Почему фюзеляж 757 изгибается в турбулентности больше, чем фюзеляж других самолетов?

Это действительно два вопроса

1. Почему изгибается фюзеляж?
2. Почему фюзеляж 757 гнется сильнее других

Я дам здесь простые ответы. Вы можете вдаваться в ОЧЕНЬ много деталей, но подробные ответы в основном просто содержат больше информации о конструктивных / инженерных различиях в простых ответах (например, композиты гнутся / ломаются иначе, чем алюминий).

Почему изгибается фюзеляж?

По сути, это потому, что подъемная сила не поддерживает весь фюзеляж в равной степени. Сопротивление и аэродинамические силы, создаваемые самим фюзеляжем, также будут влиять на вещи, но в основном это связано с тем, что подъемная сила сосредоточена в двух точках фюзеляжа, а вес распределен вдоль него.

Подъемная сила создается, в основном, в двух местах: крыльях и горизонтальном стабилизаторе (некоторая часть создается и в корпусе, но относительно небольшая). Большая часть этой подъемной силы создается крыльями, которые прикреплены к середине фюзеляжа. Представьте, что балансируете линейку (фюзеляж) на пальце (крылья), а затем складываете монеты по верхней части линейки. Чем тяжелее линейка и чем больший «подъем» должен обеспечить ваш палец, тем сильнее изгибается линейка.

Конечно, подъемная сила не постоянна — турбулентность означает, что за несколько секунд подъемная сила, обеспечиваемая крыльями, может довольно сильно измениться. Представьте, что вы начинаете подпрыгивать пальцем вверх и вниз, создавая «турбулентность»: линейка будет сгибаться и разгибаться, поглощая эту изменяющуюся силу. Это изгиб фюзеляжа, наблюдаемый в самолетах.

Фюзеляж также будет изгибаться при посадке или взлете, потому что вы снова меняете способ поддержки веса фюзеляжа: вес переносится с корня/лонжерона крыла на шасси. И, наконец, очевидным является то, что вес самолета меняется во время полета из-за расхода топлива и т. д.

Почему 757 изгибается больше, чем другие авиалайнеры?

Ну, во-первых, я не вижу никаких источников для этого, кроме «я слышал об этом» (ссылки, которые вы предоставили, в основном тоже слышали), но я видел, что это констатируется как факт. Давайте на данный момент предположим, что это факт... теория применима в любом случае.

Боинг 757 будет изгибаться больше, чем некоторые другие авиалайнеры (хотя, вероятно, меньше, чем некоторые другие) из-за своего дизайна, конструкции и материалов сборки. Самое простое объяснение состоит в том, что это один из самых длинных узкофюзеляжных авиалайнеров.

Что это значит? Ну, это означает, что это один из самых длинных и тонких фюзеляжей. Это дает нам две причины:

1. 757 изгибается больше, чем другие крупные авиалайнеры, потому что все, что больше его, является широкофюзеляжным самолетом, который будет сопротивляться изгибу больше, чем маленький, узкий, тонкий.
2. Он изгибается больше, чем другие небольшие авиалайнеры, потому что любой другой узкий корпус легче и короче, чем 757, оказывает меньшее усилие на фюзеляж и требует меньшей подъемной силы.

TL;DR: Изгиб вызван подъемной силой, действующей в основном в середине фюзеляжа, в то время как вес фюзеляжа и другие силы, действующие на него, распределяются по длине.

В целом, Боинг 757 находится на границе между более легкими узкофюзеляжными самолетами и более крупными широкофюзеляжными. Все, что меньше его, весит меньше, поэтому меньше нагружает узкое тело. Все, что больше, имеет более крупный и прочный фюзеляж.

Во-первых, в связанном фильме нет изгиба фюзеляжа. То, что может выглядеть как изгибание, на самом деле является перемещением сидений и внутренних панелей под действием сил инерции. В турбулентную погоду самолет будет раскачивать порывами ветра, что вызывает движение между сиденьями и панелями.

Во-вторых, на картинке закрылки при взлете смещают центр подъемной силы назад, а хвост выталкивает нос вверх, поэтому ему необходимо создать значительную прижимную силу. Это передается через заднюю часть фюзеляжа, чтобы сбалансировать моменты подъемной силы и веса крыла, которые воздействуют на центр тяжести. См. эскиз ниже; синие — аэродинамические силы, красные — напряжения в фюзеляже.

На увеличенном снимке видно коробление нижних задних панелей фюзеляжа. Это нормальное поведение в условиях стресса, позволяющее им выдерживать более высокие нагрузки. Когда пластина нагружена, она сначала деформируется в плоскости, но когда сжимающие нагрузки превышают критическое значение, пластина реагирует короблением вне плоскости . На приведенном ниже рисунке показана общая связь между напряжением и деформацией.

Боинг 757 изгибается больше, чем другие самолеты: возможно, это связано с тонкой носовой частью фюзеляжа. Это приводит к большему изгибу алюминиевых панелей при том же напряжении. Хвостовая часть фюзеляжа выше, чтобы вместить больше багажа. Во время разработки инженеры Боинга опасались, что путевой устойчивости может быть недостаточно при более высокой носовой части фюзеляжа, поэтому поперечное сечение было ограничено поперечным сечением Боинга 737. Но есть самолеты с еще более тонким фюзеляжем, такие как MD-90 (см. Ниже). Они должны прогибаться не меньше, чем 757.

Любая деталь самолета изгибается под воздействием нагрузок, и фюзеляж не исключение. В частности, передняя часть будет создавать подъемную силу и боковую силу во время полета, собственная масса заставит ее изгибаться по мере удаления от крыльев, особенно при воздействии перегрузок, а отклонения рулевой поверхности на хвосте добавят больше нагрузки. и изгибается, как на вашей картинке. Изгиб фюзеляжа на самом деле настолько силен, что во время летных испытаний фюзеляж будет нести инерциальные датчики в нескольких местах для сбора достаточного количества данных.