Конструкция самолета

Учебные издания для вузов

В.А. Пархимович, В.Г. Ципенко

КОНСТРУКЦИЯ 
САМОЛЕТА

Учебное пособие для вузов

2-е издание

Москва
Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°»
2024

УДК 629.73.02(075)
ББК 39.53я73
П18

Пархимович, В.А.
Конструкция самолета : учебное пособие для вузов / В.А. Пархимович, 
В.Г. Ципенко. — 2-е изд. — Москва : Издательско-торговая корпорация 
«Дашков и К°», 2024. — 128 с.

ISBN 978-5-394-05719-9.

В учебном пособии рассматривается конструкция самолетов различного назначения и принцип управления ими. Детально проанализированы конструктивные 
особенности основных частей самолета, входящих в его аэродинамическую компоновку. Рассматривается система управления самолетом и его силовая установка, 
а также вспомогательные системы и аварийно-спасательные средства. Большое внимание уделено радиоэлектронному оборудованию и принципу работы воздушных 
винтов самолета.
Для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплины «Введение 
в специальность», «Основы авиации», «Основы аэродинамики», «Конструкция и прочность летательных аппаратов», курсантов летных училищ гражданской авиации, 
а также летного и инженерно-технического состава.

П18

ISBN 978-5-394-05719-9 
© Пархимович В.А., Ципенко В.Г., 2023
 
© ООО «ИТК «Дашков и К°», 2023

Рецензенты:
В.Т. Калугин – доктор технических наук, профессор, декан факультета специального 
машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана;
И.К. Туркин – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой № 602 МАИ.

Содержание

Введение  ..........................................................................................................................................  5

Глава 1. Конструктивные особенности самолетов 
1.1. Факторы, определяющие конструкцию самолета  ....................................................................... 7
1.2. Назначение самолета  ................................................................................................................................ 8
1.3. Компоновочные схемы самолетов  ...................................................................................................... 9
1.4. Конструктивные элементы самолета  ..............................................................................................  11
1.5. Требования, предъявляемые к самолетам  ...................................................................................  15
1.6. Классификация самолетов  ...................................................................................................................  15
1.6.1. Классификация самолетов по аэродинамической схеме  ..........................................  16
1.6.2. Классификация самолетов по конструктивным признакам  .....................................  21
1.6.3. Классификация самолетов по целевому назначению . ................................................  25
1.7. Устойчивость и управляемость самолета  .....................................................................................  26
1.8. Конструкционные материалы  ............................................................................................................  32
1.9. Нормы прочности и жесткость конструкции самолета  ..........................................................  36

Глава 2. Крыло 
2.1. Назначение крыла и требования к нему  .......................................................................................  41
2.2. Геометрические характеристики крыла  ........................................................................................  42
2.3. Принцип действия крыла  .....................................................................................................................  43
2.4. Внешние формы крыла и его профилей  ........................................................................................  44
2.5. Конструктивно-силовые схемы крыла  ...........................................................................................  49
2.6. Механизация крыла  ................................................................................................................................  53
2.7. Нагрузки, действующие на крыло .....................................................................................................  60

Глава 3. Оперение 
3.1. Назначение оперения и требования к нему  ................................................................................  63
3.2. Горизонтальное оперение  ...................................................................................................................  64
3.3. Вертикальное оперение  .......................................................................................................................  65
3.4. Схемы оперений  .......................................................................................................................................  65
3.5. Формы поверхностей оперений  .......................................................................................................  68
3.6. Принцип действия оперения  ..............................................................................................................  68
3.7. Конструкция оперения  ..........................................................................................................................  69
3.8. Нагрузки, действующие на оперение  .............................................................................................  71

Глава 4. Фюзеляж 
4.1. Назначение фюзеляжа и требования к нему  ...............................................................................  73
4.2. Внешний облик и формы фюзеляжа  ................................................................................................  74
4.3. Конструктивно-силовые схемы фюзеляжа  ...................................................................................  75
4.4. Нагрузки, действующие на фюзеляж  ...............................................................................................  78

Глава 5. Шасси 
5.1. Назначение шасси и требования к нему  .................................................................................. 81
5.2. Конструктивно-силовая схема шасси  ........................................................................................ 83
5.3. Уборка и выпуск шасси  ..................................................................................................................... 87
5.4. Тормозная система шасси  ............................................................................................................... 88

Глава 6. Система управления самолетом 
6.1. Назначение системы управления и требования к ней  ...................................................... 91
6.2. Роль пилота в системе управления самолетом  ..................................................................... 92
6.3. Органы управления  ............................................................................................................................ 93

Глава 7. Силовая установка 
7.1. Назначение силовой установки и требования к ней  .......................................................... 99
7.2. Тип, принцип действия и размещение двигателей на самолете  ................................. 100

Глава 8. Вспомогательные системы и аварийно-спасательные средства 
8.1. Противообледенительные системы самолета  ..................................................................... 107
8.2. Система кондиционирования воздуха  .................................................................................... 110
8.3. Аварийно-спасательные средства на самолетах  ................................................................ 112

Глава 9. Радиоэлектронное оборудование  .......................................................................................... 115

Глава 10. Воздушные винты  ......................................................................................................................... 121
10.1. Принцип работы воздушного винта  ...................................................................................... 121
10.2. Классификация воздушных винтов  ........................................................................................ 122
10.3. Характеристики воздушных винтов  ....................................................................................... 124
10.4. Будущее винтов самолетов  ........................................................................................................ 125

Литература  .......................................................................................................................................................... 126

Введение

Авиастроение — одна из наиболее быстро развивающихся областей науки и промышленности, использующая новейшие достижения науки, теории конструкции, технологии и материаловедения.
Именно поэтому необходимо постоянно совершенствовать систему обучения авиационного персонала, обязательной составляющей которой является дополнительное 
самостоятельное изучение профильных дисциплин. В данном учебном пособии, посвященном конструкции самолета, авторы попытались изложить материал в максимально доходчивой форме, опираясь на работы известных в этой области авторов и 
используя для наглядности большое количество иллюстраций. В пособии системно 
описаны основные составляющие части самолета, принцип его полета.
При подготовке учебного пособия учитывалось, что слушатели (студенты и курсанты) в соответствии с учебным планом из курса «Введение в специальность» получили начальное представление о конструкции самолета, ознакомились с терминологией, освоили ряд смежных дисциплин.
Будущие инженеры и пилоты должны получить четкие знания о назначении, внешних формах и параметрах самолетов и их отдельных агрегатов; о действующих на них 
нагрузках и работе под нагрузкой; о требованиях к самолету и его агрегатам, а также 
об условиях безопасной эксплуатации.
Если Вы решили связать свою жизнь с авиацией, то эта книга станет для Вас источником базовой информации по устройству самолета. 
Книга адаптирована к требованиям «Программы теоретического обучения пилота коммерческой авиации в образовательных учреждениях гражданской авиации Российской Федерации».
Сердечно благодарим друзей и коллег, нашедших время прочитать учебное пособие и дать ценные советы по его содержанию.
Особо хотим поблагодарить М.М. Ермолаева, приложившего большие усилия при 
издании данного учебного пособия.
К сожалению, один из авторов учебного пособия Пархимович Виктор Антонович 
неожиданно скоропостижно скончался и не дожил до его издания.
Светлая ему память и благодарность!

Глава 1

Конструктивные особенности самолетов

1.1. Факторы, определяющие конструкцию самолета

Сегодня принято выделять две основные группы факторов, на которые конструкторы должны обращать особое внимание при проектировании и изготовлении самолетов. 
Первая группа — это внешние факторы, которые зависят от взаимодействия 
самолета с окружающей средой. 
Вот несколько примеров внешних факторов, влияющих на самолет.
Первый фактор — ветер. В тропосфере (нижнем слое атмосферы высотой 
в полярных областях 8...10 км, в умеренных широтах до 10...12 км, на экваторе —  
16...18 км) постоянно происходит интенсивное вертикальное перемешивание воздуха (вследствие его постоянного перемещения) с вертикальными скоростями до 
15 м/с в облаках и до 50 м/с в грозовом фронте. На высотах около 8...10 км, характерных для полетов самолетов, скорость ветра зачастую достигает 10...30 м/с. 
В стратосфере (слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км) изза постоянного быстрого течения воздушных потоков образуются горизонтальные 
струйные течения, при попадании в которые траектория полета самолета приобретает колебательный характер.
Второй фактор — совокупность солнечного излучения и радиационного пояса 
Земли. Воздействие солнечных лучей влияет на физико-механические характеристики материалов, которые используются в конструкции самолета. Наибольший 
ущерб излучение наносит лакокрасочным материалам, защищающим корпус самолета.
Процессы, происходящие в ионосфере Земли (верхняя часть атмосферы), в значительной степени влияют на радиосвязь, а с увеличением высоты полета самолета 
возрастает уровень неблагоприятного воздействия этих факторов на экипаж, конструкцию и системы радиоэлектронного оборудования.
Третий фактор — влажность воздуха и его химический состав. Данный фактор оказывает негативное влияние на металлические элементы корпуса самолета, развивая коррозионные процессы.
Четвертый фактор — озон, образующийся под действием УФ-излучения из кислорода в стратосфере. Озон — это сильнейший окислитель, который за счет своей химической структуры может причинять вред как неметаллам, так и металлам, составляющим 
основу самолета. Кроме того, озон токсичен для человека, поэтому конструкция самолета должна защищать экипаж и пассажиров от его попадания в вентилируемый воздух.
Пятый фактор — обледенение. В нижних слоях атмосферы самолет окружен 
воздухом крайне низкой температуры. Если при этом влажность будет повышенной, то передние крылья, оперение и кабина покроются ледяными отложениями, 

Глава 1. Конструктивные особенности самолетов

увеличивающими массу самолета и ухудшающими его аэродинамические свойства. 
Поэтому современные самолеты снабжены специальными противообледенительными системами.
Шестой фактор — электрические явления в атмосфере. При полете в результате 
трения о поверхность самолета воздуха, капель воды, пыли отдельные части самолета «заряжаются» статическим электричеством. Если не регулировать данный процесс, то из-за колоссальной разности потенциалов между составляющими частями 
самолет быстро перейдет в аварийное состояние.
Седьмой фактор — биосфера. Конструкторы должны учитывать, что иногда 
самолет в воздухе сталкивается с насекомыми или птицами. Первые наносят небольшие повреждения деталям самолета, встреча со вторыми на высокой скорости 
равносильна попаданию в самолет снаряда. Форма, конструкция каркаса остекления, само остекление кабины экипажа, помимо прочих требований, должны удовлетворять и требованию «птицестойкости».
Конструктор должен учитывать приведенные факторы при проектировании 
самолета для обеспечения его надежной работы и защиты членов экипажа и пассажиров от неблагоприятных условий окружающей среды.
Вторая группа — это внутренние факторы, обусловленные взаимодействием систем самолета между собой. При проектировании самолета выдвигается 
ряд нормируемых и тактико-технических требований. 
Нормируемые требования, предъявляемые к конструкции самолета, диктуются соображениями аэродинамики, прочности, жесткости, минимальной массы и должны удовлетворять различным техническим условиям, нормам, правилам и инструкциям, которые отражают опыт развития авиационной техники в 
направлении повышения безопасности полета, расширения возможностей использования, улучшения их эксплуатационных характеристик.
Тактико-технические требования (ТТТ) к проектируемому самолету определяют основные цели и задачи его создания, условия его применения, задают 
потребные значения основных параметров и характеристик самолета, намечают 
условия его производства и эксплуатации. 
Как и нормируемые требования, тактико-технические требования являются 
факторами, которые в значительной степени определяют конструкцию самолета, 
форму и размеры его агрегатов и частей, материал, конструктивно-силовую схему, 
компоновку и т. д.

1.2. Назначение самолета

Самолет — воздушное судно, без которого невозможно сегодня представить 
перемещение людей и грузов на большие расстояния. 
По назначению все самолеты делятся на две категории: гражданские самолеты 
(транспортные, спортивные, рекордные, учебно-тренировочные, туристические, 
административные, сельскохозяйственные и экспериментальные) и военные самолеты (бомбардировщики, истребители, разведчики, транспортные).

Глава 1. Конструктивные особенности самолетов

В зависимости от назначения самолета выбирается устанавливаемое оборудование, определяется целевая нагрузка и состав экипажа. Зачастую выполняемая самолетом основная функция значительно влияет на его внешний вид. Так, например, 
грузовые самолеты будут иметь существенных размеров грузовой отсек.
Значения летных характеристик будут определяться формой и параметрами 
крыла и оперения, размерами пассажирского салона, типом и характеристиками 
взлетно-посадочных устройств. Конструкция силовых элементов определяется в зависимости от их назначения, нагрузок и работы под нагрузкой.  
Условия функционирования самолета во многом определяют его конструкцию 
и значение характеризующих его параметров. Высокие нагрузки в воздушной среде 
влияют на выбор размеров, форм, агрегатов и значений их параметров, а также на 
выбор материалов и установление системы жизнеобеспечения.
Безусловно, ключевое требование к любой модели самолета — это необходимый 
высокий уровень эффективности, обеспечивающийся высокими аэродинамическими характеристиками, силовой установкой, оснащенностью высокотехнологичным 
оборудованием, прочностью и жесткостью конструкций, живучестью и рядом других факторов.

1.3. Компоновочные схемы самолетов

Самолет имеет сложную конструкцию, которая должна выдерживать максимальные нагрузки. Главная задача проектировщиков — обеспечение безопасности 
экипажа и пассажиров при полете самолета, поэтому при создании современных 
моделей используются новейшие достижения строительной механики, высоких технологий, радиоэлектроники, кибернетики.
Компоновка — это совокупность проектных работ по обоснованию формы, 
расположению составных частей самолета, его агрегатов, систем и узлов с учетом их 
взаимодействия и функционирования на этапах его эксплуатации. 
Общая компоновка самолета состоит из аэродинамической, внутренней (или весовой) и конструктивно-силовой компоновок. Результат проведения таких работ отображается на конструктивно-компоновочной схеме. 
Конструктивно-компоновочная схема (ККС) — это финальный чертеж самолета, содержащий ключевые решения по принципиальным конструктивным вопросам его построения. 
Аэродинамическая компоновка — это внешний вид самолета с учетом аэродинамических форм, размеров и взаимного расположения его обтекаемых частей (несущих и ненесущих).
Несущие части — это обтекаемые воздушным потоком поверхности самолета 
(крыло, горизонтальное и вертикальное оперение), формирующие как подъемную 
силу, так и силы, обеспечивающие его поступательное движение. Части, не формирующие подъемную силу, называют, соответственно, ненесущими. К ним относятся 
шпангоуты, стрингеры и др. 
Внутренняя компоновка — это выбор взаимного расположения отсеков и агрегатов.

Глава 1. Конструктивные особенности самолетов

Кабина экипажа размещается в носовой части фюзеляжа и отделяется от остальных отсеков перегородкой. Ее размеры зависят от состава экипажа.
Наиболее важным элементом компоновки кабины экипажа является размещение пилотов. При этом должен быть обеспечен хороший обзор летчику: вправовлево 20…30° от линии визирования, вверх-вниз — 16…20° и оптимальное расстояние до приборной доски и командных постов управления.
Размеры и компоновка пассажирских кабин зависят от количества пассажиров 
и класса пассажирского оборудования. Пассажирские кабины по длине фюзеляжа 
обычно делятся на несколько салонов, разделяемых перегородками.
Оборудование самолетов принято объединять в блоки, комплексы и размещать 
в специальных технических отсеках. 
Конструктивно-силовая компоновка — это схема всех агрегатов самолета с 
указанием точного расположения основных силовых элементов (лонжеронов, 
нервюр, шпангоутов, стыковых соединений и др.). 
Общий вид и компоновочная схема самолета приведены на рис. 1.1.
Самолет состоит из следующих основных частей:
фюзеляж;
крылья;
оперение;
шасси;
двигатели;
авионика.
Далее мы подробно рассмотрим конструкцию и назначение каждой части.

Рис. 1.1. Общий вид и компоновочная схема самолета

Передняя стойка шасси
Кабина экипажа

Входная дверь

Передний кухонный
 отсек

Салон пассажиров

Элерон

Триммер элерона

Стабилизатор

Руль высоты
Киль

Руль направления

Усиленная нервюра 
навески руля

Передний лонжерон киля

Передний лонжерон
стабилизатора

Задний лонжерон киля

Усиленные шпангоуты  
крепления киля
Туалет

Двигатель левый

Топливный бак-кессон

Передний лонжерон крыла

Задний лонжерон крыла

Усиленная нервюра 
навески элеронов

Гардероб

Интерцептор

Гондола двигателя

Усиленные шпангоуты 
фюзеляжа

Предкрылок