Учебное пособие 1529

—определяется согласно (10).

3.4.1.Определение реакций, действующих

на фюзеляж от крыла

Рассмотрен самолет — низкоплан (для примера) с двухлонжеронным крылом.

1. Определение подъемной силы крыла Укр:

(12)

где G0 — взлетный вес самолета;

nр — расчетная перегрузка, см. (10).

2. Определение суммарного веса крыла ∑ :

∑

где Gкр = (0,8–0,12)·G0 — вес конструкции крыла; Gт — суммарный вес топлива в крыле;

Gш — суммарный вес стоек шасси (закрепленных на крыле) с колесами;

Gснар.кр = (0,04–0,05)·Gкр — суммарный вес снаряжения крыла, включая вес систем, оборудования крыла и т.д.

Определение нагрузки Pкр от суммарного веса крыла:

10

В первом приближении не учитывается дополнительный момент :

где е — расстояние между центром давления и центром тяжести крыла (рис. 2).

Рис. 2. Определение реакций крыла, действующих на фюзеляж

11

Схематизировать хвостовую часть фюзеляжа можно двухопорной балкой (рис. 4) с опорами по узлам крепления лонжеронов киля к шпангоутам фюзеляжа.

Рис. 4. Двухопорная балка (схема нагружения хвостовой части фюзеляжа в вертикальной плоскости)

В т. 5 балки приложены вертикальная сила Руо

имомент Мго.

1.Определение нагрузок, действующих в вертикальной

плоскости от горизонтального оперения на фюзеляж.

На горизонтальное оперение (ГО) в вертикальной плоскости действуют две основные нагрузки:

–сила веса ГО Gгo;

–отрицательная подъемная сила ГО — Уго.

В первом приближении не будет учитываться момент (в вертикальной плоскости), возникающий от Уго на плече е1 (см. рис. 3) до тяжести ГО.

Таким образом, в т. 6 (см. рис. 3) приложена суммарная сила (направлена вниз) от горизонтального оперения ∑ .

13

1,0–1,5;

SГО — площадь ГО.

2. Определение нагрузок (в вертикальной плоскости), действующих от ВО на фюзеляж.

В т. 5 на фюзеляж от вертикального оперения действует

где = (0,006–0,01)·G0 — вес вертикального оперения (ВО). 3. Определение суммарных нагрузок, действующих на

фюзеляж от оперения.

При перенесении силы ∑ из т. 6 в т. 5 возникает дополнительный момент Мго, равный (см. рис. 3, см. рис. 4)

В результате в т. 5 на фюзеляж в вертикальной плоскости от ГО и BO будут действовать суммарная сила Pyo и изгибающий момент Мго, причем:

3.4.3. Определение распределенных массовых сил от веса конструкции фюзеляжа qф

Распределенные массовые силы от веса конструкции фюзеляжа могут быть рассчитаны по формуле

(23)

где GФ = (0,08–0,12)·G0 — вес конструкции фюзеляжа;

—текущая высота фюзеляжа;

—расчетная перегрузка (см. 3.4.2);

14

— площадь боковой проекции фюзеляжа на плоскость

ХОУ.

Расчет перерезывающих сил (Qy), изгибающих (MZ) и крутящих моментов (MKP), действующих на фюзеляж, построение эпюр QФ, QУ, MZ, Мкр.

3.4.4. Расчет крутящего момента Mкр

Крутящий момент на фюзеляж передается от вертикального оперения и рассчитывается по формуле

(24)

где — боковая сила (направлена параллельно оси OZ), действующая на BO;

— плечо силы до строительной горизонтали фюзеляжа (см. рис. 3).

(25)

где — расчетная перегрузка в горизонтальной плоскости;

(26)

где = 2,0 — эксплуатационная перегрузка в плоскости ХОZ; f = 2,0 — коэффициент безопасности для расчетных

случаев А и А’ с учетом крена;

— площадь вертикального оперения; =1,5–1,8 — коэффициент боковой силы при отклонении

руля направления.

Общий крутящий момент Мкр, действующий на фюзеляж, необходимо распределить на силовые шпангоуты крепления киля к фюзеляжу, плоскости которых проходят через т. 3 и 4 (см. рис. 3).

15

Распределение Mкр проводится по следующим форму-

лам:

(27)

(28)

Рис. 5. Эпюра крутящих моментов, действующих на фюзеляж

3.4.5. Исходная расчетная балка для определения перерезывающих сил (Qy) и изгибающих моментов (Mz). Построение эпюр Qy и Mz

Исходная балка может быть получена на основании размеров и особенностей (узлы крепления лонжеронов крыла

ивертикального оперения к фюзеляжу) заданной схемы самолета и собственно — фюзеляжа (рис. 6).

Определение Qy и Mz проводится по участкам по известным правилам. В первом приближении можно принять,

что изменение qф соответствует линейному закону. Определение неизвестных реакций расчетной балки R1

иR2 проводится на основании двух уравнений равновесия:

∑∑ .

16

Рис. 6. Расчетная балка фюзеляжа для определения перерезывающих сил и изгибающих моментов

3.5. Предварительное проектирование силового набора фюзеляжа

3.5.1. Силовой набор балочно-лонжеронного фюзеляжа (полумонокок)

При проектировании силового набора балочнолонжеронного фюзеляжа (рис. 7) рекомендованы следующие параметры и соотношения:

H1 — высота сечения фюзеляжа;

Н2 — (0,70–0‚80) H1 — высота боковины фюзеляжа; В1 — ширина сечения фюзеляжа;

B2 — (0,70 + 0,80) B1 ширина свода фюзеляжа; t = 180–280 мм — шаг стрингеров;

fстр = 150–350 мм2 — площадь стрингера.

Продольный силовой набор фюзеляжа предварительно определяется с учетом приведенных выше рекомендаций.

17

При проектировании силового набора балочнострингерного фюзеляжа (рис. 8) рекомендованы следующие параметры и соотношения:

H — высота сечения фюзеляжа;

h = (0,70–0‚75)·Н — высота боковины фюзеляжа; В – ширина сечения фюзеляжа;

B – (0,70–0,75)·В — ширина свода фюзеляжа; t = 200–320 мм — шаг стрингеров;

fстр = 400–1500 мм2 — площадь стрингера.

3.6. Проектировочный расчет трех сечений фюзеляжа

B сечениях фюзеляжа действуют изгибающий момент Мz, поперечная (перерезывающая) сила Qy и крутящий момент М согласно эпюрам Mz, Qy, Mк, построенным в разделе 3.4.5.

Необходимо выполнить проектировочный расчет трех наиболее нагруженных сечений фюзеляжа по следующей методике.

Определить толщину обшивки фюзеляжа δоб в данном расчетном сечении, площадь сечения стрингеров, а также площадь поперечного сечения растянутых (см. растяжениесжатие по соответствующей эпюре) и сжатых поясов лонжеронов.

3.6.1. Определение толщины обшивки фюзеляжа δоб

Толщина обшивки фюзеляжа может быть определена по формуле

где [τ] ≈ 0,3σв — допускаемое касательное напряжение;

q — касательное, распределенное по обшивке усилие.

При этом q выбирается как наибольшее из величин q1

и q2:

q1 — касательное усилие от действия вертикальной поперечной силы (см. (30));

19