Загальне знання повітряних суден. Планер літального апарата

1. Загальне знання повітряних суден

Харківський національний університет Повітряних Сил
імені Івана Кожедуба
КАФЕДРА АЕРОДИНАМІКИ ТА ДИНАМІКИ
ПОЛЬОТУ
Загальне знання
повітряних суден
Лекція № 1
Харків - 2016

2.

Вимоги до ведення конспекту
Зразок підписання конспекту

3.

Вимоги до ведення конспекту
Вимоги до ведення конспекту
1.Зошит в клітинку (48 аркушів) А4.
2.Другий лист зошита підписано особисто
чорною ручкою
3.Тема - червоною ручкою.
4.Поля (4 клітини, якщо нема)– червоною
ручкою.
5.Визначення - чорною ручкою.
6.Формули - зеленою (червоною) ручкою.
7.Малюнки - намальовані особисто
кольоровими олівцями (ручками).

4. Змістовий модуль 13. Планер літального апарата.

Заняття 1. ПЛАНЕР ЛІТАЛЬНОГО
АПАРАТА

5. Навчальні питання:

1. Призначення та загальна
характеристика частин планера.
2. Навантаження частин планера та
внутрішні силові фактори в їх перерізах.
3. Основні принципи створення
конструкції частин планера.

6. Навчальні питання:

4. Основні силові елементи конструкції
планера та їх робота під навантаженням.
5. Обмеження обумовлені міцністю
планера та їх фізична суть.
6. Можливі несправності планера, їх
прояв та наслідки.
7. Дії екіпажу при експлуатаційних та
бойових пошкодженнях.

7. Навчальна література

10. Туркин К.Д. Конструкция летательных
аппаратов, ч. І, II., М.: ВВИА им. проф.
Н.Е. Жуковского, 1985. с. 116-122;
145-176,228-236, 245-262.
11. Шевченко С.В., Тарасцев А.Г.
Конструкція та міцність літальних
апаратів,ч.І, ІІ.– Х.: ХУПС, 2007 с. 7185, 92-96;114-142

8. 1. Призначення та загальна характеристика частин планера

9.

Під планером літака розуміють
сукупність крила, фюзеляжу та
оперення.

10.

Аеродинамические
поверхности
Органы управения
Вспомогательные
элементы для
взлета и посадки

11. Крило також приймає участь в забезпеченні подовжньої стійкості, керованості з крену і може використовуватись для розміщення палива, двигу

Крило призначене для створення
піднімальної сили, необхідної для
забезпечення усіх режимів польоту
та маневрів літака.
Крило також приймає участь в
забезпеченні
подовжньої
стійкості,
керованості
з
крену
і
може
використовуватись
для
розміщення
¯
палива, двигунів, озброєння та інших
вантажів.

12.

ОСНОВНІ ГЕОМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ КРИЛА
Форма крила в плані характеризує проекцію крила на
площину хорд.
прямокутна
трапецієподібна
стрілоподібна
трикутна

13.

14.

15.

самолет франции Rafale М

16.

17.

18.

П
b0
З
bk
l
Розглянемо стрілоподібне крило, його розміри характеризуються:
b0 - кореневою хордою
bk - кінцевою хордою
розмахом l – це відстань від лівої кінцевої хорди до правої
площею крила
П
З
S bcp l
bcp (b0 bk ) / 2
стрілоподібністю по передній крайці крила
стрілоподібністю по задній крайці крила
b0 / bk
Безрозмірні
крила:
-звуження
l2
параметри
/S
- подовження

19.

Поперечна форма крила в плані при виді спереду характеризується
,,
кутом поперечного
,,
кр
V

20.

Оперенням
називають
аеродинамічні
поверхні,
що
забезпечують
стійкість
та
керованість літака.
Оперення буває горизонтальне
та вертикальне.

21.

Горизонтальне оперення забезпечує
поздовжню стійкість та керованість та
виготовляється у вигляді:
• нерухомого стабілізатора з рулем
висоти (на дозвукових літаках);
• переставного стабілізатора з рулем
висоти (на білязвукових літаках ( Су-25,
Як-28 );
• керованого (поворотного) стабілізатора
(на всіх надзвукових літаках).

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

В
залежності
від
розміщення
горизонтального
оперення
відносно
крила розрізняють декілька схем літаків:
нормальну (класичну);
"безхвостку".
типу "качка";

29.

Вертикальне оперення забезпечує
шляхову стійкість та керованість літака
та виготовляється у вигляді одного або
декількох кілів з рулями напрямку.

30.

На деяких сучасних літаках для підвищення
маневрених характеристик може встановлюватись додаткове переднє горизонтальне та
(або) вертикальне оперення.
Зовнішні форми та
основні параметри
оперення і принципи
їх вибору аналогічні
крилу

31.

Фюзеляж призначений для
розміщення екіпажу, обладнання,
озброєння, двигунів, палива та інших
вантажів.
Він являє собою силову базу, до
якщо кріпиться крило, оперення, шасі та
інші частини ЛА.
Зовнішні форми фюзеляжу (форма
поперечного перерізу, діаметр, подовження)
визначаються з умови отримання
мінімального опору при забезпеченні
достатніх об'ємів для розміщення всіх
необхідних вантажів.

32. 2. Навантаження частин планера та внутрішні силові фактори в їх перерізах

33.

Крило літака в польоті в загальному
випадку навантажується:
• розподіленим повітряним навантаженням qп;
• розподіленим масовим навантаженням власної
маси конструкції qк;
• зосередженими масовими навантаженнями від
розміщених у крилі (прикріплених) агрегатів
Pагр і;
• реакціями Rфі у вузлах кріплення крила до
фюзеляжу.

34.

Рівнодійна повітряного
навантаження Рп дорівнює
піднімальній силі крила
Р
Рпп== Y
Y == G
G··nnee
де G - вага літака,
ne - експлуатаційне перевантаження.

35.

Рис.4.1

36.

В результаті дії зовнішніх навантажень
та реакцій в розрізах крила виникають
внутрішні силові фактори:
• поперечна сила Qy (Qx) ,
• згинальний момент Mзг (Mx, My),
• крутний момент Mкр.

37.

Момент крутіння обумовлений
тим, що ліні
дії навантажень (qп, qк, Pагр ) в загальному
випадку не проходять через вісь жорсткості.
Віссю жорсткості називається така уявна лінія,
що сили які проходять через неї викликають
тільки згинання конструкції (перерізи
конструкції переміщуються без повороту).

38.

З аналізу епюр внутрішніх силових факторів
крила можна зробити ряд важливих висновків
1. Розміщення вантажів у крилі зменшує його
навантаження у польоті. При посадці це
може привести до збільшення навантажень,
однак в цілому розміщення палива,
озброєння та інших вантажів в крилі
приводить до збільшення його маси.
2. У раціонально спроектованої конструкції
розміри перерізів елементів, які
сприймають внутрішні силові фактори,
змінюються вздовж розмаху крила.

39.

Горизонтальне та вертикальне
оперення літака в загальному
випадку навантажується:
• розподіленим повітряним навантаженням qп;
• розподіленим масовим навантаженням власної
маси конструкції qк;
• навантаженням від прикріплених агрегатів
(наприклад, кіль при розміщенні на ньому
горизонтального оперення);
• реакціями в вузлах кріплення до фюзеляжу (до
кіля, до крила).

40.

Основними навантаженнями для оперення
являються розподілені аеродинамічні
навантаження.
Для визначення їх рівнодійної розглядають:
• врівноважуюче навантаження Pго вр, Pво вр
(забезпечує рівновагу літака по моментах);
• маневрене навантаження Pго ман, Pво ман
(діє при відхиленні рульових поверхонь при
здійсненні маневрів);
• навантаження від повітряних поривів Pго нп, Pво
нп (виникають внаслідок дії на оперення
поривів повітря).

41.

Основними навантаженнями
фюзеляжу являються:
• зосереджені сили та моменти, які
передаються від прикріплених до нього
частин: крила, оперення, шасі та інш.;
• зусилля від вантажів та агрегатів,
розташованих в середині фюзеляжу або
прикріплених до нього;
• розподілені масові навантаження конструкції;
• навантаження від надлишкового тиску в
гермовідсіках;
• розподілені аеродинамічні сили.

42.

При побудові епюр внутрішніх силових факторів
фюзеляж розглядається як балка, навантажена
наступними навантаженнями:
1. Масовими силами конструкції фюзеляжу
2. Силами від вантажів або агрегатів,
розміщених у фюзеляжі:
3. Навантаженням від горизонтального
оперення Рго, яке знаходиться з розрахунку
навантаження оперення в розглядуваному
розрахунковому випадку

43.

4. Сили надлишкового тиску та аеродинамічні
сили фюзеляжу, як правило,
самоврівноважені і тому не впливають на
епюри внутрішніх силових факторів, тобто на
загальну міцність фюзеляжу. Їх враховують
при розрахунках місцево міцності окремих
елементів фюзеляжу (обшивки, люків,
ліхтарів кабіни та інш.).
5. Врівноважується фюзеляж реакціями в
вузлах кріплення крила (опорою для
фюзеляжу являється крило), тобто реакції та
знаходяться з умови рівноваги фюзеляжу балки, навантаженого вказаними вище
силами.

44.

З аналізу навантаження частин планера
можна зробити висновок, що конструкція
крила, оперення та фюзеляжу повинна
забезпечити:
• можливість прикладання як розподілених
так і зосереджених навантажень;
• сприйняття в будь якому перерізі
поперечних сил, згинальних та крутних
моментів.

45. 3. Основні принципи створення конструкції частин планера

46.

47.

1. Конструкція крила, оперення та фюзеляжу
виконується
у
вигляді
тонкостінної
підкріплено оболонки, одним з основних
силових
елементів
якої
являється
обшивка.

48.

2. Необхідність поперечних підкріплюючих
елементів.
При роботі на згин поперечний переріз
тонкостінної конструкції намагається
змінити свою форму (сплющитися). Для
збереження форми перерізу незмінною в
елементах планера встановлюють
поперечні підкріплюючі елементи (нервюри
в крилі та оперенні, шпангоути - у
фюзеляжі), які являють собою тонкостінні
конструкції.

49.

3. Використання проміжних елементів для
перетворення
зосереджених
сил
в
розосереджені.
Тонкостінні конструкції (обшивка, стінки
нервюр та шпангоутів) нездатні сприймати
значні зосереджені сили.
Тому в місцях прикладання зосереджених
сил повинні встановлюватись спеціальні
елементи, які перетворюють їх в розосереджені
(можливо і навпаки). Такими елементами
являються, стійки, силові нервюри та силові
шпангоути.

50.

4. Тонкостінні конструкції сприймають тільки
ті сили, які лежать в їх площині
Для сприйняття поперечно сили крило
повинно мати одну або декілька вертикальних
стінок.
Часто до стінки кріплять достатньо масивні
пояси. Такий поздовжній елемент називається
лонжероном.
Лонжерон закінчується вузлами кріплення
крила до фюзеляжу.

51.

5.
Застосування
елементів,
які
підкріплюють обшивку та інші тонкостінні
конструкції
Тонкостінні елементи при роботі на
стискання та зсув можуть втрачати стійкість.
Несуча здатність тонкостінного елемента
може бути підвищена збільшенням частоти
постановок підкріплюючих елементів.
Підкріплюючими елементами для обшивки
являються нервюри (шпангоути) та стрингери,
для стінок нервюр - стійки.

52.

6.
Сили від точки прикладання до місця
врівноваження
повинні
передаватись
найкоротшим шляхом. В цьому випадку
конструкція отримується більш легкою

53.

7.
Для передачі моменту крутіння
бажано мати замкнений контур можливо
більшої площі.
У зв'язку з цим в елементах планера
намагаються по можливості зберегти
замкненість контуру, роблячи в них
мінімальну кількість вирізів.
Там, де виріз все ж необхідний, контур
розмикається, конструкцію приходиться
значно підсилювати, встановлюючи
додаткові поздовжні та поперечні елементи

54.

8.
Для зменшення маси та кількості
елементів конструкції доцільно щоб один і
той же елемент виконував декілька функцій.
Як приклад можна привести обшивку крила,
яка одночасно являється стінками
паливного бака.

55.

9.
Передачу навантажень бажано
здійснювати елементами, які працюють на
розтягання - стискання або зсув, уникати
по можливості елементів, які працюють на
згинання

56. 4. Основні силові елементи конструкції планера та їх робота під навантаженням.

57. 4.1 Конструкція та робота елементів крила

58.

Основними силовими елементами
крила є:
- обшивка;
- стрингери;
- лонжерони або стінки;
- нервюри.
Рис.4.3

59. Призначення елементів конструкції крила

Обшивка
Обшивка
• надає крилу обтічну форму;
• безпосередньо сприймає повітряне
навантаження та передає його на стрингери та
нервюри;
• працює на зсув від крутного моменту;
• працює на розтягання - стискання при
сприйнятті згинального моменту.
Обшивка виготовляється у вигляді листків різної
товщини (від 0,8 до 12 мм) або пресованих панелей.

60.

Стрингери
Стрингери
• сприймають від обшивки та передають на
нервюри повітряне навантаження;
• підкріплюють обшивку, підвищуючи її критичні
напруження при стисканні або зсуві та
зменшуючи її деформації від місцевого
повітряного навантаження;
• працюють на розтягання або стискання при
згинанні крила (сприйнятті згинального
моменту).
Виготовляються із пресованих або гнутих профілів з
різними поперечними перерізами

61.

Нормальні
Нормальні нервюри
нервюри
• забезпечують збереження заданої форми
профілю крила;
• передають місцеві навантаження на лонжерони
та обшивку у вигляді потоків дотичних зусиль;
• підкріплюють обшивку та стрингери,
збільшуючи їх критичні напруження.
Виготовляються із пресованих або гнутих профілів з
різними поперечними перерізами

62.

Підсилені
Підсилені нервюри
нервюри
• крім функцій нормальних нервюр,
трансформують зосередженні
навантаження від прикріплених до них
агрегатів у розподілені та передають їх на
лонжерони та обшивку.
Виготовляються нервюри у вигляді тонкостінної
балки, яка має пояси та стінку.

63.

це двопоясні поздовжні балки, які
Лонжерони
Лонжерони складаються зі стінки та поясів.
• ПОЯСИ сприймають згинальний момент (разом
зі стрингерами та обшивкою) працюючи при
цьому на розтягання - стискання.
• СТІНКИ сприймають поперечну силу та
приймають участь у сприйнятті крутного
моменту, замикаючи контур крила.
Для забезпечення нормальної роботи під навантаженням усі
елементи крила повинні бути надійно з'єднані між собою:
- стрингери - з обшивкою та нервюрами,
- нервюри - з обшивкою, стрингерами та стінками лонжеронів
і т.д.).

64.

В залежності від особливостей виконання
окремих силових елементів крила можуть бути
лонжеронними або моноблочними:
основна частина
УУ лонжеронних
крил
лонжеронних крил
згинального моменту
сприймається
лонжеронами.
Такі крила мають міцні пояси лонжеронів,
порівняно слабкі стрингери та тонку обшивку
(товщина обшивки вибирається з умови
сприйняття крутного моменту й не перевищує
1,5...2 мм).
Кріплення лонжеронного крила до фюзеляжу
здійснюється за допомогою декількох потужних
вузлів, якими закінчуються лонжерони.

65.

УУ моноблочних
моноблочних крил
крил основна частина
згинального моменту
сприймається обшивкою
та стрингерами.
Такі крила мають товсту обшивку
(до 10...12 мм), порівняно потужні стрингери, а
пояси їх лонжеронів практично відсутні (за
площею перерізу співвимірні зі стрингерами).
З'єднання моноблочних крил із фюзеляжем
(центропланом) здійснюється за допомогою
багатоболтового з'єднання по всьому контуру
перерізу.

66. 4.2 Конструкція та робота елементів фюзеляжу

67.

Конструктивно фюзеляжі виконуються у
вигляді тонкостінних оболонок
А ­ лонжероны; 
В ­ стрингеры; 
С ­ шпангоуты;
 D ­ внешняя оболочка.
Рис.4.8

68. 5 Обмеження, обумовлені міцністю планера та їх фізична суть

69.

Під загальною міцністю частини планера
розуміють здатність елементів її конструкції
сприймати згинальні та крутні моменти, а
також поперечну силу, тобто внутрішні
силові фактори, які являються результатом
дії усіх навантажень.
Під місцевою міцністю розуміють
здатність окремих елементів конструкції
сприймати місцеві навантаження та
передавати їх на інші силові елементи.

70.

Величини внутрішніх силових факторів в
основному визначаються величиною
перевантаження.
Що стосується місцевих навантажень, то
їхня величина у більшій ступені залежить від
швидкості польоту.
У зв'язку з цим виникає необхідність
обмежувати як величину перевантаження,
так і швидкість польоту.

71.

При зростанні ваги літака збільшуються і
навантаження на фюзеляж.
Тому обмеження ваги літака може бути
обмежене не тільки міцністю крила, але і міцністю
фюзеляжу.
Так для військово-транспортних літаків
існують не тільки обмеження загальної ваги, але і
ваги вантажу який перевозиться.

72.

Деякі агрегати літака (наприклад закрилки)
використовуються тільки на злітно-посадочних
режимах, коли швидкість польоту не велика.
Виготовляти їх більш міцними (щоб вони
витримували навантаження аж до максимальної
швидкості польоту) і, отже, більш важкими,
недоцільно.
У зв'язку з цим практично на усіх літаках
існують обмеження з швидкості:
- з випущеними закрилками;
- з випущеними шасі;
- при випуску та прибиранні шасі і т.д.

73.

Для надзвукових літаків може бути введено
обмеження швидкості польоту з умови нагріву
конструкції.
Нагрів конструкції приводить до погіршення
механічних характеристик матеріалів конструкції,
до зменшення , а також до появи температурних
напружень, що понижує як загальну, так і місцеву
міцність конструкції.
Так, наприклад, для літака МиГ-25 політ з
швидкістю V= 3000 км/год (число М=2,87) з умови
неперегріву конструкції обмежений тривалістю не
більш 5 хв.

74. 6. Можливі несправності планера, їх прояв та наслідки

75.

Основними причинами появи несправностей планера
являються:
- перевищення експлуатаційних обмежень у польоті
або при грубій посадці;
- руйнування від втомленості елементів планера;
- недбале обслуговування та збереження літака на
землі.
Недбале обслуговування може привести до
пошкодження лакофарбових покриттів, залишенню
подряпин за допомогою інструменту або цвяхами
взуття і навіть до руйнування обшивки ударом
драбини, падаючим інструментом і т.д. Поверхневі
риски, подряпини є концентраторами напружень і
особливо небезпечні для елементів, які працюють на
повторні навантаження, так як при цьому значно
знижується кількість циклів навантаження до
руйнування.

76.

Перевищення швидкості, встановленої обмеженням
може привести до :
- руйнування або деформації закрилків, стулок та щитків
шасі;
- місцевого перенапруження обшивки (появи
залишкових деформацій, ослаблення заклепок,
виникнення тріщин та інш.)
Перевищення експлуатаційних перевантажень
приводить до появи залишкових деформацій, в першу
чергу на верхній панелі крила. При цьому утворюються
залишкові хвилі із-за втрати стійкості обшивки та (або)
стрингерів.

77.

При грубій посадці можливі пошкодження силових
нервюр та шпангоутів, до яких кріпляться шасі,
двигуни та інші масивні агрегати. Пошкодження
проявляються у вигляді тріщин, овалізації отворів під
болти та заклепки, навкісних хвиль на стінках
лонжеронів, нервюр, шпангоутів та обшивці планера.
Навкісні хвилі являються наслідком втрати стійкості
тонких стінок при роботі на зсув.

78. 7. Дії екіпажу при експлуатаційних та бойових пошкодженнях

79.

Для зменшення діючих навантажень необхідно
по можливості зменшити швидкість польоту та
маневри виконувати з мінімально можливими
перевантаженнями.
При пошкодженні обшивки порушується
плавність обтікання частин планера, можливі
відривні явища та вимушені коливання.
При появі підвищених вібрацій частин планера
необхідно змінити швидкість (по можливості в
бік зменшення) або висоту польоту, режим
роботи двигуна, прибрати або випустити
закрилки, тобто постаратися виключити
резонансні явища.