9.1. Порядок расчёта оперения
По нормам прочности определяют воздушную нагрузку и закон её распре- деления по хорде и размаху. Строят эпюры погонных нагрузок для стабилизатора, киля и рулей. Для построения эпюр перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов необходимо определить опорные реакции рулей.
В случае двухшарнирной подвески реакции в шарнирах определяются сразу из уравнений статики.
В
случае трёхопорной подвески (многоопорной)
реакции
в опорах (рис. 28) определяются методом
сравнения деформаций.
Рассмотрим расчёт опорных реакций для оперения, схема которого представлена на рис. 29. Считается, что оперение абсолютно жёстко на кручение. Данная система статически неопределима.
Выбросив
опору 3, превращают руль в двухопорную
балку, и, интегрируя эпюру
(рис. 30), от
до первой опоры и от 0 до первой опоры,
получают эпюру перерезывающих сил
для статически определимой двухопорной
балки. Величина
(для руля) по первой опоре будет полной
нагрузкой для руля (рис. 30,а). Интегрируя
полученную эпюру
от концов руля до первой опоры (рис.
30,б), получают эпюру изгибающих моментов.
Построение эпюр ведём также, как это
делалось для крыла. Разность моментов
от
Р
ис.
28
сил
над первой опорой (рис. 30,б) должна
уравновешиваться реакцией
,
создающей момент, равный
,
т.е.:
.
Отсюда
.
Р
ис.
29
Из эпюры
в промежутке от второй до первой опор
вычитают реакцию
и получают эпюру перерезывающих сил
руля
(на рис. 30,а она заштрихована). Скачок
над первой опорой и будет
.
Реакцию можно определить из уравнения
статики
или
.
Эпюра изгибающих
моментов
в статически определимой системе
изображена на рис.30,б (она заштрихована).
Разделив эпюру изгибающих моментов на
величину жёсткости, получают эпюру
(рис. 30,в). Интегрируя дважды кривую
,
находят эпюру прогибов руля – истинную
форму кривой упругой оси (рис. 30,г).
Вычисление перемещений (рис. 30,д) удобно
вести относительно подвижной линии,
проходящей через шарниры 1 и 2. Аналогичным
способом находят прогибы стабилизирующей
поверхности
,
приложив в шарнирах реакции
и
и сменив их направление на обратное.
Шарнир 3 в статически определимой системе
для руля и стабилизатора получит разные
перемещения, что в действительности
невозможно. Это расхождение должна
уничтожить сила, приложенная в точке
3. Приложим в точках
и
(рис. 30,д), единичные силы и найдём прогибы
от этого нагружения
и
.
В действительности, в шарнире 3 действует
сила
,
не единичная, и, следовательно, прогибы
будут в
раза больше найденных. С использованием
принципа наложения имеем
.
Точка 3 является общей для стабилизатора и руля, следовательно
или
,
отсюда
.
Зная
,
и, построив эпюры
,
производят расчёт сечений стабилизатора,
киля и рулей на изгиб, сдвиг и кручение
методами, разработанными для крыла.
9.2. Расчёт управляемого стабилизатора
Управляемые
стабилизаторы не имеют самостоятельных
рулевых поверхностей. Они поворачиваются
вокруг оси, как правило, совпадающей с
осью лонжерона. Управляемый стабилизатор
по конструкции и силовой схеме представляет
собой обычную несущую поверхность,
поэтому его расчёт производится методами,
разработанными для крыла. Отличия будут
только в связи с особым к
реплением
на фюзеляже.
Рис. 31
Основным элементом
управляемого стабилизатора является
лонжерон 1-2-3-4-5 (рис. 31). На участке 2-4 он
воспринимает изгиб и сдвиг. Рассмотрим
расчёт участка стабилизатора 4-5. Как и
для крыла определяют нагрузку, распределяя
её по поверхности в соответствии с
нормами прочности и строят эпюры
и
.
Проводят далее расчёт сечений лонжерона
на изгиб и сдвиг, а контура
Рис. 32
стабилизатора на
кручение. Нервюры (кроме нервюры 4-6)
рассчитывают, учитывая, что
перерезывающая
сила воспринимается только лонжероном.
Выделяют
грузовую
площадь, относящуюся к рассчитываемой
нервюре и находят нагрузки на неё (рис.
32). Нагрузки должны уравновеситься на
лонжероне
и крутящим моментом обшивки
.
Подсчитывают
поперечную силу и изгибающий момент на
нервюре от
и
.
Торцевая нервюра 4-6 передаёт
с обшивки на лонжерон. Расчёт клина
7-4-6 (рис. 32) начинают с распределения
воздушной нагрузки между нервюрами 7-4
и 6-4 по правилу рычага. Изгибом и сдвигом
они передают нагрузку на лонжерон. Одна
из схем нагружения нервюры и примерные
эпюры приведены на рис. 33, 34. Рассчитаем
участок лонжерона 1-2-3-4, схема которого
представлена на рис. 31. Нервюры 6-4 и 7-4
передают на лонжерон в точку 4 поперечные
силы
и
,
рис.33, 34 (они добавляются здесь к силе
)
и изгибающие моменты
и
.
Составляющие
и
(рис. 32) дают скачки в эпюрах изгибающих
и крутящих моментов лонжерона. В интервале
4-3 внешних нагрузок на лонжерон нет и
эпюры
и
останутся неизменными.
Для построения эпюр на участке 1-2-3 (рис. 32) определяют усилие на качалке управления 2-8 (рис. 31):
,
где
.
Реакции в опорах 3-1:
.
Расчётные эпюры лонжерона представлены на рис. 35.
Рис.33
Р
ис.
34
Рис. 35
Обычными приёмами проверяют прочность сечений лонжеронов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Методика расчета тонкостенных конструкций приведенные в учебном пособии играют важную роль во многих областях техники, расчетной практике многих конструкторских бюро проектирования машиностроения, судостроения, авиа – и ракетостроение, а так же при подготовке инженеров – механиков ВУЗов ряда специальности.
Они помогают понять физическую сущность конструкций и принцип их работы, быстро посчитать и оценить конструкцию инженеру – проектировщику, расчетчику и создать ее оптимальный вариант.
Их понимание и владение ими позволит сохранить сроки компьютерного проектирования конструкций и технологии, а также сроки запуска, отладки и отработки изделий.
Освоение изложенных методов расчета студентами позволит им стать квалифицированными инженерами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бадягин А.А. Проектирование самолётов. М., 1986.
Стригунов В.М. Расчёт самолёта на прочность. М.: Машиностроение, 1984.
Одиноков Ю.Г. Расчёт самолёта на прочность. М.: Машиностроение,1973.
Строительная механика летательных аппаратов. Под ред. И.Ф. Образцова. М.: Машиностроение, 1986.
Теория и практика проектирования пассажирских самолётов. Под ред.
Г.В. Новожилова, М.: Наука, 1976.