27.Требования, предъявляемые к проектированию горизонтальному оперению.

К оперению самолета относятся горизонтальное. Горизонтальное оперение служит для обеспечения продольной устойчивости и управляемости самолета.

К оперению самолета предъявляются следующие основные требования:

1. Обеспечение продольной устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета, в том числе и на режимах, близких к критическим (посадка, штопор).

2. Наименьшее лобовое сопротивление.

3. Малые шарнирные моменты рулей.

4. Возможно меньшее затенение оперения крылом, фюзеляжем, гондолами двигателей, а также одной части оперения другой.

5. Более позднее, чем на крыле, возникновение волнового кризиса, что обеспечивает меньшее нарушение характеристик устойчивости, и управляемости при полете на околозвуковых скоростях.

6. Исключение возможности возникновения вибраций.

7. Простота монтажа и демонтажа оперения на самолете.

8. Простота установки рулей с обеспечением взаимозаменяемости.

28. Проектировочный расчёт стабилизатора кессонной конструкции.

Все принципы проектирования конструкции крыла и его элементов полностью применимы к проектированию стабилизатора.

Особенностью киля и стабилизатора является значительное нагружение заднего лонжерона (или стенки) сосредоточенными силами в узлах подвески рулей. В соответствии с распределением давлений по хорде, задаваемым нормами прочности при нагрузках, возникающих при маневрах, задняя часть нагружена больше, чем передняя (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Схема нагрузки на стабилизатор, возникающей на маневре

Технологически выгодно, чтобы конструкция стабилизатора была аналогична конструкции крыла. В этом случае освоенные уже процессы изготовления и сборки могут частично повторяться, и стоимость конструкции уменьшается.

Стабилизатор работает аналогично крылу. Изгибающий момент, действующий на стабилизатор, так же как и в крыле, воспринимается центропланом и не передается на фюзеляж. Стыковые узлы лонжеронов стабилизатора полностью идентичны узлам крыла.

Уменьшения относительных толщин, а следовательно, и строительных высот приводят к возрастанию площади сечения, потребной для восприятия изгибающего момента. С целью наиболее эффективного использования материала желательно более равномерное его распределение по периметру сечения. Уменьшение работающих на кручение контуров, рост действующих на поверхность обшивки скоростных напоров, а также необходимость обеспечения достаточной местной устойчивости при сжатии, требуют увеличения толщин обшивок и более частого стрингерного подкрепления. Все это приводит в случае стыка по контуру и организации центроплана внутри фюзеляжа к применению моноблочной или кессонной схем стабилизатора. По сравнению с чисто лонжеронной эти схемы имеют преимущества в отношении живучести .Массы моноблочного и кессонного крыльев меньше, чем масса чисто лонжеронного, так как у них в восприятии изгиба участвуют и лонжероны, и панели обшивки. По компоновочным соображениям, как показывает практика, трудно применить подобные схемы стабилизатора на легких скоростных самолетах со средним расположением стабилизатора. В то же время на пассажирских и транспортных самолетах моноблочные и кессонные стабилизаторы широко применяются.

В процессе проектирования стабилизатора пассажирского самолета, помимо расчетов на статическую прочность, должны быть проведены и другие расчеты: оптимизация по массе и экономическим показателям, расчет выносливости силового набора и основных нагруженных узлов, определение соответствия схемы и типа конструкции требованиям безопасного разрушения. Все эти расчеты должны быть проведены в самом начале создания конструкции, так как заложенные в ней принципы в дальнейшем не могут быть скорректированы. Эти расчеты стали возможными только с появлением ЭВМ, без них такой объем расчетов практически провести невозможно.

Проектировочный расчет проводят для прямого стабилизатора, начиная с некоторого расстояния от места заделки, т. е. без учета ее влияния. (рис. 1).

Если форма стабилизатора — стреловидная, его рассчитывают без рассмотрения корневого треугольника

Рассмотрим работу отсека стабилизатора. От действия изгибающего момента М в элементах верхней и нижней панелей стабилизатора могут возникнуть осевые усилия. Сумма этих осевых усилий на плече Нср создает пару сил, уравновешивающую момент в сечении.

Принимаем, что:

где Н1 и H2 — соответственно расстояния между центрами тяжести поясов первого и второго лонжеронов.

Определяем силы, действующие на верхнюю и нижнюю панели

Ищем потребные редуцированные площади панелей, способные воспринимать действующие осевые силы:

где Fр — редуцированная площадь сжатой панели; — критическое напряжение сжатого пояса.

Принимаем = . Сечение сжатого пояса выбираем из условия:

где — напряжение местной потери устойчивости поясом. Тогда после подстановки значений N и . в выражение для Fp имеем:

где Fp+ — редуцированная площадь растянутой панели; коэф­фициент 0,9 учитывает ослабление сечения отверстиями под заклепки.

Вводим коэффициент æ, характеризующий долю момента, воспринимаемого поясами:

где F — суммарная площадь поясов лонжерона сжатой или растянутой панелей.

В зависимости от значений æ, меняется несущая способность лонжеронов: æ = 0 ... 1.Значения æ определяем из графика в зависимости от (рис.2). Для кессонного стабилизатора =3…7

р ис.2

Задавшись æ, определяем суммарные площади поясов и рас­пределяем их между поясами пропорционально высотам :

Определяем параметры панелей.

Для сжатой панели вводим понятие приведенной толщины обшивки:

где — редукционный коэффициент стрингера.

Эта толщина распределяется между обшивкой и стрингерами:

Здесь t_ и f_ — шаг и площадь сжатых стрингеров; — редук­ционный коэффициент обшивки.

Принимаем:

тогда = 0,7 ... 0.9

Пусть С = 100 ... 150 мм, а толщина сжатой обшивки

где первое значение соответствует тол­щине обшивки, потребной для вос­приятия крутящего момента, действующего в сечении стабилизатора, второе значение получается из условия т. е. = I; при толщина обшивки будет наибольшей.

Ряс.3.

Нагружение стенок лонжерона стабилизатора

Определяем

Для растянутой панели

Если (где Е — модуль упругости), прини­маем для =1; = (0,55 ... 0,7) ; для = 1, = (0,3 ... 0,45) . Принимаем t+= t-.

Определяем толщины стенок лонжеронов. Перерезывающую силу Qi распределяем между стенками пропорционально же­сткости лонжеронов на изгиб:

; ; при одинаковых материалах Е = const.

Принимая, что моменты инерции приблизительно равны ква­драту высот, получим

;

;

;

;

При получим (прийнмая значение , предполагаем, что а этом случае стенка не будет терять устойчивость). Тогда

;

;

где — толщина стенки; — площадь сечения стенки. Можно проверить полученные толщины стенок на устойчивость пои их работе на сдвиг по выражению

; ; ,

где ; а – расстояние между стойками, подкрепляющими стенку.