3.2 Построение рычажной системы для фюзеляжа

Сперва построим рычажную систему для инерционных сил. Инерционной называется сила, определяемая из соотношения:

, (2.51)

где – масса сосредоточенного груза, - вектор ускорения его центра тяжести. После преобразования для проекции инерционные силы на ось Y получаем соотношение:

, (2.52)

где - ускорение центра тяжести груза. Поэтому в каждой точке, где имеется сосредоточенный груз, инерционная сила известна. Задача рычажной системы заключается в том, чтоб привести эту систему грузов к ее равнодействующей.

Для упрощения рычажной системы объединяем в единый груз следующие грузы:

- двигатель с винтом и 1ую часть фюзеляжа;

- переднюю стойку шасси, комплект приборов и акамулятор;

- топливный бак и багаж;

- летчики, основная стойка шасси и 2ая часть фюзеляжа.

Объединенный груз помещаем в центре тяжести объединяемых грузов.

Находим центры масс грузов и находим их инерционные силы:

Рисунок 3.2-Инерционные силы объединённых грузов.

Находим центровку самолета ХАЗ-30:

(2.53)

Рисунок 3.3- Центровка самолёта.

Найдем предельно переднее и предельно заднее положение центра тяжести самолёта. Для нахождения этих величин, нужно знать положение грузов относительно центра тяжести самолета. С учетом того, что при полной загрузке x_{центр. тяжести} = 1,62м, считаем, что пилоты находятся в близи центра тяжести самолёта. Поэтому предельно переднему положению центра тяжести отвечает отсутствие багажа и полная выработка топлива, предельно заднему ­ – максимальная масса багажа и максимальная масса топлива.

Напоминаю, что координата Х отмеряется от носка фюзеляжа.

Найдем теперь положение центров тяжести самолёта на средней аэродинамической хорде. В авиации центровкой принято называть взятый в процентах результат деления двух чисел: 1) расстояние от носка профиля крыла до центра тяжести самолёта; 2) длина хорды крыла. Найдем указанные центровки.

Находим усилия в рычагах и подбираем по сортаменту швеллеры для нашей рычажной системы, и при этом учитываем массы рычагов.

Объеденили грузы. Их осталось 6 штук. Соответственно остается 6 инерционных сил P_i .

P₁ – соответствует двигателю с винтом и 1ой части фюзеляжа;

P₂ – соответствует передней стойки шасси, аккумулятору и приборной доски;

P₃ – соответствует летчикам, основной стойке шасси и 2ой части фюзеляжа;

P₄ ­­– соответствует топливному баку, багажу;

P₅ – соответствует 3ей части фюзеляжа;

P₆ – соответствует ГО + ВО.

Вычислим значения P_i :

P₁ = (90+40) ∙ 9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5 = 6,567 кН;

P₂ = (15+15+30) ∙ 9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5 = 3,126 кН;

P₃ = (160+50+35) ∙ 9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5 = 13,444 кН;

P₄ = (50+90) ∙ 9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5 = 5,025 кН;

P₅ = 30 ∙ 9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5 = 1,249 кН;

P₆ = 25 ∙9,81 ∙ 4,25 ∙ 1,5= 0,937 кН;

Расположение и значения перечисленных инерционных сил показано на рис. 2.20.

Рисунок 3.4- Расположение и значения перечисленных инерционных сил.

Для системы шести инерционных сил строим 3-ех уровневую рычажную систему, которая позволяет закрепить трос от рычага 3-его уровня к силовому полу и получить на этом тросе равнодействующую данной системы сил. Методика в целом следует учебному пособию [10].

Отличия заключаются в том, что подбираются сечения рычагов, исходя из условия жесткости [7].

(2.54)

где – максимальный изгибный момент, W – момент сопротивления, [σ] – допускаемое напряжение, обеспечивающее не только прочность но и жесткость.

Приведем пример расчета подбора рычагов для рычажной системы по фюзеляжу:

На рис. 2.21 покажем схему действующих сил на рычаг

Рисунок 3.5- Схема действующих сил на рычаг.

Р₁ = 6,657 кН;

Р₂ = 3,126 кН;

Р^I₃ = Р₁ + Р₂ = 9,783 кН (без учета веса рычага);

а = 438 мм;

∑М_А = 0; Р₂ × а – Р^I₃ × с = 0;

d = a – c = 438 – 139,96 = 298,04 мм;

Рисунок 3.6-Изгибающий момент на рычаге.

С обоих концов балки добавляем по 30 мм;

L = a + 60 = 438 + 60 = 498 мм;

L – длинна рычага

По сортаменту находим подходящий уголок.

Уголок ПР – 100 № 63 W_x = W_Y = 3,904 см³, I_x = I_Y = 13,781см⁴,

Н = В = 50 мм, F = 6,11 см²;

Находим массу рычага:

М_рыч = 2 ∙ F ∙ L ∙2,7 = 2 ∙6,11 ∙ 0,498 ∙ 2,7 = 16,431 кг = 16,431∙9,81 = = 0,161 кН;

Находим чистое усилие Р₃:

Так как мы тянем фюзеляж вниз, то вес рычага нам помогает. То есть что б найти силу Р₃ нам нужно от силы тянущей вниз отнять массу рычага:

Р₃ = Р^I₃ – М_рыч = 9,783 – 0,161 = 9,622 кН.

Аналогичную операцию проводим для остальных рычагов всех трех этажей. На рис. 2.23 строим рычажную систему.

Рисунок 3.7- Рычажная система для инерционных сил.

Рисунок 3.8- Рычажная система для инерционных и балансировочных сил.

Вывод: Данная рычажная система позволит нам провести испытания на эксплуатационные и расчетные нагрузки самолета Т-10, не только с инерционными силами, а и с балансировочными.