Ответ на пост «Выпуск Ил-76-МД-90А нарастили до пяти в год. ОКБ Ильюшина исполнилось 90 лет! Спецы "Ил" запили научпоп про самолёт»⁠⁠

КАК УСТРОЕН САМОЛЕТ: ФЮЗЕЛЯЖ

( продолжение серии научпопа от ОАК: https://vk.com/uac_rus?w=wall-211699782_8795 )

Фюзеляж – это основная часть самолета, его непосредственный корпус. В нем размещается экипаж, пассажиры, грузы, вооружение, иногда топливные баки, электро-/радио-/навигационное оборудование. К нему крепятся крыло, оперение, шасси и остальные системы, без которых немыслимо существование и функционирование самолета.

Это вторая публикация об устройстве самолета, подготовленная специалистами ПАО "Ил". В создании материала принял участие Денис Ильин, начальник отдела механизации фюзеляжа ПАО "Ил". В 2023 году легендарное ОКБ Ильюшина празднует свое 90-летие. Первый материал об устройстве и механизации крыла можно прочитать здесь.

Из чего состоит фюзеляж

Фюзеляж делится на три основных части: головную, среднюю и хвостовую. У пассажирских самолетов на конце хвостовой части фюзеляжа располагается еще и отсек вспомогательной силовой установки, у транспортных и бомбардировщиков – кормовая кабина стрелка, а у топливозаправщиков – кабина оператора.

Сама оболочка фюзеляжа состоит из панелей (листов обшивки с приклепанными продольными силовыми элементам – стрингерами), которые опираются на поперечные силовые элементы – шпангоуты. В случае наличия большого выреза в хвостовой части фюзеляжа (характерно для транспортных самолетов) в конструкцию вводится силовой элемент, который называется бимс. Это балка коробчатого сечения, которая служит для обеспечения общей жесткости и прочности контура выреза.

Наиболее распространенный способ крепления обшивки к силовому каркасу – заклепочные соединения. Этот процесс требует достаточно больших затрат труда, но обеспечивает требуемую прочность конструкции, необходимую надежность и долговечность. В случае использования сварки трудоемкость меньше, прочность конструкции сопоставима, однако проблема распространения усталостных трещин стоит достаточно остро. Сварку применяют в высоконагруженных узлах фюзеляжа истребителей и спецсамолетов. Их ресурс намного ниже, чем у транспортных и пассажирских самолетов. Также необходимо отметить, что сварка имеет технологические трудности из-за высокого нагрева материала, которое может привести к наличию деформации остаточного напряжения в процессе остывания конструкции.

Панель – достаточно трудоемкий в части сборки элемент каркаса самолета. Так, для самолета класса Ил-114 в одной панели количество заклепок может достигать порядка 4000 штук. Для ускорения процесса сборки и повышения качества соединений сборку панелей осуществляют на специальных автоматах.

С ростом высоты полета плотность воздуха уменьшается, давление падает, что по аналогии с восхождением на большие высоты в горы приводит к уменьшению содержания кислорода и затруднению дыхания. Пассажирские самолеты летают на высотах 11-12 километров, что выше высоты Эльбруса, поэтому фюзеляж должен обеспечить комфортное давление и количество кислорода внутри самолета, что позволит пассажирам и экипажу свободно дышать и не испытывать проблем с пониженным давлением. Кабину (для истребителей и бомбардировщиков) или фюзеляж целиком (для пассажирских и транспортных самолетов) делают герметичными. Таким образом, одной из основных функций фюзеляжа является сохранение избыточного давления в кабине относительно давления за бортом, которое стремится надуть фюзеляж как воздушный шар. В процессе сборки фюзеляж самолета проходит испытания на герметичность (проверяются величины утечек воздуха) и дождевание: имитируются естественные осадки и проверяется наличие протечек воды. Именно из-за наличия избыточного давления у пассажиров закладывает уши при снижении самолета.

На самолете Ил-76 кабина экипажа и грузовая кабина могут герметизироваться независимо, что позволяет перевозить негабаритные грузы с открытым грузовым люком.

Фонарь и иллюминатор

Одним из важных элементов фюзеляжа является остекление. У пилотов оно называется «фонарь», а у пассажиров «иллюминатор». Остекление фонаря кабины экипажа, помимо обеспечения необходимого обзора, должно выдерживать удар птицы массой 1,8кг.

Прочность остекления фонаря проверяют выстрелом из пневмопушки, где в качестве снаряда используется тушка птицы.

Иллюминатор, помимо обеспечения прекрасного вида для пассажира, также служит для создания естественного освещения в пассажирской или грузовой кабине и позволяет бортроводникам оценить обстановку снаружи самолета в случае аварийной ситуации. Именно поэтому бортпроводники просят поднять створки иллюминатора на взлете и посадке, как наиболее опасном участке полета. Конструктивно иллюминатор состоит из двух стекол, заключенных в резиновую рамку. Каждый, кто летал на самолете, мог видеть маленькое отверстие во внутреннем стекле, которое предназначено для распределения избыточного давления на наружное стекло. Однако, внутреннее стекло проектируется таким образом, чтобы в случае разрушения наружного стекла взять на себя его функции.

При разрушении иллюминатора происходит выравнивание забортного давления и давления в кабине, весь воздух из кабины мгновенно устремляется наружу через образовавшееся отверстие. На самолете Ил-18 проводились испытания с принудительным разрушением иллюминатора при наличии избыточного давления внутри фюзеляжа, проводились замеры времени падения давления при мгновенной разгерметизации, а также оценивалось влияние данного разрушения на пассажиров (устанавливались манекены). В результате разгерметизации не пристегнутый манекен и чехлы были сорваны со своих мест и вынесены потоком воздуха наружу. Поэтому пассажирам рекомендуется оставаться пристегнутыми во время всего полета.

Важная часть фюзеляжа

В пассажирских и транспортных самолетах немаловажным элементом фюзеляжа является пол пассажирской и грузовой кабины. В современных самолетах каркас пола образован поперечными балками и продольными рельсами специальной формы, между которыми укладываются панели.

В верхней части рельса у пассажирских самолетов присутствуют специальные отверстия, благодаря которым возможна установка блоков кресел и оборудования в любое место салона. Для транспортных самолетов применяются универсальные крепления, роликовые дорожки и швартовочные узлы.

Панели пола пассажирской кабины, как правило, выполняются в виде сотовых пластин из полимерных композиционных материалов с ковровым покрытием, а панели пола грузовой кабины транспортных самолетов – из металла или в виде сотовых пластин с металлическими обшивками. Верхняя поверхность панелей пола грузовой кабины имеет противоскользящее покрытие в виде выступающих шипов, сетчатого рифления или абразивного напыления.

В тяжелом транспортном самолете Ил-76 пол грузовой кабины выполнен из титановых листов, которые способны выдерживать жесткие условия эксплуатации, возникающие при погрузке/разгрузке тяжелой военной техники на колесном и гусеничном ходу.

Механизация фюзеляжа

По аналогии с механизацией крыла на фюзеляже также располагаются подвижные агрегаты: двери, люки, створки, тормозные щитки (в основном на истребителях). Эта группа агрегатов относится к механизации фюзеляжа.

В зависимости от расположения и конструктивного исполнения двери и люки можно разделить на следующие основные группы:

· наружные и внутренние

Под наружными подразумеваются двери и люки, находящиеся в самом фюзеляже. К внутренним относятся различные двери в перегородках, люки для доступа в отсеки и т.д.

· герметичные и негерметичные

Герметичные двери и люки воспринимают нагрузку от избыточного давления в фюзеляже. Негерметичными являются, как правило, эксплуатационные лючки, которые располагаются на наружной поверхности фюзеляжа.

Нагрузка от избыточного давления на герметичную дверь пассажирского самолета, через которую пассажир попадает внутрь, доходит до 14 тонн! Поэтому если кто-то вдруг решит открыть дверь на большой высоте, то ему просто не хватит сил это сделать.

В зависимости от назначения наружные двери и люки делятся на входные, аварийные, грузовые и технические.

Входные двери и аварийные выходы

Входные двери предназначены для доступа экипажа, пассажиров и технического персонала внутрь самолета.

Как правило, с целью предотвращения несанкционированного доступа внутрь самолета все двери, открываемые вручную, блокируются изнутри, а также в случае непредвиденных ситуаций доступ внутрь самолета может быть осуществлена через специальный люк, запираемый на ключ.

На большинстве пассажирских самолетов входные двери также являются аварийными и оснащаются системой автоматического открытия и надувным трапом.

Наверняка те, кто летал на самолете, слышали, что старший бортпроводник перед запуском двигателей произносит фразу: «Двери в положение ARMED, проверить дверь напротив». Так вот это и есть включение подсоединения надувного трапа и его автоматической активации при открытии двери в случае аварийной посадки. Бортпроводник переводит специальный рычаг в положение «Автомат» и в случае аварийной ситуации при повороте ручки открытия двери встроенная пневматическая система сама откроет дверь и выпустит надувной трап. Если перевести ее в положение «Ручной», то дверь открывается как при посадке/высадке.

Размеры и расположение входных/аварийных дверей выбираются в зависимости от количества пассажирских мест, скорости посадки/высадки пассажиров и в соответствии с требованиями Авиационных правил АП-25. Так, например, одна входная/аварийная дверь самолета Ил-96-400М предусмотрена для ста человек (рассматривается ситуация, при которой аварийное покидание возможно только на одну сторону самолета), а таких дверей на данном самолете 8 (по 4 на каждую сторону).

На пассажирских самолетах предусмотрены отдельные аварийные выходы, которые используются для пассажиров в аварийной ситуации. Так, в случае приводнения самолета или невозможности использовать входные двери для покидания в аварийной ситуации предусмотрены аварийные выходы на крыло самолета. Поэтому зачастую при полете на самолете мы слышим фразу о том, что пассажиры, сидящие возле аварийного выхода на крыло, просьба не загромождать проход.

Для покидания экипажа на пассажирских самолетах аварийным выходом также служат форточки фонаря экипажа. Кабина экипажа находится на значительной высоте от земли, поэтому над форточками установлены аварийные канаты. В некоторых современных самолетах форточки фонаря экипажа отсутствуют, поэтому для покидания экипажа устанавливается дополнительный люк сверху.

В соответствии с требованиями Авиационных правил расположение, тип и количество аварийных выходов должно обеспечивать эвакуацию всех пассажиров не более, чем за 90 сек.

На транспортных, а также на опытных образцах пассажирских самолетов для экипажа предусмотрены люки аварийного покидания в полете, которые располагаются на нижней или боковой поверхности фюзеляжа и имеют собственную гидравлическую или пневматическую систему принудительного открытия, которая должна открывать люк не более чем за 3 сек. В открытом состоянии люк превращается в своеобразный щиток, защищающий экипаж от набегающего потока воздуха. Как правило, расстояние от проема в полу кабины экипажа до наружной поверхности фюзеляжа составляет 1,5-3м и для обеспечения безопасности аварийного покидания люк соединяется с проемом специальным гладким каналом – шахтой. Требования к обеспечению аварийного покидания жестко регламентированы отраслевыми стандартами (ОСТ).

Безопасность люка аварийного покидания оценивается расчетным способом и подтверждается во время летных испытаний в 2 этапа. Сначала происходит сбрасывание манекена, потом происходит «опрыгивание»: испытатель-парашютист производит покидание через люк. В ходе данных испытаний оценивается работоспособность и безопасность связки шахта-люк системы аварийного покидания.

На военно-транспортных самолетах для парашютного десантирования применяются специальные десантные двери, которые по принципу действия аналогичны люку аварийного покидания: они открываются в полете и создают проем для выхода парашютиста из самолета. На Ил-76 имеется две десантные двери, расположенные в носовой части самолета. Они открываются против потока гидроцилиндрами и обеспечивают безопасное десантирование личного состава.

Отдельно стоит упомянуть такой агрегат как дверь-трап. Эта входная дверь оснащается лестницей и позволяет осуществлять посадку-высадку пассажиров без использования аэродромного оборудования (подкатные трапы, стремянки, телетрапы). Такими дверьми, как правило, оснащаются бизнес-джеты, региональные и транспортные самолеты.

Грузовые люки

Грузовые люки предназначены для загрузки грузов внутрь фюзеляжа. На пассажирских самолетах данные люки располагаются по правому борту в нижней части фюзеляжа и открываются наружу вверх. На конвертированных (переделанных из пассажирских в грузовые) самолетах, помимо нижних грузовых люков, присутствует большая грузовая дверь на верхней палубе, которая также открывается вверх. Ввиду большой массы крышек данных люков для их открытия используется отдельная гидро- или электрогидравлическая система.

Отдельного рассказа заслуживают грузовые люки, которые устанавливаются на военно-транспортные самолеты. Это целый комплекс агрегатов, которые в открытом состоянии обеспечивают доступ к грузовой кабине, а в закрытом – нормальное обтекание хвостовой части фюзеляжа.

Основными агрегатами грузового люка военно-транспортного самолета является рампа и створка/-ки. Рампа позволяет осуществлять погрузку-разгрузку различной колесной и гусеничной техники.

В зависимости от типа самолета за рампой устанавливается одна или три створки. На Ил-112В устанавливается одна створка грузолюка, на самолетах Ил-76, Ан-70, Ан-124 устанавливается 3 створки.

На самолетах Ан-124 и С-5 помимо хвостового грузолюка имеется и носовой. Носовая часть откидывается вверх, а заезд техники осуществляется по передней раскладной рампе. Такое решение позволяет осуществлять погрузку техники прямым ходом, а также размещать длинномерные объекты.

Дверь в кабину экипажа

Одним из самых интересных внутренних агрегатов механизации фюзеляжа является дверь в кабину экипажа. При кажущейся конструктивной простоте к данному агрегату предъявляются очень серьезные требования по стойкости к несанкционированному проникновению.

Так, в транспортных самолетах Ил-76 она является одновременно и гермодверью. Для пассажирских эта функция избыточна, потому что в отличие от военно-транспортного самолета разгерметизировать отдельно пассажирский салон для десантирования не требуется. Но зато, в соответствии с требованиями Авиационных правил, в их конструкции устанавливается бронезащита, которая должна выдерживать попадание пуль пистолета, а вся дверь – выдерживать таранный удар.

Соответствие данным требованиям подтверждается во время специальных испытаний. Образцы брони обстреливаются в специальной лаборатории. Испытания на таранный удар проходят на специальном стенде, где по двери наносятся удары в 5 разных точек стальным тараном массой 45 кг. При этом результаты испытаний считаются успешными, если дверь не разрушилась и не открылась.

Данные требования были введены после террористических атак башен всемирного торгового центра в Нью-Йорке в 2001 году.

Также на двери кабины экипажа располагается специальный люк в нижней части двери, который, в случае если дверь заклинит при аварийной посадке, позволит экипажу покинуть кабину.

соус: https://vk.com/@uac_rus-kak-ustroen-samolet-fuzelyazh