4. Условия внешней среды

Поскольку в Задании никакие специфические условия работы конструкции не оговариваются, предполагается, что разрабатываемая конструкция будет эксплуатироваться в условиях среды, предусмотренных параметрами МСА (давление, температура). В таком случае параметры, не предусмотренные МСА (влажность, работа в агрессивных средах) не рассматриваются.

5. Обязательные технические требования и требования заказчика

В общем случае к конструкции ГО предъявляются следующие требования:

1. Обеспечение требуемой прочности и жесткости ГО;

2. Высокий уровень надежности;

3. Высокий уровень живучести конструкции (для боевых машин);

4. Малая масса конструкции;

5. Исключение возможности возникновения опасных вибраций ГО;

6. Простота монтажа и демонтажа на самолете.

Кроме вышеперечисленных, к данной конструкции можно выдвинуть еще одно дополнительное требование. Поскольку в Задании однозначно заявлено, что подшипники должны быть установлены внутри стабилизатора, (см., например, рисунок 1), в конструкции должны быть предусмотрены специальные люки для их обслуживания (смазки, контроля).

2. Техническое предложение конструкции стабилизатора

   1. Конструктивно-силовая схема

Для конструкции ЦПГО возможно применение следующих конструктивно-силовых схем:

1. Многолонжеронная схема – большое число лонжеронов (около пяти) обусловливает отсутствие нормальных нервюр. Такая схема осуществлена на стабилизаторах самолетов F-14A и ЯК-130 (у последнего, согласно технической документации всего один лонжерон; остальные продольные силовые элементы принято называть стенками);

2. Кессонная схема – подразумевает активное включение в работу на изгиб подкрепленной мощным продольным набором обшивки. В такой схеме значение лонжеронов уменьшено. Схема осуществлена на самолете СУ-30МК (согласно технической документации у данного самолета один лонжерон и одна стенка);

3. Схема с трехслойной обшивкой – предполагает отсутствие стрингерного набора и разрежение нервюр вследствие большой жесткости обшивки. Схема частично осуществлена на самолетах МиГ-23. Несколько большее распространение получила для крыльев.

На основании проработки оценочного материала (например, см. [Шульженко, стр. 191], [Гребеньков, стр. 44]) принимается кессонная схема стабилизатора в связи со следующими ее достоинствами:

1. Меньший вес кессонных конструкций (в т.ч., стабилизаторов) в сравнении с лонжеронными конструкциями;

2. Лучшее удовлетворение конструкции требованиям аэродинамики (в плане выпучивания обшивки под действием аэродинамических нагрузок) вследствие большой жесткости обшивки;

3. С точки зрения эксплуатационных качеств, для боевого самолета значительную роль играет живучесть конструкции, которая у кессонных конструкций выше вследствие рассредоточения силовых элементов (по сечению стабилизатора);

4. Технологические преимущества, связанные с простотой технологического членения конструкции на достаточно жесткие самостоятельные узлы (панели).

2. Общая конструкция стабилизатора3

Уточняя конструктивно-силовую схему, предполагаем наличие в ней двух лонжеронов. Это в свою очередь дает следующие преимущества:

1. В пространстве между лонжеронами образуется так называемая межлонжеронная коробка, обеспечивающая высокую жесткость при кручении (в отличие от однолонжеронного кессона);

2. Уменьшено влияние лонжеронов при работе конструкции на изгиб (по сравнению с трехлонжеронным кессоном), что повышает весовую отдачу конструкции за счет интенсивной загрузки обшивки.

Поскольку количество лонжеронов однозначно определено, необходимо «расположить» их в конструкции. Для этого воспользуемся рекомендациями [Гребеньков]: первый лонжерон вдоль линии 20% хорд; второй – вдоль линии 65% хорд. Схема расположения (при виде в плане) показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема установки лонжеронов

Однако задний лонжерон при таком расположении проходит достаточно близко к оси вращения. Поэтому окончательно, он сдвигается на линию 75% хорд. Схема показана на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема установки лонжеронов окончательная

Следующим шагом определимся с количеством стрингеров. Опять же, пользуясь рекомендациями [Гребеньков], [Войт] принимаем шаг стрингера из диапазона 100…200 мм. Принимаем, что шаг стрингеров на бортовой хорде составит примерно 140 мм (шаг вдоль потока). Возможные варианты расположения стрингеров представлены на рисунке 7.

а)

б)

в)

а – стрингеры располагаются вдоль образующих стабилизатора; б – стрингеры располагаются параллельно оси заднего лонжерона; в – стрингеры располагаются параллельно оси переднего лонжерона

Рисунок 7 – Возможные варианты расположения стрингеров

Конструкция, схематично показанная на рисунке 7, а сложно осуществляется при малых объемах (в концевой части наблюдается наложение стрингеров), к тому же, вблизи законцовки будет нарушен рекомендуемый шаг (меньше 100 мм). Применение конструкции, показанной на рисунке 7, в приведет к следующей неувязке: у переднего лонжерона (более длинного) будут установлены чрезмерно длинные стрингеры, а у заднего лонжерона – слишком короткие.

Из предложенных вариантов выбирается вариант, показанный на рисунке 7, б. Такой вариант используется на стабилизаторе самолета СУ-30МК. Он, в отличие от предыдущего варианта позволяет наиболее рационально расположить стрингеры. Располагая стрингеры с заданным ранее шагом (140 мм), имеем конструкцию, показанную на рисунке 8. При этом шаг стрингера по нормали к их осям получается примерно 110 мм. Отступ от заднего лонжерона нормально к его оси примерно 60 мм (см. рисунок 8).

По рекомендациям [Гребеньков, стр. 42] шаг нервюр, рекомендуемый для кессонных КРЫЛЬЕВ, составляет 250…400 мм. Подразумевая, что проектируемая конструкция стабилизатора значительно меньше конструкций крыльев, принимаем для нервюр минимально рекомендуемый шаг 250 мм. Согласно рекомендациям [Шульженко, стр. 182], нервюры устанавливаем перпендикулярно оси какого-либо лонжерона. Поскольку стрингеры установлены вдоль оси заднего лонжерона, оси нервюр располагаем перпендикулярно оси заднего лонжерона.

Рисунок 8 – Схема расположения стрингеров

Ось нервюры 1 располагаем так, чтобы она отделяла корневой треугольник от концевой трапеции. Остальные оси – с принятым ранее шагом, откладываемым по нормали к осям нервюр. Схема конструкции показана на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема расположения нервюр в межлонжеронной коробке

Для размещения подшипников оси вращения необходимо предусмотреть две (минимум) усиленные нервюры: одну – по борту фюзеляжа, вторую – на некотором расстоянии от нее (по аналогии с самолетом СУ-30МК, последнюю назовем траверсой). Для подкрепления обшивки в промежутке между бортовой нервюрой и траверсой устанавливается дополнительная (нормальная) траверса. В носике стабилизатора устанавливаются нормальные нервюры перпендикулярно оси лонжерона 1. В хвостике нормальные нервюры устанавливаются перпендикулярно оси лонжерона 2. Поскольку носик и хвостик стабилизатора не имеют продольного подкрепляющего набора, оси нервюр располагаем вдвое чаще, чем в межлонжеронной коробке. Окончательная схема расположения нервюр представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Окончательная схема расположения нервюр

Таким образом, общая схема конструкции сформирована.