25. Выбор и обоснование геометрических параметров, определение геометрических размеров и нагрузок на горизонтальное оперение самолета.

H aгружепие горизонтального оперения (ГО) Внешние нагрузки, действующие на горизонтальное оперение, оговорены нормами прочности. В практике проектирования и нормирования при определении внешних нагрузок обычно пользуются приближенными формулами, которые связывают их с условной удельной нагрузкой на крыло и площадью оперения При определении нагрузок на горизонтальное оперение рассматривают три основных расчетных случая:

— уравновешивающие нагрузки

- маневренные нагрузки

— нагрузки при полете в неспокойном воздухе

Распределенную погонную нагрузку рассчитывают по

Эффективность ГО зависит от площади ГО и расстояний от центров давлений ГО до центра масс самолета (так называемых плеч оперений ), но и от его аэродинамических характеристик.

Важнейшими из этих характеристик являются производная подъемной силы горизонтального оперения по его углу атаки

Эти производные в значительной степени зависят от геометрических параметров ГО ( ) Выбор формы в плане и профиля ГО зависит от выбранной формы и толщины профиля крыла. В настоящее время наиболее часто применяется трапециевидная прямая и стреловидная форма оперения, иногда треугольная.

Необходимую площадь горизонтального оперения определяются приближенно по формулам:

где –коэффициент статического момента площади горизонтального оперения; –плечо ГО; –площадь крыла.

26. Выбор и обоснование конструктивно-силовой схемы стабилизатора.

Конструктивно-силовая схема ГО определяется количеством, разме­щением, степенью участия в силовой работе отдельных элементов кон­струкции.

Правильный выбор конструктивно-силовой схемы оперения позволяет получить конструкцию наименьшей массы при требуемой прочности и жесткости.

На современных скоростных самолетах устанавливается свободнонесущее оперение с жесткой работающей обшивкой. Свободнонесущая схема наиболее полно удовлетворяет требованиям аэродинамики, предъявляемые к скоростному самолету, а применение жесткой работающей об­шивки обеспечивает, требуемое, аэродинамическое качество поверхности и позволяет получить выгодную в весовом отношении конструкцию.

В связи с особенностями нагружения и закрепления отдельных частей оперения имеются и различия в их конструктивно-силовых схемах.

Стабилизатор может быть разъемным и неразъемным. Разъемный стабилизатор состоит из двух половин — левой и правой, прикрепленных к фюзеляжу или килю.

По количеству лонжеронов крылья подразделяются на одно-, двух- и многолонжеронные.

По степени участия обшивки в силовой работе ГО все стабилизаторы можно разделить на две группы: ГО с не работающей полотняной обшивкой и ГО с жесткой работающей обшивкой. Полотняная обшивка, имея меньшую массу, чем жесткая, не обеспечивает, однако, получения потреб­ного с точки зрения аэродинамики качества поверхности. Деформация по­лотняной обшивки при увеличении скорости полета ведет к сильному росту лобового сопротивления. По этой причине полотняная обшивка в настоя­щее время применяется весьма редко и лишь на ГО самолетов с небольшой скоростью полета.

Жесткая обшивка дает возможность получить гладкую поверхность ГО и обеспечивает при достаточной толщине и надлежащем подкрепле­нии стрингерами и нервюрами хорошее сохранение обводов при действии воздушной нагрузки. Кроме того, жесткая работающая обшивка позволяет проще обеспечить требуемую прочность и жесткостью ГО. ГО с жест­кой обшивкой по степени участия се в работе крыла можно разделить на лонжеронные и моноблочные.

Лонжеронное ГО -- такое ГО, у которого сравнительно тонкая обшивка, подкрепленная очень слабым стрингерным набором, воспринимает лишь крутящий момент и небольшую часть перерезывающей силы. Изгибающий момент в этом крыле почти весь воспринимается лонже­ронами.

Моноблочное ГО -- обшивка является основным конструктивно-силовым элементом. Срав­нительно толстая обшивка моноблочного ГО воспринимает не только крутящий момент и перерезывающую силу, но и большую часть изгибающе­го момента. Моноблочные ГО можно разделить на ГО с листовой обшивкой, подкрепленной частым стрингерным набором, ГО со сло­истой обшивкой и ГО с монолитными панелями.

Выбор конструктивно-силовой схемы ГО определяется удельной нагрузкой на него, его внешними формами, способом крепления к фюзе­ляжу, компоновочными соображениями и тд.

В однолонжеронном ГО (рис.1) лонжерон распола­гается в месте максимальной строительной высоты профиля, что выгодно в весовом отношении. К продольному набору ГО относятся один или несколько вспомогательных лонжеронов. Задний вспомогательный лонже­рон служит также для крепления элеронов и средств механизации ГО. Такое крыло может иметь и слабый стрингерный набор.

Рис.1

В двухлонжеронном ГО (рис.2) передний лонжерон располагается впереди, а задний - позади максимальной толщины профиля. Желательно, чтобы лонжероны имели одинаковую высоту. В этом случае одинаковыми будут и нормальные напряжения в их поясах. При этом, чем больше будет строительная высота лонжеронов, тем выгоднее. будет конструкция в весовом отношении. Обычно расстояние между лонже­ронами составляет 45...50% хорды. Крепление отъемной части ГО осу­ществляется с помощью четырех стыковых узлов, установленных на поя­сах лонжеронов.

Рис.2

У многолонжеронных (чаше всего трехлонжеронных ГО каждый лонжерон крепится к центроплану или фюзеляжу двумя стыковыми узлами, расположенными на его поясах. Лонжероны восприни­мают изгибающий момент ГО. Перерезывающая сила воспринимается в основном стенками лонжеро­нов, а крутящий момент - замкнутыми контурами, образованными обшивкой и стенками лонжеронов. ГО может иметь и некоторое количество стрингеров, служащих главным образом для подкрепления обшивки.

Моноблочные ГО (Рис.3). С увеличением скорости полета самолетов, повышались аэродинамичес­кие требования к качеству поверхности крыла и требования к жесткости конструкции. Все это потребовало постановки более толстой обшивки, уси­ленной стрингерами.

Рис.3

Стреловидное ГО _ это ГО скоростного самолета. Поэтому его конструктивно-силовая схема должна удовлетворять и тем требованиям, которые диктуются большой скоростью полета.

Рис.4

К онструктивно-силовые схемы цельноуправля'емого горизонтального оперения во многом определяются формой его в плане и способом крепления оси вращения.. В схеме а лонжерон, расположенный в месте макси­мальной строительиой высоты и имеющий обычно двутавровое сечение, пе­реходит в ось. На схе­ме г показано треугольное оперение с параллельным продольным набором. Здесь усиленными делаются лонжерон, переходящий в ось, и бортовая нер­вюра.

Рис.5