Проектировочные расчеты

Киль легкого самолета

 

 

Казань, 2008 г.

Содержание:

        

1. Назначение киля и требования к нему………………………………..………3

2. Техническое описание киля………………………………..………………….3

3.Конструктивно – силовая схема киля…………………………………….…..3

4.Нормирование нагрузок………………………………………….……………5

5.Проектировочные расчеты………………………………………………….....7

I. Построение эпюр……………………………………………………..…………7

II. Проектировочный расчет на прочность……………………………………10

Список используемой литературы……...……………………..……………….13     

 

Назначение киля и требования к нему

К оперению самолета относятся горизонтальное и вертикальное оперение.

Горизонтальное оперение служит для обеспечения продольной, а вертикальное – путевой устойчивости и управляемости самолета.

К вертикальному оперению самолета предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение путевой устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета, в том числе и на режимах, близких к α_кр (посадка, штопор);

- наименьшее лобовое сопротивление;

- возможно меньшее затенение оперения крылом, фюзеляжем, гондолами двигателей, а также одной части оперения другой;

- исключение возможности возникновения вибраций;

- простота монтажа и демонтажа оперения на самолете.

                                                         

Техническое описание киля

Киль летательного аппарата – часть хвостового оперения самолёта, расположенная в вертикальной (или наклонной) плоскости и предназначенная для обеспечения путевой устойчивости.

Киль представляет собой консольную балку. К задней кромке киля на шарнирах крепится руль направления полёта.

В конструкцию киля входят два лонжерона. Первый располагается позади носка киля, а второй перед передней кромкой руля направления. Первый лонжерон необходим для крепления киля к хвостовой части фюзеляжа, обычно здесь используются шарнирные узлы крепления, которые устанавливаются на поясах лонжеронов.

На заднем (втором) лонжероне расположены узлы навески руля направления.  

Конструктивно – силовая схема киля

 

Конструктивно-силовая схема киля – двухлонжеронная.

Лонжероном воспринимаются изгибающий момент и перерезывающие силы. Пояса лонжерона берут осевые усилия от изгибающего момента, а стенки погонные касательные усилия от перерезывающей силы. Кроме этого в стенке лонжерона могут действовать погонные усилия от крутящего момента. Крутящий момент воспринимается только замкнутыми контурами.

Этот лонжерон целесообразно размещать в месте максимальной строительной высоты. Обычно это совпадает с местом положения оси вращения.

Лонжерон обычно представляет собой балку таврового или швеллерного типа. Стенка лонжерона изготовлена из трехслойного КМ (сотовый заполнитель). Причем несущие слои стенки выкладываются под углом ± 45˚, так как они работают на сдвиг. А пояса лонжерона выклеиваем из лент стеклоткани Т – 10, практически однонаправлены. Пояс будет работать на сжатие и не извернется, т.к. одну кромку будет держать стенка лонжерона, а другая кромка упирается в трехслойную обшивку и не выпадает оттуда. Несущие слои тоже укладываются под углом ± 45˚, это делается для того, что бы повысить жесткость агрегата (деформация в 3 раза меньше). Обшивку в носике целесообразно сделать однослойной, т.к. большая кривизна, нагрузку выдержит, а вся обшивка будет трехслойная.

 

 

Рис. 1.

Нормирование нагрузок

 

Исходные данные:

Самолет имеет двухкилевое ВО установленное симметрично относительно плоскости  хорд крыла.

 

 

Рис. 2.

 

Общая площадь вертикального оперения:

Площадь одного вертикального оперения

.

Площадь крыла

.

Вес самолета

.

 

Максимально допустимая скорость полета

.

Максимально допустимый скоростной напор

.

f = 1,5; n^Э_max = 4.

Во всех случаях нагружения распределение нагрузок по размаху оперения принимается пропорционально хордам, а нагрузки параллельные хордам, из-за малой величины не учитываются.

 

Расчетный случай: маневренная нагрузка.

 

Нагрузка вертикального оперения, возникающая при маневре в горизонтальной плоскости, мо­жет быть определена по формуле

где S _B.0. - площадь вертикального оперения.

, Н.

В соответствии с АП23 п.23.445 «Разнесенное (двухкилевое) вертикальное оперение» 65% вычисленной нагрузки приходиться на один киль.

, Н.

Удельная нагрузка на вертикальное оперение (нагрузка на единицу площади) равна:

, Н.

В соответствии с "Нормами прочности спортивных планеров" эксплуатационная удельная нагрузка меньше 800н/м² не берется.

Расчетная удельная нагрузка прикладывается «к части ВО, находящейся выше горизонтального, а 80% этой нагрузки - к части находящейся ниже».

Расчетная удельная нагрузка прикладывается «к части ВО, находящейся ниже горизонтального, а 80% этой нагрузки - к части находящейся выше».

 

Нагрузка ки­ля рассчитывается пропорционально его площади:

, Н,

где - площадь киля.

, Н.

Нагрузка по размаху (высоте) киля распределяется пропорционально его хорде:

, Н,

где b к – хорда киля в сечении, тогда

, Н.

Распределение нагрузки по хорде вертикального оперения в случае маневренной нагрузки и остановки двигателей произво­дится так, как показано на рисунке:

Рис. 3.

Проектировочные расчеты

I . Построение эпюр

 

Киль представляет собой консольную балку. Расчетная схема киля – за­щемленная балка, нагруженная распределенной нагрузкой q и реакци­ями от руля R_t, приложенными в узлах его навески. За ось z прини­маем ось жесткости. В проектировочном расчете делаем допущение, что перерезывающая сила воспринимается стенками лонжеронов, рас­пределяясь между ними пропорционально квадратам их высот, а крутя­щий момент воспринимается замкнутым контуром, образованным обшив­кой и стенкой заднего лонжерона.

Для киля центр давления

 

 

Рис. 4.

 

Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил киля.

Рис. 5.

 

, Н/м

 

Расчет ведем с концов киля. Для левого участка (рис. 5.) имеем:

Для правого участка (рис. 5.) имеем:

 

zр м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,60	0,50	0,40	0,30	0,20	0,10	0,00
z м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,70	0,80	0,90	1,00	1,10	1,20	1,30
Q н.	91	137	189	248	314	386	465	506	-398	-365	-302	-244	-192	-145	-103	-66
Mи н*м.	0	11	28	49	77	112	155	179	139	120	87	59	37	21	8	0

 

Рис. 6.

Определение крутящих моментов киля.

 

Расчет ведем с концов киля.

Погонный крутящий момент

Для левого участка (рис. 5.):

Для правого участка (рис. 5.):

zр м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,60	0,50	0,40	0,30	0,20	0,10	0,00
z м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,70	0,80	0,90	1,00	1,10	1,20	1,30
b м	0,30	0,35	0,39	0,44	0,48	0,53	0,58	0,60	0,60	0,58	0,53	0,48	0,44	0,39	0,35	0,30
q н*м.	426	492	557	623	689	754	820	853	682	656	603	551	498	446	394	341
хц.д. м	0,15	0,17	0,20	0,22	0,24	0,27	0,29	0,30	0,30	0,29	0,27	0,24	0,22	0,20	0,17	0,15
xж м	0,17	0,2	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3	0,3	0,33	0,32	0,29	0,27	0,24	0,22	0,19	0,2
m н	6,39	8,5	11	14	17	20	24	26	20,5	18,9	16	13,3	10,9	8,75	6,81	5,12
dМкр	0,00	0,7	0,97	1,23	1,52	1,84	2,18	1,23	0,98	1,75	1,47	1,21	0,98	0,78	0,60	0,00
Mкр(m)	0,00	0,75	1,72	2,95	4,46	6,30	8,48	9,71	7,77	6,79	5,04	3,57	2,36	1,37	0,60	0,00
Mкр(P)	-16	-18	-20	-22	-23	-25	-27	-28	-20	-20	-18	-17	-16	-14	-13	-12
Mкр н*м	-16	-17	-18	-19	-19	-19	-19	-18	-13	-13	-13	-13	-13	-13	-12	-12

    

Рис. 7.