Определение нагрузки на горизонтальное оперение

При полете в неспокойном воздухе.

При полете в неспокойном воздухе на горизонтальном оперении будет создаваться дополнительная нагрузка за счет восходящих и нисходящих потоков также, как и в случаях для крыла.

Y_нв = ±1.5с V_{0 max} S_го

 

  с зависит от числа М. Если М > 0.8, c = 1.4.

 Нагрузка на руле и стабилизаторе направлена в одну сторону и распределена между ними пропорционально площадям.

 

Определение внешних нагрузок на вертикальное оперение.

Все внешние нагрузки, действующие на самолет, не создают, обычно, вращательного момента относительно оси oy.   Или, если он есть, им можно пренебречь по малости.

Но при односторонней остановке двигателя или двигателей этим моментом пренебречь нельзя.

Момент возникает от силы тяги Р на плече h  до центра масс. Этот момент уравновешивается силой Р_во  приложенной к вертикальному оперению на плече L_го  от центра масс самолета. Других уравновешивающих сил нет.

 

Уравновешивающая нагрузка.

Ph = Z_{ур во} L_во ® Z_{ур во} = Ph/ L_во ;

P = N_x;             Z_{ур во} = N_z;

У одномоторных самолетов этого не будет, т.к. двигатель установлен по оси самолета и возникновение момента возможно лишь при косой обдувке самолета

 

Маневренная нагрузка.

Единственная максимальная маневренная нагрузка создается за счет отклонения руля направления

Z^э_ман = ± 0.37 q_mS_во ; Z^р_ман = Z^э_ман f;

Распределение маневренной нагрузки по хорде – по графику 1 (см. ГО).

Нагрузка между килем и рулем распределяется пропорционально их площадям.

 

Нагрузка при полете в неспокойном воздухе.

Рассмотрим  нагрузки при действии горизонтальных потоков.

 

Z^р_нв = Z^э_нв f = 1.6 c V_{0 max} S_во f;

При М > 0.8 ® c @ 1.4;

Распределение нагрузки неспокойного воздуха по хорде – в соответствии с графиком (см. ГО).

 

 

Определение нагрузок на горизонтальное оперение

При двухкилевой схеме.

Нагрузки на горизонтальное оперение двухкилевой схемы определяются по формулам для однокилевой схемы с некоторыми дополнениями.

При определении Y_нв  коэффициент 1.5 возрастает до 1.65. При такой схеме нагружаются и вертикальные шайбы.

Изменив направление подъемной силы, получим:

 

 

Нагрузка по размаху распределяется пропорционально хордам:

Для ЦПГО

При построении эпюр М_изг,Q, M_кр по размаху массовыми нагрузками пренебрегаем по малости.

        

Расчет на прочность ЦПГО.

Рассмотрим сначала двухлонжеронную схему ЦПГО.

 

 

В сжатой зоне обшивка принимается неработающей. Поворотная ось – стальная. Все нагрузки с оперения в конечном итоге переходят на ось.

Заданы:

Q, M _изг, M _кр.

Для лонжеронов опорами являются нервюры 1-1¢ и 2 - 2¢. Каждый лонжерон имеет две опоры. С лонжеронов все нагрузки должны перейти на нервюры, а с нервюр - на ось. Она имеет две опоры на фюзеляже. М_кр   воспринимается осью и тягой.

Для расчета сечений I-I и II-II имеем распределение изгибающего момента:

ì M ₀  = M _п + M _з                               M _п  = M ₀ EI _п / E (I _п + I _з )

í M _п = EI _п                       ®

î M _з   EI _з                                              M _з  = M ₀ EI _з / E (I _п + I _з )

 

Нас интересует сечение, близкое к нервюре 2 - 2¢. Рассмотрим сначала участок 1-2:

R ₁ = - M / l + ql /2;

Теперь - участок 1¢- 2¢     R ₂ = M / l + ql /2;                                                

                                                                                                                         

           Далее строим эпюры Q и М_изг . Надо рассчитать нервюры.

 

    I-I¢

                       поворотная ось                            Балка с одной опорой

                                                                       М_лев = R ₁ b;

                           М_пр = R ¢ ₁ а;

                                                                      М_кр =  М_пр - М_лев ;

 

Перенесем реакции в точку закрепления. Нервюра рассчитывается на изгиб с перерезывающей силой.

Реакции перпендикулярны чертежу (рис.2).

         

 

качалка

Ось                        М_кр - за счет потока в поворотной оси и наличия изгибающего момента М_изг .

  Определение t производим не разделяя изгиб от кручения.

В общем случае рассматриваем трехзамкнутый контур, но в первом приближении работой стенок пренебрегаем  и рассчитываем однозамкнутый контур.

Тогда

q ₀ = (∮ q_Qρds + Q_ya)/2 ω и q_Σ = q ₀ +   q_Q

 

    Пренебрегаем носком и хвостовой частью нервюры. Тогда сечение примет вид:

 

    Ось жестко заделана в нервюре.

    Можно с нервюры 2-2¢ снять часть нагрузки и передать на ось.     Распределение потока касательных усилий должно складываться из двух потоков:

q_Σ = q _0бш + q _тр

 

          q_0бш     ‗ G_обшЈ_0обш

q _тр          G _тр Ј_0тр

 

    Решаем уравнения совместно и найдем, какая часть потока воспримется обшивкой, а какая – поворотной осью. После нервюры 2 - 2′ момент воспринимается обшивкой, а затем нервюра 1-1′ передаст момент полностью на ось:

M_kpΣ / h = ± R _{от круч}

    Момент разложится на тяге на  две составляющие: одна направлена по оси, другая – к пилоту.