Раздел 7.

Разработка конструкции агрегата.

Расчет на прочность цпго.

В качестве разрабатываемого в дипломном проекте агрегата рассматривается ЦПГО проектируемого самолета. Оно представляет из себя управляющую поверхность трапециевидной формы в плане со следующими основными параметрами:

-относительная площадь 0,1

-площадь консоли, м² 4,68

-стреловидность по передней кромке, ° 43

-стреловидность по задней кромке, ° -12

-полуразмах консоли, м 2,4

-относительная толщина профиля, % 4

Конструктивно-силовая схема оперения состоит из лонжерона, бортовой нервюры, концевой нервюры, полуоси, верхней и нижней панелей обшивки из композиционных материалов.

7.1. Распределение нагрузок по агрегату. А) Определение уравновешивающей нагрузки.

Для определения действующих на ПГО нагрузок сначала необходимо определить уравновешивающую силу на ПГО:

где Мzбго=Yкр+ф*(xт-хFбго)

Для определения положения фокуса без ГО воспользуемся следующими формулами из методического указания :

Для того, чтобы знать абсолютные величины плеч ПГО, необходимо найти положение центра тяжести, а для этого следует найти смещение фокуса самолета засчет ПГО:

Таким образом, положение фокуса самолета будет:

XF=XFкр-ΔXф+ΔXго=0,33-0,06-0,052=0,218

Xт=Хт*bА+ХА=0,288*7129+9440=11500 мм

Далее в абсолютных величинах получаем:

XF=1554 мм

XFбго=1925 мм

XFкр=2353 мм

Хт=2053 мм

LПГО=4222 мм

Далее напишем следующие очевидные соотношения:

Мzбго=Yкр+ф*(xт-хFбго)

Yкр+ф-Рур=Gmax.взл.

Рур= Мzбго/LПГО; откуда получим:

Yкр+ф= Мzбго/ (xт-хFбго)= Мzбго/(2053-1928)= Мzбго/125

Рур= Мzбго/4222

Будем рассчитывать нагрузку для случаев максимального нагружения- А и А'.

При определении нагрузок на горизонтальное оперение рассматривают три основных случая: уравновешивающие нагрузки, маневренные нагрузки и нагрузки при полете в неспокойном воздухе.

Значение уравновешивающей расчетной нагрузки было найдено выше, сама же нагрузка по хорде ПГО распределяется согласно прилагаемого рисунка (см. уч. В.М.Стригунова, с.176), где величина h находится по формуле:

По размаху погонные аэродинамические нагрузки распределяются пропорционально хордам:

Б) Определение маневренной нагрузки.

Маневренная нагрузка на оперение создается в начальный момент совершения самолетом маневра, например, из горизонтального полета в криволинейный при помощи мгновенного отклонения поверхности управления. Величину маневренной нагрузки можно определить из уравнения равновесия моментов, написанного относительно оси 0Z:

Откуда

Из уравнения видно, что величина маневренной нагрузки зависит от величины углового ускорения. Следовательно, определение маневренной нагрузки сводится к определению углового ускорения, которое зависит от времени. При резком маневрировании получим наибольшие маневренные перегрузки и соответственно нагрузки на оперение.

Первая маневренная нагрузка применительно к случаям А', B, C может быть выражена через условную удельную нагрузку на крыло (nэ.max.*G0/Sкр) и определена по приближенной формуле вида

Где nэ.max-максимальная эксплуатационная перегрузка; G0-полетный вес самолета; Sкр-площадь крыла; Sго-площадь горизонтального оперения; К=0,33

Первая маневренная нагрузка должна быть просуммирована с уравновешивающей нагрузкой:

Yэ.сум=Yэ.ур+-Yэ.м; Yр.сум= Yэ.сум*f

Кроме первой маневренной нагрузки при расчетах иногда рассматривают вторую маневренную нагрузку, которая определяется по следующей приближенной формуле:

Коэффициент безопасности f берется в соответствии с расчетным случаем.

Yр.сум=1,5х10695=16043 дан

qман=Yм1/Sго=35002/2x4,68=3739 дан/м²

в) Определение нагрузки при полете в неспокойном воздухе.

При полете в неспокойном воздухе на горизонтальном оперении так же, как и на крыле, возникает дополнительная нагрузка за счет воздействия вертикальных воздушных порывов. Приращение подъемной силы на горизонтальном оперении за счет изменения направления набегающего потока на угол Δα, используя аналогию с крылом, можно написать в таком виде:

Подставив в эту формулу вместо dCy/dα, ρ, W их значения, получим окончательное выражение для приращения подъемной силы:

Yэ.н.в. =+-1,5хсхV_0max*Sго,

Где с- коэффициент, который при М>0,8 берется приближенно равным 1,4; V0max-максимальная скорость, м/с.

Суммарная расчетная нагрузка на горизонтальное оперение при полете в неспокойном воздухе определяется по формуле:

Yр.сум.=(Yэ.ур.го+-Yэ.н.в.)*f,

Где Yэ.ур.го- уравновешивающая нагрузка на горизонтальное оперение при горизонтальном полете у земли на максимальной скорости при n=1,0.

Из найденных величин нагрузок выбираем наибольшую, по которой и будем вести проектировочный расчет вертикального оперения: