Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы расчета самолета на прочность. Учебное пособие
.pdf
Из условий равновесия действия сил реакции на опорах 1, 2, 3 опре-
M
M
р
р
деляются как
Rql
100
ql M M ql
R
11 2 1 2 2
2
22
Rql
333
2
ll
12
ql
22
32
2
Затем строят эпюры силовых факторов
по размаху элерона.
ql M M
Эпюру крутящего момента М
на эле-
кр
рон строят с учетом момента от тяги управления М
= Тb (рис. 17.4).
Т
Подбор силовых элементов производится для касательных напряжений в обшивке по следующим формулам:
Р
М
2
кр
обш разр
;
Р
М
кр
2
разр
;
l
1
M
23
;
M
.
l
2
Рис. 17.4. Схема действия
крутящего момента
на эле
р
М
изг
;
Y
i
J
x
n.ч.
,
он
для нормальных напряжений
H
Q
.
ст
азр
Q
ст разр
H
ст
cт
;
ст
Механизация крыла – устройства для изменения аэродинамических
характеристик крыла (щитки, закрылки, предкрылки, интерцепторы).
Воздушная нагрузка действует на механизацию крыла в открытом и
закрытом положениях. Воздушная нагрузка на механизацию также регламентируется авиационными правилами и НЛГ.
18. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ ФЮЗЕЛЯЖА
На фюзеляж в полете и на земле действуют следующие виды нагрузок:
- со стороны шасси;
- стороны крыла;
- стороны оперения;
- массовые нагрузки от веса фюзеляжа;
- силы инерции от весов грузов, расположенных в фюзеляже;
- местные воздушные нагрузки.
71
Нагрузки на фюзеляж определяют во всех полетных и посадочных
Р
случаях, действующих на самолет. Эти случаи подробно рассмотрены в
НЛГ. Для фюзеляжа также рассматривают специальные расчетные случаи
Н
, Кф, Рф, П
ф
а)
(рис. 18.1).
ф
б)
в)
Н
ф
г)
э
э
к
N
э
к
Р
P
N
э
P
Р
Pэх
Р
Pэу
Рис. 18.1. Специальные расчетные случаи: а – расчетный случай Н
б – расчетный случай К
г – расчетный случай П
; в – расчетный случай Рф;
ф
ф
;
ф
Н
– случай, когда нагрузка прикладывается к носовой части фюзе-
ф
ляжа в плоскости ZOX. Носовая часть считается жестко защемленной по
первому лонжерону.
В расчетном случае
Н
, исходя из НП, нагрузку на носовую часть
ф
фюзеляжа рекомендуют рассчитывать по формуле
э
Р
= nэGф,
пф
где эксплуатационная перегрузка n
э
= 1,5; коэффициент безопасности
f = 2,0.
В
расчетном случае К
(неполный капот) самолет опирается на ос-
ф
новные стойки и носок, защемленный по первому лонжерону.
Силы определяются по формулам, задаваемым в НП:
э
Р
кф
= n
э
Gф; N
к
кф
э
= n
Е
э
Gф.
Расчетный случай Р
– полный капот для самолетов с полетным ве-
ф
сом менее 10 000 кг. Фюзеляж опирается на носок и киль.
ЭЭ
Р ,
nG
Р P
самолета
n
Э
P
= 3,0.
Коэффициент безопасности f = 1,5.
72
x
y
Расчетный случай П
только для военных самолетов. Расчет ведут при
– посадка с убранным шасси, используемая
ф
Э
Р
= G
Р
сам
и
Э
Р
Р
= 2G
сам.
Уравновешивание самолета. К нагрузкам, действующим на фюзе-
ляж, в полете добавляются инерционные силы. Поэтому для каждого полетного и посадочного случая для фюзеляжа проводят уравновешивание
самолета.
Самолет в полете испытывает постоянные и вращательные перегрузки, которые определяются с использованием принципа Даламбера (сумма
всех поверхностных и инерционных сил, приложенных к самолету, равна
нулю).
На базе этого уравнения определяют закон действия перегрузок пу
вдоль оси фюзеляжа (линейный закон, перегрузка в носовой части фюзеляжа больше, чем в хвостовой).
Для построения эпюр изгибающих и крутящих моментов и перерезывающих сил фюзеляж рассчитывают как балку, опертую жестко на лонжероны крыла и лонжерон вертикального оперения (рис. 18.2).
Эпюра М
изг
Эпюра Q
Рис. 18.2. Расчетная
схема фюзеляжа при построении эпюр
изгибающих моментов и поперечной силы
73
В реальных случаях часто строят эпюры и в других плоскостях, затем проводят суммирование силовых факторов.
Эпюры поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов строятся
для всех возможных комбинаций расчетных случаев, и из них выбирают
наиболее тяжелые.
Кроме приведенных внешних и инерционных нагрузок на фюзеляжи
с гермокабинами дополнительно будет действовать избыточное
давление
или разрежение внутри фюзеляжа.
При изгибе фюзеляжа в плоскости, перпендикулярной плоскости
симметрии, наиболее тяжелым обычно является случай действия маневренной нагрузки на вертикальное оперение в комбинации с максимальным
разнотягом двигателей.
При расчете на кручение наиболее тяжелым обычно является одновременное действие маневренной нагрузки на вертикальное оперение и неуравновешенной нагрузки
на г.о. при полете со скольжением (рис. 18.3).
Рис. 18.3. Силовая схема фюзеляжа при построении эпюры
крутящих моментов
74
При изгибе фюзеляжа в плоскости симметрии самолета (см. рис. 3.3)
наиболее тяжелым является случай А' без учета маневренной нагрузки на
горизонтальное оперение.
Если фюзеляж имеет силовой пол, то сосредоточенные инерционные
силы прикладывают к фюзеляжу в местах установки грузов. При отсутствии
силового пола грузы обычно крепят к силовым шпангоутам (рис. 18.4).
Рис. 18.4. Построение эпюр Q и Mиз при изгибе
в плоскости симметрии
Расчет фюзеляжей на прочность проводится как от сил, действующих в плоскости симметрии самолета, так и от сил, действующих перпендикулярно плоскости симметрии.
75
Следовательно, основные группы нагрузок, действующих на фюзеляж, следующие:
- усилия от агрегатов, крепящихся к фюзеляжу (крыло, оперение,
шасси, двигатели);
- инерционные силы от масс грузов, размещенных внутри фюзеляжа
(топливо, экипаж, пассажиры, оборудование), и от собственной массы конструкции фюзеляжа;
- локальные нагрузки от аэродинамического воздействия набегающе-
го потока и от
столкновения с птицами (район носовой части фюзеляжа и
кабины);
- избыточное внутреннее давление (для герметичных отсеков фюзеляжа).
Классической расчетной схемой фюзеляжа является балка переменной жесткости, лежащая на двух или более опорах. В полете опорами фюзеляжа являются лонжероны крыла. При посадке фюзеляж также может
опираться на стойки шасси.
После определения
нагрузок на фюзеляж и построения эпюр моментов и поперечных сил приступают к расчету поперечного сечения фюзеляжа по его длине.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время широко используются автоматизированные системы расчета конструкций на прочность, жесткость, устойчивость и вибрации самолета.
Однако начинать обучение студентов по курсу «Прочность конструкций самолета» с овладения этими системами методически неверно.
Вначале необходимо развить у обучаемого устойчивое понимание того,
как конкретная конструкция или элемент конструкции самолета работает
при различных случаях нагружения на земле и в полете. Этого эффекта
можно достичь только в рамках традиционного подхода к прочностному
расчету самолета, определяя нормальные и касательные напряжения, деформации в элементах конструкции, исходя из классического изложения
методик расчета, рассматриваемых еще в курсах «Сопротивление материалов» и «Строительная механика самолета».
Использование методик
, изложенных в представленном пособии,
позволяет сформировать у студента требуемое понимание работы каждого
элемента конструкции самолета, объяснение физических процессов, происходящих в каждой расчетной схеме и каждом элементе разрабатываемой
конструкции.
Студент, «научившийся понимать» работу всей конструкции и ее
элементов, в дальнейшем с большим эффектом станет использовать автоматизированные системы расчета, соединяя
понимание и расчет в едином
творческом процессе.
76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Нормы прочности самолетов 1943 г. – Москва : БНТ НКАП,
1943. – 141 с.
2. Нормы прочности гражданских самолетов 1961 г. – Москва : БНИ
ЦАГИ, 1962. – 139 с.
3. Авиационные правила. Ч. 23. Нормы летной годности гражданских
легких самолетов. – Москва : ЛИИ имени М. М. Громова, 1993. – 227 с.
4. Авиационные правила. Ч. 25. Нормы летной годности самолетов
транспортной категории. – Москва : ЛИИ имени М. М. Громова
, 1994. –
322 с.
5.
Кравец, А. С. Характеристики авиационных профилей / А. С. Кра-
вец. – Москва : Оборонгиз, 1939. – 332 с.
6.
Стригунов, В. М. Расчет самолета на прочность : учебник для ву-
зов / В. М. Стригунов. – Москва : Машиностроение, 1984. – 396 с.
7.
Кан, С. Н. Расчет самолета на прочность : учебник для вузов /
С. Н. Кан, И. А. Свердлов. – Москва : Машиностроение, 1966. – 519 с.
8. Справочная книга по расчету самолетов на прочность / М. Ф. Аста-
хов, А. В. Караваев, С. Я. Макаров [и др.]. – Москва : Оборонгиз, 1954. –
708 с.
9. Теоретические основы авиа- и ракетостроения (в конспектах лек-
ций) : учебное пособие для вузов / А. С. Чумадин, В. И. Ершов, В. А. Барвинок [и др.]. – Москва : Дрофа, 2005. – 784 с.
77
Учебное издание
Гусева Роза Ивановна
ОСНОВЫ РАСЧЕТА САМОЛЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Учебное пособие
Научный редактор – доктор технических наук,
профессор С. И. Феоктистов
Редактор Т. И. Ивашкина
Подписано в печать 18.09.2020.
Формат 60×84 1/16. Бумага 65 г/м
2
. Ризограф EZ 570E.
Усл. печ. л. 4,65. Уч.-изд. л. 4,41. Тираж 54 экз. Заказ 30137.
Редакционно-издательский отдел
Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
Полиграфическая лаборатория
Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
681013, г. Комсомольск-
на-Амуре, пр. Ленина, 27.
78
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]