Геометрические характеристики ЛА

Геометрия ЛА определяется компоновкой и ГХ его частей. Основными геометрическими параметрами ЛА являются его габаритные размеры: общая длина L, размах крыла и оперения с подфюзеляжной частью l_кр и l_оп, относительное положение крыла и оперения х_го и у_го, где x_го - расстояние между 1/4 бортовых хорд крыла и оперения в направлении оси корпуса и у_го - расстояние между плоскостями крыла и оперений. Дополнительными параметрами являются σ_кр= d_кр/ l_кр и σ_оп= d_оп/ l_оп, где d_кр и d_оп– диаметры фюзеляжа в месте сочленения с крылом и оперением.

При расчете АДХ ЛА аэродинамические коэффициенты частей ЛА пересчитывают на характерную площадь S и характерную длину L. Обычно за L берется длина корпуса, а за S - площадь крыла с подфюзеляжной частью.

Знание ГХ ЛА необходимо при их проектировании и производстве, кроме того, определение геометрических характеристик выполняется в процессе ремонта и, в исключительных случаях, в процессе эксплуатации. Измерение ГХ ЛА осуществляется в процессе его нивелировки (определение взаимного расположения элементов конструкции ЛА).

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные функциональные группы элементов, из которых состоит самолет.

2. Назовите основные агрегаты планера и укажите их назначение.

3. Какими параметрами характеризуются внешние формы крыла: при виде в плане; в профиле; при виде спереди?

4. Виды авиационных профилей их преимущества и недостатки.

5. Что такое удлинение крыла?

6. Причины появления стреловидных и треугольных крыльев, крыльев с изменяемой геометрией и адаптивных крыльев.

7. Почему закрылки находятся на крыле вблизи фюзеляжа, а элероны на конце крыла? Назначение этих устройств.

8. Какими рулевыми поверхностями управляется самолет в продольном направлении, по курсу, по крену? Где они расположены?

Составление отчета

Отчет должен содержать основные сведения о ГХ ЛА с изображением схемы модели самолета в трех проекциях. Полученные значения ГХ должны быть внесены в таблицы.

Список литературы

1. Бадягин А. А., Егер С. М., Мишин В.Ф. Проектирование самолетов. – М: Машиностроение, 1972. – 611 с.

2. Вотяков А. А., Каюнов Н.Т. Аэродинамика и динамика полета самолета. – М.: ДОСААФ, 1976. – 296 с.

3. Никитин Г.А., Баканов Е. A. Основы авиации, – М.: Транспорт, 1984. – 261 с.

4. Сахно А. Г., Холявко В. И. Расчет аэродинамических характеристик летательных аппаратов. – Харьков: ХАИ, 1978. – 68 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КРЫЛА И ОПЕРЕНИЯ

Цель работы: изучение конструкций крыла, горизонтального (ГО) и вертикального (ВО) оперений одного из самолетов (по указанию преподавателя).

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с номенклатурой основных определений элементов конструктивно-силовых схем крыльев летательных аппаратов.

Классифицировать крыло или оперение по конструктивно-силовой схеме

Составить краткое техническое описание крыла, ГО или ВО данного самолета.

Начертить крыло или оперение в плане и показать пунктирными линиями размещение продольного и поперечного наборов, шаг нервюр.

Показать характер распределения величин поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов по размаху крыла в полете.

Начертить сечения лонжеронов, стрингеров, нормальных и усиленных нервюр.

Общие сведения

Крыло, ГО и ВО самолета относятся к тонкостенным конструкциям и их конструктивные решения имеют много общего. Крыло предназначено для создания подъемной силы ЛА, обеспечения его поперечной устойчивости и управляемости, а также служит базой для крепления различных агрегатов. Внутренние объемы крыла часто используются для размещения топлива, оборудования и различных грузов.

Оперение самолета предназначено для обеспечения его устойчивости, управляемости и балансировки. Обычно оно состоит из хвостового ГО и ВО.

Крыло

Во время полета на консоль крыла действуют следующие внешние нагрузки (рис. 2):

распределенная аэродинамическая сила q_аэр;

распределенная сила веса конструкции крыла q_вес;

сосредоточенные силы от веса агрегатов и грузов, прикрепленных к крылу: опор шасси, двигателей, подвесных топливных баков и т.д. – G_i_агр

Под действием внешних нагрузок в конструкции крыла возникают внутренние силы и моменты: поперечная сила Q, изгибавший момент М_изг, крутящий момент М_кр.

Конструкция крыла состоит из продольного и поперечного наборов и обшивки (рис. 3). Продольный набор расположен вдоль размаха крыла и состоит из лонжеронов 6, продольных стенок 4 и стрингеров 5. Здесь 1 - передняя кромка крыла, 2 - элерон, 3 - закрылок.

Поперечный набор расположен поперек размаха крыла и состоит ив нормальных и усиленных нервюр 7. Существуют конструкции крыльев, в которых отсутствуют стрингеры или нервюры, функции которых выполняют утолщенная обшивка, панели с сотовым заполнителем и т. п.

Лонжерон – продольная балка, состоящая из нижнего и верхнего поясов, имеющих большое поперечное сечение и стенки (рис. 4). Пояса лонжерона воспринимают изгибающий момент в виде осевых растягивающих и сжимающих усилий. Стенка лонжерона воспринимает поперечную силу и обеспечивает замыкание силового контура крыла, работающего на кручение (см. рис. 5).

Продольная стенка – балка, имеющая пояса малого поперечного сечения и поэтому не воспринимающая изгибающий момент. Продольная стенкавоспринимает часть поперечной силы и обеспечивает замыкание силового контура крыла, работающего на кручение (см. рис. 5).

Стрингер – продольный элемент крыла, выполненный из профилей различного поперечного сечения, воспринимающий растягивающие или сжимающие осевые нагрузки от изгибающего момента, поперечные местные аэродинамические нагрузки и подкрепляющий обшивку, благодаря чему повышаются ее критические напряжения (см. рис. 6).

Нервюра (см. рис. 7) – поперечный элемент крыла, служит для придания заданной формы поперечному сечению (профилю) крыла, воспринимает аэродинамические нагрузки (нормальная нервюра) и сосредоточенные нагрузки (усиленная нервюра), которые передает на стенки лонжеронов 2 или продольные стенки 1. Нервюры опираются на эти стенки и являются опорами для стрингеров 3. Конструктивно нервюры выполняются в виде балки или фермы.

Обшивка совместно с подкрепляющими ее продольными и поперечными элементами обеспечивает хорошую обтекаемость поверхности крыла и воспринимает действующие на нее во время полета аэродинамические нагрузки. Совместно со стенками лонжеронов и продольными стенками она образует замкнутый контур, воспринимающий крутящий момент, а в некоторых конструкциях крыла совместно со стрингерами участвует также в восприятии изгибающего момента.

В зависимости от, степени участия обшивки крыла в восприятии изгибающего момента различают лонжеронные, кессонные и моноблочные
конструктивно-силовые схемы крыла, которые определяют последовательность передачи нагрузок элементам конструкции.

В крыле лонжеронной конструкции весь изгибающий момент воспринимают пояса лонжеронов. Крутящей момент воспринимает один или несколько замкнутых контуров, образованных обшивкой и стенками лонжеронов и продольных стенок. Поперечная сила, действующая на обшивку, передается на нервюры, а с них на стенки лонжеронов. Стрингерный набор в таком крыле подкрепляет обшивку, повышая ее жесткость. В зависимости от значения изгибающего момента в конструкции крыла устанавливают один, два или более лонжеронов.

В крыле кессонной конструкции часть изгибающего момента воспринимается, как минимум, двумя лонжеронами, а часть – обшивкой, подкрепленной стрингерами (панелью). Поперечная сила и крутящий момент в кессонной конструкции передаются так же, как в лонжеронной. Благодаря тому, что в крыле кессонной конструкции лонжеронов меньше, чем в крыле лонжеронной конструкции, в межлонжеронном пространстве можно размещать топливные баки, грузы.

В крыле моноблочной конструкции весь изгибающий момент воспринимают верхняя и нижняя панели крыла, а лонжероны отсутствуют. Крутящий момент и поперечная сила в моноблочной конструкции передаются так же, как в лонжеронной: поперечная сила – продольными стенками, а крутящий момент – замкнутым контуром, образованным продольными стенками и панелями крыла.

Крыло самолета по размаху, как правило делят на несколько частей, что необходимо для упрощения технологии производства и эксплуатации самолета: центроплан – центральную часть крыла, связанную с фюзеляжем, и отъемные части крыла – ОЧК.

Оперение

Оперение самолетов разделяется на ГО и ВО.

Горизонтальное оперение, состоящее на дозвуковых самолетов нормальной схемы из стабилизатора и рулей высоты, предназначено для обеспечения продольной устойчивости и управляемости самолета. Вертикальное оперение, состоящее из киля и руля направления, служит для обеспечения путевой устойчивости и управляемости.

Для поперечной управляемости самолета предназначены элероны. На сверхзвуковых самолетах ГО, а иногда и ВО делают цельноповоротным.

Размещают оперение таким образом, чтобы на него не оказывали вредного воздействия крыло, двигатели и другие части самолета.

Оперение самолета в полете нагружается внешними распределенными силами: веса и аэродинамической. Под действием внешних нагрузок в конструкции оперения возникают поперечная сила, изгибающий и крутящий моменты. Конструктивно-силовые схемы оперения такие же, как у крыла. Аналогичны также характер нагружения и работа отдельных силовых элементов.

Особенности технического обслуживания планера самолета

После грубой посадки или попадания ЛА в сильную турбулентную атмосферу, а также после большой маневренной перегрузки, превышающей эксплуатационную, необходимо осмотреть узлы крепления, обшивку и заклепочные швы фюзеляжа, крыла, мотогондол, стабилизатора, киля, рулей и закрылков, стыковые соединения отъемной части крыла с центропланом и выборочно проверить затяжку болтов; осмотреть шасси и узлы его крепления, элементы конструкции центроплана и фюзеляжа в зоне расположения узлов подвески шасси, закрылков и замков выпущенного положения шасси, а также силовые установки и особенно их узлы крепления. Для некоторых ЛА предусматривается и осмотр лонжеронов (через смотровые люки), силовых элементов и нивелировка.

Вопросы для самопроверки

1. Какие внешние силы действуют на крыло самолета в полете?

2. Какие внутренние нагрузки появляются в конструкции крыла под действием внешних сил в полете?

3. Какие причины вызывают появление в конструкции крыла изгибающего и крутящего моментов?

4. Назовите элементы продольного и поперечного набора крыла.

5. Из каких элементов состоит лонжерон, и какие нагрузки воспринимают эти элементы?

6. Какие отличия имеются в нагружении обшивки лонжеронного, кессонного и моноблочного крыла внутренними силами и моментами?

7. Какие элементы конструкции крыла или оперения воспринимает поперечную силу, изгибающий и крутящий моменты?

8. Назовите конструктивно-силовые схемы оперений.

9. Какими условиями определяется месторасположения оперения?

10. Какие особенности технического обслуживания крыла и оперений вы знаете?

Составление отчета

Отчет должен содержать основные сведения о конструкции крыла или оперения с описанием назначения агрегата и его классификации по конструктивно-силовой схеме. Выполнить эскизы агрегата с необходимыми отдельными видами деталей и узлов основных элементов с изображением осевыми линиями того количества элементов силовой схемы, которое присутствует е агрегате.

Список литературы

1. Бадягин А. А., Егер С. М., Мишин В.Ф. Проектирование самолетов. – М: Машиностроение, 1972. – 611 с.

2. Вотяков А.А., Каюнов И.Т. Аэродинамика и динамика полета самолета. – М.: ДОСААФ, 1975. - 296с.

3. Гребеньков О.А. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1984. – 240 с.

4. Никитин Г.А,.Баканов Е.A. Основы авиации. - М.: Транспорт, 1984 - 261с.

5. Техническая эксплуатация летательных аппаратов /Под ред. А. И. Пугачева. - М.; Транспорт. 1977. - 440 с.

6. Учебное пособие к лабораторным работам по курсу "Основы авиации" / Под ред. А.А. Красоткина. - М.: МАИ, 1988. - 76 с.