Балансировочные нагрузки

Балансировочная нагрузка – это нагрузка, необходимая для сохранения равновесия в любых заданных условиях при нулевом угловом ускорении тангажа.

На крыло действует подъемная сила и продольный момент:

Момент M_z можно вычислять относительно любой точки, при этом его величина будет зависеть от выбора системы координат.

Если одна система координат смещена относительно другой по оси Х на величину А, то

Если подъемная сила не равна нулю, то можно найти точку, относительно которой момент M_z равен нулю. Эта точка будет центром давления крыла при заданном угле атаки.

Можно также найти точку, относительно которой продольный момент при постоянной скорости будет неизменным при любом угле атаки (при безотрывном обтекании). Эта точка будет фокусом крыла. При дозвуковых скоростях полета фокус тонкого слабоизогнутого крыла расположен на 0,25 средней аэродинамической хорды, и его положение не зависит от угла атаки.

Коэффициент продольного момента относительно фокуса равен при любом угле атаки.

Положение центра давления крыла с несимметричным профилем зависит от угла атаки.

У равнение равновесия крыла по продольному моменту:

Относительно координаты центра давления

.

У обычного профиля <0, поэтому при положительной подъемной силе X_D > X_F.

Положение центра масс самолета, как правило, не совпадает с положением центра давления крыла. Чтобы уравновесить момент подъемной силы крыла относительно центра масс самолета, нужно приложить нагрузку к оперению.

Уравнение равновесия самолета по продольному моменту относительно произвольной точки Х₀.

При Х₀ = X_F

Балансировочная нагрузка на горизонтальное оперение

Подставим сюда выражения для M_z0.

Горизонтальное оперение должно быть рассчитано на балансировочные нагрузки, возникающие во всем диапазоне допустимых скоростей и перегрузок и при полете с выпущенными закрылками.

Маневренные нагрузки на горизонтальное оперение

Горизонтальное оперение и другие поверхности, предназначенные для управления по тангажу, должны рассчитываться на маневренные нагрузки, возникающие при расчетной маневренной скорости V_A:

1. При максимальном отклонении рычага управления назад

2. При максимальном отклонении рычага управления вперед

Эти отклонения ограничиваются упорами или максимальными усилиями летчиков.

Горизонтальное оперение должно также рассчитываться на нагрузки при контролируемом маневре, когда рычаг управления по тангажу резко отклоняется в одном направлении, а затем резко отклоняется в другом направлении так, чтобы не превышалась максимальная или минимальная маневренная перегрузка.

П ри резком отклонении руля высоты перегрузка самолета начинает изменяться о закону затухающей синусоиды

и через какое-то время стабилизируется на значении, соответствующем сбалансированному полету при таком положении руля высоты.

При резком отклонении руля на величину, достаточную для сбалансированного полета с перегрузкой , сначала происходит заброс перегрузки до величины , затем она начинает уменьшаться и колеблется вокруг значения , пока не стабилизируется.

Для самолетов нормальной, многоцелевой и переходной категорий должен производиться расчет в диапазоне скоростей от V_A до V_D. Начальная перегрузка n_I=1. Конечная перегрузка:

а) n_II =

б) n_III = 1-( -1), но

Для самолетов акробатической категории рассматриваются четыре случая изменения перегрузки от исходной n_исх до конечной n:

nисх	1	1
n

Должны определяться максимальные нагрузки на оперение, возникающие при таких маневрах.