Р₃В = М_кр.

   Помня об условности понятий "внешняя нагрузка" и "опорная реакция", можно рассматривать силы Р₁, Р₂ и Р₃ как нагружающие крыло (см. рис. 11.1) сосредоточенные силы, которые с помощью усиленной бортовой нервюры 7, лонжерона 9, стенки 12 и далее с помощью стрингеров и нормальных нервюр "распределяются" по обшивке и уравновешиваются распределенной аэродинамической и массовой нагрузкой.
   Конструкция других несущих поверхностей строится по тем же принципам, что и конструкция крыла.
   Ненесущие части самолета (фюзеляж, мотогондолы) в конструктивно-силовом отношении аналогичны крылу.
   Это тонкостенные пространственные оболочки, нагруженные "внешней" местной нагрузкой на обшивку (аэродинамические нагрузки, избыточное давление в гермокабине, массовые нагрузки от конструкции), которые воспринимают и передают (уравновешивают) внешнюю нагрузку перерезывающими силами, изгибающими и крутящими моментами.

Рис. 11.3. Простейшая конструкция фюзеляжа (пример)

   Следовательно, конструкция фюзеляжа формируется из силовых элементов, аналогичных силовым элементам крыла.
   Относительная масса фюзеляжа в среднем m_ф=m_ф/m₀=0,08 ¸0,12, что составляет 30-40% массы конструкции планера самолета.
   Пример простейшей конструкции фюзеляжа приведен на рис. 11.3.
   Стрингеры 2 подкрепляют обшивку фюзеляжа в продольном, а обычные (нормальные) шпангоуты 4 - в поперечном направлении, обеспечивая необходимую форму его обводов.
   Усиленные (силовые) шпангоуты устанавливаются в конструкции фюзеляжа в местах стыковки с фюзеляжем крыла (шпангоуты 1 и 3), горизонтального оперения, вертикального оперения, а также в других местах, где к конструкции фюзеляжа прикладываются большие сосредоточенные силы (от оборудования, контейнеров с грузами, шасси, двигателей и т. д.).
   На силовых шпангоутах имеются узлы, к которым прикладываются сосредоточенные силы.
   Усиленные шпангоуты, как и обычные (нормальные) шпангоуты, в силовом отношении представляют плоскую раму, работающую в своей плоскости на изгиб, сдвиг, растяжение и сжатие.

Рис. 11.4. Шпангоуты в хвостовой части фюзеляжа

   Конфигурация и размеры поясов и стенок (рис. 11.4) выбираются в соответствии с действующими нагрузками для обеспечения необходимой прочности и жесткости. Так, размеры поясов и стенок нормальных кольцевых шпангоутов 1 и 4 будут меньше, чем соответствующие размеры силового кольцевого шпангоута 3, к которому крепится лонжерон киля. При прочих равных условиях жесткость глухого шпангоута 2 (шпангоута со сплошной стенкой) будет, естественно, больше, чем жесткость кольцевого шпангоута. Однако по условиям компоновки установка глухих шпангоутов во многих случаях невозможна.
   Поперечные нагрузки на фюзеляж передаются сводами обшивки (рис. 11.5), в которой возникают касательные (сдвиговые) напряжения, "текущие" по контуру сечения обшивки и своими проекциями на соответствующие направления формирующие перерезывающие силы в поперечных сечениях фюзеляжа. Так, в верхнем и нижнем сводах обшивки возникают перерезывающие силы от внешних нагрузок на фюзеляж, действующих в горизонтальной плоскости, например от сил на вертикальном оперении самолета. В боковых сводах обшивки возникают перерезывающие силы от внешних нагрузок, действующих на фюзеляж в вертикальной плоскости, например от сил на горизонтальном оперении самолета.

Рис. 11.5. К пояснению силовой схемы фюзеляжа

    Мощные продольные элементы (лонжероны, балки) фюзеляжа совместно со сводами обшивки образуют балку, способную воспринимать изгибающий момент. Мощные продольные элементы, являясь в этом случае поясами, работают на растяжение-сжатие. Своды обшивки, выполняющие в этом случае роль стенки балки, работают на сдвиг.
   Крутящий момент воспринимается замкнутым контуром обшивки фюзеляжа.
   Конструкция мотогондол, гондол для уборки шасси на крыле и других ненесущих частей самолета аналогична конструкции фюзеляжа.
   Промышленность предоставляет конструкторам широкий спектр полуфабрикатов и технологических процессов, позволяющих создавать тонкостенные конструкции.
   Из плоских листовых заготовок методами гибки, прокатки, штамповки, обтяжки без нагрева (холодная обработка) или с нагревом (горячая обработка) ведется формообразование обшивок, стрингеров (гнутые стрингеры), стенок лонжеронов, стенок усиленных нервюр и шпангоутов или целиком нормальных нервюр и шпангоутов.
   Прессованные профили различного поперечного сечения используются для изготовления стрингеров, полок (поясов) лонжеронов, нервюр и шпангоутов.

Рис. 11.6. Монолитная нервюра

   Механическая обработка (резка, фрезерование и т. д.), химическая обработка (например, размерное травление или химическое фрезерование, т. е. снятие с заготовки части металла за счет химической реакции), электрохимическая, ультразвуковая и плазменная резка позволяют в процессе производства получать заданные в чертежах конструкции сложной формы с рациональным распределением материала.
    Различными методами точного литья и горячей штамповки получают не только отдельные простые монолитные элементы конструкции типа узлов навески рулей, стыковых узлов, но и крупногабаритные сложнофасонные объемные элементы типа каркасов остекления кабины экипажа, силовых нервюр.
   Монолитная (цельноштампованная) центральная часть (находящаяся между лонжероном и задней стенкой) силовой нервюры (рис. 11.6) наряду с мощными поясами 1 имеет тонкую стенку 2 с окантованными отверстиями облегчения 3 и высокие тонкие ребра жесткости (стойки) 4 и требует после штамповки минимальной механической обработки только по поверхностям стыковки с обшивкой, стенкой лонжерона и задней стенкой.

Рис. 11.7. Прессованная панель

    Монолитные прессованные панели (рис. 11.7) с продольными подкрепляющими элементами (стрингерами) различной конфигурации при прочих равных условиях имеют большую жесткость, чем сборные панели, и позволяют резко уменьшить количество соединяемых деталей.
   Различные процессы формообразования в сочетании с термической, термохимической, термомеханической обработкой и образованием на поверхности элементов конструкции защитных покрытий позволяют получить необходимые физико-механические свойства материала конструкции и защитить ее от неблагоприятных воздействий внешней среды.
   Процессы деформирования поверхностных слоев материала элементов конструкции (например, с помощью дробеструйной обработки - бомбардировки поверхности детали потоком дробинок, летящих с большой скоростью) за счет воздействия на распределение дислокаций в материале обеспечивают повышение усталостной прочности отдельных элементов конструкции, например монолитных панелей крыла.
   Для соединения отдельных элементов конструкции при сборке применяются заклепки, болтовые соединения (механический крепеж), сварка, пайка, склейка или их комбинации.
   Клеесварные или клееклепаные швы значительно упрощают герметизацию конструкции.

Рис. 11.8. Панель с сотовым заполнителем

   С помощью сварки, пайки, склейки получают также многослойные, чаще - трехслойные панели ("сандвичи", англ. sandwich - бутерброд), в которых (рис. 11.8) два разнесенных слоя силовой обшивки связаны легким заполнителем. Заполнителем служат пористые пенопласты или, чаще, - соты, выполненные из металлической или неметаллической фольги толщиной 30-100 мкм. Сотовые заполнители имеют, как правило, шестигранные соты с размером ячейки 3-6 мм.
   Соты резко увеличивают несущую способность тонких обшивок при сжатии, предотвращая местную и общую потерю устойчивости , что позволяет сократить число продольных и поперечных подкрепляющих элементов.
   Таким образом, выбор тех или иных конструктивно-технологических решений, с одной стороны, зависит от конструктивно-силовой схемы агрегата, определяющей, в основном, его прочность и жесткость, а с другой - оказывает существенное влияние на выбор конструктивно-силовой схемы.