книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

Таким'образом, перегрузка аппарата может быть определена так же, как отношение ускорения, вызванного равнодействующей поверхностных сил j„, к ускорению силы тяжести g.

Полное ускорение летательного аппарата j —j„ + g (фиг. 1.1). Проекции такого ускорения на оси скоростной системы коор­

динат будут:

иncos(jn- x ) ~ пх, то Jx = g (n x + cos (g-x)].

Аналогично на оси у и z:

Jy = g [ ny + costff-J')];

Л = - £ [ * * + coste'z)]-

Выразив перегрузки через уско­ рения, получим

«* = — cos (g-x) +

g

ny = — cos (g-y) + ^

о

= — cos (g - z ) - f — • g

Следовательно, перегрузка пх зависит от тангенциального уско­ рения j х, выражающего изменение скорости по траектории. Пе­ регрузки пу и п2 зависят от соответствующих нормальных ус­ корений, которые в свою очередь определяются скоростью поле­ та и видом траектории.

Полная перегрузка в центре тяжести летательного аппарата

Таким образом, перегрузка может быть определена или непо­ средственно через силы, действующие на летательный аппарат, или через параметры движения, в зависимости от того, что зада­ но в каждом конкретном случае.

G

Л = 0; cos (£•*) = 0,

j y= 0; cos(g-y)= —1; пу= 1 — условие горизонтального полета; Уг= 0;г=г0; cos(g-z)=0; лг=0 — условие прямолинейного полета/

11

б) Криволинейный полет в вертикальной плоскости (фиг. 1.3)

Очевидно, при постоянных скорости полета и радиусе кривизны

В случае, когда— > cos0, перегрузка отрицательна, подъемная gr

сила направлена вниз.

в) Криволинейный полет в горизонтальной плоскости (фиг. 1.4). Такой вид полета летательного аппарата с обычным крылом достигается за счет крена. Искривление траектории осуществля­ ется горизонтальной составляющей подъемной силы Y sin

12

Если полет совершается без скольжения с постоянной скоростью (правильный вираж), то пг = 0 и пх — 0;

пу = - cos(g-y) + Y> cos (2~у)- =cos (180 — 7) = — cos 7.

Полное ускорение

Подставив в выражение ny, получим

1

Пу = --------

cos 7

5. Перегрузки в точках, не совпадающих с центром тяжести летательного аппарата. Выше были рассмотрены перегрузки, ис­ пытываемые в центре тяжести летательного аппарата. Перегруз­ ка в произвольной точке конструкции характеризует силы, дей­ ствующие на любой элемент или агрегат, неподвижный относи­ тельно аппарата, расположенный в данной точке.

Равнодействующая поверхностных сил, приложенных к этому агрегату (элементу), будет

Яп== Я„ = П-1GI,

где п ,— перегрузка в рассматриваемой точке аппарата; Gt— сила веса агрегата.

Для примера рассмотрим маневр аппарата в вертикальной плоскости (фиг. 1.5) и определим перегрузку в некоторой его точке А.

Центр тяжести аппарата имеет ускорения Л„ и j Vo. Аппа­

13

Тогда в точке А, лежащей на расстоянии г от центра тяжести

Полные ускорения агрегата, расположенного в точке А (счи­ тая, что центр тяжести агрегата лежит на оси х), будут равны:

/ х А = j x a - < О г * Х И j y A = j y 0 -h SZ X,

14

грузке перегрузка определяется максимальными значениями

сотой.

J

frw р^ЗООкг/м2

Побалансировке S 'И—0

По сры1

ограничен срывом потока с крыла, а на больших числах М — возможностями балансировки. Из этих зависимостей видно, что теоретически возможные перегрузки увеличиваются с ростом ско­ рости и падают с подъемом на высоту.

В реальных условиях полета получить такие значения пере­ грузок невозможно, так как при данной скорости полета увели­ чение су до сУшах происходит не мгновенно, и скорость при

15

мых аппаратов также ограничены физиологическими возможно­ стями летчика.

7. Максимальное значение пЛ

Для самолетов пХтзх невелика и достигает значений 1—3.

Для летательных аппаратов с разгонными устройствами (раке­ ты) она может достигать гораздо больших значений.

Боковые перегрузки n*max для аппаратов обычных схем, у ко­

торых боковые силы малы, также малы. Для аппаратов с кресто­ образным или кольцевым крылом эта перегрузка может дости­ гать больших значений и быть равна л>шах.

§1.2. ПЕРЕГРУЗКИ ПРИ ПОЛЕТЕ В НЕСПОКОЙНОМ ВОЗДУХЕ

8.Неспокойная турбулентная атмосфера, в которой потоки воздуха имеют разные скорости и направления движения, воз­ действуя на крылатый летательный аппарат, может вызвать зна­ чительные перегрузки.

Рассмотрим действие потока воздуха на горизонтально летя­ щий аппарат, считая его абсолютно жестким телом.

Примем, что весь аппарат мгновенно переходит из зоны спо­ койной атмосферы в зону, где имеется воздушный поток конеч­ ной скорости, т. е. рассмотрим вначале действие на аппарат ди­ скретного резко ограниченного порыва воздуха. Поскольку ско­ рости порывов обычно малы по сравнению со скоростью лета­ тельного аппарата, перегрузки его от порывов вдоль оси х полу­ чаются незначительными. Ниже рассматривается действие лишь вертикального порыва.

При горизонтальном полете в спокойном воздухе крыло аппа­ рата имело угол атаки а0 и скорость Vo-

Условие горизонтального полета

16

слах ЛГ«1,0-^1,б из-за уменьшения Су с ростом числа М пе­

регрузка растет более плавно, а при М > 1,5 даже падает, так как рост числа М не компенсирует резкого уменьшения величины Су. Из фиг. 1.10 следует, что для уменьшения перегрузок до­ звукового самолета, попавшего в восходящие и нисходящие по­ рывы, целесообразно уменьшить скорость. Снижение скорости допустимо до определенного предела, определяемого условием (а0 -f Да) < акр. Выход на а > акр приведет к потере управляе­ мости аппарата. При числах М > 1,5 для снижения перегрузки нужно при возможности увеличить скорость полета.

Перегрузка при полете в неспокойном воздухе зависит от ве­ личины удельной нагрузки на крыло, меняющейся в процессе по­ лета.

ПУ

5

4

3

2

1

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 5,0 М

Фиг. 1.10

Летательный аппарат может попасть в чередующиеся между собой нисходящие и восходящие потоки воздуха и испытывать переменные многократно повторяющиеся нагрузки, имеющие цийлнческий характер. При совпадении частоты циклической на-

18

грузки с собственной частотой колебания, например крыла, мо­ жет возникнуть его резонансное колебание с интенсивным нара­ станием амплитуды. Это явление носит название циклической болтанки. Оно опасно с точки зрения прочности как крыла, так и крепящихся к нему агрегатов.

Фи г. 1.11

Вприроде резко ограниченных порывов, которые были рас­ смотрены, не бывает. Скорость порыва, сначала плавно нарастая, достигает максимума, а затем опять уменьшается (фиг. 1.11). К тому времени, когда скорость порыва достигает максимального значения, вошедший в зону порыва аппарат приобретает ско­ рость в направлении действия порыва Д«, что эквивалентно сни­ жению величины «тах до величины и (фиг. 1.11), которая и оп­ ределяет перегрузку в данных условиях полета. Для учета этого обстоятельства в формулу перегрузки в болтанку вводится ко­

эффициент k:

Всвязи с тем, что процесс возникновения воздушных потоков

ватмосфере носит случайный характер, скорость и и коэффици­ ент k должны оцениваться статистическими методами.

Величина коэффициента k всегда меньше единицы и зависит от характеристик летательного аппарата и профиля порыва.

§ 1.3. НАГРЕВ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Нагрев в полете вызывает дополнительные трудности как при создании летательного аппарата, так и при его эксплуатации.

Типичной частью конструкции планера является обшивка, под­ крепленная тонкостенным силовым набором. Поступление тепла из окружающей среды в аппарат осуществляется через внешнюю поверхность обшивки, с этой же поверхности часть тепла излу­

чается наружу.

9. Распределение температуры в элементах конструкции

определяется с помощью известного дифференциального уравне­ ния теплопроводности