ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский авиационный институт
(государственный технический университет)
В.Н.Сергеев
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СИСТЕМ
МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛА
Москва 2003 г.
В.Н. Сергеев
Расчет на прочность систем механического оборудования ЛА / Авт.: В.Н. Сергеев. – М.: Изд-во МАИ, 2003. с.: ил.
Изложены теоретические основы расчета на прочность систем механического оборудования летательных аппаратов.
Даны варианты заданий и подробные справочные материалы, необходимые для выполнения студентами курсовой работы по соответствующему курсу.
Учебное пособие предназначено для студентов, специализирующихся в области проектирования и конструирования систем механического оборудования, а также может быть полезным и для студентов других конструкторских специальностей.
© Московский авиационный институт, 2003
Введение
Самостоятельная работа студентов способствует хорошему усвоению предмета, прививает будущим инженерам навыки творческого решения практических задач и приучает пользоваться литературой.
Данная методическая записка преследует две цели:
- дать возможность студентам самостоятельно проверить полученные ими теоретические знания и приобрести навыки для применения этих знаний в конкретных задачах инженерной практики;
- углубить понимание физической сущности явлений, рассматриваемых при расчете на прочность летательных аппаратов и агрегатов механического оборудования.
При решении задач следует обращать внимание на предварительное составление плана решения, а именно:
1. Внимательно рассмотреть задание. Выделить исходные данные и отметить, что требуется найти в результате решения задачи.
2. Наметить последовательность расчетных операций и расчетные формулы, необходимые для их выполнения.
3. выполнить расчет в соответствии с намеченным планом, последовательно проверяя каждый законченный этап расчета.
Решение задач курсовой работы, как и проведение других инженерных расчетов, должно выполняться аккуратно, с соблюдением основных требований к их оформлению:
- словесные пояснения должны быть краткими, но в то же время ясными для понимания расчета при его последующим контроле,
- для цифровых значений величин, являющихся промежуточным или конечным результатом некоторого этапа работы, должны быть указаны размерности,
- расчеты должны быть иллюстрированы упрощенными изображениями расчетных схем с конструктивными элементами, с направлением и обозначением нагрузок и усилий, а также с размерами, используемыми в расчетах.
В курсовую работу включены пять типовых задач по основным разделам курса:
1. определение сил и перегрузок, действующих на самолет в полете,
2. расчет герметичного отсека,
3. расчет толстостенных однослойных и двухслойных оболочек,
4. расчет быстровращающихся дисков,
5. расчет парашютных систем.
В конце методической записки должна быть указана литература, которая используется при выполнении курсовой работы.
1. Прочность систем механического оборудования ла
1.1 Определение сил и перегрузок, действующих на самолет в полете
В этой задаче рассматриваются вопросы, связанные с определением сил и перегрузок, действующих на самолет в полете.
При анализе прочности летательного аппарата вводится понятие перегрузки. Суммарной или полной перегрузкой центра масс летательного аппарата называется вектор, представляющий собой отношение равнодействующей всех внешних сил (исключая силу тяжести), действующих на летательный аппарат к абсолютной величине его веса (рис.1.1)
.
(1.1)
Перегрузкой в определенном направлении называется проекция вектора полной перегрузки на это направление, которая показывает во сколько раз проекция суммы внешних сил (исключая силу тяжести) на это направление больше или меньше абсолютной величины веса летательного аппарата.
Таким образом, в соответствии с приведенным выше определением можно записать:
(1.2)
где
-
суммы проекций внешних сил (исключая
силу тяжести) на оси координат.
При
малых углах атаки
можно приближенно принимать, как это
видно из рис. 1.1, составляющая тяги
Поэтому
(1.3)
Здесь
и
- подъемная сила и лобовое сопротивление
самолета.
Для крылатого летательного аппарата наибольшей по величине внешней силой является подъемная сила крыла, а для бескрылого – тяга двигателей. Поэтому наибольшими перегрузками в полете будут:
-
для аппаратов с обычным крылом,
- для бескрылых
аппаратов,
-
для беспилотных аппаратов с крестообразными
крыльями.
Рис.1.1
Рассмотрим определение перегрузки самолета в криволинейном полете самолета в вертикальной плоскости
Пусть самолет совершает криволинейный полет в вертикальной плоскости, траектория которого показана на рис. 1.2.
Рис.1.2
При
этом на
самолет действуют подъемная сила
,
направленная
нормально к вектору скорости самолета,
сила тяжести самолета
,
сила лобового сопротивления
,
тяга двигателей
,
центробежная
сила
,
направленная нормально к траектории,
и тангенциальная сила
,
направленная по касательной к траектории.
На основании принципа Даламбера все внешние силы, действующие на самолет, вместе с инерционными силами должны находиться в равновесии (см. рис. 1.2).
Центробежная и тангенциальная силы определяются по следующим формулам:
(1.4)
где
‑ центростремительное ускорение,
‑ тангенциальное ускорение.
Спроектировав все силы на нормаль, и касательную к траектории (см. рис. 1.2), получим
(1.5)
Рассматривая
уравнения (1.5) применительно к точке
траектории
(при
),
будем иметь
(1.6)
При этом максимальное значение подъемной силы
(1.7)
где
‑ радиус кривизны траектории;
‑ ускорение силы тяжести.
Таким образом, в точке В траектории выражение для нормальной перегрузки имеет вид
,
(1.8)
или
.
Принимая во внимание уравнение равновесия (1.5), можно определить значение осевой перегрузки в точке В траектории:
.
(1.9)
При расчете на прочность в самолетной технике за основные принимают нормальные перегрузки.
Величина перегрузки играет существенную роль в определении прочности самолета. Например, по ее величине можно всегда определить величину эксплуатационной аэродинамической нагрузки, действующую на крыло для любого полетного случая, а именно:
.
(1.10)
Изложенные здесь основные сведения позволяют легко определить перегрузку, действующую на кабину, сразу же после ее отделения от самолета.