Горизонтальное оперение самолета Як-40.
Эксперимент, описанный ниже, проведен
на серийной машине Як-40, как дополнение
к программе испытаний. В отличии от
многих других программ, при испытании
Як-40 требовалось провести нагружение
стабилизатора до 100% расчетной нагрузки
с рулем, отклоненным вверх на
.
На кронштейны навески руля, которые не
имеют серьги и поэтому загружены тремя
составляющими реакции
,
и
,
были наклеены тензодатчики по схеме,
изображенной на рис. 1.1.4. Датчики
и
имеют в том же сечении симметрично
расположенные датчики
и
на
нижнем поясе кронштейна. Напряжения в
точках наклейки датчиков
,
,
и
можно записать через значения напряжений
в этих точках, вызываемые отдельными
составляющими реакций
,
,
.
Для кронштейна, имеющего две плоскости симметрии, они примут вид:
(1.1.11)
Здесь
- площадь кронштейна в сечении наклейки
тензодатчиков,
,
-
моменты инерции сечения кронштейна
относительно соответствующих осей.
Рис. 1.1.4
Изменяя знаки отдельных уравнений на противоположные и суммируя все четыре уравнения при различных комбинациях знаков, получим
.
Далее по найденным из эксперимента напряжениям , , и можно определить составляющие реакций, действующие на кронштейны:
,
,
.
На
рис. 1.1.4 изображен график изменения
реакций
и
во
втором от заделки стабилизатора
кронштейне навески руля в зависимости
от угла отклонения
.
На график теоретического расчета
нанесены точки результатов эксперимента.
Реакции
и
получены по 1.1.12 при
.
Этот угол отклонения руля соответствует
его равновесному состоянию при 67%
расчетной маневренной нагрузки, при
которой первоначальный угол отклонения
уменьшается до
за счет упругости проводки управления.
Эксперимент подтверждает факт
существования больших составляющих
реакций
в реальных конструкциях, а также
достаточную надежность метода расчета.
Изображенным кружками значениям
=778
дан,
=908
дан соответствует составляющая реакции
в направлении оси шарниров
=20
дан.
Шарнирные моменты.
Момент в качалке управления, или шарнирный момент, по традиционной схеме расчета определяется так:
(1.1.13)
Здесь
составляющая
погонной воздушной нагрузки, направленная
по нормали к плоскости руля;
расстояния от передней кромки сечения
руля до его центра давления и оси
шарниров.
Рис. 1.1.5
Более точное
определение шарнирного момента связано
с решением геометрически нелинейной
задачи, с решением по деформированной
расчетной схеме. Действительно,
горизонтальные составляющие реакций
на перемещениях, связанных с прогибами
оси шарниров в вертикальной плоскости,
дадут дополнительные моменты относительно
оси нулевого шарнира (рис. 1.1.5,а).
Если
сами являются функциями перемещений
оперения, то их произведения на прогибы
будут представлять нелинейные зависимости.
В первом приближении можно уточнить
значение шарнирного момента, зная
реакции
и прогибы оси шарниров из линейного
решения , описанного в данном
параграфе.
Полученные таким образом добавки вносят
существенные коррективы в 
,
но окончательно оценить
это можно, лишь решив задачу в геометрически
нелинейной постановке. На рис. 1.1.5,б
сплошной линией изображено изменение
момента
,
вычисленного относительно оси нулевого
шарнира оперения Ту-104, в зависимости
от угла отклонения руля a.
Напряженно-деформированное состояние
принято известным, определенным по
расчетным нагрузкам в соответствии с
[2]. Искомый момент вычислялся по формуле:
(1.1.14)
первый член которой представляет собой шарнирный момент, вычисленный по недеформированной расчетной схеме (1.1.13), второй - учитывает перемещения точек приложения реакций под действием внешней нагрузки (деформируемость расчетной схемы). Пунктирная линия показывает шарнирный момент, вычисленный по (1.1.13) и не зависящий от a. Шарнирный момент с учетом деформаций оперения, изображенный сплошной линией, существенно отличается от момента, определяемого по традиционной схеме.