Fuselagem - Fuselage

Fuselagem de um Boeing 737 mostrada em marrom

Em aeronáutica , a fuselagem ( / f JU z əl ɑ ʒ / ; a partir do Francês fuselé "em forma de fuso") é uma aeronave da secção do corpo principal. Ele contém tripulantes , passageiros ou carga . Em aeronaves monomotoras, normalmente conterá um motor também, embora em algumas aeronaves anfíbias o monomotor seja montado em um pilão preso à fuselagem, que por sua vez é usado como um casco flutuante . A fuselagem também serve para posicionar as superfícies de controle e estabilização em relações específicas às superfícies de elevação , o que é necessário para a estabilidade e manobrabilidade da aeronave.

Tipos de estruturas

Estrutura da fuselagem em treliça de tubo soldado Piper PA-18

Estrutura de treliça

Este tipo de estrutura ainda está em uso em muitas aeronaves leves que usam treliças de tubos de aço soldados . Uma estrutura de fuselagem de treliça de caixa também pode ser construída de madeira - geralmente coberta com compensado. Estruturas de caixa simples podem ser arredondadas pela adição de longarinas leves com suporte, permitindo que a cobertura de tecido adquira uma forma mais aerodinâmica ou mais agradável à vista.

Construção geodésica

Geodésica fuselagem estrutura da fuselagem é exposto por danos batalha

Elementos estruturais geodésicos foram usados por Barnes Wallis para a British Vickers entre as guerras e na Segunda Guerra Mundial para formar toda a fuselagem, incluindo sua forma aerodinâmica. Neste tipo de construção, várias longarinas de tiras planas são enroladas em torno das formadoras em direções espirais opostas, formando uma aparência semelhante a uma cesta. Este provou ser leve, forte e rígido e tinha a vantagem de ser feito quase inteiramente de madeira. Uma construção semelhante usando liga de alumínio foi usada no Vickers Warwick com menos materiais do que seria necessário para outros tipos estruturais. A estrutura geodésica também é redundante e, portanto, pode sobreviver a danos localizados sem falha catastrófica. Um tecido cobrindo a estrutura completou a concha aerodinâmica (veja o Vickers Wellington para um exemplo de um grande avião de guerra que usa este processo). A evolução lógica disso é a criação de fuselagens usando compensado moldado, em que várias folhas são colocadas com o grão em direções diferentes para dar o tipo monocoque abaixo.

Concha monocoque

O Van's Aircraft RV-7 de construção semi-monocoque.

Neste método, a superfície externa da fuselagem também é a estrutura primária. Uma forma inicial típica disso (veja o Lockheed Vega ) foi construída usando madeira compensada moldada , onde as camadas de madeira compensada são formadas sobre um "tampão" ou dentro de um molde . Uma forma posterior dessa estrutura usa tecido de fibra de vidro impregnado com poliéster ou resina epóxi, ao invés de compensado, como a pele. Uma forma simples desta usada em algumas aeronaves amadoras usa como núcleo plástico de espuma expandida rígida, com cobertura de fibra de vidro, eliminando a necessidade de fabricação de moldes, mas exigindo mais esforço no acabamento (ver Rutan VariEze ). Um exemplo de aeronave maior de madeira compensada moldada é o caça / bombardeiro leve de Havilland Mosquito da Segunda Guerra Mundial . Nenhuma fuselagem de madeira compensada é verdadeiramente monocoque, uma vez que elementos de reforço são incorporados à estrutura para transportar cargas concentradas que, de outra forma, entortariam a pele fina. O uso de fibra de vidro moldada usando moldes negativos ("fêmeas") (que fornecem um produto quase acabado) é predominante na produção em série de muitos planadores modernos . O uso de compósitos moldados para estruturas de fuselagem está sendo estendido a grandes aeronaves de passageiros, como o Boeing 787 Dreamliner (usando moldagem por pressão em moldes femininos).

Semi-monocoque

Fuselagem seccionada mostrando quadros, longarinas e pele, todos feitos de alumínio

Este é o método preferido de construção de uma fuselagem toda em alumínio . Em primeiro lugar, uma série de quadros na forma das seções transversais da fuselagem são mantidos em posição em um dispositivo de fixação rígido . Essas armações são então unidas com elementos longitudinais leves chamados longarinas . Estes, por sua vez, são recobertos por uma película de folha de alumínio, fixados por rebitagem ou colagem com adesivos especiais. O acessório é então desmontado e removido da carcaça da fuselagem concluída, que é então equipada com fiação, controles e equipamentos internos, como assentos e compartimentos de bagagem. A maioria das aeronaves de grande porte modernas são construídas com essa técnica, mas usam várias seções grandes construídas dessa maneira, que são unidas com fixadores para formar a fuselagem completa. Como a precisão do produto final é determinada em grande parte pelo dispositivo caro, este formato é adequado para a produção em série, onde muitas aeronaves idênticas serão produzidas. Os primeiros exemplos desse tipo incluem as aeronaves civis Douglas Aircraft DC-2 e DC-3 e o Boeing B-17 Flying Fortress . A maioria das aeronaves leves de metal é construída usando esse processo.

Tanto o monocoque quanto o semi-monocoque são referidos como estruturas de "pele tensionada", pois toda ou uma parte da carga externa (ou seja, das asas e empenagem e de massas discretas como o motor) é absorvida pela cobertura da superfície. Além disso, toda a carga da pressurização interna é transportada (como tensão da pele ) pela pele externa.

A proporção de cargas entre os componentes é uma escolha de projeto ditada em grande parte pelas dimensões, resistência e elasticidade dos componentes disponíveis para construção e se um projeto se destina ou não a ser "auto-jigging", não exigindo uma fixação completa para alinhamento.

Materiais

Vista interna da fuselagem de madeira coberta por tecido de um Fisher FP-202 .

As primeiras aeronaves eram construídas com estruturas de madeira cobertas por tecido. À medida que os monoplanos se tornaram populares, as armações de metal melhoraram a resistência, o que acabou resultando em aeronaves com estrutura toda em metal, com cobertura de metal em todas as suas superfícies externas - isso foi pioneiro na segunda metade de 1915 . Algumas aeronaves modernas são construídas com materiais compostos para grandes superfícies de controle, asas ou toda a fuselagem, como o Boeing 787. No 787, isso possibilita níveis de pressurização mais elevados e janelas maiores para o conforto do passageiro, bem como menor peso para reduzir os custos operacionais . O Boeing 787 pesa 1.500 lb (680 kg) a menos do que se fosse um conjunto todo em alumínio.

janelas

Os pára-brisas da cabine do Airbus A320 devem resistir a colisões de pássaros de até 350 kt e são feitos de vidro quimicamente reforçado . Eles são geralmente compostos por três camadas ou camadas, de vidro ou plástico: as duas internas têm 8 mm (0,3 pol.) De espessura cada e são estruturais, enquanto a camada externa, com cerca de 3 mm de espessura, é uma barreira contra danos por objetos estranhos e abrasão , muitas vezes com um revestimento hidrofóbico . Deve evitar o embaçamento dentro da cabine e o degelo de −50 ° C (−58 ° F). Isso era feito anteriormente com fios finos semelhantes aos da janela traseira de um carro, mas agora é realizado com uma camada transparente de óxido de índio-estanho entre as camadas, com nanômetros de espessura , sendo eletricamente condutora e, portanto, transmitindo calor. O vidro curvo melhora a aerodinâmica, mas os critérios de visão também precisam de vidros maiores. O para-brisa da cabine é composto de 4-6 painéis, de 35 kg (77 lb.) cada em um Airbus A320 . Durante sua vida útil, uma aeronave média passa por três ou quatro pára-brisas , e o mercado é dividido igualmente entre OEM e mercado de reposição com margens mais altas .

As janelas da cabine , feitas de muito mais leve do que o vidro acrílico esticado , consistem em vários painéis: um externo construído para suportar quatro vezes a pressão máxima da cabine, um interno para redundância e um painel de risco próximo ao passageiro. O acrílico é suscetível a fissuras : uma rede de rachaduras finas aparece, mas pode ser polida para restaurar a transparência ótica , a remoção e o polimento normalmente ocorrem a cada 2-3 anos para janelas não revestidas.

Integração de asa

" Asa voadora aeronaves", como a Northrop YB-49 Flying Wing eo Espírito bombardeiro Northrop B-2 não têm fuselagem separado; em vez disso, o que seria a fuselagem é uma parte mais espessa da estrutura da asa.

Por outro lado, houve um pequeno número de projetos de aeronaves que não têm asas separadas, mas usam a fuselagem para gerar sustentação. Os exemplos incluem projetos experimentais de carroceria de levantamento da National Aeronautics and Space Administration e o Vought XF5U-1 Flying Flapjack .

Um corpo de asa combinada pode ser considerado uma mistura dos itens acima. Ele carrega a carga útil em um elevador de produção da fuselagem. Um exemplo moderno é o Boeing X-48 . Uma das primeiras aeronaves a usar essa abordagem de projeto é Burnelli CBY-3 , cuja fuselagem foi em forma de aerofólio para produzir sustentação.

Galeria

Parte traseira interna do nível principal de passageiros em um Airbus A340 , mostrando a antepara traseira , bem como uma abertura de porta
Áspero Boeing 747 interior da fuselagem
Fuselagem de um CubCrafters Carbon Cub
A fuselagem pode ser curta e aparentemente não aerodinâmica , como neste Christen Eagle
Esquemático da fuselagem do planador