Контрольные вопросы и задания

1. В чем заключается назначение шасси? Изобразите схемы шасси.

2. Сформулируйте требования к шасси, приведите примеры реализации этих требований в конструкции шасси.

3. Назовите нагрузки на шасси. Как они уравновешиваются на элементах конструкции ЛА?

4. Охарактеризуйте конструкцию колес, типы тормозов, дайте их сравнительную характеристику.

5. В чем назначение амортизации? Перечислите ее типы.

6. Объясните диаграмму работы амортизатора.

7. Опишите явление «шимми» и конструктивные меры борьбы с этим явлением.

Глава 15 аэроупругие явления

15.1. Статические аэроупругие явления

Аэроупругие явления связаны с взаимодействием аэродинамических, упругих и инерционных сил конструкции самолета. Они возникают в полете из-за упругости и деформируемости агрегатов ЛА под действием нагрузок.

При деформации любого агрегата планера в полете изменяются действующие на него аэродинамические нагрузки, что приводит к дополнительным деформациям конструкции (увеличению прогиба и углов крутки  ) и, соответственно, дополнительному увеличению нагрузок, что может привести к потере статической устойчивости и разрушению конструкции (явление дивергенции). Деформации агрегатов планера при отклонении элеронов (рулей) вызывают дополнительные аэродинамические силы, которые могут снизить эффективность элеронов (рулей) и привести к обратному их действию на ЛА (явление реверса).

Если возникающие дополнительные силы зависят только от величины деформации и не изменяются во времени, то такие явления, обусловленные взаимодействием только аэродинамических и упругих сил, относятся к статическим аэроупругим явлениям (реверс, дивергенция крыла, оперения, пилонов и др.)

Колебания конструкции в полете возникают в процессе ее деформации, если на нее кроме аэродинамических и упругих сил будут действовать силы, изменяющиеся по величине и направлению во времени – так называемые инерционные силы.

Эти колебания при определенных условиях (т. е. при нарушении условия критерия оценки жесткости конструкции, когда критическая скорость возникновения аэроупругих значений  где – максимальная скорость полета ЛА) могут стать причиной динамической неустойчивости конструкции ЛА. Явления, обусловленные взаимодействием аэродинамических, упругих и инерционных сил, относятся к динамическим аэроупругим явлениям (флаттер агрегатов планера, бафтинг и др.).

Реверс органов управления – это явление потери эффективности органов управления и наступления обратного их действия на ЛА, которое может произойти из-за закручивания крыла (стабилизатора, киля) под действием динамических сил, возникающих при отклонении элеронов (рулей).

Скорость полета, при которой органы управления не создают управляющего момента, т. е. их эффективность равна нулю, называется критической скоростью реверса .

При  V_max наступает реверс рулей (элеронов). При этом изменяется знак создаваемого ими управляющего момента и возникает несоответствие отклонения ЛА отклонению рычага управления пилотом, т. е. обратное действие управления на ЛА. Это явление характерно для элеронов, удаленных от продольной оси ЛА и расположенных в концевой менее жесткой части крыла, особенно на стреловидных крыльях большого и стреловидности с небольшой профиля крыла. Это объясняется тем, что изменение углов атаки у стреловидных крыльев происходит не только из-за закручивания крыла при отклонении элеронов, но и за счет его изгиба. Поэтому у стреловидных крыльев при прочих равных условиях меньше, чем у прямых крыльев.

Физическая картина возникновения реверса. Отклонение элерона вниз на абсолютно жесткой консоли крыла всегда приводит к увеличению ее подъемной силы, а отклонение вверх – наоборот (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Схема к пояснению явления реверса элеронов, рулей [1]

На упругом крыле отклонение элеронов приводит к закручиванию крыла с элероном на угол моментом относительно оси жесткости крыла от аэродинамической силы , возникающей при отклонении элерона. Закручивание крыла на угол приводит к изменению угла атаки на и возникновению в фокусе крыла (в точке F) дополнительной силы уменьшающей силу _эл и снижающей эффективность действия элеронов. Чем меньше величина , тем меньше эффективность элеронов. При их эффективности равны 0. Скорость, при которой , определяет . При этом момент от пары сил и уравновешивается моментом упругих сил .

Критическая скорость реверса. Для прямого крыла с постоянной по размаху жесткости сила определяется из выражения

(15.1)

для отсека крыла, занятого элероном площадью S₁.

Момент упругих сил получается интегрированием дифференциальных управлений упругой линии крыла, совпадающей с осью его жесткости, и относительного угла кручения:

(15.2)

при в пределах от до , где – расстояние от заделки крыла до отсека с элероном. Тогда:

. (15.3)

Получим следующее:

, (15.4)

откуда критическая скорость реверса равна:

(15.5)

где – точка приложения дополнительной аэродинамической силы, возникающей при отклонении элерона (см. рис. 15.1, сечение А–А).

Анализ формулы позволяет определить пути предотвращения реверса в диапазоне возможных скоростей полета, т. е. мероприятия, которые позволяют увеличить значение и выполнить условие  .

Конструктивные меры борьбы с реверсом элеронов. Одним из основных путей повышения является повышение жесткости крыла на кручение Это достигается увеличением площади поперечного сечения контуров крыла, работающих на кручение (утолщение обшивки и увеличение ширины сечения поясов и высоты стенок лонжеронов), однако это приводит к ухудшению аэродинамических и весовых характеристик крыла. Лучше использовать материалы с повышенными значениями модуля упругости Е и сдвига G при небольшом удельном весе материала γ.

На треугольных крыльях небольшого  из-за большой жесткости реверса элеронов практически не бывает. При малых профиля такого крыла элероны располагаются ближе к продольной оси ЛА в более жесткой части крыла (но площадь, обслуживаемая механизацией, уменьшается).

На ЛА с крыльями большого  делают внешние и внутренние элероны. Внешние элероны используются на взлетно-посадочных режимах и малых скоростях; большой управляющий момент M_x при малых скоростях обеспечивается большим плечом между внешними элеронами. Внутренние элероны применяются на всех остальных режимах полета.

Для поперечной управляемости ЛА используются также и интерцепторы, применение которых позволяет избежать дополнительные затраты массы на увеличение жесткости концевых частей крыла, где расположены элероны.

Дивергенция – это явление потери статической устойчивости (разрушение) крыла, оперения, пилонов крепления двигателей и других частей планера в воздушном потоке, которое может произойти при увеличении угла их закручивания аэродинамическими силами, величина которых возрастает с увеличением угла закручивания.

Физическая картина дивергенции. Рассмотрим прямое крыло, которое в полете под действием аэродинамических сил изгибается и закручивается, изменяя углы атаки крыла и действующие на него аэродинамические силы (рис. 15.2). При расположении оси жесткости крыла позади линии фокусов аэродинамические силы стремятся увеличить угол атаки, а увеличение угла приводит к увеличению аэродинамических сил и т. д.

При равенстве момента упругих сил М_упр моменту аэродинамических сил ( ) имеет место упругое равновесие. При дальнейшем увеличении скорости М_аэр станет дольше М_упр, упругие силы не смогут сопротивляться дальнейшим деформациям крыла и оно потеряет устойчивость и разрушится (угол начнет неограниченно возрастать).

Критическая скорость дивергенции. Критическая скорость определяется из условия

М_аэр = М_упр

или

(15.6)

откуда

(15.7)

Из выражения (15.7) можно определить значение в котором  . Знаменатель должен равняться 0. Тогда при и

(15.8)

Рис. 15.2. Схема к пояснению явления потери

статической устойчивости крыла (дивергенции) [1]:

– начальный угол атаки; – изменение угла атаки под действием силы Y; – приращение Y за счет увеличения угла  на Р_упр – упругие силы конструкции крыла; М_упр – момент упругих сил (определяется как и при реверсе); – расстояние от носка профиля до фокуса F и ЦЖ = М_аэр – момент аэродинамических сил S₁ – пло-

щадь отсека крыла на расстоянии l_к от заделки крыла

Конструктивные меры борьбы с дивергенцией. К таким мерам относятся меры по увеличению жесткости конструкции агрегатов планера и выполнение условия  .

Менее подвержены дивергенции крылья малых с таким распределением материала конструкции по контуру сечения агрегатов, при котором , а также стреловидные крылья с 0, так как при изгибе оси закручиваются на уменьшение угла атаки, чем значительно увеличивают .

Явление реверса и дивергенции могут возникнуть при нагреве и повреждении агрегатов планера, ослабляющих жесткость конструкции . При нагреве снижаются модули упругости E и G, появляются температурные напряжения, а при повреждениях повышается работоспособность силовых элементов при восприятии изгиба и замкнутость контуров, воспринимающих кручение. Отсюда необходимы конструктивные меры, снижающие температурные напряжения в конструкции, и меры, повышающие ее живучесть.