксплуатации для установки и снятия двигателя. У больших самолетов фюзеляж расчленяют на несколько частей, которые стыкуются при помощи разъемных соединений. Стыковка частей фюзеляжа обусловливается его конструктивной схемой. В лонжеронных фюзеляжах соединение осуществляется стыковыми узлами, установленными на лонжеронах . В стрингерных фюзеляжах соединение производится по контуру посредством стыковых угольников или фитингов. Такие способы стыковки соответствуют характеру работы рассмотренных схем фюзеляжей: сосредоточенные силы, действующие вдоль лонжеронов, передаются с одной части на другую при помощи стыковых узлов; распределенные силы, действующие вдоль стрингеров и по обшивке, — при помощи контурной стыковки.
Сравнительная оценка различных схем фюзеляжей
Однако необходимость обеспечения устойчивости слабо подкрепленной обшивки приводит к увеличению ее толщины и веса конструкции. Удовлетворительные прочность и жесткость обшивочных фюзеляжей при малом весе обеспечиваются лишь при применении обшивки с заполнителем. В противном случае более легкой оказывается стрингерная конструкция. Живучесть конструкции наиболее высокая у обшивочного и затем у стрингерного фюзеляжа, так как силовые элементы фюзеляжей этих типов рассредоточены по всему контуру сечения Использование объемов наиболее эффективно у лонжеронных схем фюзеляжа, наличие больших вырезов в обшивке которых менее существенно снижает прочность конструкции. Кроме того, на лонжеронном фюзеляже проще осуществляется установка стыковых узлов оперения, шасси и т. п. В настоящее время часто применяются балочные фюзеляжи комбинированных схем, например, лонжеронный в отсеках, имеющие большие вырезы в обшивке и стрингерный в остальной части.

КАБИНЫ

Назначение. Требования, предъявляемые к кабинам
Кабины самолетов предназначены для размещения экипажа, пассажиров, грузов. В соответствии с назначением кабины подразделяются на кабины экипажа (летчика, штурмана, радиста и др.), пассажирские и грузовые. Кабины могут быть невысотными и высотными (герметическими) .
Кабины экипажа должны удовлетворять основным требованиям, перечисленным в начале главы.
К пассажирским кабинам, кроме того, предъявляются следующие специфические требования:
1) достаточный объем (не менее 1,0 на пассажира), удобные сиденья, достаточное освещение, хорошая внутренняя отделка, индивидуальная вентиляция;
2) звукоизоляция кабин от шума двигателей и вибрирующих частей самолета-,
3) достаточное количество входных дверей, а также наличие аварийных выходов и аварийных средств;
4) наличие хорошо оборудованных иодсобных помещений (туалетные, буфеты-кухни, гардеробы и пр.).
Требования к грузовым кабинам зависят от характера перевозимого груза. Общими требованиями" для грузовых кабин являются:
1) надлежащие размеры и размещение грузовых помещений и люков, обеспечение удобства погрузки и разгрузки;
2) наличие специальных приспособлений для крепления грузов.
Герметические кабины
Метеорологические условия полета на высотах свыше 10 000— 12 000 м более благоприятны; незначительная облачность, постоянство направления и силы ветра, меньшая возможность обледенения повышают безопасность и регулярность полетов на этих высотах. Кроме того, на большой высоте полет более экономичен и дальность полета возрастает. Известно, что дальность полета зависит от продолжительности и скорости полета, т. е. На больших высотах мощность поршневого или турбовинтового двигателя (ТВД), а также тяга турбореактивного двигателя (ТРД) падают, имея на высоте 11 000—12 000 ч значения, равные примерно 25-30% мощности (тяги) у земли. В связи с этим значительно уменьшается количество топлива, расходуемое двигателем, вследствие чего при имеющемся запасе топлива увеличивается продолжительность полета. Скорость на больших высотах уменьшается по сравнению со скоростью у земли не столь резко, в результате чего дальность на высоте существенно возрастает. Так, для самолетов с реактивным двигателем дальность на высоте 11 000 м .превышает дальность у земли более чем в 1,5 раза. Уже начиная с 4500—5000 м понижение давления атмосферы, а следовательно, уменьшение весового содержания кислорода в единице объема воздуха, влечет за собой ухудшение самочувствия. Вместе с понижением давления атмосферы падает и давление содержащегося в ней кислорода — так называемое парциальное давление кислорода. Это также ухудшает жизнедеятельность организма. Вследствие недостатка кислорода и уменьшения его давления, а также общего уменьшения давления окружающей среды на больших высотах появляются признаки «высотной болезни» — боли в суставах, ослабление зрения и пр. Распространенным способом поддержания жизнеспособности человека на больших высотах является использование кислородной аппаратуры, автоматически добавляющей к воздуху кислород в нужном на данной высоте количестве. Однако при этом сохраняется низкое атмосферное давление. Современные кислородные приборы не могут обеспечить требующихся условий кислородного питания на высоте свыше 12 000 м. Наилучшим средством обеспечения безопасности и удобства при высотных полетах является герметическая кабина, в которой сохраняется заданное барометрическое давление находящегося в ней воздуха, химический состав воздуха и обеспечивается парциальное давление кислорода. Если к тому же в кабине поддерживается определенная температура и влажность воздуха, то такая система называется системой кондиционирования воздуха. Имеется два основных типа герметических кабин: вентиляционные и регенерационные. Герметической. кабиной вентиляционного типа является кабина, в которой необходимое давление и обмен воздуха поддерживаются путем наддува атмосферного воздуха. Наддув создается нагнетателем (компрессором) двигателя или специальной установкой. Регулирование современных кабин устроено таким образом, что нормальное давление поддерживается до определенной высоты (5000-7000 м), начиная с которой обеспечивается уже только избыток давления (0,4-0,5 ат) над давлением окружающей среды. Поэтому на высотах более 11 000 м необходимы кислородные приборы. Герметической кабиной регенерационного типа является кабина, в которой необходимое давление и обмен воздуха поддерживаются регенерационными устройствами (не связанными с окружающей атмосферой). Кислород подается в кабину из баллонов со сжатым кислородом или приборов, содержащих жидкий кислород. Для удаления продуктов выдыхания воздух кабины пропускается через регенерационную установку, поглощающую углекислый газ и водяные пары. При этом падение давления компенсируется подачей кислорода.
Высота полета
Преимуществом регенерационной герметической кабины является независимость от давления окружающей среды, более высокое процентное содержание кислорода и возможность, вследствие этого, повышения высотности кабины. Недостатком такой кабины является повышенная пожарная опасность (вследствие высокого содержания кислорода), ограниченный запас кислорода в баллонах и несколько более сложное устройство. Наряду с двумя основными типами герметических кабин иногда применяют герметическую кабину смешанного типа, т. е. кабину, в которой давление и обмен воздуха поддерживаются методом вентиляции и регенерации. Для самолетов, летающих на высотах до 25 000—30 000 м, наибольшее распространение получили герметические кабины вентиляционного типа. На высотах свыше 30 000 м, а также для полетов в космосе, кабины будут только регенерационного типа. Герметическая кабина вентиляционного типа. Система наддува кабины является комплексной и обеспечивает наддув, отопление, вентиляцию и необходимую влажность воздуха. Горячий воздух на выходе из компрессоров двигателей поступает в систему кондиционирования по нескольким каналам, образуя «горячую» линию: по трубопроводам — к воздухо-воздушному радиатору; по трубопроводу к системе отопления самолета; по трубопроводу — к системе обдува фонарей (для зашиты стекол от запотевания) и обогреву санузлов; по трубопроводу — к системе индивидуальной вентиляции. В линии трубопроводов от двигателя установлены обратные клапаны (для предотвращения утечки воздуха при остановке какого-либо двигателя), заслонки, регулирующие подачу воздуха, и ограничители давления воздуха. Охлажденный в радиаторе воздух образует «холодную» линию и подается в систему индивидуальной вентиляции, проходя через турбохолодильник (для дополнительного охлаждения) или минуя его, в зависимости от температуры воздуха. Регулирование температуры путем перекрытия заслонок на трубопроводах, подводящих горячий и холодный воздух, производится автоматически: чувствительный датчик выдает сигнал на электромеханизм, переставляющий заслонки, управляющие подачей воздуха. Так как работа турбохолодильника сопровождается сильным шумом, то на выходе воздуха из него установлен глушитель шума. Из магистрали за турбохолодильником холодный воздух подается в короба индивидуальной вентиляции и через насадки — в кабины. Холодный воздух подается также в систему отопления, где смешивается с горячим воздухом, поступающим по трубопроводу. В последнем случае поступление холодного и горячего воздуха регулируется в зависимости от температуры в системе отопления с помощью заслонок. По пути в кабину воздух системы отопления проходит глушитель шума, форсуночный увлажнитель, поддерживающий заданную влажность воздуха в кабине и поступает в отопительные короба, а оттуда в кабину. «Отработанный» воздух поступает в подпольное пространство и далее к регуляторам давления в передней и задней части фюзеляжа, которые регулируют сбрасывание воздуха в атмосферу. Для охлаждения воздуха, подаваемого в кабину сверхзвукового самолета, также используются воздушные радиаторы, однако температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор, благодаря торможению его при сверхзвуковых скоростях будет высока. В этом случае необходимо последующее охлаждение воздуха, поступающего в кабину, которое осуществляется в воздушной турбине. Воздух расширяется на лопатках турбины и давление и температура его понижаются. Иногда воздух, предварительно охлажденный в воздушном радиаторе, дополнительно охлаждается в испарительном теплообменнике, где свое тепло воздух отдает испаряющейся жидкости. Герметическая кабина может представлять собой совершенно самостоятельный агрегат, имеющий вид герметического сосуда, расположенного внутри фюзеляжа. Такие герметические кабины обычно называют вставными, они воспринимают нагрузки только от внутреннего или внешнего избыточного давления воздуха. В настоящее время герметические кабины выполняются в виде герметизированных отсеков фюзеляжа. В этом случае достигается уменьшение веса, так как конструкция кабины воспринимает, кроме избыточных давлений, все нагрузки, действующие на данный отсек фюзеляжа. Наиболее целесообразной, с точки зрения прочности, формой для кабины, подверженной внутреннему давлению, является сфера или цилиндр со сферическими днищами. Для обеспечения воздухонепроницаемости в местах крепления и соединения обшивки под заклепочные швы подкладываются уплотнительные ленты (тиоколовые), а головки заклепок покрываются тиоколовой замазкой или другими герметиками. Окна, двери и люки герметизируются при помощи резиновых прокладок и резиновых трубок (об этом подробней ниже). Крышки люков и двери открываются внутрь, вследствие чего избыточное внутреннее давление прижимает крышку люка или дверь к раме и способствует герметизации. Выводы тяг и тросов управления из кабины также герметизируются. Для тяг с поступательным движением успешно применяется вывод с гофрированным шлангом, для тросов—вывод с резиновым уплотнением. Для валов с вращательным движением применяют уплотнения типа сальниковых. Герметизация вывода ручки управления может быть выполнена при помощи конуса из хлопчатобумажной ткани, оклеенной резиной. Степень герметичности кабины характеризуется величиной утечки воздуха, которая задается в зависимости от назначения самолета и проверяется при испытании. На случай быстрой потери кабиной избыточного давления предусматривается второй агрегат для дополнительного наддува и аварийное кислородное питание. На военных самолетах наиболее эффективным средством спасения экипажа при повреждении герметических кабин на больших высотах является использование специальных спасательных авиационных скафандров. Авиационный скафандр — это воздухопроницаемый костюм, снабженный специальной аппаратурой, которая может до значительной высоты поддерживать необходимое для жизни давление воздуха и содержание в нем кислорода.
Кабины экипажа
Кабины экипажа самолета предназначены для размещения летчиков, штурманов, радистов и других членов экипажа, а также приборов, агрегатов и устройств, обеспечивающих управление самолетом и постоянный контроль за полетом. На больших самолетах с экипажем в несколько человек каждый из членов экипажа имеет свое рабочее место, снабженное всеми необходимыми приборами и оборудованием. Фонарь кабины (остекленный верх) для обеспечения необходимого обзора выполняется в виде надстройки, возвышающейся над основным контуром фюзеляжа. Такой фонарь значительно увеличивает лобовое сопротивление самолета. На некоторых самолетах для увеличения обзора при посадке передняя часть фюзеляжа отклоняется вниз. Остекление фонаря кабины выполняется из органического стекла, но при больших скоростях (М 1,5) такое стекло теряет физико-механические свойства вследствие нагрева. В этом случае его заменяют силикатным стеклом. Передние, (а иногда и задние) стекла фонарей истребителей являются броневой защитой и делаются из бронестекла толщиной 50—70 мм. Применение герметических кабин значительно усложнило конструкцию фонарей кабин экипажа. Каркас фонаря обычно состоит из отдельных секций, выполненных при помощи штамповки или литья. Фонарь остеклен двойными стеклами, в этом случае при разрушении любого внутреннего или наружного стекла оставшееся стекло выдерживает полное избыточное давление. Герметизация остекления обеспечивается при помощи прокладок, жгутов, замазки и резины. Сдвижная часть фонаря герметизируется при помощи резиновых шлангов, показанных в сечениях III—III и IV—IV. Расположенные между сдвижной и неподвижной частями фонаря эти шланги, когда в них подается сжатый воздух, плотно прилегают к обеим частям, обеспечивая герметизацию. Для того чтобы обеспечить покидание самолета при аварии, фонари военных самолетов делаются сбрасывающимися. На современном самолете в кабиле летчика необходимо разместить устройства для управления самолетом и двигателем, пилотажно-навигационные приборы и приборы контроля за работой систем и различных агрегатов самолета и двигателя, а также необходимое радиотехническое оборудование. Для удобства наблюдения за показаниями приборов они группируются по назначению и устанавливаются на приборных досках в определенном порядке. Обычно в центре приборной доски располагаются пилотажно-навигационные приборы. Приборы контроля за работой двигателя располагаются в правой части приборной доски. Механизмы управления различными агрегатами в кабине размещаются по группам в соответствии с их назначением. Так как правая рука летчика занята управлением самолета, то на правом борту кабины располагаются управления такими агрегатами и устройствами, которые редко применяются в полете. Чаще всего справа размещают управление запуском двигателя, радиотехническими устройствами, аварийными системами и пр. С левой стороны летчика, наоборот, размещаются управления такими агрегатами и устройствами, которыми часто приходится пользоваться в полете, например, органы управления двигателем и пр. Все механизмы управления агрегатами располагаются так. чтобы летчик мог ими пользоваться без особых затруднений. Обычно они снабжаются пояснительными надписями, а некоторые рычаги окрашиваются в определенные цвета Большое количество приборов- и устройств, расположенных в кабине, за которыми летчику приходится наблюдать, затрудняет его работу и быстро утомляет. Поэтому конструкторы самолетов стремятся функции контроля за различными системами переложить на приборы-автоматы. Кабина летчиков (экипажа) в больших самолетах значительно отличается от описанной выше. В ней гораздо больше приборов, а рукоятки управления двигателями и другими агрегатами расположены так, что ими пользуются оба рядом сидящие летчика. Некоторые приборы и рукоятки дублируются На фиг 183 показана кабина экипажа, в которой размещаются два летчика, штурман, радист и бортмеханик. Кабины экипажа оборудуются удобными при работе и отдыхе креслами. Кресло летчика должно обеспечивать ему возможность хорошего обзора. Для выполнения этого требования кресло делают регулирующимся по росту летчика. Кресло штурмана и радиста обычно делаются вращающимися относительно вертикальной оси, а в некоторых случаях складывающимися. С увеличением скорости полета оставление экипажем кабины самолета в аварийных случаях делается все более затруднительным, так как человек физически не в состоянии преодолеть сопротивление воздуха при выходе из кабины. В качестве средств спасения членов экипажа при аварии самолета в полете на современных военных самолетах применяются катапультируемые кресла, а на очень больших скоростях и высотах полета—отделяемые кабины. При покидании самолета необходимо обеспечить членам экипажа защиту их от воздушного потока, ограниченные перегрузки, а также надлежащую траекторию полета, чтобы не допустить задевания за оперение самолета. Из фигуры видно, что с увеличением скорости полета траектория движения сидения становится все более пологой из-за влияния увеличивающегося лобового сопротивления. Чтобы поднять траекторию, необходимо увеличить начальную скорость сидения и уменьшить его лобовое сопротивление. Так как путь разгона, сиденья ограничивается высотой кабины, то для выбрасывания экипажа вверх приходится применять большие кратковременные перегрузки в направлении голова—таз (равные примерно 15—20). Поэтому увеличение начальной скорости допустимо, если оно не приводит к чрезмерным перегрузкам. Уменьшение лобового сопротивления сиденья благоприятно сказывается также на уменьшении перегрузок в направлении спина — грудь. Значительное снижение перегрузки в направлении голова-таз может быть достигнуто при катапультировании экипажа вниз через специальные люки. В этом случае требуется меньшая начальная скорость сиденья при отделении от самолета, что позволяет снизить перегрузку. Спинка и заголовник имеют мягкие подушки. К чашке кресла прикреплены подножки, на которые член экипажа при катапультировании ставит ноги. Для защиты лица от воздействия воздушного потока имеется шторка, в случае более высоких скоростей применяется контейнер, защищающий все тело. Кресло устанавливается на направляющие рельсы, по которым оно может перемещаться на роликах, имеющихся на спинке кресла Сзади, к верхней части кресла, крепится стреляющий механизм. Катапультируемое сиденье сблокировано со сбрасываемым фонарем: пиропатрон сиденья снимается с предохранителя при помощи ручки сбрасывания фонаря. Для того чтобы кресло при выходе из кабины, попадая в поток воздуха, не вращалось беспорядочно, оно имеет стабилизирующие щитки, удерживающие кресло в вертикальном положении. Наиболее перспективным способом оставления кабины на больших высотах и скоростях полета является отделяемая от самолета кабина с последующим катапультированием членов экипажа. На больших самолетах пассажирские кабины представляют собой отдельные помещения, а размеры их определяются объемом, приходящимся на одного пассажира. В современных самолетах такой удельный объем колеблется в пределах от 1,2 до 2,0 м. В отделяемой кабине сравнительно просто решаются вопросы, связанные с обеспечением жизненных условий экипажа при покидании самолета на больших высотах.
Пассажирские кабины
Пассажирские кабины самолетов предназначены для размещения пассажиров. В самолетах, обслуживающих местные воздушные линии, пассажирские кабины рассчитаны на 3—9 пассажиров. В настоящее время пассажирские кабины межконтинентальных и магистральных самолетов подразделяют на классы в зависимости от удельного объема и комфорта кабины. По техническим требованиям на всех транспортных самолетах полагается, кроме пассажиров, перевозить определенное количество груза, который нужно удобно разместить без затраты лишнего времени на загрузку и выгрузку. Для этого предусматриваются багажные отделения объемом от 1 до 20 м3 и более в зависимости от размеров самолета. Каркас пола пассажирских кабин состоит из поперечных (опорных) балок, установленных в нижней части шпангоутов и продольных балок. Роль последних выполняют также рельсы, которые имеют фасонное сечение. На рельсы устанавливаются кресла; кроме того, они являются опорой для панелей пола, которые обычно имеют слоистую конструкцию. Внешние слои часто выполняются из фанеры, а в качестве заполнителя используются пенопласт, бальза и соты. Одним из важных требований, предъявляемых к пассажирским кабинам, является требование комфорта. В него входит внутреннее оформление кабины, наличие удобных кресел, система кондиционирования воздуха, индивидуальной вентиляции, индивидуального подсвета. К требованиям комфорта относится и теплозвукоизоляция кабины. Шум на самолете вызывает преждевременное утомление экипажа н пассажиров, временную глухоту и затрудняет работу экипажа и особенно радиста. Уровень силы звука измеряется в децибеллах (дцб). Один децибелл— такое изменение силы звука, которое улавливает человеческий слух. Разговор шепотом дает громкость примерно 30 дцб. шум при перелистывании книги — 45 дцб. нормальный разговор — 65 дцб, громкий разговор 70— 80 дцб. Громкость шума в пассажирской кабине современного самолета дальнего следования не должна превышать 90—100 дцб. На самолетах, предназначенных для более коротких рейсов, может быть допущен шум до 100 дцб. Основные источники шума на самолете — двигатели, винты и вибрирующие части самолета и его оборудования. В кабину шум передается через элементы конструкции и проникает через щели в фонарях, окнах и дверях, а также через вентиляционные каналы. Для уменьшения шума внутри кабин необходимо эластичное крепление двигателей и такое расположение винтов, чтобы концы их лопастей были удалены от обшивки фюзеляжа на 400—500 мм. Стекла и двери во избежание образования щелей и дребезжания ставят на резиновых прокладках. На современном самолете борьба с шумом ведется также с помощью звукоизоляции, которая должна одновременно быть и теплоизоляцией. Тепло-звукоизоляционный материал должен отличаться высокой звукопоглощаемостью, малой теплопроводностью, а также малым весом, огнестойкостью и малой влагопоглощаемостью. Кроме того, он должен легко монтироваться на самолете. бин в аварийных случаях. Размещаются аварийные люкн преимущественно по бортам в среднем отсеке фюзеляжа, а иногда вверху Форма вырезов для аварийных люков овальная с размером по осям 450X750 мм. В качестве звукоизолирующих материалов применяются капроновая вата с удельным весом у = 50 кГ/м9 (490 н/м9), материал из стекловолокна, называемый АТИМС с удельным весом Y=25 КПМ3 (245 н/ж3). Входные двери следует располагать по левому борту из расчета одна входная дверь размером 1700x800 мм на 30—40 пассажиров. На пассажирских самолетах с герметическими кабинами дверь должна открываться, как правило, внутрь. Дверь отходит внутрь кабины (для этого нужно повернуть шарнирную панель) и затем перемещается вперед или назад по направляющим рельсам. Дверь имеет две зоны герметизации — внутреннюю и наружную и герметизируется двумя резиновыми профилями трубчатого сечения, к которым двери прижимаются внутренним избыточным давлением. Окна пассажирских кабин имеют разнообразные формы, чаще всего круглые или прямоугольные с закруглениями. Вырезы для окон в обшивке фюзеляжа делают между шпангоутам, используя последние в качестве дополнительной жесткости к окантовке отверстия. Окна обычно состоят из внутреннего и наружного стекол, изготовленных из ориентированного органического стекла. Одно из стекол, как правило, делается более толстым. Такое стекло работает при небольших напряжениях и, следовательно, обладает высокой усталостной прочностью. Воздушная прослойка между стеклами соединена трубкой с патроном влагопоглотителя (силикагеля), что предотвращает запотевание стекол. Герметизация стекол по краям обеспечивается резиновыми прокладками и соответствующими прижимами.