Конструктивные схемы навески рулей и загружение их элементов

Проектирование кронштейнов навески многошарнирных рулей современных самолетов выполняется в соответствии с существующей на настоящий день расчетной схемой оперения. Эта расчетная схема предусматривает определение реакций в узлах навески без учета отклонения рулей. Учитываются только - вертикальные составляющие полных реакций в шарнирах.

Расчет кронштейна только от силы приводит к тому, что жесткость его в этом направлении оказывается в десятки раз больше минимальной изгибной жесткости , вычисленной относительно оси поперечного сечения кронштейна (фиг.1). Действительно, зачем же развивать минимальную жесткость, если составляющих нет, или они так малы, что их даже не вычисляют. Лишь бы не наступила потеря устойчивости плоской формы изгиба от (правда, такая проверка тоже не делается).

Существует и такая схема навески, в которой, желая облегчить процесс установки руля, лишь один кронштейн делают неподвижным в направлении оси , остальные же связывают со стабилизатором шарнирно при помощи одного вертикального болта. Эту поворотную часть кронштейна называют серьгой. В литературе часто можно встретить такое замечание, что в схеме навески руля, кронштейны которого, кроме одного неподвижного, имеют серьгу, все осевые усилия, направленные вдоль оси руля, воспринимаются только неподвижным кронштейном. Против этого трудно возразить, однако это не всегда так.

Кронштейны навески рулей тяжелых самолетов по условию аэродинамической компенсации представляют собой длинные стержни. Серьга в этом случае имеет, как правило, небольшую

длину. Встречаются кронштейны с очень короткой серьгой, длина которой составляет 0,15-0,2 от длины кронштейна в целом.

Таким образом, схемы навески рулей можно классифицировать так: схема с упругими кронштейнами - фиг.2а; схема с длинной серьгой - фиг.2б и, наконец, схема с короткой серьгой - фиг.2в. Пунктиром на указанных рисунках изображено положение кронштейнов загруженного оперения, соответствующее традиционной расчетной схеме оперения и кронштейнов, с той лишь оговоркой, что метода определения реакций , изгибающих упругий кронштейн 2а, до сих пор не было [2].

Фиг. 2. Кинематика кронштейнов навески рулей.

С позиций традиционной расчетной схемы кронштейны с серьгой (фиг.2б и фиг.2в) имеют = 0 . Если же существует реакция , которая для кронштейна может быть и сжимающей, то деформации всех видов кронштейнов существенно отличаются от изображенных на фиг.2 (фиг.З). Сжимающие силы могут быть так велики, что появляется необходимость проверять кронштейны на устойчивость от сжатия в плоскости наименьшей жесткости. Для упругих кронштейнов и кронштейнов с длинной серьгой (фиг.3а,б) это не так актуально, как для схемы кронштейнов с короткой серьгой, изображенной на фиг.Зв.

Фиг. 3. Схемы деформирования кронштейнов.

Феодосьевым В.И. было показано [3], что если стержень нагружать сжимающей силой через некоторое промежуточное, шарнирно присоединенное звено, то критическая нагрузка такого стержня будет тем меньше, чем меньше длина этого промежуточного звена. Этот факт и был использован при расчете кронштейна с короткой серьгой [4]. На фиг.Зв изображен кронштейн с серьгой в двух положениях: в незагруженном и в деформированном. Если такой кронштейн загружать сжимающей силой без предварительного смещения , то в какой-то момент может произойти потеря устойчивости его в плоскости наименьшей жесткости.

Если же точка приложения нагрузки получит предварительное смещение о, связанное с неточностью установки кронштейна, или с совместным деформированием стабилизатора и отклоненного руля, то предельная нагрузка на кронштейн будет еще меньше. Поворот серьги на некоторый угол (фиг.Зв) вызывает осевую составляющую (вдоль оси шарниров) реакции - , действующую на кронштейн в направлении наименьшей жесткости и вызывающую его прогиб, который, в свою очередь, увеличивает угол поворота серьги .

Этот неожиданный результат - кронштейн с серьгой загружен осевой составляющей реакции - явился следствием все большего укорочения серьги в кронштейнах навески рулей современных самолетов.