весом 75 кг станет весить 281 кг, то есть мы должны «взять на плечи» ещё 206 кг. Такого даже представить себе невозможно, поэтому в любую сильную болтанку волноваться не надо, – почти четырёхкратная перегрузка – это пример невозможного события, однако именно на неё рассчитывается конструкция нашего самолёта.

Случаи нагружения (расчётные случаи) устанавливаются для самолёта в целом и его основных агрегатов (крыло, оперение, фюзеляж, шасси, управление и т.д.), исходя из всех возможных эксплуатационных ситуаций. Каждый расчётный случай может иметь и буквенное обозначение. Так, регламентируется нагрузка на крыло при выходе из пикирования и при полёте в болтанку с большой скоростью (случай А' ); нагрузка на шасси при посадке с передним ударом в основные стойки шасси (случай Gш ); нагрузка на фюзеляж при вынужденной посадке самолёта на воду (случай Мф) и т.д.

Нормы прочности регламентируют также требования к температурной прочности, к жёсткости конструкции, к обеспечению безопасности при динамических нагрузках, при колебаниях системы «самолёт - система автоматического управления».

Требования норм прочности - непреложный закон при создании конструкции.

Что же представляет собой конструкция нашего самолёта?

4.4. Авиационные конструкции

Любые авиационные конструкции представляют собой тонкостенные подкреплённые балки или оболочки, в которых обшивка соединена с продольно-поперечным каркасом (франц. carcasse – скелет).

Несущие части самолёта (крыло, горизонтальное и вертикально оперение) в конструктивно-силовом отношении представляют собой тонкостенную пространственную балку, способную воспринимать действующие на нее внешние нагрузки: местную воздушную нагрузку, распределенные и сосредоточенные массовые силы - и передавать их на опору (фюзеляж) посредством

101

внутренних силовых факторов: перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов. Отметим здесь, что в отличие от внутренней перерезывающей силы, соответствующая ей внешняя сила называется поперечной.

Следовательно, в конструкции несущих частей самолёта обязательно должны быть следующие силовые элементы:

обшивка, подкреплённая набором продольных и поперечных элементов, воспринимающая местную воздушную нагрузку;

балка с мощными поясами и тонкими стенками, передающая перерезывающую силу сдвигом стенки и изгибающий момент парой сил в поясах;

тонкостенный замкнутый контур, передающий крутящий момент;

узлы крепления, передающие эти усилия с крыла (горизонтального и вертикального оперения) на опору (фюзеляж).

Доля массы конструкции крыла во взлётной массе самолёта

(относительная масса конструкции крыла) равна в среднем

0.08...0.14, что составляет 30-50% от массы планера самолёта.

Планер самолёта – это конструкция самолёта без силовой установки, но с её капотами.

Относительная масса оперения в среднем составляет

0.015...0.025.

Рассмотрим конструкцию несущих поверхностей на примере простейшей конструкции крыла, см. рис. 49.

«Тонкая» обшивка подкреплена продольными элементами - стрингерами и поперечными элементами – нервюрами.

Стрингеры собирают с обшивки поперечную силу и передают на нервюры. Кроме того, стрингеры участвуют в восприятии общего изгибающего момента.

102

Замкнутый контур, воспринимающий кручение, образован обшивкой на носке крыла и стенкой первого лонжерона (первый контур), стенкой первого лонжерона, верхней обшивкой, стенкой второго лонжерона и нижней обшивкой (второй контур). В задней части крыла, показанного на рис. 49, снизу предполагается установка закрылка, поэтому там отсутствует замыкающая контур обшивка, - обратите внимание на форму хвостиков нервюр.

Для передачи нагрузок с крыла на фюзеляж служит узел I на лонжероне и гребёнка, снимающая продольные силы со стрингеров.

Усиленная бортовая нервюра снимает крутящий момент с замкнутого тонкостенного контура и передает на фюзеляж.

Работа отдельных силовых элементов и передача сил в стыках, показана на рис. 50.

Рис. 50. Передача сил элементами крыла.

Обращаем Ваше внимание на то, что полезная вертикальная сила Q (по сути – подъёмная сила) при передаче на фюзеляж

104

порождает паразитные горизонтальные силы S, которые образуют пару сил, момент которой равен изгибающему моменту от силы Q:

S = Mизг(Q) / H, где H – строительная высота (толщина) крыла.

Отсюда видно, что чем толще крыло, тем меньше величина паразитных сил S и для их восприятия нужно закладывать меньший объём силового материала. Толстое крыло получается легче тонкого !?!

Силы S от левой и правой консоли крыла действуют навстречу друг другу, поэтому для их уравновешивания всегда имеется подфюзеляжная часть крыла, называемая центропланом, которая соединяет левую и правую консоль. На фюзеляж с крыла передаётся полезная сила Q и вредный, но относительно невеликий крутящий момент Mк, см. рис. 51.

Рис. 51. Схема передачи крутящего момента.

Ненесущие части самолёта (фюзеляж, мотогондолы) в конст- руктивно-силовом отношении аналогичны крылу.

Это тонкостенные пространственные оболочки, нагруженные «внешней» местной нагрузкой на обшивку (аэродинамические нагрузки, избыточное давление в гермокабине, массовые нагрузки от конструкции и агрегатов), которые воспринимают и передают (уравновешивают) внешнюю нагрузку перерезывающими силами, изгибающими и крутящими моментами.

Следовательно, конструкция фюзеляжа формируется из силовых элементов, аналогичных силовым элементам крыла.

105

Относительная масса фюзеляжа в среднем равна 0.08...0.12, что составляет 30...40% массы конструкции планера самолёта. Пример конструкции фюзеляжа показан на рис. 52.

Рис. 52. Пример конструкции фюзеляжа.

Стрингеры подкрепляют обшивку фюзеляжа в продольном, а обычные (нормальные) шпангоуты (голл. spanthout – ребро) – в поперечном направлении, обеспечивая необходимую форму его обводов.

Усиленные (силовые) шпангоуты устанавливаются в конструкции фюзеляжа в местах стыковки с фюзеляжем крыла, горизонтального оперения, вертикального оперения, а также в других местах, где к конструкции фюзеляжа прикладываются большие сосредоточенные силы (от оборудования, контейнеров с грузами, шасси, двигателей и т.д.).

106