Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

Для улучшения обзора экипажу носовую часть понижают относительно оси остальной части фюзеляжа или делают ее по­ воротной, с отклонением вниз на 5 — 10° при взлете, посадке и рулежке.

На внешние формы фюзеляжа влияют размещение кабин эки­ пажа с остеклением, двигательных установок с воздухоподводя­ щими каналами, бомб, ракет, специальных грузов внутри фюзе­ ляжа.

135. Основными геометрическими характеристиками фюзеля жа являются диаметр (или условный диаметр) миделевого сече­

ния DM, удлинение Хф = ^ф. (где 7Ф — длина фюзеляжа), а

А,

также длина носовой и хвостовой частей.

У легких аппаратов (истребителей, учебных самолетов и т. д.) обычно величина миделевого сечения определяется габаритами

может достигать 6 м у военно-транспортных самолетов, предназ­ наченных для переброски крупногабаритной техники.

Влияние удлинения фюзеляжа на его сопротивление различно на различных скоростях. При малых скоростях увеличение Хф до некоторого предела уменьшает сопротивление формы, но уве­ личивает сопротивление трения. Для дозвуковых самолетов Хф = =5-т-10. При околозвуковых и сверхзвуковых скоростях преоб­ ладающую роль играет волновое сопротивление, которое умень­ шается с увеличением Хф. Такие самолеты имеют Хф = 9 -ь 15.

Длина хвостовой части фюзеляжа определяется главным об­ разом плечом горизонтального LT.n или вертикального L в.о опе­ рений. Длина носовой части фюзеляжа диктуется соображения­ ми размещения кабин, оборудования, необходимой величиной продольной базы шасси с носовой стойкой.

Увеличение длины носовой или хвостовой частей, а также общей длины фюзеляжа связано с его утяжелением для обес­ печения достаточной прочности и жесткости. Поэтому при выбо­ ре удлинения Хф руководствоваться только минимумом сопро­ тивления нельзя. Необходимо учитывать условия компоновки и вес фюзеляжа, а также топлива, необходимого на его несение и преодоление лобового сопротивления.

У самолетов с удлинением крыла X> 4 обычно /ф = (0,8 Ч_ -.Л,2)1, где / — размах крыла; при Х < 3 обычно £ф=(1,5 2)1-

§ 6.2. НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ФЮЗЕЛЯЖ

Фюзеляж является строительной базой летательного аппара­ та, к которой крепятся крыло, хвостовое оперение, а также дру­ гие части и грузы. Он должен обеспечить замыкание всех на­ грузок, действующих на эти части.

134

136. В каждом расчетном случае коэффициент безопасности f для соответствующих частей фюзеляжа принимается таким же, как и для крепящихся к ним агрегатов. Исключение составляют некоторые посадочные случаи, в которых для фюзеляжа коэффи­ циент f берется несколько большим, чем для шасси. Это делается

с той целью, чтобы при недопустимо грубой посадке в первую очередь разрушалось шасси, а не трудновосстанавливаемый фю­ зеляж.

^г.о(тн)

Каждый из агрегатов (крыло, шасси, оперение и др.) считает­ ся уравновешенным под действием внешних нагрузок, соответст­ вующих коэффициенту перегрузки по нормам прочности, и реак­ ций со стороны фюзеляжа или какой-либо другой части, к кото­ рой он крепится, и при этом не требуется уравновешивания всего аппарата в целом. Фюзеляж в этом отношении занимает особое положение — он нагружается сосредоточенными нагрузками од­ новременно от всех упомянутых частей самолета через узлы крепления. Кроме того, на него как на любой другой элемент планера действуют нагрузки от масс собственной конструкции и грузов. Для определения этих массовых нагрузок необходимо знать коэффициент перегрузки в любой точке фюзеляжа. С це­ лью выявления указанных перегрузок необходимо производить динамическое уравновешивание всего аппарата в целом.

137. Симметричные нагрузки фюзеляжа. Рассмотрим более подробно уравновешивание аппарата при криволинейном полете в вертикальной плоскости (фиг. 6.3). Аппарат находится в ниж­ ней точке траектории. Тягу Р принимаем направленной парал­

лельно касательной к траектории. По принципу Даламбера все внешние силы, приложенные к фюзеляжу в определенном рас­ четном случае со стороны крыла, горизонтального оперения и двигателя, а также все массовые силы фюзеляжа находятся в равновесии.

135

Запишем три уравнения равновесия аппарата в вертикальной плоскости:

Как видно, перегрузка аппарата пЛотличается по своей величине

от перегрузки «рыла п (ом. п. 136). Эта перегрузка постоянна

136

для всего аппарата. Следовательно, на все грузы, расположен­ ные в фюзеляже, и на все части его конструкции будут дейст­ вовать массовые силы Яг = naG где О,- — вес какой-либо части.

Фи г . 6.4

139.Случай резкого отклонения руля высоты или всего стаби­ лизатора. В этом случае к уравновешивающей нагрузке горизон­ тального оперения А-.о(ур) добавляется маневренная нагрузка Яман, вызывающая вращение летательного аппарата относитель­

но оси г с угловым ускорением Перегрузка в центре тяжести аппарата получается из уравнения (6.2)

па = д + Рг о(ур). ±АРман.

Дополнительная перегрузка в направлении нормали к траекто­ рии, возникшая за счет ускоренного вращения, будет равна:

Угловое ускорение определяется из уравнения (6.3)

где 1г — массовый момент инерции аппарата;

137

iг — радиус инерции аппарата, который приближенно мо­ жно принять равным 0,18 L;

L— длина аппарата.

Вобщем случае перегрузка в любой точке фюзеляжа i будет

« /= « » + Явр.Ц

а массовые силы любого груза — Pt = nt Gr

Фиг. 6.5

К нагрузкам в плоскости симметрии фюзеляжа относится также ряд расчетных нагрузок при посадке самолета (фиг. 6.5). При этом перегрузка в произвольной точке фюзеляжа i будет

Направление и величина силы, действующей на шасси со сто­ роны грунта Р, определяются по нормам прочности. При посадке с убранным шасси сила Р, и особенно ее горизонтальная состав­ ляющая, достигает значительной величины и может оказаться расчетной не только для соответствующих элементов конструк­ ции фюзеляжа, но и для элементов крепления агрегатов и гру­ зов (особенно у военно-транспортных самолетов).

140. Несимметричные нагрузки фюзеляжа. В случае действия несимметричных нагрузок фюзеляжа в полете его уравновеши­ вание производится аналогично рассмотренному случаю сим­ метричного нагружения. Пример уравновешивания самолета в случае маневренной нагрузки вертикального оперения при сколь­ жении самолета показан на фиг. 6.6. Перегрузка в направлении оси z в произвольной точке фюзеляжа i будет

где

138

Среди посадочных расчетных случаев также имеются случаи несимметричного нагружения фюзеляжа, например, посадка с боковым сносом или посадка на одно колесо, при которой возни­ кают ускорения вращения самолета относительно трех осей.

141. Нагружение фюзеляжа вертолета отличается от нагруже­ ния фюзеляжа самолета наличием моментов, уравновешиваю­ щих момент сопротивления вращению несущего винта М„ (фиг. 6.7).

142. Нагрузки ракеты. Если для крылатого летательного ап­ парата расчетными, как правило, являются нагрузки, перпенди­ кулярные к его продольной оси, а продольными нагрузками ча­ сто пренебрегают, то для ракеты, наоборот, определяющими обычно являются продольные нагрузки от инерционных сил. При

139

расчете отсеков баков надо учитывать силы от наддува и от дав­ ления столба жидкости (см. фиг. 6.4) [1].

Поперечные нагрузки возникают от действия управляющих сил и сил инерции при движении ракеты по траектории, а также при возвращении на заданную траекторию после случайного от­ клонения от нее.

Аэродинамические нагрузки как продольные, так и радиаль­ ные могут также играть заметную роль, особенно при движении ракеты в достаточно плотных слоях атмосферы при больших скоростных напорах.

143. При выявлении величин силовых факторов в сечениях фюзеляжа его можно рассматривать как балку, опирающуюся на узлы крепления к крылу.

Построение эпюр фюзеляжа производится для ряда расчет­ ных случаев. Затем выбираются наиболее тяжелые случаи нагру­ жения фюзеляжа или его частей, на которые и производится рас­ чет.

Иногда в результате уравновешивания становится очевид­ ным, что для расчета одних частей фюзеляжа будут опасными одни случаи, а для расчета других частей и отдельных узлов — другие. При этом в соответствующих расчетных случаях эпюры можно строить лишь для отдельных частей фюзеляжа (например, для хвостовой, средней или носовой).

Обычно по изгибу фюзеляжа наиболее опасным является рас­ четный случай полета А' при <7шахт« и лтах (без учета манев­ ренной нагрузки горизонтального оперения, поскольку она в рас­ четном случае А' вычитается из уравновешивающей). По кру­ чению расчетным обычно является случай действия маневренной нагрузки на вертикальное и несимметричной — на горизонталь­ ное оперение. В некоторых случаях для упрощения можно пре­ небрегать массовыми силами конструкции, если они достаточно малы и действуют в сторону разгрузки.

На фиг. 6.4 показан характер эпюры осевых сил для летатель­ ного аппарата с большой тяговооруженностью Ядв/(3.

144. На поверхность фюзеляжа действуют также и распреде­ ленные аэродинамические силы, величина которых на отдель­ ных участках может достигать 7000 дан/м2 (кг/м2) и более. В отличие от крыла в фюзеляже эти нагрузки, как правило, не ока­ зывают влияния на общую прочность конструкции в силу самоуравновешенности в поперечных сечениях. Однако они совместно с силами внутреннего давления (или разрежения) могут дости­ гать величин 10000 дан/м2 (кг/м2) и более и оказаться расчет­ ными при проверке местной прочности и жесткости отдельных участков конструкции (герметические отсеки, отсеки топливных баков или участки воздухоподводящих каналов двигателей, крышек люков и их замков крепления, остекление кабин и т. д.).

140