ПРОЧНОСТЬ САМОЛЕТА

Способность самолета выдерживать действующие на него в полете внешние нагрузки без разрушения и появления остаточных деформаций называется прочностью самолета.

При различных режимах полета конструкция самолета испытывает нагрузку трех видов:

— от веса самолета;

— при полете в неспокойном воздухе (в болтанку);

— нагрузку при маневре, т. е. при резком выходе самолета из планирования.

Отношение подъемной силы Y к весу самолета G называется перегрузкой и обозначается n:

Степень увеличения подъемной силы при различных режимах полета самолета определяется коэффициентом эксплуатационной перегрузки n_Э.

В горизонтальном установившемся полете подъемная сила равна весу самолета (рис. 1.3), следовательно, коэффициент эксплуатационной перегрузки равен единице:

При полете в возмущенном потоке (рис. 1.4) на самолет действуют горизонтальные и вертикальные потоки воздуха, которые, изменяя углы атаки крыла, превращают полет самолета из горизонтального в криволинейный, т. е. создают, помимо воли пилота, перегрузку самолета больше единицы.

При определении максимально допустимой эксплуатационной перегрузки любого самолета исходят из условия, чтобы возникающие в элементах конструкции напряжения не превышали предел пропорциональности, т. е. чтобы не было остаточных деформаций в конструкции самолета.

Для самолета Ан-2 максимальная эксплуатационная перегрузка равна 3,74. С целью сохранения установленной для самолета максимальной эксплуатационной перегрузки скорость при снижении не должна превышать при полете в спокойном воздухе самолет в горизонтальном полете 220 км/ч, а при полете в болтанку— 190 км/ч. Максимально допустимая скорость полета по прибору 250 км/ч.

Рис. 1.3. Схема сил, действующих на самолет в горизонтальном полет:

Р— сила тяги воздушного винта; У— подъемная сила; Q— сила лобового сопротивления; G— сила веса самолета.

 

 

Перегрузка, при которой происходит разрушение конструкции самолета, называется разрушающей или расчетной и обозначается n_р. Разрушающая перегрузка всегда больше эксплуатационной.

Число, которое показывает, во сколько раз коэффициент разрушающей перегрузки больше коэффициента эксплуатационной перегрузки, называется запасом прочности или коэффициентом безопасности и обозначается буквой f. Чем больше коэффициент безопасности, тем больше прочность самолета.

 

Рис.1.4. Полет в воздушном потоке и возникновение перегрузок:

 

a— угол атаки до действия вертикального потока;

α₁— угол атаки при действии вертикального потока;

W— скорость вертикального потока воздуха;

∆Y— приращение подъемной силы.

 

Установлено некоторое минимальное значение коэффициента безопасности, с тем чтобы при максимально допустимой эксплуатационной перегрузке напряжения в элементах конструкции не вызывали остаточных деформаций.

Для неманевренных самолетов коэффициент безопасности f = 1,5. Для самолета Ан-2 максимальный коэффициент разрушающей или расчетной перегрузки будет:

Самолет Ан-2 относится к 4-му классу транспортных самолетов. Его полетный вес G = 5500 кгс

Приведенная выше разрушающая перегрузка определена из условий прочности коробки крыльев. Все остальные части самолета (фюзеляж, хвостовое оперение, рама двигателя и др.) рассчитаны на прочность по результатам статических испытаний и имеют несколько больший запас прочности, чем принятый в расчете.

Прочность шасси самолета Ан-2 определяется нормами прочности, которыми предусмотрено несколько расчетных случаев. Для каждого расчетного случая в зависимости от посадочной скорости и полетного веса устанавливается максимально допустимая эксплуатационная перегрузка. Для колесного шасси самолета Ан-2 — 2,66, для лыжного шасси — 2,5 и для поплавкового шасси — 3,14.

При этих перегрузках в элементах конструкции шасси не должны возникать остаточные деформации.

Коэффициент безопасности для шасси и поплавков равен 1,65. Разрушающая перегрузка для элементов конструкции колесного шассии для поплавков

Амортизацию шасси подбирают также из условий нагрузок, величины которых определяют в зависимости от посадочной скорости и полетного веса самолета.

Существует понятие так называемой «нормированной работы», которая по величине равна кинетической энергии, развиваемой при ударе, если самолет с нормальным полетным весом сбросить с высоты 0,8 м. Нормированная работа определяется по формуле:

где: М — масса самолета;

V_y — вертикальная скорость самолета в момент его соприкосновения с землей, определяемая по нормам прочности.

При поглощении амортизаторами шасси и пневматиками колес «нормированной работы» при ударе, в момент максимального обжатия пневматиков, возникающие перегрузки не должны превышать максимально допустимую эксплуатационную перегрузку для шасси n _{э max} = 2,66.

Амортизация шасси поглощает работу A _{э норм} =974 кгс·м при перегрузке n _э =2,1; максимальная «нормированная; работа» A _{норм max}= 1720 кгс·м при n _э =2,66 (полная работа амортизационной стойки). При подборе пневматиков и амортизаторов шасси считают, что пневматики должны поглощать около 40% и амортизаторы около 60% «нормированной работы».

Достаточный запас прочности шасси, наличие мягкой гидропневматической амортизации и колес полубаллонного типа обеспечивают посадку самолета с парашютирования.