Призначення і конструкція крила

Планер літака. Призначення і конструкція фюзеляжу

Планером називається конструкція літака без силової установки. Планер літака складається з фюзеляжу, крила і хвостового оперення. Конструкція кожної з цих частин визначається формою, матеріалом, способами кріплення елементів між собою, наявністю експлуатаційно-технологічних роз'ємів, вирізів і іншими факторами.

Мал. 3.1. Планер літака

Фюзеляж служить для розміщення екіпажу, обладнання, палива, двигуна і вантажів, які визначаються призначенням літака. Крім того, до нього кріпиться крило, шасі, оперення і різні агрегати.

Мал. 3.2. Фюзеляж літака (стадія виготовлення)

Сили, що діють на фюзеляж:

сили, що передаються фюзеляжу від скріплюються їм агрегатів (крила, оперення, шасі);

масові сили від агрегатів і вантажів усередині фюзеляжу і конструкції фюзеляжу;

При розрахунку фюзеляжу на міцність, його розглядають як балку, що спирається до крила, і умовно поділяють на носову, середню і хвостову частини. У разі симетричного навантаження фюзеляж працює на вигин в площині симетрії, при несиметричному - на вигин і кручення. В умовах експлуатації необхідно звертати особливу увагу на стан обшивки, яка підлягає впливу підвищених аеродинамічних і внутрішніх сил.

Мал. 3.6. Схема сил і навантажень, що діють на фюзеляж в польоті

Для зручності вивчення конструкції розділимо фюзеляж на три відсіки: носовий Ф - 1, середній Ф - 2 і хвостовій Ф - 3, всетрі відсіку виконані негерметичними. Відсік Ф - 1 до шпангоута (шп.) № 1 закритий обтекателями капота, під якими розміщені моторама з двигуном Rotax - 912 ULS 3. відсік Ф - 2 включає в себе вбудований паливний бак, кабіну пілотів закриту ліхтарем з органічного скла, крісла та підстава пульта управління, центроплан крила, вузли кріплення стійок шасі, комунікації органів систем управління і рятувальну систему GRS. Відсік Ф - 3 призначений для кріплення хвостового оперення: вертикального - кіля з кермом напрямку і горизонтального - стабілізатора з кермом висоти, кермо висоти оснащений тримерами.

Рис.3.4. Схема відсіків фюзеляжу

Мал. 3.5. Схема поперечного та поздовжнього силового набору фюзеляжу

Мал. 3.6. Фото силового набору фюзеляжу

Зовнішня форма фюзеляжу визначається призначенням літака, аеродинамічними чинниками, розташуванням двигунів і іншими факторами (рис. 3.7.).

Мал. 3.7. форми фюзеляжів

Поперечний переріз може бути різної форми. Прямокутне (або близьке до нього) перетин зручно для вантажних літаків; круглий перетин найбільш раціонально для швидкісних і висотних літаків. Застосування овальних і більш складних форм продиктовано прагненням зменшити опір при хорошому використанні внутрішнього обсягу.

В даний час в авіації широко застосовують балкові фюзеляжі. Вони являють собою тонкостінні пустотілі балки, що мають більш-менш потужну, що працює обшивку, а також поздовжній і поперечний силові набори. Залежно від виду балочного фюзеляжу поздовжній набір може складатися з лонжеронів або стрингерів. Поперечний набір складається з шпангоутів.

Розрізняють три різновиди балкових фюзеляжів:

обшивочний (рис. 4.3).

Мал. 3.7. Балкові фюзеляжі:

а - Лонжерон; б - стрингерного; в - обшивочний;

1, 5 - стрингери; 2, 6, 8 - шпангоути; 3 - лонжерони; 4, 7, 9 - обшивка.

Лонжерон (фр. Longeron, від longer - йти вздовж) - основний силовий елемент конструкції літаків, що розташовується по довжині конструкції. Лонжерони спільно зі стрінгерами утворюють поздовжній набір каркаса крил, фюзеляжу, оперення, керма і елеронів.

Шпангоути визначають форму поперечного перерізу фюзеляжу і запобігають втраті стійкості оболонки, змушуючи її працювати без спотворення поперечних перерізів, як балку. Неусиленном шпангоути служать для збереження форми оболонки (обшивки) фюзеляжу при вигині, перешкоджаючи смятию фюзеляжу. Посилені шпангоути встановлюються в місцях кріплення конструктивних елементів, агрегатів і вантажів.

Фюзеляж літака виконаний з багатошарового пластику і являє собою полумонокок овального перетину, для досягнення оптимального співвідношення жорсткості, маси і аеродинамічного опору

Призначення і конструкція крила. (15 хв.)

Крило є найважливішою частиною літака і служить для створення підйомної сили. Крім того, крило забезпечує поперечну стійкість і керованість літака, для чого несе на собі спеціальні органи управління - елерони, закрилки. Крило також використовується для кріплення шасі, для розміщення палива і обладнання.

Під зовнішньою формою крила мають на увазі його вид в плані і спереду, а також форму його поперечного перерізу (профіль). Для сучасних літаків характерно застосування крил різних зовнішніх форм. Зовнішні форми крила впливають не тільки на аеродинамічні, вагові та характеристики міцності крила, але і на характеристики всього літака в цілому.

Мал. 3.8. профіль крила

1-середня лінія, 2-хорда профілю.

Профілем крила називається форма перетину його площиною по набігаючого потоку повітря (рис. 3.8). Найбільшого поширення набули двоопуклі несиметричні профілі. Відрізок прямої, який з'єднує дві найбільш віддалені точки профілю, називається хордою профілю (b). Кривизна профілю (f max) визначається як відстань між хордою і середньою лінією профілю; Xc max - відстань максимальної товщини від носка профілю. Відносна максимальна товщина профілю визначається формулою

де С max - максимальна товщина профілю; b - хорда профілю.

Форма крила в плані характеризується розмахом l, площею S подовженням # 955 ;, звуженням # 951; і стреловидностью # 967 ;.

Розмахом крила називається найбільша відстань між кінцевими точками крила, заміряне по нормалі до площини симетрії.

Площею крила називають площу його проекції на площину хорд.

Крило, забезпечуючи створення практично всієї підйомної сили, є високонавантаженої частиною літака. До основних навантажень крила відносяться аеродинамічні і масові сили. Аеродинамічна навантаження виникає в результаті взаємодії крила з повітряним потоком і є розподіленою.

Величина розрахункової (руйнує) аеродинамічного навантаження визначається за формулою Раер = Yр = G × n × f. де G - сила тяжіння літака; n - коефіцієнт експлуатаційної перевантаження; f - коефіцієнт безпеки. Равнодействующие погонной аеродинамічного навантаження прикладені по лінії центрів тиску крила (рис. 3.9).

Мал. 3.9. Навантаження, які діють на крило

Масові навантаження - це сили тяжіння і інерції мас конструкції самого крила, палива, вантажів і агрегатів, розташованих усередині або прикріплених до нього зовні. Інерційні сили виникають при появі прискорень в криволінійних польотах, при польоті в бовтанку або при ударі об землю під час посадки.

Погонні масові навантаження конструкції крила розподіляються за розмахом так само, як і його маса. Равнодействующие погонних масових сил докладено по лінії центрів тяжіння крила, яку можна вважати що проходить через точки, що лежать на 42-45% хорд від носка крила.

Крила літаків відрізняються великою різноманітністю не тільки зовнішніх форм, а й особливостей конструкції. У всіх випадках крило повинно бути достатньо міцним і жорстким при мінімальній масі. Передаючи підйомну силу на фюзеляж, крило піддається деформацій вигину, крутіння і зсуву (рис 3.10), які повинні сприйматися відповідними силовими елементами.

Рис.3.10. Зрушення, вигин і крутіння крила

Конструктивно-силову схему крила зазвичай утворюють елементи поздовжнього, поперечного набору і обшивка. До подовжньому набору відносяться лонжерони, поздовжні стінки і стрингери. Поперечний набір складається з нервюр.

Крила різних типів зазвичай представляють собою набори однотипних елементів, що беруть участь в сприйнятті зовнішніх навантажень і складових його конструктивно-силову схему. До подовжньому набору відносяться лонжерони і стрингери.

Лонжерони сприймають згинальний момент і поперечну силу. Лонжерони представляють собою поздовжні балки, що складаються з поясів і стінок (рис. 3.11). Велика частина маси лонжерона доводиться на його пояси, в яких при вигині виникають найбільші нормальні напруги, тому що їх матеріал найбільш віддалений від нейтральної осі.

Мал. 3.11. Конструкція лонжеронів:

1-пояса лонжерона; 2-стінка лонжерона; 3 ребра жорсткості.

Стрингери - поздовжні елементи, які беруть участь в сприйнятті згинального моменту. При цьому в них діють осьові сили стиснення або розтягування. Стрингери підкріплюють обшивку, збільшуючи її стійкість, сприймають місцеву повітряну навантаження і передають її на нервюри.

Поперечний набір крила зазвичай складається з нервюр, які за призначенням поділяються на нормальні і силові (або посилені). Нервюри надають форму профілю, підкріплюють поздовжні елементи і обшивку, збільшуючи їх стійкість.

Обшивка утворює гладку, удобообтекаемую поверхню, герметизує крило. Вона не тільки сприймає аеродинамічну навантаження, але і працює на кручення, а часто і на вигин. Ступінь участі обшивки в сприйнятті згинального моменту залежить від її товщини. Товщина обшивки залежить від конструкції крила і діючих в даному перетині навантажень. У напрямку до кінця крила навантаження і товщина обшивки зазвичай зменшуються, тому при її виготовленні необхідно застосовувати листи різної або змінної товщини.

Зовнішні форми крил характеризуються взаємним розташуванням крила і фюзеляжу, профілем поперечного перерізу, його видом в плані і видом спереду. При виборі форми крила враховуються призначення літака, аеродинамічні, конструктивні і міцності вимоги. Від правильного вибору зовнішніх форм крила багато в чому залежить досконалість аеродинамічних і вагових характеристик літака в цілому.

Мал. 3.12. Конструкція Лонжерон крила

Поєднання крила з фюзеляжем характеризується становищем крила по висоті фюзеляжу і уздовж його поздовжньої осі, а також містить інсталяційний кутом. Залежно від розташування крила по висоті фюзеляжу літаки поділяються на а) низкоплан, б) високоплан і і) среднеплан.

Розташування крила вздовж осі фюзеляжу визначається умовами забезпечення на всіх режимах польоту хорошою стійкості і керованості літака.

Мал. 3.14. Розташування крила по висоті фюзеляжу

Установчий кут крила - кут # 945; уст ... ..образованний кореневої хордою крила і поздовжньою віссю фюзеляжу.

Мал. 3.15. Установчий кут крила

· Установчий кут крила # 945; ................ 3 °

Крило оснащено елеронами і щитками, вузлами навішування, які кріпляться до допоміжного лонжерону (Рис. 3.16.). Управління елеронами жорстке, яке здійснюється ручкою управління в кабіні пілотів. Граничне відхилення елеронів вгору 16 °, вниз 11 ° обмежуються регулювальними тягами.

Призначення і пристрій елеронів. Елерони призначені для забезпечення поперечної керованості літака. Ефективність елеронів залежить від величини їх кута відхилення. При рівному відхиленні елерона вгору і вниз ефективність його буде різною - більшою при відхиленні вниз і меншою при відхиленні вгору

Конструкція елерона (рис. 3.17. А)), зазвичай складається з лонжерона, стрингерів, набору нервюр і обшивки. На ділянках вузлів підвіски в шкарпетці елерона роблять вирізи. У місцях застосування до конструкції зосереджених сил також встановлює посилені нервюри.

Механізація крила. Механізація крила призначена для збільшення підйомної сили крила з метою зменшення посадкової швидкості. В даний час на літаках застосовуються щитки, закрилки, підкрилки, предкрилки, відхиляються шкарпетки крила, реактивні закрилки, управління прикордонним шаром.

Щитком називають рухому пепрофілірованную частина крила, розташовану на нижній його поверхні, яка при необхідності через систему управління відхиляється вниз. Розрізняють прості щитки або щитки з фіксованою віссю обертання (рис.3.19. А) і зсувні щитки або щитки з ковзаючою віссю обертання (ріс.3.19.б), при відхиленні яких вниз вісь обертання зміщується по хорді назад.

Закрилками називають хвостову профільовану частина крила, відхиляється тільки вниз. Розрізняють закрилки прості (рис.3.19. В), щілинні (рис. 3.19. Г) і зсувні (рис.3.19. Д). Щілинний закрилків відрізняється від простого за-крилка наявністю профилированной щілини між закрилками і задньою стінкою крила-

Підкрилки називають відхиляється вниз і зрушувати назад профільовану частина нижньої поверхні крила (рис.3.19. Е).

На відміну від зсувного щитка підкрилки мають крильевой профіль, і при випуску відхиляються вниз і зміщуються назад, причому між носком підкрилки і крилом, утворюється профільована щілина.

Предкрилки називають профільовану частина крила, розташовану по передній крайці крила і утворить в робочому положенні щілину між предкрилки і крилом (рис. 3.19. Ж). Предкрилки встановлюються або по всьому розмаху крила, або в кінцевій частині крила. Відхиляються примусово або автоматично.

Мал. 3.19. механізація крила

Заключна частина заняття (2 хв.).

1. підвести підсумки;

2. завдання на самопідготовку: вивчити матеріал даного заняття;

3. відповісти на питання.

Заняття 4. Планер літака. Конструкція хвостового оперення