69164

Построение эпюр поперечных сил Q, изгибающих М и крутящих моментов Мz в сечениях крыла

Лекция

Астрономия и авиация

Построение эпюр поперечных сил Q изгибающих М И крутящих моментов Мz В СЕЧЕНИЯХ КРЫЛА 8. Уравновешиваются эти нагрузки опорными реакциями rф крыла на фюзеляже рис. Площадь каждой iой трапеции численно равна приращению поперечной силы...

Русский

2014-09-30

696.5 KB

27 чел.

117

Министерство образования и науки Украины

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Кафедра конструкции летательных аппаратов

 

ЛЕКЦИЯ № 8 (3)

по дисциплине "Конструкция и прочность летательных аппаратов"

8. Построение эпюр поперечных сил Q,
изгибающих М И крутящих моментов Мz
В СЕЧЕНИЯХ КРЫЛА

Составитель проф. Радченко А.И.

 

Киев  2009

8. Построение эпюр поперечных сил Q,
изгибающих М И крутящих моментов Мz
В СЕЧЕНИЯХ КРЫЛА

8.1. Эпюры Q и М.

 При построении эпюр поперечных сил Q и изгибающих моментов М крыло рассматривается как двухопорная балка с консолями, которая нагружена распределенными аэродинамической (воздушной) qВ и массовой qкp нагрузками, а также  сосредоточенными силами от агрегатов Рагр. Уравновешиваются эти нагрузки опорными реакциями rф крыла на фюзеляже (рис. 8.1).

считаем, что нагрузка на участке фюзеляжа воспринимается конструкцией фюзеляжа.

Эпюры Q и М можно строить сразу от разности погонных нагрузок

. (8. 1)

Здесь, как и ранее,  Г – относительная циркуляция (поправочный коэффициент, задаваемый нормами прочности)

Величина поперечной силы в
сечении
z определяется суммированием нагрузки, расположенной по одну сторону от рассматриваемого сечения:

.    (8.2)

Изгибающий момент

Рис. 8.1 Построение эпюр Q и М                       .          (8.3)

                При  построении  эпюр  Q  и М обычно пользуются  методом
численного интегрирования
.  

Крыло  разбивают на  ряд участков длиной Δzi  и  считают, что на  каждом из  них  погонная  нагрузка изменяется по линейному закону. Площадь,  ограниченная кривой q (z), при  этом  будет  состоять  из  ряда  трапеций.

Площадь  каждой  i-ой  трапеции  численно равна приращению поперечной силы на данном участке крыла:

ΔQi = 0,5 (qi + qi-1) Δzi.

Последовательное суммирование приращений ΔQi от свободного конца крыла до рассматриваемого сечения z дает величину поперечной силы:

где п — число участков крыла от свободного конца до сечения  z.

Аналогично интегрируют эпюру M. Для участка крыла Δzi, определяют приращение изгибающего момента:

ΔMi = 0,5 (qi + qi-1) Δzi.

Суммируя приращения ΔМi, получают изгибающий момент в сечении:

Величину     поперечной силы ΔQaгp и  изгибающего момента  ΔМагр
(рис. 8.1, штриховая  линия) от действия сосредоточенных нагрузок
Рагр удобнее учитывать отдельно.

8.1.2  Построение эпюр Q и М для стреловидного крыла

Построение эпюр Q и М для стреловидного крыла проводят так же, как и для прямого. При этом распределение погонной нагрузки q ведут вдоль средней линии крыла (рис. 8.2).

Рис. 8.2. распределение погонной нагрузки q вдоль средней линии крыла

Определяя нагрузки q по ранее приведенным формулам, под b понимают хорду, нормальную к средней линии крыла.

8.1.3.Приближенное определение величин Q и М
                       
в сечении крыла.

Если погонная нагрузка распределяется пропорционально хордам крыла, то Q и М в любом сечении можно определить без  построения эпюр. В этом случае в сечении z (см. рис. 8.2) поперечная сила

,  (8.4)

а изгибающий момент

.    (8.5)

Здесь — площадь    отсеченной    части    крыла;

— расстояние от рассматриваемого сечения до центра тяжести площади отсеченной части крыла (рис. 8.2);

b и bк — соответственно текущая и концевая хорды крыла.

8.2. Построение эпюр крутящих моментов Мz 

  Эпюра крутящих моментов Мz строится относительно оси z, вдоль которой  велось  распределение  погонной  нагрузки q = qBqкр.

Ось z можно выбрать произвольно, однако удобнее совмещать ее со средней линией крыла (см. рис. 8.2).

Погонный момент относительно оси z от распределенных аэродинамических и массовых сил (рис. 8.3)

,

где хд – расстояние от передней кромки  крыла до линии центров давления;

Рис. 8.3. Определение моментов Мизг, Мz        хт – расстояние от передней кромки

     и силы Q в сечении крыла                   крыла до линии центров тяжести сечения крыла.

сосредоточенные моменты от сил агрегатов (рис. 8.4)

         ,

   где Рх - продольная сила (тяга двигателя);

  h - плечо силы Рх относительно оси z.

Интегрируя эпюру погонных моментов тz с учетом сосредоточенных моментов ΔМz, получим эпюру моментов Мz (рис. 8.4) относительно оси z:

         

                                                                       

Рис. 8.4. Определение сосредоточенных
              моментов от сил агрег
атов                                                                                         .

 Имея в сечении крыла момент Мz и поперечную силу Q (рис. 8.5), можно найти координату точки приложения нагрузки, действующей на отсеченную часть крыла.

Рис. 8.5. Определение координаты точки приложения нагрузки, действующей

               на отсеченную часть крыла

При известном положении центра жесткости в рассматриваемом сечении крыла величину крутящего момента Мz можно определить как произведение  силы Q на  плечо d до центра жесткости. Более подробно этот вопрос рассмотрен ниже.

8.2.1. Влияние на  нагружение грузов, размещаемых в крыле.

В крыле может размещаться топливо и другие грузы. На тяжелых транспортных самолетах вес топлива, заливаемого в крыльевые баки, может составлять 50% и более от взлетного веса. К крылу могут также подвешиваться контейнеры с оборудованием, топливом. Поэтому важно уметь оценивать влияние грузов на нагруженность крыла.

массовые силы в полете снижают нагрузку крыла, они способствуют уменьшению поперечных сил и изгибающих моментов в сечениях крыла. Для небольших самолетов уменьшение изгибающих моментов в корневом сечении за счет массовых сил может составлять 10…15% , а для тяжелых — 30...50%.

При посадке и движении самолета по грунту, когда подъемная сила мала, нагрузка крыла определяется, в основном, инерционными силами от масс крыла и грузов, размещенных на нем. Направлена она вниз и тем больше, чем больше вес грузов в крыле. Из эпюр поперечных сил для крыла транспортного самолета (рис. 8.6) с топливом в крыле (сплошная линия) и без топлива (штриховая) видно, что в полете топливо и двигатели разгружают крыло, а при движении по грунту - догружают.

При проектировании стремятся выбирать параметры самолета так, чтобы эксплуатационная нагрузка крыла при движении по грунту не превышала нагрузки полетного расчетного случая D.

Случай d соответствует обратному нагружению крыла, эксплуатационная перегрузка равна 0,5nэмах . Нагрузка крыла при движении по грунту определяется величиной перегрузки пэгр и весом конструкции крыла и грузов, размещенных в нем.

 из условия, что нагрузка в корневом сечении крыла при движении самолета по грунту  не должна превышать нагрузки крыла  для случая D, найдем наибольшее допустимое значение перегрузки пэгр. При этом Qэгp = Qэd. 

Из формулы (8.4). поперечная сила в корневом сечении крыла в случае d равна:


            Рис. 8.6 Сравнение эпюр q в полете

                                и при движении по земле

 (а)        

          в случае движения самолета по грунту

                                 (б)

Здесь Gкp, GT, Gдвигσ - соответственно вес конструкции крыла, топлива, размещенного в крыле, и двигателей, установленных на крыле;

приведенный относительный вес конструкции и грузов консольной части крыла.

Используя зависимости (а), (б) и условие Qэгр = Qэd, получим выражение для величины допустимой перегрузки при движении по грунту:

                                                    (в)

 Подобное выражение можно получить и для соотношения изгибающих моментов, которые, в основном, и определяют прочность крыла. Однако его удобнее получать для конкретного самолета, так как значения изгибающих моментов в сечении зависят от расстояний грузов и агрегатов, расположенных в крыле, до рассматриваемого сечения. Пользуясь соотношением (в), можно решать практические задачи.

Пример. Определить допустимую эксплуатационную перегрузку nэгр при разбеге тяжелого транспортного самолета (G = 170 000 кгс; nэmax = 2,5;
Ζкр = 0,12; ζдвΣ =0,05; ζт =0,4 при Sотс/S = 0,4). Все топливо заливается в крыльевые баки.

В рассматриваемом случае

ζ' = 0,12 + 0,4 + 0,5 · 0,05 · 2,5 = 0,58;

nэгр = 0.5 nэmax(1- ζ')/ ζ' = 0,9

Найдем теперь, как нужно изменить массу заправляемого топлива, если по каким-либо причинам (переход на грунтовой аэродром) величина эксплуатационной перегрузки увеличится до nэгр1 = 1,2. В этом случае, используя формулу (в), найдем,   что

ζ'1 = 1/(1+ nэгр1/0,5 nэmax ) = 0,51.

Чтобы обеспечить такое значение ζ'1 , а, следовательно, безопасную работу конструкции с nэгр1 = 1,2, нужно уменьшить массу заправляемого топлива на

ΔG = ΔζG = 0,07·170 000 = 11 900 кг.

Здесь

Δζ = ζтζт1 = 0,40 - 0,33 = 0,07;

ζт1 = ζ'1 ζкр - ζдвΣ(S/Sотс) = 0,51- 0,12 - 0,5 - 0,05·2,5 = 0,33.

ВОПРОСЫ

  1.  Как рассматривается крыло при построении эпюр внутренних силовых факторов (Q, M, Mz)?
  2.  Как воспринимается нагрузка на участке фюзеляжа?
  3.  Как определяется погонная нагрузка на крыло q, которая является разностью погонных нагрузок q = qв - qкр?
  4.  Как определяется величина поперечной силы Q в сечении z?
  5.  Как определяется величина изгибающего момента в сечении z?
  6.  В чем заключается метод  численного интегрирования при  построении  эпюр  Q  и  М?
  7.  Как производится построение эпюр Q и М для стреловидного крыла?
  8.  Как в любом сечении крыла можно определить Q и М без  построения эпюр?
  9.  Как строится эпюра крутящих моментов Мz?
  10.   Как учитываются сосредоточенные крутящие моменты от сил агрегатов?

                                                                


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52995. Физкультминутки на уроках русского языка в 5 – 9 классах 164.5 KB
  Когда эти буквы будут обозначать 1 звук вы поднимете голову вверх хлопнете над головой 3 раза и опустите руки вниз. Встаньте ровно руки опущены. Когда вы услышите синонимы поднимите руки вверх и хорошо потянитесь кверху. Когда услышите слово которое пишется с двумя н поднимите руки вверх.
52996. Педагогічний контроль виконання домашніх завдань з фізичної культури 275 KB
  Пропаную добірку вправ, які можуть послужити змістовним наповненням домашніх завдань. Їх виконання не потребує специфічного обладнання та інвентарю, зате забезпечує ефективний розвиток сили, координації рухів, витримки та витривалості. Додаю також нормативи педагогічного контролю виконання домашніх завдань...
52997. Фізкультурно-оздоровчі заходи для учнів молодших класів у режимі навчального дня школи: малі форми активного відпочинку 123 KB
  До цих традиційних заходів додаються психокорекційні: психогімнастика кінесіологічні вправи та ін. Короткочасні фізичні вправи та ігри в процесі уроків і виконання домашнього завдання сприяють підтриманню активної уваги і підвищують працездатність на заняттях. Основні вимоги до вибору вправ до малих форм активного відпочинку: мають відповідати віковим особливостям учнів бути простими цікавими та доступними мати ігровий характер бути зручними для виконання на обмеженій площі емоційними й досить інтенсивними; мають бути знайомі...
52998. Сценарій фізкультурно-оздоровчого Свята «Відкриття шкільної спартакіади» 376 KB
  Ведучий 1: Ми запрошуємо вас в країну шкільної Спартакіади. Ведучий 2: Шановні учні школи. Ведучий 1: Символом Олімпійських ігор є п`ять олімпійських кілець. показовий виступ художньої гімнастики Ведучий 2: Школа До виносу Олімпійського прапора струнко Винос прапора.
52999. Рухливі ігри на уроках фізкультури та в режимі навчального дня 110 KB
  Світ ігор дуже різноманітний: рухливі сюжетні народні рольові спортивні імітаційні командні групові ігриестафети ігриконкурси ігризабави ігризмагання тощо. Найкращими ліками для дітей від рухового голоду є рухливі ігри. Ігри на уроках фізкультури та в режимі навчального дня використовуються для гармонійного поєднання розумових фізичних та емоційних навантажень загального комфортного стану.
53000. Застосування методу колового тренування на уроках фізичної культури 495.5 KB
  Анотація Методична розробка комплексів колового тренування на уроках фізичної культури у 511 класах яка містить основні вимоги та набір фізичних вправ для комплексів колового тренування. Одним із сучасних методів організації і навчання учнів на уроці є метод колового тренування який запроваджується в школах нашої країни з 1966 1967 років. Колове тренування виникло як організаційнометодичний метод виконання фізичних вправ що спрямовані на комплексний розвиток рухових якостей учнів.
53001. Использование инновационных технологий на уроках физкультуры 409 KB
  Данное упражнение развивает: скоростно-силовые качества мышцы и связки ног укрепляет мышечно-связочный аппарат голеностопного сустава. Упражнение воспитывает: а организованность; б синхронность; в групповую совместимость командные качества. На уроках физической культуры практикуем как подготовительное разминочное прыжковое упражнение легкая атлетика гимнастика спортивные игры. Упражнение развивает: а ловкость.