Почему фюзеляж авиалайнера имеет круглую форму?

Если вы надавите на любую полую структуру, она попытается принять круглую форму. Если вы хотите создать легкий сосуд под давлением, опять же, наиболее эффективным результатом будет сфера, потому что там напряжения в обшивке будут одинаковыми во всех точках. Надуйте воздушный шар для вечеринки, если вы сомневаетесь.

Сфера — не самая эффективная форма для аэродинамики, поэтому фюзеляжи представляют собой удлиненные сферы с красивым обтекателем на конце. Если вы сделаете их цилиндрическими посередине, вы сможете построить большинство переборок на одном и том же приспособлении и поменять местами секции внутренних обтекателей. Кроме того, если вам понадобится более длинный или короткий фюзеляж для следующей версии самолета, вы можете легко добавить или удалить секции — после модификации детали все равно подойдут.

Обратите внимание, что фюзеляжи негерметичных самолетов не следуют этой логике. У Short Skyvan или Dornier 228 фюзеляжи прямоугольного сечения, поэтому в них может поместиться крупный груз.

Кроме того, некоторые фюзеляжи представляют собой комбинации цилиндров. Boeing 377 Stratocruiser использовал нижнюю часть фюзеляжа B - 29 и имел верхний цилиндр большего размера сверху, чтобы дать пассажирам больше места.

Боинг 377 в разрезе ( источник фото )

По той же причине ступени ракет тоже цилиндрические. Они также должны быть аэродинамическими, выдерживать высокое внутреннее давление и быть легкими.

Фюзеляжи имеют круглую (или почти круглую) форму по двум основным причинам :

• Основная причина заключается в том, что для круглого поперечного сечения сжимающие нагрузки воспринимаются за счет растяжения, а не изгибающих нагрузок в некруглых сечениях. Кроме того, некруглые секции имеют концентрации напряжений при воздействии давления, что может привести к отказу.

• В случае круговой конструкции поток не будет отрываться при малых (до умеренных) углах атаки и при боковом скольжении.

В случае негерметичных самолетов фюзеляжи продиктованы ограничениями по объему и обычно имеют прямоугольную форму, поскольку это более эффективно использует пространство.

Источник: adg.stanford.edu

В случае герметичного самолета лучшим конструктивным вариантом является наличие круглого фюзеляжа, но для того, чтобы иметь полезное внутреннее пространство, используется эллиптическая или «двойная пузырьковая» конструкция с внешней круглой секцией и разделенными внутренними секциями, например А380.

Источник: EADS

Почему у [авилайнеров] нет фюзеляжа квадратной формы?

^{Шорты Skyvan фото из Wings over Europe}

^{Схема Shorts Skyvan из фильма " Высокий парень"}

Большинство авиалайнеров находятся под давлением. Если вы надуете резиновый шар, вы заметите, что самая экономичная и прочная форма для баллона под давлением — это форма с круглым поперечным сечением.

Вы также заметите, когда будете надувать водяную бомбу оригами (вы должны перестать читать это и сделать водяную бомбу оригами прямо сейчас), что плоские стороны прогибаются и вздуваются — плоские листы плохо сопротивляются давлению.

У сферических авиалайнеров было бы слишком много недостатков, но у цилиндрических есть хороший баланс между прочностью, весом, лобовым сопротивлением и космической эффективностью.

Как вы можете видеть выше, в некоторых случаях производители самолетов действительно считают, что преимущества прямоугольного поперечного сечения того стоят.

Перетаскивание не имеет к этому никакого отношения.

Основная причина, по которой фюзеляж имеет круглую (или эллиптическую ) форму, заключается в том, что кабина находится под давлением.

Это означает, что в основном во время полета давление внутри фюзеляжа выше, чем снаружи. Круглая (или примерно круглая) форма позволяет фюзеляжу не взрываться, как воздушный шар, с минимальным количеством материала, сводя к минимуму общий вес самолета. Квадратный фюзеляж развалится по углам из-за концентрации напряжений . Круглая форма не имеет углов, в которых может концентрироваться растягивающее напряжение.