Проектирование самолёта (стр. 3 из 5)

6. Определяем площадь миделевого сечения фюзеляжа:

2. РАСЧЁТ ФЮЗЕЛЯЖА
КП 206.9373.1301.12.000
Изм	Лист	№ Докум.	Подп.	Дата
Разраб.		Лазарев В.В.	Литер.			Лист	Листов Листов
Пров.		Матвеев Е.Н. ЕЕА.Н.	Расчёт	У	5	5
Т.контр.
Н.контр.		Фюзеляжа	ИАТУ УлГТУ
Утв.		АСВд-42

Фюзеляж является силовой базой – опорой для основных частей самолета, т.к. к нему крепятся и в силовом отношении на нем замыкается крыло, оперение, шасси силовые установки расположенные в фюзеляже. Кроме того в нем размещается экипаж, топливо, пассажиры, вооружение, двигатели, оборудование и грузы.

Так как фюзеляж является строительной базой самолета то главными внешними нагрузками будут силы передающиеся на него от прикрепленных частей самолета (крылья, шасси, оперение, силовые установки). Эти силы определяются из расчета данного агрегата при соответствующих отношениях эксплуатационной перегрузки и коэффициента безопасности. Кроме того на фюзеляже действуют сосредоточенные массовые силы от масс грузов и агрегатов, расположенных внутри фюзеляжа, а так же распределенные массовые силы от массы собственной конструкции фюзеляжа. Для определения таких нагрузок необходимо знать ускорения либо перегрузки любой точки фюзеляжа. С этой целью производится динамическое уравновешивание всего самолета в целом.

На поверхности фюзеляжа возникают местные аэродинамические силы разряжения и давления. Аэродинамические нагрузки фюзеляжа при симметричном обтекании в основном являются самоуравновешенными в поперечном сечении и поэтому влияют только на местную прочность. Величины этих нагрузок определяется путем продувок или по рекомендации норм прочности. В отдельных местах воздушные нагрузки с учетом внутреннего давления могут достигнуть величины 10⁵ Па.

Фюзеляж должен обеспечивать восприятие всех нагрузок передающихся на него от других частей самолета, во всех расчетных случаях, задаваемых нормами прочности.

Для расчета фюзеляжа на прочность необходимо знать распределение перерезывающих сил Q^p_y, Q^p_z, изгибающих моментов М^p_z, М^p_y и крутящего момента по его длине.

Имея значение этих силовых факторов можно провести подбор толщины обшивки и размеры поперечного сечения продольных элементов.

2.1.Определение внешних нагрузок фюзеляжа от оперения

Рассмотрим нагрузки, передающиеся на фюзеляж со стороны горизонтального и вертикального оперения.

На горизонтальное оперение могут действовать следующие нагрузки: а) уравновешивающая нагрузка, б) маневренная нагрузка, в) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, но для расчета фюзеляжа нам нужно знать только уравновешивающую и маневренную нагрузку для случая А’.

Для вертикального оперения принимаются следующие случаи нагружений: а) маневренная нагрузка, б) нагрузка от полёта в неспокойном воздухе, в) демпфирующая нагрузка, г) случай остановки двигателя по одной стороне.

Определение уравновешивающей нагрузки.

Уравновешивающая нагрузка определяется для расчетного случая A’ по формуле

где

=-0,15 –коэффициент аэродинамического момента самолета без ГО

b_a =1,24 м – среднеаэродинамическая хорда крыла

L_го=3 м – расстояние от центра масс до центра давления аэродинамических сил ГО

Определение маневренной нагрузки. Маневренная нагрузка ГО по нормам прочности рассматривается в двух случаях и может быть выражен через условную удельную нагрузку на крыло.

В первом из них для случаев A’, В и С маневренная нагрузка суммируется с уравновешивающей нагрузкой:

где k₁= 0,265 – коэффициент заданный Нормами прочности,

S– площадь крыла,

S_го – площадь горизонтального оперения.

2.2. Распределение массовых сил вдоль фюзеляжа

Относительную массу конструкции самолета

=0,32. Она также может быть представлена в виде:

, где

– относительная масса крыла,

– относительная масса фюзеляжа,

– относительная масса оперения,

– относительная масса шасси.

Относительную массу крыла принимаем по статистике для легких пассажирских самолетов [1, с.131]:

=0,11.

Относительную массу фюзеляжа определяем по формуле Шейнина для дозвуковых магистральных самолетов [1, с.136]:

Коэффициент положения двигателей k₁ принимаем по формуле:

k₁=3,63-0,333 ^.d_ф=3,63-0,333 ^.0,96=3,31

Показатель степени i, учитывающий размеры фюзеляжа, принимаем равным 0,743 (когда d_ф≤4м).

Коэффициент положения стойки главного шасси k₂=0,01, коэффициент места уборки колес главного шасси k₃=0,004, коэффициент транспортировки багажа k₄=0. Тогда относительная масса фюзеляжа:

=2,95^.6,7^.0,96^{2 .}2857^-0,743+0,01+0,004+0=0,06

Относительную массу оперения рассчитываем по формуле [1, с.141]:

Коэффициент скорости полета k_v определяем:

k_v=0,643+1,02 ^.10^-3.V_крейс=0,643+1,02^.10^{-3 .}280=0,93

Коэффициент маневренности k_м=1. Тогда относительная масса оперения:

Определяем абсолютные значения масс элементов конструкции самолета:

=0,11^.2857=314 кг; G_кр=3140 Н,

=0,06^.2857=171 кг; G_ф=1710 Н,

=0,012^. 2857=34 кг; G_оп=340 Н,

=0,01^.2857=29 кг; G_ш=290 Н.

Для построения эпюры массовых сил фюзеляжа рассматриваем фюзеляж как балку, опирающуюся на лонжероны крыла и нагруженную массовыми распределенными силами от конструкции фюзеляжа (q_ф) и распределенными массовыми силами от грузов, экипажа, пассажиров, расположенных в фюзеляже (q_гр). Тогда суммарная распределенная нагрузка, действующая на фюзеляж, запишется в виде:

, где

Площадь боковой проекции фюзеляжа и груза, а также высоты фюзеляжа H_i определяем, разбив фюзеляж на отдельные части.

№ сеч.	X_i, м	H_i, м	S_бок_i, м²	, Н/м	, Н/м	, Н/м
0	0	0	0,44	0	0	0
1	0,8	0,92		9469	12298	-21767
			0,92
2	1,6	1,56		11308	24311	-35619
			1,56
3п/л	2,4	2,175		15151	46547	-61698
			0,72
4	2,8	2,175		18976	64710	-83686
			0,76
5п/л	3,15	2,175		20801	87280	-108081
			3,7
6	4,85	2,175		-101723	-35321	137044
			3,7
7	6,55	2,175		-73582	-5739	79321
			3,7
8п/л	8,25	2,02		-56802	-1319	58121
			2,84
9п/л	9,75	1,56		-40320	0	40320
			2,12
10	11,65	0,92		-19329	0	19329
			1,16
11	13,56	0		0	0	0

Табл. 3.1.1. Построение эпюр массовых сил