Центр давления — это точка тела, в которой пересекаются: линия действия равнодействующей сил давления на тело окружающей среды и некоторая плоскость, проведённая в теле.
Под осью жесткости понимают линию, относительно которой происходит закручивание крыла при приложении нагрузок.
8Понятия о деформациях крыла и физической сущности поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов
8 Под деформацией сдвига понимается стремление отсеченной части крыла переместиться относительно другой ее части под действием приложенных внешних сил.
Результирующая внутренних сил, сопротивляющихся деформациям сдвига, называется поперечной силой Qp z
Под деформацией изгиба понимается стремление внешних сил искривить ось жесткости
Под деформацией кручения понимается стремление одного сечения крыла повернуться вокруг оси жесткости относительно другого сечения крыла под действием момента внешних сил, плоскость действия которого перпендикулярна оси жесткости крыла.
Изгибающий момент – это внутренний силовой фактор, возникающий в элементах конструкций, работающих на изгиб
Крутящий момент— векторная физическая величина, характеризующая действие силы на механический объект, которое может вызвать его вращательное движение. Определяется как векторное произведение радиус-вектора точки приложения силы.
9 Обшивка крыла: назначение, работа, конструкция, применяемые материалы
9 Обшивка – придает крылу удобообтекаемую форму; - воспринимает воздушную нагрузку;
- работает на растяжение, сжатие (в составе силовой панели) и сдвиг при изгибе и кручении консоли крыла
Обшивка крыла может быть выполнена полотняной, металлической и из композиционных материалов..
Трехслойная обшивка состоит из двух внешних слоев, выполненных из алюминиевых, титановых или углепластиков и одного внутреннего легкого связующего и поддерживающего слоя
Разнесенная обшивка состоит из двух внешних несущих слоев и заполнителя в виде гофра
Монолитные панели. На современных самолетах широко используются монолитные панели (обшивка и внутренние силовые элементы выполнены “из одного куска”).
Такие панели изготовляются литьем, прессованием, фрезерованием, химическим травлением. Их подвергают механической обработке стальными шариками для придания заданной формы и выносливости.
Панели могут иметь только продольные ребра или вафельную поверхность,
Лонжероны: назначение, классификация, сравнительная характеристика ферменных, балочных, ферменно-балочных лонжеронов
10 Лонжероны. Пояса лонжеронов воспринимают часть изгибающего момента, работая при этом на растяжение и сжатие.
Стенки лонжеронов воспринимают поперечную силу и совместно с обшивкой воспринимают крутящий момент, работая при этом на сдвиг.
По конструкции лонжероны бывают: ферменные, балочные и ферменно-балочные (смешанные).
Ферменные лонжероны применяются редко, при большой строительной высоте крыла.
Балочные лонжероны (составные и монолитные) применяются для крыла с малой строительной высотой и средней относительной толщиной профиля крыла. Ферменно-балочные лонжероны используются в крыле с большой переменной строительной высотой. На переднем корневом участке лонжерон ферменный, на концевом участке – балочный.
Стрингеры: назначение, формы поперечного сечения, применяемый материал
11 Стрингеры воспринимают осевые нагрузки от изгиба и являются продольными элементами силового набора крыла.
Служат для устойчивости обшивки и передачи воздушной нагрузки с обшивки на нервюры крыла
Материал изготовления стрингеров – сплав алюминия, титана или жаропрочная сталь, в зависимости от действующих нагрузок, условий работы и температуры.
12Нервюры: назначение, классификация, конструкция, преимущества и недостатки ферменных, балочных, ферменно-балочных нервюр, область их применения
12 Нервюры крыла.
Это элементы поперечного силового набора, связывающие в одно целое элементы продольного набора и обшивку и передающие с них нагрузку на лонжероны крыла.
Нервюры: - определяют и сохраняют форму крыла;
подкрепляют обшивку и стрингеры, повышая их критические напряжения;
препятствуют сплющиванию крыла при его изгибе, нагружаясь при этом радиальными силами от стрингеров.
Балочные нервюры более распространены. Они жестче, легче и технологичнее ферменных нервюр. Изготовлены штамповкой из листового материала. Усиленные балочные нервюры имеют более мощные пояса, стенки и стойки. В местах крепления к крылу шасси, двигателей и соединении крыла с фюзеляжем применяют монолитные штампованные усиленные нервюры, так как они должны сопротивляться большим деформациям изгиба и сдвига. Рамные (поясные) нервюры применяются в зависимости от компоновки крыла (нервюры топливных баков, гондол двигателей). Ферменные нервюры применяют в конструкции крыльев легких самолетов с полот-няной обшивкой. Возможно их применение на сверхзвуковых самолетах из температурных соображений.
13 Компоновка сечения, особенности работы, преимущества и недостатки лонжеронных и кессонных крыльев
13 К лонжеронным относятся крылья, у которых основная часть М изг. воспринимается поясами лонжеронов и незначительная часть – обшивкой.
Лонжеронное крыло имеет развитые пояса, сравнительно слабые стрингеры и тонкую обшивку.
К моноблочным относятся крылья, у которых основная часть М изг. воспринимается обшивкой и стрингерами и незначительная часть – лонжеронами.
Моноблочное крыло имеет толстую обшивку, развитые мощные стрингеры и сравнительно слабые пояса лонжеронов.
Все элементы продольного набора моноблочного крыла имеют примерно одинаковые критические напряжения сжатия.
В зависимости от количества лонжеронов крылья подразделяются на одно-, двух-, и многолонжеронные.
Крылья могут быть без стрингерные, с обшивкой слоистой конструкции, без нервюрными и сплошного сечения.
Конструкция и работа в корневой части двух лонжеронного крыла существенно отличается от моноблочного:
- под фюзеляжная часть состоит из двух лонжеронов, жестко связанных с двумя силовыми шпангоутами;
- консоли стыкуются по поясам лонжеронов в плоскости боковин фюзеляжа с помощью мощных разъемных узлов;
Преимущества двухлонжеронного крыла легких самолетов:
- меньшая масса и лучшие условия для размещения шасси.
Недостатки: - меньшая живучесть и надежность по сравнению с моноблочным крылом.
Особенности
Моноблочные крылья
Наиболее полно отвечают современным требованиям к крылу.
С уменьшением относительной толщины, уменьшается строительная высота, возрастает потребная площадь сечения полок лонжеронов для восприятия М изг.
Для более эффективного использования материала сечения массивных полок лонжеронов его равномерно распределяют по периметру сечения крыла между стрингерами, обшивкой и поясами лонжеронов. Все элементы сечения крыла сопротивляются деформациям изгиба.
Преимущества: - повышенная жесткость;
более гладкая поверхность;
большая живучесть по сравнению с лонжеронным крылом;
меньшая масса для тонких крыльев;
большее расстояние между нервюрами (500…700 мм.).
Особенность конструкции стреловидных крыльев
14 Особенностью конструкции является шарнирное закрепление переднего лонжерона к шпангоуту, что исключает передачу Мр z.
Второй опорой крыла является моментный (гребенчатый) узел крепления подкосной балки к фюзеляжу через болты.
В результате происходит нагружение шпангоута изгибом в его плоскости.
Так как лонжерон подкреплен подкосной балкой, то силы действующие на лонжерон передаются на фюзеляж через шарнирный узел крепления и через гребенку подкосной балки.
Подкосная балка, нагруженная усилием переданным с лонжерона, будет сопротивляться деформациям изгиба и сдвига, поэтому она имеет мощные пояса и толстую стенку, работающую на сдвиг.
Крутящий момент Мр z с замкнутого контура обшивки передается на усиленную нервюру, которая уравновешивается в опорах (стойках).
Особенности соединения центроплана стреловидного крыла с фюзеляжем.
Моноблочная часть центроплана стреловидного крыла, как и прямого, пронизывает фюзеляж вдоль продольной оси самолета.
Моноблочные части консолей крыла наклонены назад и составляют с поперечной осью угол, равный углу стреловидности крыла χ.
Направления излома моноблока совпадают с бортовыми нервюрами 1-2 и 3-4.
Изменение конструкции сопровождается перераспределением нагрузок и изменением работы корневой части крыла.
Конструктивные формы стыковых соединений частей крыла
15 Особенности конструкции стреловидного однолонжеронного крыла с поперечной (подкосной) балкой.
Данная схема крыла была разработана в ОКБ Микояна А.И. в конце 40-х годов.
Силовая схема такого крыла однолонжеронная и включает в себя: - передний лонжерон;
- подкосную балку;
- корневую нервюру;
- шпангоуты фюзеляжа.
Соединение центроплана крыла с фюзеляжем.
Моноблочная часть центроплана крыла пронизывает фюзеляж насквозь и соединяется с его боковинами уголковыми профилями, расположенными по всему замкнутому контуру моноблока:
- обшивка панелей крыла соединяется с обшивкой боковин фюзеляжа;
- стенки лонжеронов соединяются с усиленными шпангоутами и обшивкой боковин фюзеляжа.
Определение напряжений в элементах сечения лонжеронного и кессонного крыльев
16 Схема нагружения и работы отсеченной консоли моноблочного крыла. Действующие Qpz, Mp z и Mp кр. z уравновешиваются внутренними силами упругости, которые сопровождаются появлением касательных τQ , τM кр. и нормальных σ раст. и σ сж. напряжений. На отсеченную часть крыла действуют нагрузка Рр отсеч., приложенная по линии центров давления на расстоянии с от сечения и на плече а от оси жесткости. Поперечная сила Qpz = Рр отсеч. воспринимается стенками лонжеронов, в которых возникает касательное напряжение τQ . Изгибающий момент Mpz = Рр отсеч. ⋅ с (кгс/м)воспринимается панелями моноблочного крыла. Верхняя панель работает на сжатие, нижняя – на растяжение. В силовых элементах панелей возникают нормальные напряжения: в поясах лонжеронов σл раст. и σл сж.; в стрингерах σстр раст. и σстр сж.; в обшивке панелей σобш раст. и σобш сж. Крутящий момент Mp кр. z = Рр отсеч. ⋅ с, воспринимается замкнутым контуром, образованным стенками лонжеронов и обшивкой панелей, в которых возникают касательные напряжения τM кр.
Горизонтальное оперение: назначение, расположение, параметры
17 Горизонтальное оперение обеспечивает продольную устойчивость и управляемость.
Горизонтальное оперение состоит из стабилизатора - органа продольной устойчивости и руля высоты - органа продольной управляемости самолета.
Горизонтальное оперение может быть цельно поворотным, в виде управляемого стабилизатора. При этом увеличивает эффективность горизонтального оперения. На до звуковых самолетах в 2...3 раза, а на сверхзвуковых - более чем 10 раз.
На некоторых самолетах управляемый стабилизатор обеспечивает и поперечную управляемость, при этом его половины могут отклоняться в разные стороны.
На самолетах схемы "бесхвостка" горизонтальное оперение отсутствует, и продольная устойчивость обеспечивается крылом, а продольная управляемость - отклонением элеронов в одну сторону (вверх или вниз), при этом их называют элевонами
Конструкция горизонтального оперения
18 Стреловидное оперение - на около и сверхзвуковых самолетах.
Горизонтальное оперение может быть прямоугольной и трапециевидной формы в плане.
Профили горизонтального оперения чаще вcero, a вертикального оперения всегда симметричные.
Профили руля направления и руля высоты чаще симметричные, а у элеронов - не симметричные
Двух лонжеронную конструкцию стыкуют с фюзеляжем с помощью узловых соединений, расположенных на полках лонжеронов. Вдали от стыковки все нагрузки воспринимаются аналогично моноблочной конструкции. Вблизи стыковки наблюдается перераспределение силовых потоков. Все они сходятся к четырем узлам и передаются на фюзеляж срезом болтов.
Моноблочную конструкцию стыкуют со смежными агрегатами (киль с фюзеляжем, половинки стабилизатора между собой и с фюзеляжем) по замкнутому контуру моноблока. Для этого используют специальные стыковочные и уголковые профили и накладки.
Моноблочная часть является силовой равнопрочной конструкцией по размаху. Силовые потоки здесь, как и в моноблочном крыле, между элементами конструкции, не перераспределяются.
По всему размаху:
- поперечная сила воспринимается стенками лонжеронов - τQ
- изгибающий момент - панелями моноблока -σм;
19Вертикальное оперение: назначение, расположение, внешние формы, параметры
19 Вертикальное оперение обеспечивает путевую устойчивость и управляемость
Вертикальное оперение обычно состоит из киля - органа путевой устойчивости, руля направления - органа путевой управляемости самолета
21Средства балансировки самолета: назначение, принцип действия, конструкция триммера
21 Осевая аэродинамическая компенсация.
Шарнирный момент руля (элерона) определяется произведением аэродинамической силы Рр на плечо а до оси вращения: Мш = Рр⋅ а.
Для уменьшения Мш ось вращения смещают по хорде назад на
20% от хорды (ближе к центру давления), укорачивая плечо а
Мш = Рр(а - b)
При этом эффективность руля и элерона не меняется.
Осевая аэродинамическая компенсация (ОК) используется на всех самолетах с непосредственным управлением рулей и элеронов. Ее эффективность оценивается соотношениями: S OK = 0,3 Sp; Ь ок = 0,ЗЬр, где: S ок и Ь ок — площадь и хорда руля до оси вращения; S p и b p — вся площадь и хорда руля соответственно.
Роговая компенсация. Нагрузка от рога создает момент относительно оси вращения элероны (руля), противоположный шарнирному моменту элерона.
Роговая компенсация может быть источником вибрации крыла и резко увеличивает его сопротивление.
Сервокомпенсация
На самолетах с непосредственным управлением осевую аэродинамическую компенсацию
шарнирных моментов рулей (элеронов) дополняют сервокомпенсаторами в виде:
- флетнера;
- триммера-флетнера;
- пружинных сервокомпенсаторов
Триммер.
- небольшая отклоняющаяся часть поверхности руля (элерона), управление которой осуществляется с помощью электромеханического, механического или смешанного привода.
22Назначение фюзеляжа и требования
22 Назначение фюзеляжа и требования предъявляемые к нему.
Фюзеляж предназначен для размещения коммерческой нагрузки (пассажиров, груза, багажа), экипажа, оборудования и связывает между собой части самолета (крыло, оперение, шасси).
Требования, предъявляемые к фюзеляжу. Компоновочные требования: рациональное использование объема фюзеляжа; компактное размещение грузов, ближе к центру масс самолета (для уменьшения массовых моментов инерции); минимальное изменение центровки самолета в эксплуатации; компоновка кабин и служебных помещений, размещение окон, дверей, аварийных выходов, проходов, кресел; согласование силовых схем фюзеляжа и примыкающих к нему частей на участках их сопряжения. Аэродинамические требования: выбор геометрических параметров, очертаний и размеров фюзеляжа, для обеспечения минимального лобового сопротивления и уменьшения дестабилизирующих моментов, создаваемых длиной передней части фюзеляжа. Прочностные требования: выполнение требований НЛГ к прочности, жесткости, долговечности, живучести конструкции фюзеляжа при его минимально возможной массе. Эксплуатационные и технологические требования:
приспособленность фюзеляжа к производству, ремонту, техническому обслуживанию и контролю его состояния, к типовому наземному оборудованию, применяемому в аэропортах.
Требования по безопасности, комфорту пассажиров, экипажа:
обеспечение нормальных жизненных условий во время полета и на стоянке;
защиту от неблагоприятных воздействий внешней среды и наличие аварийно - спасательных средств для использования в условиях при разгерметизации кабин и вынужденной посадке;
возможность быстрой эвакуации пассажиров и экипажа из фюзеляжа при вынужденной посадке на воду;
применение для внутренней отделки кабин негорючих и нетоксичных материалов.
23Внешние формы и основные параметры фюзеляжа
23 Внешняя форма фюзеляжа определяется назначением самолета, диапазоном чисел М, расположением двигателей и другими факторами.
Идеальной формой фюзеляжа является тело вращения, геометрические параметры которого зависят от скорости полета:
для малых скоростей лучшая форма каплевидное тело;
для околозвуковых – сигарообразное;
для сверхзвуковых – остроносое.
Форма поперечного сечения фюзеляжа
Может быть прямоугольная, круглая, овальная, в виде двух пересекающихся окружностей.
Прямоугольная форма фюзеляжа применяется на не скоростных самолетах, без гермокабин, обеспечивает полное использование внутреннего объема.
Круглая форма фюзеляжа имеет лучшие аэродинамические характеристики и меньшую массу герметичного фюзеляжа.
Овальная форма фюзеляжа обеспечивает лучшее использование внутреннего объема, но имеет большую массу герметичного фюзеляжа.
Две пересекающиеся окружности с силовыми поперечными балками пола в местах стыка окружностей позволяет увеличить вместимость грузовых отсеков фюзеляж
Применяется на высоко планах для уменьшения площади миделевого (наибольшего) сечения фюзеляжа и потребной высоты опор шасси.
24Нагрузки, действующие на фюзеляж в полете
24 Нагрузки, действующие на фюзеляж.
Фюзеляж – сильно нагруженная часть самолета.
Для анализа работы и расчета на прочность конструкции фюзеляжа, надо знать характер распределения и величины нагрузок, действующих на фюзеляж в полете и при посадке самолета.
Классификация нагрузок, действующих на фюзеляж самолета
Нагрузки, действующие на фюзеляж самолета подразделяются на:
поверхностные и массовые;
распределенные и сосредоточенные.
Распределенные нагрузки действуют на фюзеляж от:
массы конструкции фюзеляжа;
аэродинамических сил, приложенных по всей поверхности фюзеляжа;
избыточного давления в герметичных частях фюзеляжа.
Сосредоточенные нагрузки действуют на фюзеляж от:
сил частей, прикрепленных к фюзеляжу;
сил грузов и агрегатов, размещенных в фюзеляже;
Необходимо также учитывать нагрев фюзеляжа, действие сил реакции при аварийной посадке и в случае “капотирования“ самолета.
25Сравнение ферменных и балочных фюзеляжей
25 Ферменные фюзеляжи представляют собой пространственные стержневые системы с жестким креплением.
Пояса у горизонтальных, вертикальных плоских ферм общие.
Четыре плоские фермы внутри между собой связаны жесткими стрежнями или лент-расчалками.
Для получения обтекаемой формы ферменные фюзеляжи снабжены легким каркасом, покрытым обшивкой (гаргроты). Каркас для удобства сделан съемным.
Деформациям изгиба сопротивляются пояса (лонжероны), деформациям сдвига – стойки, раскосы и распорки, деформациям кручения – замкнутый контур четырех плоских ферм.
Преимущества:
Простота изготовления и ремонта;
Удобство монтажа, осмотра и ремонта оборудования, размещенного в фюзеляже;
простота стыковочных узлов.
Недостатки:
несовершенство аэродинамических форм;
малая жесткость и живучесть конструкции;
небольшой срок службы;
невозможно полностью использовать внутренний объем;
большая масса конструкции из-за наличия неработающих и слабо нагруженных
элементов.
|
Скачать 126.38 Kb.