Projekt 9 Obciążenia płata nośnego i usterzenia poziomego

Transkrypt

1 Projekt 9 Obciążenia łata nośnego i usterzenia oziomego Niniejszy rojekt składa się z dwóch części:. wyznaczenie obciążeń wymiarujących skrzydło,. wyznaczenie obciążeń wymiarujących usterzenie oziome, Obciążenia łata nośnego Pierwsza część rojektu olega na wyznaczeniu obciążeń wymiarujących łat nośny i składa się z nastęujących etaów: o wyznaczenie rozkładu siły nośnej wzdłuż roziętości metodą Schrenka, o obliczenie odciążenia masowego, o obliczenie maksymalnego obciążenia wynikającego z wymogów rzeisów, o wyznaczenie rozkładów sił tnących oraz momentów gnących i skręcających, o obliczenie obciążeń na okuciach głównych łata. Rozkład siły nośnej Rozkład siły nośnej dla łata należy wykonać w ostaci bezwymiarowej to znaczy dla jednostkowej wartości wsółczynnika siły nośnej. Metoda Schrenka jest oisana w wielu ozycjach literatury odanej na wykładach. Jest też, z rzykładami, okazana w skrycie St. Danileckiego Konstrukcja samolotów. Odciążenie masowe Przyjmuje się, że łat nośny jest odowiedzialny za rzeniesienie całkowitej siły nośnej. Tym samym całkowita siła nośna jest równa: P z n mg gdzie: n wsółczynnik obciążenia (wg stosowanych rzeisów), m całkowita masa samolotu, g rzysieszenie ziemskie Orócz siły nośnej działają również siły masowe odciążające konstrukcję równe iloczynowi ciężaru łata i wsółczynnika obciążenia. Jako ciężar łata należy rozumieć sumę ciężaru struktury i mas znajdujących się w łacie, n. aliwa. Należy wyznaczyć rozkład odciążenia masowych łata. Można rzyjąć, że rozkład masy struktury jest roorcjonalny do jego objętości. Powinny być rozatrzone różne rzyadki masy aliwa i masy startowej tak, aby znaleźć rzyadek wymiarujący. Maksymalne obciążenie łata Rozkład siły nośnej otrzymany z rozkładu Schrenka należy uwymiarowić mnożąc rzez wartość siły nośnej odowiadającą maksymalnemu wsółczynnikowi obciążenia zgodnie z wyznaczoną obwiednią obciążeń. Całkowite obciążenie uzyskujemy o uwzględnieniu odciążenia masowego. Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego /6

2 Rozkłady składowych obciążeń Wynikiem tej części rojektu owinny być wymiarujące rozkłady obciążeń łata wzdłuż roziętości: siły tnącej, momentu gnącego, momentu skręcającego. W orozumieniu z rowadzącym należy uwzględnić wływ obciążeń od owierzchni sterowych (lotek) i suernośnych (klay). Obciążenia okuć głównych Należy zaroonować schemat rzeniesienia obciążeń ochodzących od łata głównego na kadłub. Przyjęte rozwiązanie owinno uwzględniać rojekt odziału technologicznego założonego w Projekcie 8. Dla zarojektowanego układu wyznaczyć obciążenia (statykę) okuć głównych. Obciążenia usterzenia oziomego Pierwsza część rojektu olega na wyznaczeniu obciążeń wymiarujących usterzenie oziome i składa się z dwóch etaów. Pierwszy eta to określenie rzyadków wymiarujących zgodnie z wymogami odowiednich rzeisów (n. JAR ). W drugim należy wyznaczyć rozkłady obciążeń wzdłuż roziętości i cięciwy, obciążenia węzłów głównych oraz zawiasów steru wysokości. W rojekcie, dla uroszczenia, należy rzyjąć stały rozkład siły nośnej wzdłuż roziętości Przyadki wymiarujące usterzenie oziome Przy wyznaczaniu rzyadków wymiarujących usterzenie oziome zwykle uwzględnia się nastęujące źródła obciążeń: obciążenia od równowagi, obciążenia od sterowania (od manewrów), obciążenia od odmuchów, obciążenia niesymetryczne (ślizg, strumień zaśmigłowy, it.) Sosób wyznaczenia tych rzyadków zależy od rzeisów budowy samolotów a tym samym od kategorii statków owietrznych. Dlatego nie można odać w niniejszym rzewodniku jednoznacznego kryterium ozwalającego określić, który rzyadek jest wymiarujący. Należy odkreślić, że rzyadek wymiarujący dla całego usterzenia (części stałej i okuć głównych) nie musi być wymiarującym dla steru wysokości. Określenie rzyadku wymiarującego olega na wyznaczeniu wsółczynnika siły nośnej na usterzeniu (kąta natarcia), rzyrostu wsółczynnika siły nośnej od wychylenia steru wysokości i momentu zawiasowego dla odanych rzyadków oraz odowiadającej tym rzyadkom rędkości lotu. Obciążenia od równowagi Obciążeniem od równowagi jest obciążenie usterzenia oziomego wymagane do utrzymania lotu w stanie równowagi, bez rzysieszeń ochylających. Obciążenie to (kąt Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego /6

3 natarcia, kąt wychylenie steru i odowiadające temu wsółczynniki) wyznaczamy dla wszystkich charakterystycznych unktów obwiedni obciążeń, w szczególności dla rędkości V A, V F, V C, i V D. Należy odkreślić, że obciążenia od równowagi są traktowane jako obciążenia oczątkowe do wyznaczenia ozostałych rodzajów obciążeń. Wynikiem tego unktu owinny być wartości: kąta natarcia na usterzeniu ( H ) kąt wychylenia steru wysokości ( H ), siła nośna i jej wsółczynnik (a H ) na usterzeniu od kąta natarcia, rzyrost siły nośnej i jej wsółczynnika (a H ) od wychylenia steru wysokości, momenty zawiasowe i ich wsółczynniki odowiednio od kąta natarcia (b H ) i kąta wychylenia steru wysokości (b H ) Przy rzechodzeniu z wielkości bezwymiarowych na wymiarowe należy amiętać, że o ile dla ochodnych a i a owierzchnią odniesienia jest owierzchnia usterzenia wysokości (S H ), o tyle dla b i b wielkościami odniesienia są: owierzchnia i cięciwa steru wysokości. Wszystkie wymienione wielkości owinny być wyznaczone dla wszystkich unktów charakterystycznych obwiedni obciążeń, to znaczy dla określonego wsółczynnika obciążeń oraz odowiedniej rędkości. Obciążenia od sterowania Obciążenia od sterowania (manewrowe) wyznaczamy zgodnie z odanymi w rzeisach kryteriami: maksymalnych sił na organach sterowania: drążek, wolant (n. JAR 5.397), maksymalnych rzysieszeń kątowych (n. JAR 3.43). Wynikiem tej części owinny być wartości największych możliwych rzyrostów sił i momentów zawiasowych (oraz ich bezwymiarowych wsółczynników) na usterzeniu oziomym od sterowania, wyznaczone dla charakterystycznych unktów obwiedni (tak, jak w orzednim unkcie). Przyrosty obciążeń usterzenia od sterowania należy wyznaczyć dla wychyleń steru w obie strony (góra - dół) dla każdej wartości rędkości i wsółczynnika obciążenia. Obciążenia od odmuchu Obciążenia od odmuchu wyznaczamy zgodnie z regułami oisanymi w stosownych rzeisach (n. JAR 3.45). Wynikiem tej części owinny być wartości rzyrostów sił i momentów zawiasowych (oraz ich bezwymiarowych wsółczynników) na usterzeniu oziomym od odmuchów, wyznaczone dla charakterystycznych unktów obwiedni (tak, jak w orzednim unkcie). Obciążenia niesymetryczne Obciążenia niesymetryczne wyznaczamy zgodnie z regułami oisanymi w stosownych rzeisach (n. JAR 3.47) Uwaga: Przyrosty od sterowania i od odmuchów owinny być dodane do obciążeń od równowagi dla odowiednich unktów obwiedni, zgodnie z zasadami oisanymi w rzeisach. Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego 3/6

4 Geometria usterzenia oziomego Wyznaczenie rozkładów obciążeń wzdłuż roziętości i cięciwy, wymaga zdefiniowania geometrii usterzenia oraz geometrii węzłów głównych i zawieszenia steru. Większość danych geometrycznych owinna być zdefiniowana już w rojektach wcześniejszych, zatem należy zadbać, aby nie było srzeczności w danych. Wynikiem tej części owinien być rysunek usterzenia w rzucie z góry, z zaznaczonymi wymiarami steru i części stałej oraz ze zdefiniowanym ołożeniem unktów rzeniesienia obciążeń (węzeł usterzenie-kadłub) i zawieszenia steru wysokości (zawiasy). Należy zarojektować węzeł główny tak, aby był w stanie rzenieść wszystkie składowe obciążeń. Na oddzielnym rysunku należy okazać schemat rzeniesienia obciążeń w głównym węźle. Wyznaczenie obciążeń Wyznaczenie obciążeń od zesołu naędowego olega na wyznaczeniu rozkładów obciążenia wzdłuż roziętości i cięciwy. Rozkład wzdłuż roziętości wyznaczamy metodą Schrenka. Uroszczona metoda wyznaczenia rozkładu wzdłuż cięciwy jest zdefiniowana oniżej. Analiza rozkładu wzdłuż cięciwy srowadza się do rozatrzenia obciążenia dla konfiguracji gładkiej (bez wychylonych owierzchni sterowych), rzyrostu obciążenia od wychylenia steru oraz ich sumy. Zlinearyzowany rozkład ciśnienia wzdłuż cięciwy okazuje Rys. 9.. Wielkości i h wyznaczono rzy założeniu, że rozkład o odanym kształcie jest równoważny znanemu obciążeniu, zredukowanemu do unktu ¼ średniej cięciwy aerodynamicznej, rerezentowanemu rzez wsółczynniki siły nośnej C z oraz wsółczynnik momentu ochylającego C m. gdzie: Rys. 9. Zlinearyzowany rozkład ciśnienia dla rofilu niezałamanego (konfiguracja gładka) Ca cięciwa usterzenia Cs cięciwa steru (od osi obrotu do krawędzi sływu) Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego 4/6

5 Przy rzyjęciu jednostkowej długości cięciwy otrzymamy nastęujące zależności na i h gdzie: (C z 60C m ) 8 (9.) h (5C z 300 C m ) 8 (9.) ciśnienie dynamiczne (0.5 V ) Podobnie wyznaczamy wielkości i h, zdefiniowane na Rys.9., rzedstawiającym zlinearyzowany rozkład ciśnienia dla rofilu jednokrotnie załamanego. Jeżeli stosunek cięciwy steru do cięciwy całego usterzenia oznaczymy jako =C S /C a a rzyrosty siły nośnej i momentu ochylającego od wychylenia steru odowiednio C z i C m otrzymamy zależności: (4 ) C z C m (9.3) h ( C z C m ) ( ) (9.4) Rys. 9. Zlinearyzowany rozkład ciśnienia dla rofilu jednokrotnie załamanego Wynikiem końcowy jest suma obciążeń dla rofilu niezałamanego i rzyrostów od wychylenia steru (Rys. 9.3). Wartości,, 3 wynikają wrost z sumowania rozkładów z Rys.9. i 9.: ( ) ( h h) (9.5) ( ) h (9.6) ( ) (9.7) 3 Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego 5/6

6 Rys. 9.3 Suma rozkładów obciążeń Wyadkowe obciążenia, oraz wsółrzędne ich unktów rzyłożenia x, x można wyznaczyć z nastęujących zależności: [ 5( ) 3(4 0 5 )] (9.8) 3 (9.9) x 5(0.8 )( 3) 5(0.8 ) ( 50 3) (9.0) x 3 (9.) Uwaga: Metoda zlinearyzowanego rozkładu ciśnienia nie nadaje się do obliczeń momentów zawiasowych. W rzeczywistości wyadkowa siła na sterze leży bliżej jego osi obrotu niż wynika to z wartości wsółrzędnej x jednak wyznaczony w ten sosób moment skręcający ster jest niewiele większy i sowoduje tylko nieznaczne rzewymiarowanie konstrukcji. Wynikiem tej części rojektu owinny być wymiarujące rozkłady obciążeń usterzenia oziomego wzdłuż roziętości: siły tnącej, momentu gnącego, momentu skręcającego. Powyższe rozkłady należy wykonać dla części stałej usterzenia oraz dla steru. Należy onadto wyznaczyć obciążenia zawiasów oraz okuć głównych. Tomasz Grabowski - Materiały omocnicze: Obciążenia i struktura łata nośnego 6/6