Нагрузки действующие на крыло

НАГРУЗКИ ДЕЙСТВУЮЩИЕ  НА КРЫЛО

 

Крыло является важнейшей  частью самолета и служит для создания подъемной силы.

Кроме того, крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы также продольную устойчивость и управляемость самолета. К крылу  часто крепятся стойки шасси, могут  крепиться двигатели. Внутренние его  объемы используют для размещения топлива.

Под внешней формой крыла  подразумевают его вид в плане  и спереди, а также форму его  поперечного сечения (профиль). Для  современных самолетов характерно применение крыльев различных внешних  форм.

Внешние формы крыла оказывают  влияние не только на аэродинамические, весовые и прочностные характеристики крыла, но и на характеристики всего  самолета в целом.

 

Крыло, обеспечивая создание практически всей подъемной силы, является высоконагруженной частью самолета. К основным нагрузкам крыла  относятся аэродинамические и массовые силы.

Аэродинамическая нагрузка возникает в результате взаимодействия крыла с воздушным потоком  и является распределенной.

Величина расчетной (разрушающей) аэродинамической нагрузки определяется по формуле

Раэр = Yр = G × n × f,

где G – сила тяжести самолета;

n – коэффициент эксплуатационной перегрузки;

f – коэффициент безопасности.

Равнодействующие погонной аэродинамической нагрузки приложены  по линии центров давления крыла.

Нагрузки, действующие на крыло

Массовые нагрузки – это  силы тяжести и инерции масс конструкции  самого крыла, топлива, грузов и агрегатов, расположенных внутри или прикрепленных  к нему снаружи. Инерционные силы возникают при появлении ускорений  в криволинейных полетах, при  полете в болтанку или при ударе  о землю во время посадки.

 Погонные массовые нагрузки конструкции крыла распределяются по размаху так же, как и его масса. Равнодействующие погонных массовых сил приложены по линии центров тяжести крыла, которую можно считать проходящей через точки, лежащие на 42-45 % хорд от носка крыла.

 

СХЕМЫ ШАССИ

 

Шасси предназначено для  стоянки и передвижения самолета по земле. Оно оснащено амортизаторами, поглощающими энергию ударов при  посадке и при передвижении по земле, и тормозами, обеспечивающими  торможение самолета при пробеге  и рулении. Для устойчивого положения  самолета на земле необходимы минимум  три опоры. В зависимости от расположения опор шасси относительно центра тяжести  самолета различают следующие основные схемы: а) с передней опорой, б) с хвостовой  опорой и в) велосипедного типа

 

Основные типы шасси:

1 – передняя опора; 2 – главные опоры; 3 – задняя опора; 4 – подкрыльные опоры

 

Схема шасси и ее параметры  определяют характеристики устойчивости и управляемости самолета при  его движении по грунту, влияют на нагружение опор.

Трехопорная схема шасси  с передней опорой характеризуется  наличием двух основных опор, расположенных  несколько позади центра тяжести, и  одной передней, вынесенной на значительное расстояние вперед от центра тяжести  самолета. Такая схема пришла на смену схеме шасси с хвостовой  опорой.

Трехопорная схема шасси  с хвостовой опорой в настоящее  время применяется редко, в основном на легких учебных и вспомогательных  самолетах. Применяется также велосипедная (двухопорная) схема шасси.

На современных самолетах  наибольшее распространение получила трехопорная схема шасси  передней опорой. Объясняется это следующим: носовая стойка предохраняет самолет  от капотирования, что позволяет  более энергично затормаживать  колеса; предотвращается «козление» самолета, т.к. центр тяжести располагается впереди основных колес, и при ударе основными стойками о ВПП при посадке угол атаки и коэффициент подъемной силы крыла(СY) уменьшаются.

Кроме этого горизонтальное положение оси фюзеляжа обеспечивает хороший обзор экипажу, создает  удобства для пассажиров, облегчает  загрузку самолета тяжелыми грузами, позволяет  размещать реактивные двигатели  горизонтально, при этом газовая  струя не разрушает аэродрома, обеспечивает самолету хорошую устойчивость при  пробеге и разбеге.

Вместе с тем, схема  шасси с передней опорой имеет  и недостатки: сложность передвижения по мягкому и вязкому грунту, т.к. «зарываются» колеса передней опоры; большая опасность при посадке с поврежденной передней опорой.

Основные геометрические параметры трехопорного шасси с  передней опорой (рис. 6.2) – это продольная база, колея, высота шасси, вынос основных опор относительно центра тяжести, а  также углы: посадочный (угол между  поверхностью земли и касательной  к задней части фюзеляжа, исходящей  из точки соприкосновения колес  основных опор и грунта), угол выноса основных опор. Большинство перечисленных  параметров связаны между собой.

С целью уменьшения веса стоек желательно иметь небольшую  высоту шасси. Однако чтобы обеспечить посадочный угол атаки, высоту стоек  приходится увеличивать. Посадочный угол выбирается из условия, чтобы при  посадке самолет не касался грунта хвостовой частью фюзеляжа.

Угол выноса шасси должен быть больше посадочного угла, для  того чтобы при посадке предотвратить  опрокидывание самолета на хвост. Вынос  основных опор шасси относительно центра тяжести обычно составляет 10-12 % от базы шасси, что влияет на распределение  нагрузки между опорами. Колея шасси влияет на характеристики поперечной устойчивости, а также на управляемость самолета при движении по грунту. Велосипедная схема шасси характеризуется наличием двух основных опор, расположенных под юзеляжем, и двух подкрыльных стоек, основное назначение которых – предохранить самолет от опрокидывания на крыло.

Велосипедная схема шасси  – вынужденная схема. Переход  к ней обусловлен трудностями  размещения опор на крыле, особенно на больших самолетах с высокорасположенным  крылом, у которых длина стоек  при расположении под крылом может  достигать 3-4 м и более. При велосипедной схеме шасси из-за сравнительно большой нагрузки на переднюю опору отрыв ее на взлете затрудняется. Для облегчения взлета в конструкцию шасси включают механизм «вздыбливания» передней опоры или «приседания» задней опоры. Вздыбливание увеличивает угол атаки крыла на 2-4°, благодаря чему увеличивается подъемная сила. Дополнительные механизмы («вздыбливания», уборки и выпуска подкрыльных стоек) усложняют конструкцию шасси и понижают уровень безопасности полетов.

Многоопорные схемы шасси  фактически соответствуют трехопорной  схеме с передней опорой и применяются  на самолетах повышенной проходимости и на тяжелых самолетах, которые  требуют большого количества колес.

Многоопорные шасси

 

 

 

ПРОЦЕССЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА 4-х ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя  состоит из четырёх основных этапов — тактов.

Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже.

Сгорание и  расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

 

Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое  положение, когда открыты сразу  оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего  наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки  цилиндров от отработанных газов.

 

Справка

 

Изобретатель 4-тактного двигателя  внутреннего сгорания (как впрочем, и двухтактного) немец Николаус Август Отто (1832-1891). Поэтому ДВС иногда называют двигателем Отто.

Из соображений экономичности, все больше моторов оснащается четырехтактными  двигателями. Хотя эти моторы при  одинаковом объеме цилиндра уступают по мощности двухтактным, они обладают своими преимуществами:

 

- экономичность расхода топлива

- надежность

- простота обслуживания

- четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

 

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной  ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или  доливать масло в специальный  бачок (на моделях двухтактных лодочных моторов с раздельной системой смазки). Достаточно залить чистый бензин в  топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость  покупки специального масла для 2-тактных двигателей. Так же на зеркале  поршня и стенках глушителя и  выхлопной трубы образуется значительно  меньше нагара. К тому же, в 2-тактном  двигателе происходит выброс несгоревшей  топливной смеси в воду, что  объясняется его конструкцией.

На коленвале установлена  ведущая звездочка, обеспечивающая (через цепь) вращение распределительного вала, находящегося в головке цилиндра. Этот вал определяет, когда должен быть открыт или закрыт один из двух клапанов (клапаны впуска и выпуска), в зависимости от положения поршня. На распредвале находятся кулачки, которые задействуют коромысла  клапанов. (на схеме изображен распределительный  вал.

 

Коромысла нажимают на тот  или иной клапан, открывая его. Между  регулировочным болтом коромысла и  клапаном должен быть зазор, так называемый тепловой зазор. При нагревании металл расширяется, и если тепловой зазор  мал или его нет совсем, то клапаны  не будут плотно закрывать впускной или выпускной каналы, поэтому  так важно регулировать зазор  клапанов. Выхлопные газы горячее  топливной смеси, и выпускной  клапан нагревается (а следовательно  и расширяется) больше, чем впускной. Этим объясняется разница зазоров  на впускном и выпускном клапанах.

 

 

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ

 

Винт — устройство, совершающее вращательное движение с закреплёнными перпендикулярно  оси вращения лопастями, предназначенное  для преобразования движения вращения винта в поступательное движение газов и жидкостей, и наоборот.

 

Применение: привод воздушных  и морских судов (воздушный винт, гребной винт); перемещение газов, жидкостей, сыпучих и кусковых материалов и обратное преобразование поступательного  движения газа или жидкости для получения  вращательного движения (ветряные мельницы, турбины гидроэлектростанций, ветроэлектростанций).

 

Параметры:

Диаметр винта — диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта.

Поступь воздушного винта — действительное расстояние, на которое движущийся поступательно винт продвигается в воздухе вместе с самолетом за один свой полный оборот.

Геометрический  шаг винта — расстояние, которое движущийся поступательно винт должен пройти за один свой полный оборот, если бы он двигался в воздухе как в твёрдой среде. Геометрический шаг винта отличается от поступи винта на величину скольжения винта в воздушной среде.

Угол установки  лопасти винта j — угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта.

 

Ребро лопасти, рассекающее  воздух, называется передней кромкой, а заднее — задней кромкой. Плоскость, перпендикулярная оси вращения винта, называется плоскостью вращения винта.

Сечения рабочей части  лопасти имеют крыльевые профили. Профиль лопасти характеризуется: хордой, относительной толщиной и  относительной кривизной. Для большей  прочности применяют лопасти  с переменной толщиной — постепенным  утолщением к корню. Хорды сечений  лежат не в одной плоскости, так  как лопасть выполнена закрученной.

Винты подразделяются на винты  с постоянным шагом вдоль лопасти (все сечения имеют одинаковый шаг) и с переменным шагом (сечения  имеют разный шаг). У винтов с постоянным шагом величина тяги увеличивается  по мере увеличения скорости ротации. Винты с переменным шагом вращаются  с постоянной скоростью, а их тяга изменяется регулирующим скорость углом, под которым лопасти винта  набегают на воздух или воду.

Лопасти при вращении создают  такие же аэродинамические силы, что  и крыло. Геометрические характеристики винта влияют на его аэродинамику.

Форма лопасти в плане - наиболее распространенная симметричная и саблевидная.

 

Формы воздушного винта: а - профиль лопасти, б - формы лопастей в плане

Диаметр, радиус, геометрический шаг воздушного винта