Нагрузки на действующие на фюзеляж
Силы, действующие на фюзеляж в разных случаях полета или посадки, можно разбить на следующие группы:
- Собственный вес конструкции фюзеляжа;
- Силы, приходящие к фюзеляжу от прикрепленных к нему других частей самолета
- Аэродинамические силы, девствующие непосредственно на фюзеляж.
В соответствии с нормами прочности силы, приложенные к фюзеляжу, рассматриваются в двух плоскостях- параллельной плоскости симметрии самолета и перпендикулярной плоскости симметрии, параллельными плоскости симметрии самолета, может служить случай выхода самолета из пикирования или посадка на три точки ( фиг. 1,а и б)
Примером нагружения фюзеляжа силами, перпендикулярными плоскости симметрии самолета, может служить случай полета самолета с отклоненным рулем направления (фиг. 2).
В большинстве случаев силы, действующие на фюзеляж паралельно плоскости симметрии самолета, нагружают фюзеляж симметрично. Однако есть положения, в которых такие силы действуют только с одной стороны, например, при посадке на одно колесо (фиг.3) или при действии элеронами, когда подъёмная сила не одинакова у правого и левого полукрыла. Поэтому различают симметричные и не симметричные случаи нагружения.
По характеру действия воздушных сил принято в нормах прочности рассматривать случай нагружения фюзеляжа уравновешенными силами (когда массовые силы, воздушные силы и моменты от них уравновешиваются, что будет всегда при установившемся движении самолета) и так называемую маневренную нагрузку, когда силы от действия рулями дают моменты, которые уравновешиваются моментами от инерционных сил, появившихся вследствие начавшегося вращения самолета. На фиг. 4 приведены оба эти случая: с уравновешивающей нагрузкой на хвостовом оперении (а) и с маневренной, которая уравновешивается инерционными силами от углового ускорения (б).
Под действием нагрузок конструкция фюзеляжа испытывает деформации. От сил, действующих параллельного плоскости симметрии самолета, фюзеляж изгибается в вертикальной плоскости (пунктирные линии на фиг. 4) под действием сил, приложенных к фюзеляжу в горизонтальной плоскости (перпендикулярной плоскости симметрии), фюзеляж изгибается в горизонтальной плоскости. Кроме того, фюзеляж при нагрузке на вертикальное оперение закручивается. Таким образом, конструкция фюзеляжа в общем случае работает на вертикальный изгиб, горизонтальный изгиб и кручение.
Для построения эпюр перерезывающих сил Q, изгибающих моментов M и крутящих моментов, Мкр необходимо установить, по какой силовой схеме работает фюзеляж при данной нагрузке. В подавляющем большинстве случаев фюзеляж представляет собой балку ( или ферму), опирающуюся на лонжероны крыла. Тогда при вертикальном изгибе фюзеляж рассматривают как двухопорную балку с двумя консолями. Если силы действуют только на переднюю или заднюю часть, то при расчете этой части фюзеляжа ее рассматривают как консоль, заделанную у лонжеронов крыла.
При расчете фюзеляжа на прочность обычно его условно расчленяют на три части: переднюю, среднюю и заднюю (фиг. 5). Передней считается часть фюзеляжа от носа до переднего лонжерона крыла, средней—часть фюзеляжа от переднего до заднего лонжерона крыла, задней (хвостовой) — от заднего лонжерона крыла до конца фюзеляжа. Переднюю и заднюю части фюзеляжа рассчитывают как консольные балки, закрепленные у лонжеронов крыла.
Приходящиеся на фюзеляж нагрузки вычисляют в соответствии с нормами прочности. Вообще фюзеляж должен быть рассчитан на все случаи, установленные для крыльев, оперения, силовой установки и шасси, т. е. для частей, прикрепленных к фюзеляжу и передающих ему нагрузки. Кроме того, нормами предусматривается ряд расчетных случаев, специфических для фюзеляжа.
Случай Аф соответствует случаю Акр для крыльев с теми же перегрузками. Нагружается весь фюзеляж, причем изгиб происходит в вертикальной плоскости. В этом случае на фюзеляж действуют следующие силы:
1) массовые силы от собственного веса конструкции фюзеляжа;
2) массовые силы от агрегатов и грузов, расположенных в фюзеляже;
3) массовые и аэродинамические силы от прикрепленных к фюзеляжу частей. Все силы в данном случае направлены, вертикально. На фиг. 5 изображена схема сил, действующих в случае Аф на фюзеляж, и эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов.
Случай Сф (фиг. 6) соответствует случаю Скр крыльев (пикирование). На горизонтальное оперение действует сила, уравновешивающая момент крыльев, возникающий при су=0. Нагружена только хвостовая часть фюзеляжа, которая рассматривается как консольная балка, защемленная у заднего лонжерона крыла.
Случай Вф (см. фиг. 4,6). Маневренная нагрузка на горизонтальное хвостовое оперение по нормам прочности равна
Эта нагрузка уравновешивается инерционными силами от углового ускорения
где ω' — угловое ускорение; х — расстояние груза от центра тяжести самолета;
∆G— вес груза или части фюзеляжа; g=9,81 м/сек2.
Кроме маневренной нагрузки, на оперение действует уравновешивающая нагрузка
где Mz — момент самолета без горизонтального оперения относительно его центра тяжести в случае В;
l r.o — плечо горизонтального оперения.
Случай Еф —посадка на три точки. На фиг. 1,6 изображена схема действующих сил при нормальной трехточечной посадке, а именно:
n∆G — инерционные силы грузов и частей конструкции (перегрузка n берется
из расчета шасси);
Y—0,75G — остаточная подъемная сила, так как скорость полета самолета в это время бывает уже меньше посадочной;
Pкол — реакция колеса;
Pкост — реакция костыля.
Трехточечная посадка может превратиться в посадку на одно колесо из-за неровностей почвы. При этом возникнет односторонний момент реакции колеса, который уравновешивается инерционными силами углового ускорения, вызванного начавшимся вращением самолета. Средняя часть фюзеляжа, вблизи которой обычно закреплено шасси, получает при этом наибольшую нагрузку. Для нее этот случай является расчетным.
Случай Нперф. Боковая нагрузка на переднюю часть фюзеляжа (фиг. 7). Перегрузка берется по нормам прочности для мотоустановок. Расчету подвергается передняя часть фюзеляжа.
Случай Нзадф. Боковая нагрузка на заднюю часть фюзеляжа (фиг. 8). Сила действует на вертикальное хвостовое оперение. Фюзеляж изгибается в горизонтальной плоскости и скручивается, если центр давления вертикального оперения не лежит на оси фюзеляжа.
Перечисленные случаи охватывают основные варианты нагружения фюзеляжа. Кроме того, при расчете проверяют отдельные места фюзеляжа на аварийные случаи, возможные при посадке, и на местные воздушные нагрузки, возникающие при обтекании в полете криволинейных форм фюзеляжа (фиг. 9).
Источник: Конструкции самолетов учебник Шульженко М. Н.
Похожие материалы
Копирование материала допускается при указании активной ссылки на этот материал