Энциклопедия техники - нагрузки на летательный аппарат

система сил, действующих на летательный аппарат и являющихся основой для определения его прочности. В эту систему входят аэродинамические, аэростатические, инерционные силы, тяга двигателей, силы от реакции земли при движении по аэродрому, от неравномерного изменения температуры конструкции, от акустических давлений, от наддува в гермоотсеках и др. Различают внешние нагрузки — поверхностные (силы давления и трения), объёмные, или массовые (сила тяжести, инерционные силы) и внутренние нагрузки — усилия, потоки напряжений и т. п., являющиеся результатом действия внешних сил, нагревания (тепловые нагрузки) и других факторов. При решении ряда задач применяют способы с использованием интегралов от внешних нагрузок в виде распределённых по длине и сосредоточенных (суммарных) нагрузок, а также в виде перерезывающих сил Q и моментов — изгибающих Mизг и крутящих Mкрут. В расчётах летательных аппаратов широко применяется интегральная характеристика нагрузок — перегрузка, равная отношению суммы поверхностных сил к силе тяжести летательного аппарата.

По характеру изменения во времени Н. на л. а. разделяют на статические (например, в установившемся вираже), квазистатические, относящиеся к так называемым манёвренным нагрузкам, и динамические, возникающие в конструкции, когда развиваются упругие колебания (например, от посадочного удара); при этом время изменения внешних поверхностных сил сравнимо или много меньше какого-либо периода собственных колебаний конструкции. Н. на л. а. принято определять в соответствии с Нормами прочности летательных аппаратов, в которых регламентированы типичные условия нагружения и их нормированные параметры для каждого расчётного случая. Например, при манёвре самолёта типичным является показанное на распределение вертикальных проекций аэродинамических нагрузок, уравновешенных массовыми нагрузками. Эти нагрузки разгружают (на 10—30%) крыло самолёта, но для таких его частей, как нос фюзеляжа, пилоны двигателей, являются основными при расчёте на прочность. Н. на л. а. определяют ещё для ряда расчётных случаев: разворота летательного аппарата при рулении, действия ветра на стоянке, остановки двигателей на одном полукрыле в полёте, действия шума реактивных струй, раскрытия тормозного парашюта, вынужденной посадки на воду (действует гидродинамическая нагрузка), примерзания лыжного шасси, буксировки и пр. Для быстро вращающихся агрегатов двигателей существенной является, например, гироскопическая нагрузка.

При расчёте динамической Н. на л. а. во время полёта в неспокойном воздухе кроме воздействия однократных порывов ветра рассматривается и реакция конструкции летательного аппарата на непрерывную турбулентность воздушного потока. В этом случае воздействие Н. на л. а. может быть описано многомерным случайным процессом со спектральными плотностями в виде следующего линейного уравнения:

S((()) = Sw((())|T(i(())|2,

где Sw((()) — спектральная плотность турбулентности, T(i(()) — передаточные функции или амплитудно-фазовые частотные характеристики Н. на л. а. при действии синусоидального порыва ветра, (и) — частота. По S((()) находят повторяемость нагрузок и, задаваясь вероятностью непревышения уровня каких-нибудь нагрузок, получают максимальные эксплуатационные нагрузки. Такой же приём используют и при расчёте нагрузок, возникающих во время пробега самолёта по неровностям аэродрома. Другим примером динамического нагружения летательного аппарата может служить воздействие циклических аэродинамических сил на винтах вертолётов в полёте из-за изменения условий обтекания лопасти при её азимутальном перемещении (аналогично и для винтов самолётов при косой обдувке). Вызываемые этими силами переменные деформации лопасти приводят к появлению инерционных сил. В этом случае имеет место характерное для состояния аэроупругости совместное действие аэродинамических, инерционных и упругих сил. При равенстве их частоты собственной частоте колебаний лопасти возникает резонанс, приводящий к значительному увеличению уровня переменных нагрузок. Переменные Н. на л. а. в совокупности с основными нагрузками определяют выносливость конструкции. При этом первостепенную роль играют не только значения нагрузок, но и их число на единицу пути или времени.

Для расчётов летательных аппаратов на статическую прочность и проведения испытаний из всего многообразия внешних Н. на л. а. важны лишь те, которые дают наибольшие внутренние нагрузки, что в общем случае требует одновременно и решения задачи о напряжённо-деформированном состоянии. На практике эти задачи, как правило, разделяются. В частности, применительно к конструкциям, допускающим балочную схематизацию, о важности для прочности тех или иных нагрузок судят по максимальным или минимальным значениям Q, Mизг или Mкрут, так как, как правило, нет одного такого расчётного случая, который давал бы наибольшие нагрузки для всего рассчитываемого элемента конструкции, например, это показывают эпюры MMизг по полуразмаху крыла самолёта.

Теоретическое определение Н. на л. а. зачастую является достаточно сложной задачей: требуется решение систем дифференциальных уравнений, в ряде случаев нелинейных (например, при расчёте люфтов и насыщения в средствах автоматического управления, нелинейности сил шасси и сил при больших углах атаки), а при учёте нестационарности аэродинамических сил — и систем интегро-дифференциальных уравнений. Для нахождения Н. на л. а. используются также методы аэродинамики и динамики полёта, законы теории колебаний и аэроупругости, акустики и теплофизики, а также теории вероятностей и математической статистики. Применяются экспериментальные методы определения Н. на л. а. при лётных испытаниях, испытаниях в аэродинамических трубах, в гидроканалах, на ракетных дорожках, копрах, стендах и т. п. Проводятся измерения перегрузок и других параметров, характеризующих нагружение летательных аппаратов на различных трассах и в разных режимах полёта. Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия

Главный редактор Г.П. Свищев

1994