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
Внешние формы крыла оказывают
влияние не только на аэродинамические,
весовые и прочностные
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
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
Велосипедная схема шасси
– вынужденная схема. Переход
к ней обусловлен трудностями
размещения опор на крыле, особенно на
больших самолетах с
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
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
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
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
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
Сечения рабочей части
лопасти имеют крыльевые
Для большей прочности применяют лопасти с переменной толщиной - постепенным утолщением к корню. Хорды сечений лежат не в одной плоскости, так как лопасть выполнена закрученной. Ребро лопасти, рассекающее воздух, называется передней кромкой, а заднее - задней кромкой. Плоскость, перпендикулярная оси вращения винта, называется плоскостью вращения винта.
Диаметром винта называется диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта. Диаметр современных винтов колеблется от 2 до 5 м. Диаметр винта В530ТА-Д35 равен 2,4 м.
Геометрический шаг винта - это расстояние, которое движущийся поступательно винт должен пройти за один свой полный оборот, если бы он двигался в воздухе как в твердой среде.
Угол установки лопасти винта j - это угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта.
Для определения, чему равен шаг винта, представим, что винт движется в цилиндре, радиус г которого равен расстоянию от центра вращения винта до точки Б на лопасти винта. Тогда сечение винта в этой точке опишет на поверхности цилиндра винтовую линию. Развернем отрезок цилиндра, равный шагу винта Н по линии БВ. Получится прямоугольник, в котором винтовая линия превратилась в диагональ этого прямоугольника ЦБ. Эта диагональ наклонена к плоскости вращения винта БЦ под углом j. Из прямоугольного треугольника ЦВБ находим, чему равен шаг винта:
Шаг винта будет тем больше, чем больше угол установки лопасти j. Винты подразделяются на винты с постоянным шагом вдоль лопасти (все сечения имеют одинаковый шаг), переменным шагом (сечения имеют разный шаг).
Воздушный винт В530ТА-Д35 имеет
переменный шаг вдоль лопасти, так
как это выгодно с
Если все сечения лопасти
винта имеют разный шаг, то за общий
шаг винта считается шаг
Геометрический шаг винта отличается от поступи винта на величину скольжения винта в воздушной среде.
Поступь воздушного винта - это действительное расстояние, на которое движущийся поступательно винт продвигается в воздухе вместе с самолетом за один свой полный оборот. Если скорость самолета выражена в км/ч, а число оборотов винта в секунду, то поступь винта Нп можно найти по формуле
Поступь винта несколько меньше геометрического шага винта. Это объясняется тем, что винт как бы проскальзывает в воздухе при вращении ввиду низкого значения плотности его относительно твердой среды.
Разность между значением геометрического шага и поступью воздушного винта называется скольжением винта и определяется по формуле
S=H-Hn.
МАСЛЯНАЯ СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (ГТД)
В основе ГТД (газотурбинный
двигатель) имеются системы обеспечения
работы. Так при работе двигателя,
который имеет огромное количество
движущихся элементов, трущихся пар, выделяется
тепло и снижается
Маслосистемы ГТД представляют собой совокупность устройств и агрегатов, обеспечивающих:
- смазку трущихся поверхностей;
- отвод тепла, выделяющегося при трении и передаваемого в масло;
- защиту трущихся поверхностей от наклепа и коррозии;
- удаление продуктов износа из зоны трения трущихся пар.
На большинстве ГТД масло используется также для демпфирования опор роторов.
При необходимости, масло в ГТД может применяться и в качестве рабочего тела для различных механизмов, агрегатов и т. п. Иногда масло используется для обогрева отдельных элементов двигателя.
При работе ГТД в разных
климатических условиях, маслосистема
является важной составляющей при запуске
двигателя, так как при запуске
двигателя в низких температурах
элементы двигателя деформируются
и создают неплотности в
Маслосистема ГТД представляет собой совокупность специальных устройств и агрегатов, обеспечивающих подачу масла в узлы трения двигателя для снижения потерь, мощности в них, уменьшения износа деталей, отвода тепловой энергии, выделяющейся при трении, защиты трущихся поверхностей от наклепа и коррозии, удаление твердых включений из зоны трения. Следовательно, основные задачи, стоящие перед маслосистемой ГТД это:
1. Уменьшение износа трущихся поверхностей
2. Уменьшение потерь на трение.
3. Охлаждение узлов трения.
Каждая из этих задач связана непосредственно с физическими (куда входят и тепловые) и химическими процессами работы ГТД.
Обзор схем маслосистем приводит к выводу, что такие системы могут быть:
- разомкнутые, когда масло подается только в узел с трущимися элементами.
- циркуляционная - когда происходит подача масла в элемент и откачка из него масла.
Класификация типов маслосистем
Схемы маслосистем:
Разомкнутая схема – применяются на двигателях с непродолжительной работой(двигателя беспилотных аппаратов, подьемные двигатели, турбокомпрессорные стартеры). В этом случае случае в качестве смазки можно использовать топливо.
Вывод : разомкнутые схемы
маслосистем не могут приминятся
в авиационных двигателях, которые
требуют более тщательной смазки
и защиты, для поддержания мощьности
и продолжительности и
Циркуляционная схема –обеспечивает низкие безвозвратные потери масла и длительную непрерывную работу двигателя. Циркуляционные системы подразделяются на одноконтурные в которых циркуляция происходит по схеме «бак- двигатель-бак», и двуконтурные, в которых бак в тои или иной степени исключается из циркуляции масла. Любая из систем будет считатся открытой, если маслобак сообщается с атмосферой либо непосредственно, либо через суфлер двигателя. Сообшение верхней, расположенной над маслом, полости бака с атмосферой через суфлер обуславливается желанием снизить безвозвратные потери масла путем уменьшения его выброса в атмосферу в жидкой фазе. В открытых системах давление масла на входе в нагтетающий насос уменьшается с увеличением высоты полета, и поэтому их высотность относительно мала. Закрытые системы обладают большей высотностью и обеспечивают ускоренный прогрев масла при запуске двигателя. В закрытых системах внутри маслобака создается избыточное по отношению к атмосферному давление. Величина избыточного даввления поддерживается постоянной за счет установленного на маслобаке или трубопроводах масляной системы клапана.
В зависимости от величины давления подаваемого в систему нагнетания масла маслосистемы класифицируются на 2 варианта:
Регулированное давление масла.
Нерегулированное давление масла.
Маслосистема с регулированным давлением масла
Преймушества : Подводит масло к узлам трения в полном обьеме также и в случае аварийных утечек из нее до тех пор, пока суммарная велечина прокачки и аварийных утечек не привысит подачу нагнетаюшего насоса. После этого начнется снижатся давление масла на входе, что привидет к срабатыванию сигнализатора мимального давления.
Недостаток : Производительность нагнетаюшего насоса на всех режима работы двигателя, превышает потребную, из-за чего значительную часть масла после выхода из насоса приходится возвращать обратно на вход в него, кроме номинального режима работы двигателя. То есть на малых режимах работы двигателя к трущимся поверхностям подается излишнее количество масла, что ухудшает характеристики маслосистемы.
Циркуляционная маслосистема
с регулированым давлением
Схема циркуляционной маслосистемы:
1. Маслобак; 2. магистраль
всасывающая; 3. нагнетающий маслонасос;
4. Фильтр тонкой очистки; 5. клапан
редукционный; 6. датчик замеров давления;
7. Откачивающие маслонасосы; 8. Откачивающая
магистраль; 9. Воздухоотделитель
Маслосистема с нерегулированным давлением масла
Преймушества: величина давления масла зависит от частоты вращения ротора ГТД, она всегда удовлетворяет действительную поребность узлов трения в нем, а запас нагнетаюшего насоса насоса по производительности при этом незначителен.
Недостатки: в случае запуска двигателя при низких отрицательных температурах нагнетаемое масло обладает высокой вязкостью и в маслоситеме его давление может достигать величин, при которых в агрегатах и трубопроводах могут возникнуть чрезмерные напряжения.
Схема циркуляционной маслосистемы (не регулированное давление масла):
1. Забор масла из маслобака.
2. Блок маслонасосов. 3. клапан предохранительный.
4. фильтр. 5сигнализатор максимального
перепада давления на фильтре.
6. ТМТ (топливо масляный
Преимущества маслосистемы с неурегулированным давлением масла по сравнению со схемой с регулируемым давлением масла:
Существенно меньший барботаж (перемешивания) масла и, соответственно, меньшее тепловыделение.
Более эффективная по сравнению с маслосистемой с регулируемым давлением откачка масла на всех режимах работы двигателя.
Лучшие условия смазки узлов трения при низкотемпературном запуске двигателя.
Отсутствие редукционного клапана упрощает обслуживание маслосистемы
Заключение: для дальнейшего анализа выбираем маслосистему с нерегулированным давлением масла. Применение, которых используется шире по сравнению с другими схемами маслосистем для двигателей последнего поколения.
При выборе схемы маслосистемы
ГТД рекомендуется отдавать предпочтение
замкнутой схеме с
Функциональное описание
1. Маслосистема – Обеспечивает
сохранение энергоресурса
1.1. Система подвода масла
- Обеспечивает подвод масла к
трущимся парам, смазывая
1.1.1 Маслобак- Обеспечивает
хранение масла. Определяет
1.1.2 Блок маслонасосов
– Обеспечивает давление масла.
1.1.3 Трубопровод слива
масла – Обеспечивает
Функциональная схема
1.2 Система очистки и
охлаждения - Определяет ресурс работы
двигателя т. к в процессе
работы трущихся пар идет
1.2.1 Подсистема фильтрации
– Обеспечивает очистку масла
после смазывания трущихся пар,
1.2.1.1 Грубый сетчатый фильтр
– Обеспечивает фильтрацию
1.2.1.2. Фильтр грубой очистки
– Устанавливается после