Контрольные вопросы и задания
1. Какие нагрузки действуют на крыло самолета? Как происходит распределение воздушной нагрузки по размаху крыла?
2. Опишите работу крыла под нагрузкой. Как определяются усилия в сечениях крыла?
3. Перечислите и охарактеризуйте основные элементы крыла.
4. Какой метод применяется при расчете на прочность авиационных конструкций? Опишите последовательность расчета данным методом.
5. Назовите этапы расчета крыла на изгиб.
6. Как производится расчет крыла на сдвиг и кручение?
7. В чем заключаются особенности работы корневой части крыла?
8. Какие требования прочности предъявляются к элементам конструкции?
Глава 11 оперение самолета
11.1. Органы устойчивости 230912
И управляемости самолета
Элероны (во взаимодействии с крылом); стабилизатор, киль и рули, входящие в хвостовое оперение, представляют органы устойчивости и управляемости самолета, которые обеспечивают устойчивость и управляемость (включая балансировку) относительно осей скоростной системы координат (Х, У, Z).
Как уже указывалось, под устойчивостью летательного аппарата (ЛА) понимается способность возвращаться к первоначальному режиму полета после прекращения действия внешних возмущающих сил, вызвавших его отклонение.
Под управляемостью ЛА понимается возможность изменять режим полета по воле пилота или автоматического управляющего устройства.
Под балансировкой ЛА понимается уравновешивание моментов всех сил относительно соответствующей оси системы координат.
К органам устойчивости и управляемости предъявляются определенные требования.
К аэродинамическим требованиям относятся следующие:
1. Необходима определенная степень устойчивости и управляемости и определенное сочетание различных видов устойчивости и управляемости.
Так, маневренные самолеты (например спортивные) по устойчивости близки к нейтральным. Неманевренные самолеты (например транспортные) должны быть более устойчивыми. Однако слишком высокая степень устойчивости ухудшает управляемость.
Количественные значения характеристик устойчивости и управляемости даются в эксплуатационно-технических требованиях, предъявляемых к данному типу ЛА.
2. На всех режимах полета, допустимых для данного типа ЛА, не должно быть резких изменений устойчивости и управляемости, которые могли бы привести к катастрофическим последствиям.
Желательно, чтобы значительные изменения характера обтекания органов устойчивости и управляемости наступали позже изменений характера обтекания крыла и других частей ЛА: для всех ЛА – при угле атаки кр крыла, а для скоростных, кроме того, при значении М > Мкр крыла.
3. Должна быть обеспечена необходимая боковая устойчивость, т. е. правильное сочетание статической путевой и поперечной устойчивости.
Слишком большая поперечная устойчивость приводит к появлению колебательной неустойчивости; следствием избыточной путевой устойчивости оказывается спиральная неустойчивость.
При выборе и оценке размеров и расположения органов устойчивости и управляемости нельзя ограничиваться рассмотрением только статической устойчивости и управляемости, надо учитывать и динамику.
Очевидно, что самолет, обладающий при определенном весе большими моментами инерции относительно главных и центральных осей Ix, Iу, Iz вследствие разноса масс от центра тяжести, будет труднее управляем.
Эффективность органов управления зависит также от сил, демпфирующих колебания – дополнительных сил сопротивления воздуха, тормозящих вращение ЛА и пропорциональных угловой скорости.
Для удовлетворения аэродинамических требований должны быть правильно подобраны площади элеронов Sэ, горизонтального оперения Sгo и вертикального оперения Sво, их размеры и расположение.
У современных ЛА велико значение нагрузки р на площадь крыла (до 600 кг/м2), и поэтому относительно мала площадь крыла. Это приводит к увеличению влияния ненесущих частей самолета (фюзеляжа, мотогондол, шасси) на устойчивость и управляемость, что вызывает необходимость увеличения относительных размеров оперения.
Размеры и расположение органов управляемости и устойчивости во многом зависят от назначения ЛА и его компоновки.
При проектировании нового ЛА для выбора размеров и расположения органов устойчивости и управляемости используется статистика близких по назначению и компоновке ЛА последних лет выпуска, ведется расчет статической устойчивости на основе продувок и частичный расчет динамической устойчивости.
Компоновочные требования подразумевают, что при компоновке органов устойчивости и управляемости необходимо не допускать их взаимного аэродинамического затенения и затенения их другими частями конструкции. В полной мере этим требованиям удовлетворить не всегда удается.
Прочностные требования аналогичны соответствующим требованиям к крылу. Кроме того, к органам устойчивости и управляемости предъявляются следующие специфические требования:
необходима повышенная общая жесткость (крыла, стабилизатора, киля и фюзеляжа) для устранения опасности возникновения реверса элеронов и рулей и для предотвращения сильного снижения их эффективности на скоростях, приближающихся к скорости реверса;
необходима повышенная местная жесткость для сохранения формы оперения и элеронов при их эксплуатации;
должны быть приняты меры к предотвращению возникновения явлений флаттера и бафтинга.