фюзеляж

Рис. 1. Двухфюзеляжный самолёт.

фюзеля́ж (фр. fuselage, от fuseau — веретено) — основной агрегат летательного аппарата, предназначенный для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, одновременно служащий для крепления крыла, оперения, шасси, силовой установки и т. п. На некоторых гидросамолётах Ф. выполняется в виде лодки, обеспечивающей посадку на воду.

С целью улучшения общих характеристик летательного аппарата при разработке конструкции Ф. стремятся обеспечить минимальное лобовое сопротивление и оптимальную объёмную компоновку. Схема Ф. разрабатывается в зависимости от назначения летательного аппарата (см. Аэродинамическая схема). В 1940 В. Н. Беляевым был построен экспериментальный дальний бомбардировщик ДБ-ЛК, внешне напоминающий «летающее крыло», но имевший два фюзеляжа—гондолы (рис. 1). В «чистой» схеме «летающее крыло» Ф. вообще отсутствует, а необходимые объёмы для размещения экипажа и полезной нагрузки выделяются внутри крыла, имеющего большую строительную высоту. Двухбалочный самолёт (рис. 2) имеет гондолу—Ф., обеспечивающую наиболее эффективное размещение пилота и стрелка-радиста либо наблюдателя на штурмовике или разведчике. Наиболее распространённой оказалась «классическая» схема самолёта (рис. 3) с одним Ф. При этой компоновке в носовой части Ф., как правило, размещаются кабина экипажа, требующая незатенённого конструкцией обзора, носовая опора шасси, вооружение, радиолокационное оборудование или агрегаты силовой установки (на лёгких самолётах). В средней части по условиям центровки наиболее целесообразно размещение крыла, главных опор шасси, двигателей, топливных баков, пассажирской кабины или грузовых отсеков. В хвостовой части Ф. находятся узлы крепления оперения, люки грузовых отсеков, хвостовая опора шасси, средства защиты (на военных самолётах) или средства связи. В процессе эксплуатации на конструкцию Ф. действует совокупность нагрузок в различных сочетаниях: нагрузки в узлах крепления основных агрегатов (крыла, оперения, силовой установки и др.); вес конструкции, полезной нагрузки и оборудования; аэродинамические силы, действующие на поверхность Ф.; нагрузки от внутреннего избыточного давления в гермокабине Ф.; вибрации и акустические нагрузки; нагрузки от внешних подвесок грузов, антенны и т. д. Пределы допустимых нагрузок, случаи нагружения и коэффициент безопасности регламентируются Нормами прочности и другими нормативными документами.

По типу применяемых конструкций Ф. можно разделить на ферменные и балочные. Ферменный Ф., распространённый в конструкциях первых самолётов, применяется редко и, как правило, только в лёгких спортивных или тренировочных самолётах (рис. 4). Основные элементы форменного Ф.: лонжероны, стойки, раскосы, расчалки и др. При этом в конструкцию форменного Ф., как правило, входят горизонтальная и вертикальная фермы с соединяющими их элементами, обеспечивающими общую жёсткость каркаса Ф. Для улучшения аэродинамических характеристик ферменная конструкция обычно обтягивается полотняной или фанерной обшивкой, а в отдельных местах закрывается съёмными обтекателями (гаргротами).

Переходным типом конструкции между ферменным и балочным является геодезический Ф. (рис. 5). Он используется редко.

Балочный Ф. наиболее распространён. Получил название по аналогии с консольной одностеночной балкой. Изгиб и нормальные силы (сжатия, растяжения) в балочном Ф. воспринимаются продольными силовыми элементами (лонжеронами, стрингерами), обшивкой или оребрёнными монолитными панелями. Перерезывающая сила воспринимается главным образом обшивкой. Местные сосредоточенные силы воспринимаются усиленными и типовыми шпангоутами, обеспечивающими сохранение обшей формы Ф. Балочный Ф. имеет несколько разновидностей: балочно-лонжеронную (рис. 6), в которой основные продольные нагрузки воспринимаются мощными лонжеронами (бимсами); балочно-стрингерную, или полумонокок; балочно-обшивочную, или монокок. Из приведённых разновидностей балочно-стрингерный Ф. наиболее совершенен. Эта разновидность конструкции позволяет получить любую форму Ф. и необходимую прочность при высокой весовой отдаче благодаря возможности изменять площади и расположение конструктивных элементов, входящих в состав Ф. Любая выбранная конструкция должна удовлетворять общим конструктивно-технологическим требованиям: обеспечивать заданную статическую прочность, жёсткость, ресурс и живучесть при минимальной массе конструкции; быть пригодной для осмотра и ремонта; иметь простую конструкцию и технологию, обеспечивающие низкую стоимость производства.

Ф. самолёта обычно представляет собой вытянутое по потоку веретенообразное тело с плоскостью симметрии, совпадающей, как правило, с плоскостью симметрии летательного аппарата. Его основными геометрическими параметрами являются удлинение, относительная площадь миделевого сечения S_мид = S_мид/S_кр, относительная площадь омываемой поверхности S_ом = S_ом/S_кр, где S_ом — площадь поверхности Ф., S — площадь крыла. Простейшим Ф. является осесимметричное тело вращения, в частности тело, имеющее цилиндрическую среднюю часть и заострённые или округлённые носовую и хвостовую части.

Ф. самолётов 80-х гг. имеют сложные пространственные формы из-за компоновочных и эксплуатационных требований. В ряде компоновок Ф. объединяется с воздухозаборниками и соплами силовой установки; иногда носовая часть Ф. одновременно является воздухозаборником, а хвостовая часть совмещается с соплами двигателей. В так называемых интегральных компоновках роль Ф. может выполнять корневая часть крыла сложной формы в плане с большими наплывами.

Несущие свойства изолированного Ф. невелики и качественно соответствуют несущим свойствам крыльев очень малого удлинения. Характерным является наличие у Ф. линейно возрастающего по углу атаки (скольжения) продольного (путевого) момента (см. Аэродинамические силы и моменты), обусловленного в основном действием пары сил и поэтому практически не зависящего от центровки.

При заданном объёме Ф. самолёта должен обладать минимальным сопротивлением аэродинамическим, он обычно имеет сужающуюся и заострённую хвостовую часть, так как наличие донного среза приводит к появлению значительного донного сопротивления. При сверхзвуковых скоростях полёта основной вклад в аэродинамическое сопротивление Ф. вносит волновое сопротивление. Для простейшего Ф. с цилиндрической средней частью волновое сопротивление определяется волновыми сопротивлениями его носовой и хвостовой частей, значения которых обратно пропорциональны квадратам их удлинений. При заданных значениях объёма и длины минимальным волновым сопротивлением обладает тело Сирса—Хаака, представляющее собой осесимметричное тело вращения с контуром: (R/R_max) = [1-(2x/l_ф)²]^3/2, где R — радиус Ф. на расстоянии x от его середины, R_max — максимальный радиус Ф. (в середине), l_ф — длина Ф.; при этом объём Ф. Q = 3πl_фS_мид/16. Это тело является эталонным при построении Ф. с использованием площадей правила.

При больших углах атаки поперечное отрывное обтекание Ф. приводит к образованию над его верхней поверхностью пары вихрей, которые могут оказывать существенное влияние на характеристики продольной и путевой устойчивостей компоновки из-за интерференции аэродинамической.

При установке на Ф. крыла и оперений также возникают значительные перераспределения аэродинамических нагрузок. В связи с этим обводы Ф. часто модифицируют с учётом интерференциальных эффектов. Характерным примером являются поджатия Ф., выполняемые в соответствии с около- или сверхзвуковым правилом площадей. Большое внимание в практической аэродинамике уделяется выбору оптимальных форм зализов в области сопряжения крыла и Ф.

В ракетной технике вместо термина «Ф.» обычно используют термин «корпус».

Л. Е. Васильев, В. К. Рахилин.

Рис. 2. Двухбалочный самолёт.

Рис. 3. Самолёт «классической» схемы.

Рис. 4. Ферменная конструкция фюзеляжа.

Рис. 5. Фюзеляж геодезической конструкции.

Рис. 6. Фюзеляж балочно-лонжеронной конструкции.