Výpočet maximální výšky křídla. Návrh a výpočet křídel. Volba tloušťky stěn podélníků

Po mnoho desetiletí bylo postupného zvyšování rychlosti lodí dosahováno především zvyšováním výkonu instalovaných motorů, dále zlepšováním obrysů trupu a zlepšováním pohonů. V dnešní době mají stavitelé lodí – včetně amatérských konstruktérů – možnost využít kvalitativně nový způsob.

Jak je známo, odpor vody vůči pohybu plavidla lze rozdělit na dvě hlavní složky:

1) odpor, v závislosti na tvaru těla a spotřebě energie na tvorbu vln, a

2) třecí odpor těla proti vodě.

Se zvyšující se rychlostí výtlačného plavidla se prudce zvyšuje odpor vůči jeho pohybu, zejména v důsledku zvýšení odporu vln. Když se rychlost hoblovacího plavidla zvýší v důsledku přítomnosti dynamické síly, která zvedá trup hoblovacího plavidla z vody, první složka odporu výrazně klesá. Ještě širší vyhlídky na zvýšení rychlosti bez zvýšení výkonu motoru otevírá použití nového principu pohybu na vodě - křídlového pohybu. Křídlo, které má (při stejné vztlakové síle) výrazně vyšší hydrodynamické vlastnosti než hoblovací deska, může výrazně snížit odpor plavidla při pohybu na křídlech.

Hranice ziskovosti použití různých principů pohybu na vodě jsou určeny relativní rychlostí plavidla, která je charakterizována Froudeovým číslem:

υ - rychlost pohybu;
g je gravitační zrychlení; g = 9,81 m/s2;
L je charakteristická lineární velikost nádoby - její délka.

Za předpokladu, že L je úměrné třetí mocnině D (kde D je výtlak plavidla), často se používá číslo výtlaku:

Obvykle mají trupy s výtlakovými čarami menší odpor při rychlostech odpovídajících číslům ploutví P rD< 1; при больших значениях относительной скорости (F rD >2, 3) pro lodě se používají hoblovací obrysy a je vhodné nainstalovat křídla.

Při nízkých rychlostech je odpor člunu s křídly o něco větší než odpor kluzáku (obr. 1) vlivem odporu samotných křídel a vzpěr spojujících trup s křídly. Ale jak se rychlost zvyšuje, díky postupnému vynořování trupu lodi z vody se její odpor vůči pohybu začíná snižovat a při rychlosti, při které se trup zcela zvedne z vody, dosahuje nejnižší hodnoty. Odpor člunu na křídlech je přitom výrazně menší než odpor kluzáku, což umožňuje získat vyšší rychlosti při stejném výkonu motoru a zdvihovém objemu.

Při provozu křídlových plavidel byly identifikovány další výhody oproti křídlovým lodím a především vyšší plavba, protože při pohybu na křídlech je trup nad vodou a nepociťuje vlny. Při plavbě nízkou rychlostí působí blahodárně i křídla snižující houpání plavidla. Negativní vlastnosti (například velký ponor při parkování, objemná křídla) vůbec nesnižují význam lodí na křídlech, které poskytují vysoký navigační komfort v kombinaci s vysokou rychlostí. Výhody okřídlených lodí si získaly širokou popularitu v mnoha zemích po celém světě.

Tento článek představuje základní pojmy a závislosti z teorie pohybu křídel ve vodě a metody pro výpočet a návrh křídelních systémů ve vztahu k malým výtlakovým plavidlům.

Hydrodynamika křídla

Nejjednodušším příkladem křídlové plachty je tenká obdélníková deska umístěná pod úhlem ke směru jejího pohybu. Pro získání většího vztlaku s menším odporem se však v současnosti používají křídla složitějších tvarů. Navzdory skutečnosti, že problematika teorie a experimentálního výzkumu křídlového křídla není v mnoha ohledech ještě rozvinuta, hlavní závislosti již byly získány a byl shromážděn rozsáhlý experimentální materiál, který umožňuje správně posoudit vliv různých faktorů na hydrodynamika křídla a návrh jeho konstrukce.

Tvar křídla (obr. 2) je určen jeho rozpětím l, tětivou b, úhlem sklonu χ a úhlem náklonu β. Další parametry jsou plocha křídla v půdorysu S = lb a poměr stran λ = l 2 /S. Pro obdélníkové křídlo s konstantní tětivou podél rozpětí platí λ = l/b.

Poloha křídla vůči proudění je dána geometrickým úhlem náběhu profilu α, tj. úhlem mezi tětivou křídla a směrem jeho pohybu.

Pro charakteristiku křídla má hlavní význam jeho profil - řez křídlem rovinou kolmou na rozpětí. Profil křídla je určen tloušťkou E, konkávnost středové osy profilu f a také úhel nulového zdvihu α 0. Tloušťka profilu je proměnná podél tětivy. Typicky je maximální tloušťka umístěna uprostřed tětivy profilu nebo mírně posunutá směrem k nosu. Čára procházející středem tloušťky profilu v každé sekci se nazývá středová čára zakřivení nebo středová čára profilu. Poměry maximální tloušťky a šipky maximální konkávnosti středové osy k tětivě určují relativní tloušťku a konkávnost profilu a jsou podle toho označeny E a f. Hodnoty E a f a jejich geometrická poloha po délce tětivy jsou vyjádřeny v jejích podílech.

Uvažujme proudění kolem plochého křídla s nekonečným poměrem stran, když se pohybuje v nekonečné tekutině.

Proud dopadající na křídlo rychlostí v při určitém kladném úhlu náběhu α se zrychluje na horní straně profilu a zpomaluje na spodní straně. V tomto případě podle Bernoulliho zákona tlak na horní straně klesá a na spodní straně se zvyšuje (ve srovnání s tlakem v nenarušené kapalině). Na Obr. Obrázek 3 ukazuje graf znázorňující změnu bezrozměrného tlakového koeficientu:

podél tětivy křídlového profilu.
Zde Δр = р - р o, kde р je tlak v odpovídajícím bodě profilu a р о je tlak v nenarušené kapalině.

Hodnoty záporného tlakového koeficientu indikují vakuum (str<Р о), положительные - на наличие давления (р>R o).

Výsledný tlakový rozdíl vytváří na křídle směřující sílu, tj. vztlakovou sílu křídla.

Jak je vidět z obrázku, plocha diagramu ředění je mnohem větší než plocha vysokotlakého diagramu. Četné experimenty ukazují, že přibližně 2/3 vztlakové síly vzniká na horní („sací“) straně profilu v důsledku řídnutí a asi 1/3 na spodní („tlakové“) straně v důsledku zvýšeného tlaku.

Výslednice tlakových sil působících na křídlo představuje celkovou hydrodynamickou sílu, kterou lze rozložit na dvě složky:

Y - vztlak křídla kolmo ke směru pohybu;
X je odporová síla, jejíž směr se shoduje se směrem pohybu.

Místo působení výslednice těchto sil na profil je charakterizováno momentem M vzhledem k přednímu bodu profilu.

Experimentální studie ukázaly, že vztlaková síla Y, odporová síla X a jejich moment M jsou vyjádřeny závislostmi:

ρ je hustota vody (pro mořskou vodu ρ = 104 a pro sladkou vodu ρ = 102 kg s 2 /m 4);
υ je rychlost proudění proudícího na křídlo (rychlost křídla v proudění);
b - tětiva křídla;
S - plocha křídla;
C y, C x, C m jsou bezrozměrné hydrodynamické koeficienty vztlakové síly, odporové síly a momentu.

Koeficienty C y, C x, C m jsou hlavní charakteristiky křídla, nezávislé na prostředí, ve kterém se křídlo pohybuje (vzduch nebo voda). V současné době neexistuje dostatečně přesná metoda pro teoretický výpočet hydrodynamických koeficientů křídla (zejména C x a C m) pro různé typy profily. Pro získání přesných charakteristik křídla se proto tyto koeficienty určují experimentálně foukáním v aerodynamických tunelech nebo vlečením v experimentálních bazénech. Výsledky zkoušek jsou prezentovány ve formě diagramů závislostí koeficientů С y, С x, С m na úhlu náběhu α.

Pro obecné charakteristiky křídla navíc zavádějí koncept hydrodynamické kvality křídla K, představující poměr vztlaku k aerodynamické síle:

Charakteristiky křídla jsou často uvedeny ve formě „Lilienthalovy poláry“, vyjadřující závislost C y na C x. Na polárce jsou vyznačeny experimentální body a jim odpovídající úhly náběhu. Na Obr. 4 a 5 ukazují hydrodynamické charakteristiky segmentového profilu „Göttingen č. 608“. Jak vidíte, hodnoty hydrodynamických koeficientů jsou určeny úhlem náběhu křídla. Na Obr. Obrázek 6 ukazuje rozložení tlaku pro tři úhly náběhu. S rostoucím úhlem roste stupeň podtlaku na horní ploše křídla a na spodní ploše se zvyšuje přetlak; celková plocha tlakového diagramu při α = 3° je výrazně větší než při α = 0°, což zajišťuje zvýšení koeficientu Cy.

Na druhou stranu s klesajícím úhlem náběhu klesá Su koeficient téměř lineárně až k nule. Hodnota úhlu náběhu, při které je koeficient vztlaku roven nule, určuje úhel nulového vztlaku α o. Nulový úhel zdvihu závisí na tvaru a relativní tloušťce profilu. Jak se úhel náběhu křídla dále snižuje, vztlaková síla se stává zápornou.

Dosud jsme mluvili o vlastnostech hluboce zameteného křídla nekonečného rozpětí. Skutečná křídla mají velmi jasný poměr stran a fungují blízko volného povrchu kapaliny. Tyto rozdíly zanechávají významný otisk na hydrodynamických charakteristikách křídla.

Pro křídlo s λ = ∞ je rozložení tlaku v každé sekci křídla podél rozpětí stejné. Na křídle s konečným rozpětím protéká kapalina konci křídla z oblasti nadměrného tlaku do oblasti rerefaction, vyrovnává tlak a tím snižuje vztlak. Na Obr. Obrázek 7 ukazuje změnu tlaku podél rozpětí křídla s konečným poměrem stran. Vzhledem k tomu, že proudění kapaliny se vyskytuje především v krajních částech křídla, jeho vliv klesá s rostoucím poměrem stran a prakticky při λ = 7÷9 odpovídá charakteristika křídla nekonečnému rozpětí (obr. 8).

Dalším faktorem ovlivňujícím činnost křídla je přítomnost volné hladiny kapaliny v jeho blízkosti - hranice dvou prostředí s velkým rozdílem hmotnostních hustot (ρ voda ≈ 800 ρ vzduch). Vliv volné plochy na vztlakovou sílu je vysvětlen tím, že křídlo, které má určitou tloušťku, zvedá vrstvu kapaliny a svírá ji tím méně, čím blíže je křídlo k volné ploše. To umožňuje tekutině obtékat křídlo nižší rychlostí než při hlubokém ponoru; Hodnoty podtlaku na horní ploše křídla se snižují.

Na Obr. Obrázek 9 ukazuje změnu tlakového diagramu v závislosti na změně relativní hloubky ponoření pod volnou hladinu pro křídlo segmentového profilu (relativním zanořením křídla se rozumí poměr vzdálenosti od křídla k povrch kapaliny na hodnotu tětivy). Jak je vidět, vliv volné plochy není stejný pro sací a výtlačnou stranu křídla. Četné experimenty prokázaly, že vliv ponoření ovlivňuje především tlakový diagram nad křídlem, zatímco oblast vysokého tlaku zůstává téměř nezměněna. Míra vlivu ponoření na vztlak křídla s rostoucím ponořením rychle klesá.

Níže na Obr. 12 ukazuje graf znázorňující pokles vakua na horní ploše křídla, když se blíží k volné ploše. Z tohoto grafu vyplývá, že vliv volné hladiny je malý i při ponoření rovném tětivě křídla a při h = 2 lze křídlo považovat za hluboko ponořené. Na Obr. 10, a, b, c ukazují hydrodynamické charakteristiky plochého segmentového křídla s prodloužením λ = 5 a tloušťkou e = 0,06 pro různé relativní ponory.

U skutečného křídla je nutné vzít v úvahu celkový vliv všech výše uvedených faktorů: tvar křídla, jeho poměr stran, relativní ponor atd.

Dalším parametrem, na kterém závisí velikost sil vyvíjejících se na křídle, je rychlost pohybu. Z hlediska hydrodynamiky křídla existuje určitá hodnota rychlosti, jejíž překročení vede k výrazným změnám charakteristiky křídla. Důvodem je vznik kavitace na křídle a s tím spojené poruchy plynulého proudění tekutiny kolem profilu.

S rostoucí rychlostí dosahuje podtlak na křídle hodnot, při kterých začnou z vody vystupovat malé bublinky naplněné párou a plyny. S dalším zvýšením rychlosti proudění se oblast kavitace rozšiřuje a zabírá významnou část sací strany křídla a vytváří na křídle velkou paro-plynovou bublinu. V této fázi kavitace se koeficienty vztlaku a odporu začnou dramaticky měnit; zároveň klesá hydrodynamická kvalita křídla.

Vzhledem k negativnímu vlivu kavitace na charakteristiku křídla bylo nutné vytvořit profily speciální geometrie. V současné době jsou všechny profily rozděleny na profily pracující v režimu předkavitačního proudění a profily s vysoce rozvinutou kavitací. Všimněte si, že všechny závislosti, které uvádíme, se týkají nekavitujících křídel (charakteristiky kavitujících profilů se v tomto článku nezvažují).

V zájmu prevence špatný vliv kavitace na chodu křídla, je nutné při jejím výpočtu ověřit možnost kavitace. Výskyt kavitace je možný v těch bodech profilu, kde tlak klesá mírně pod tlak nasycené vodní páry, v důsledku čehož se mohou z kapaliny uvolňovat páry a plyny, které se soustřeďují kolem nejmenších bublinek vzduchu a plyny rozpuštěné ve vodě. Tuto podmínku lze zapsat jako:

Koeficient P min pro segmentované profily lze určit v závislosti na koeficientu vztlaku a relativní tloušťce pomocí Gutscheho grafu znázorněného na Obr. 11. Gutscheův graf a výpočet pomocí uvedeného vzorce platí pro případ pohybu křídla v nekonečné tekutině. Ale, jak již bylo uvedeno, přiblížení křídla k volné ploše snižuje velikost podtlaku na křídle, čímž se zvyšuje hodnota maximální rychlost proudění bez kavitace kolem křídla.

V tomto případě:

kde se bere hodnota q podle grafu (obr. 12).

Je třeba poznamenat, že správná volba geometrických charakteristik profilů, jakož i jejich provozních režimů, umožňuje oddálit nástup kavitace na 120-130 km/h, tedy na vysoké rychlosti, zcela dostačující pro malé čluny a motorové čluny. .

Sweep křídla má pozitivní vliv na vzdálenost od počátku kavitace. V tomto případě platí následující vztah:

Kromě kavitace je nutné uvažovat i jev průniku vzduchu do křídla, který také silně závisí na rychlosti křídla a způsobuje výraznou změnu hydrodynamických charakteristik. Při průniku vzduchu do křídla dochází k prudkému poklesu součinitele vztlaku v důsledku poklesu podtlaku na horní straně křídla na atmosférický tlak, což je doprovázeno ztrátou vztlaku a kolapsem křídla pod vliv zatížení na něj kladeného.

Výskyt průniku vzduchu do značné míry závisí na maximální hodnotě podtlaku na profilu a hloubce křídla. K tomuto jevu jsou zvláště náchylná nízko ponořená křídla, která jsou při pohybu velmi blízko hladiny vody. Proto se profily nízkoponorných křídel vyrábí s ostrou náběžnou hranou, aby se snížila velikost podtlakové špičky na sací straně (obr. 13). U hluboce ponořených prvků se snižuje pravděpodobnost průniku vzduchu do křídla, a proto je možné použít profily se zaobleným nosem.

V praxi může někdy průnik vzduchu do křídla způsobit pád předmětů na křídlo (plovoucí tráva, kusy dřeva apod.), poškození hladkého povrchu křídla nebo jeho hran a také blízkost kavitujících vzpěr , stabilizátory atd.

Konstrukce křídlových zařízení

Konstrukce lodních křídel spočívá v důsledném řešení řady technických problémů, které si někdy navzájem odporují. Například zvýšení relativního prodloužení křídel, které má příznivý vliv na hydrodynamické charakteristiky, zhoršuje pevnost konstrukce a zvětšuje její rozměry.

Hlavní kvalitou křídlového systému by mělo být zajištění dostatečné vertikální, podélné a boční stability pohybu letadla, tedy zachování konstantní rovnosti mezi zatížením křídla a hydrodynamickými silami, které na něj při pohybu vznikají. Všechny tři typy udržitelnosti spolu úzce souvisejí a dosahují se stejným způsobem.

Při zrychlování člunu, jak již bylo naznačeno, vzrůstá vztlaková síla křídel; protože hmotnost člunu zůstává konstantní, při zachování rovnosti:

možná kvůli změně buď v ponořené oblasti křídel S nebo koeficientu vztlaku C y.

Typickým příkladem regulace vztlaku změnou smáčené plochy křídel je známý typ křídlového zařízení „police“. V tomto případě se zařízení skládá z řady křídel umístěných nad sebou a vynořujících se z vody postupně se zvyšující se rychlostí člunu. Náhlá změna v ponořené oblasti křídel, když se další letadlo vynoří z vody, může být eliminováno pomocí deadrise. Je třeba poznamenat, že „policová“ křídlová zařízení, která poskytují lodi dobrou pohybovou stabilitu a snadný přístup ke křídlům, mají nízké hodnoty hydrodynamické kvality v důsledku vzájemného ovlivňování těsně rozmístěných rovin a velkého množství prvků a jejich spojení. Proto křídla s více vysoká kvalita a představující silně kýlové plochy křídel velkého rozpětí, křižující hladinu vody (obr. 14). Když se loď s takovým křídlovým zařízením nakloní, další oblasti křídel vstupují do vody ze strany nakloněné strany, což vytváří vzpřimovací moment.

Další způsob, jak zajistit stabilitu pohybu lodi - změnou součinitele vztlaku křídel - lze provést změnou úhlu náběhu nebo přiblížením křídla k volné hladině vody.

Úhel náběhu křídla se automaticky mění v závislosti na rychlosti a poloze člunu vůči vodní hladině. Většina stávajících automatické systémy provádí změnu úhlu náběhu v závislosti na změně hloubky zanoření křídla. V tomto případě lze úhel náběhu změnit otočením buď celého křídla, nebo jen jeho části. Automatické ovládáníúhly náběhu křídel umožňuje vysokou stabilitu pohybu, ale vážnou překážkou širokého použití automatizace je složitost konstrukce křídel a řídicích systémů. Příkladem mnohem jednoduššího a snáze vyrobitelného systému je konstrukce, která umožňuje měnit úhel náběhu příďového křídla pomocí páky s plovákem, který se hobluje po hladině vody. S rostoucím ponořením kteréhokoli z příďových křídel systém poskytuje odpovídající zvýšení úhlů náběhu, ale dosažení stability pohybu takového systému je obtížné.

Druhý způsob změny součinitele vztlaku je založen na tom, že s rostoucí rychlostí klesá ponor křídel a součinitel vztlaku klesá. Použití této metody je možné, pokud je konstrukčním režimem provozu křídel jejich pohyb v blízkosti volné plochy. Vertikální, podélná a příčná stabilita pohybu na málo zatížených křídlech je obvykle snadno zajištěna správnou volbou součinitelů vztlaku a vhodnou volbou úhlů náběhu křídel a zcela postačuje v režimu, kdy se křídlo pohybuje blízko povrchu křídla. voda.

Když se loď valí, v úsecích křídla umístěných blíže k volné hladině se vztlaková síla zmenšuje a v ponořujících se sekcích (ze strany náklonu) se zvyšuje. Díky tomu vzniká vzpřimovací moment, nasměrovaný ve směru opačném k náklonu. Centrální části křídla mění střemhlav méně výrazně a v menší míře ovlivňují vzpřimovací moment. Na Obr. 15 je graf ukazující poměr vyrovnávacího momentu vytvořeného konci křídla k momentu celého křídla.

Z grafu je patrné, že zvláštní roli hrají krajní části křídla, které zasahují přibližně do 1/4 rozpětí.

Analyticky je vratný moment křídla s plochým sklonem vyjádřen vzorcem:

Ze vzorce můžeme usoudit, že vzpřímený moment závisí na geometrických charakteristikách křídla - rozpětí l a relativním prodloužení λ; jejich zvýšení vede ke zlepšení stabilizace křídla v proudění kapaliny, což je třeba vzít v úvahu při navrhování křídelních zařízení.

Boční stabilita pohybu v přechodných podmínkách (před dosažením křídla) na lodích s nízko ponořenými křídly je často nedostatečná. Pro zvýšení stability se používají další křídlové prvky, které se vynořují z vody vysokou rychlostí. Takovými prvky mohou být přídavná křídla umístěná nad hlavní rovinou nebo hoblovací desky.

Stabilitu pohybu lze zvýšit i použitím tzv. stabilizátorů, které jsou pokračováním hlavní roviny. Stabilizátory mohou být buď ze stejné tětivy jako hlavní rovina, nebo se rozšiřují směrem ke koncům. Horní část stabilizátorů umístěná v blízkosti volné hladiny i při velkých ponorech hlavní roviny zajišťuje stabilitu pohybu lodi. Úhel sklonu stabilizátorů by měl být v rozmezí 25-35°. Když (β<25° по засасывающей стороне стабилизаторов на основную плоскость может попасть атмосферный воздух; стабилизаторы с β>35° jsou neúčinné. Úhel náběhu stabilizátorů (ve vertikálních řezech) je obvykle stejný jako hlavní rovina, nebo větší o ~0,5°. Někdy se pro zvýšení účinnosti stabilizátorů mění úhel náběhu, počínaje od 0° dole (vzhledem k hlavní rovině) a až do 1,5-2° na horním konci.

Obzvláště důležité pro křídla operující blízko volné plochy je konfigurace špičky jejich profilu. Na Obr. 16 ukazuje profily křídlových křídel, které dosáhly největšího rozšíření, a tabulka. 1 ukazuje pořadnice pro jejich konstrukci.

Vysokorychlostní profil Walchner se zaoblenou přídí má dobré hydrodynamické vlastnosti a vysokou rychlost nástupu kavitace, avšak použití tohoto profilu je omezeno na prvky křídelních zařízení umístěných při výrazném (více než polovině tětivy křídla) ponoření z vody povrch.

Pro prvky s malým zatížením se používají ostrohranné profily, které mají o něco horší vlastnosti, ale poskytují stabilnější režim proudění.

Pro hluboce ponořené prvky, stejně jako pro křídlové stabilizátory, spolu s plochým konvexním segmentem lze použít konvexně-konkávní „lune“ segment. Profil typu „díra“ má vyšší hydrodynamickou kvalitu než plochý segment, ale je obtížnější vyrobit.

V některých případech se pro zlepšení hydrodynamické kvality upravují segmentové profily, posouvají polohu maximální tloušťky ze středu profilu k nosu (umístění na 35-40% tětivy) nebo jednoduše mírně vyplňují nos profilu.

Maximální tloušťka profilu se volí na základě podmínek pro zajištění dobrých hydrodynamických vlastností, konstrukční pevnosti a nepřítomnosti kavitace. Obvykle e = 0,04÷0,07; konkávnost spodní plochy profilu „lune“ f n - 0,02.

Pro nosné sloupky se používají bikonvexní segmentové profily s nízkými koeficienty odporu; obvykle jejich e = 0,05.

Hlavní nevýhodou zařízení s křídly s nízkým ponorem je jejich nízká způsobilost k plavbě: křídla jsou často odkryta a ztrácejí vztlak. Výsledné vibrace člunu mohou být tak výrazné, že pohyb na křídlech znemožní velmi silné nárazy na vodu; rychlost pohybu prudce klesá.

Plavební způsobilost lodi s křídly s nízkým ponořením lze zlepšit použitím dalších prvků umístěných pod nebo nad hlavní rovinou.

V prvním případě (obr. 17, a) má dodatečný hluboce ponořený prvek, který je jen málo ovlivněn vlnami a vytváří konstantní zvedací sílu, stabilizační účinek na loď a snižuje možnost propadnutí střechy. Zatížení takových prvků může být až 50 % zatížení celého zařízení. U malých výtlakových lodí jsou rozměry hluboce ponořené roviny tak malé, že při plavbě po ucpaných plavebních dráhách může být taková rovina snadno poškozena, proto je vhodné použít prvky ve tvaru racka (obr. 17.6). Zařízení „racka“ ve střední části nízko ponořeného křídla, aniž by se snížily charakteristiky stability, umožňuje zlepšit způsobilost lodi k plavbě. Úhel mrtvého stoupání racka se volí v rozmezí 25-35°; z důvodů stability se uvažuje, že rozpětí není větší než 0,4-0,5 plného rozpětí roviny. Poněkud nižší účinnost „racka“ (ve srovnání s plochým, hluboko ponořeným prvkem) je odůvodněna jednoduchostí a spolehlivostí konstrukce.

Instalace dalších rovin nad hlavní (obr. 17, c) nevylučuje selhání křídla, ale jejich vstup do vody snižuje amplitudu klopení a změkčuje dopady trupu na vodu. Tento obvod má o něco větší odpor při plné rychlosti než obvody s hluboko ponořeným prvkem (kvůli možnosti vymytí dalších rovin), nicméně správné umístění a výběrem oblasti těchto dalších rovin je možné snížit odpor lodi v přechodovém režimu, kdy současně fungují jako startovací roviny a urychlují výstup lodi na křídla.

Určitého zlepšení plavební způsobilosti člunu lze dosáhnout díky zahnutým křídlům. V tomto případě je plocha křídla rozprostřena přes čelo vlny, což snižuje možnost současné expozice celé roviny křídla. Schopnost plavby na divoké vodě se navíc zlepšuje, když se úhel náběhu křídla zvýší o 1-1,5° ve srovnání s úhlem náběhu na klidné vodě. Proto je žádoucí mít systém pro připevnění křídlového zařízení k tělu, který by umožňoval snadnou změnu úhlu náběhu křídla v závislosti na stavu vzrušení; Takový systém navíc značně usnadňuje proces výběru optimálních úhlů náběhu křídel během období testování lodi.

Způsobilost lodi k plavbě do značné míry závisí na rozložení hmotnosti lodi mezi křídlová zařízení. U aktuálně nejrozšířenějších lodí se dvěma křídly (příď a záď) můžeme zhruba rozlišit tři možnosti rozložení hmotnosti lodi:

1) převážná část hmotnosti (více než 70-75%) připadá na nosní zařízení;
2) hmotnost člunu je rozdělena přibližně rovnoměrně mezi příď a záď;
3) převážná část hmotnosti připadá na podávací zařízení.

V zahraničních projektech lodí se stejně často používají všechny tři způsoby rozložení hmotnosti; v praxi stavby domácích lodí se nejčastěji používá druhá možnost. Jak ukázala praxe, takové rozložení nákladu poskytuje lodi nejlepší způsobilost k plavbě.

Prvním krokem při návrhu křídlového člunu je určit dosažitelnou rychlost pro daný výkon motoru (nebo vyřešit inverzní problém).

Rychlost lodi lze určit ze vzorce:

N e - příkon stávajícího motoru, l. S.;
η je celková účinnost pohonu mechanického zařízení s přihlédnutím ke ztrátám při provozu hřídelového vedení a vrtule;
R je celkový odpor člunu (kg) při pohybu rychlostí υ (m/s).

Celkový odpor lze vyjádřit hodnotou hydrodynamické kvality K:

Potom vzorce (1), (2) mají tvar:

Dost přesná definice Odolnost vody vůči pohybu křídlového člunu je extrémně obtížné vypočítat. V současné době se k tomuto účelu využívají výsledky testů tažených modelů v experimentálních bazénech nebo na otevřených vodních plochách. Model je vyroben přesně v souladu s přírodou, ale ve zmenšeném měřítku. Při přepočtu odporu na základě výsledků modelových zkoušek in situ se obvykle předpokládá, že hodnoty hydrodynamické kvality modelu a navržené lodi při stejné relativní rychlosti (pokud Froudeho čísla modelu a skutečné jsou stejné) ve všech režimech pohybu jsou stejné.

Podobnou konverzi hydrodynamické kvality lze provést z jakéhokoli přijatého prototypu na navrženou loď.

Hodnota celkové účinnosti pohonu je definována jako:

Pro lodě s přímým převodem motor-vrtule η m = 0,9÷0,95. Když je převodovka zahrnuta v linii hřídele η m = (0,9÷0,95); ηηredukt = 0,8÷0,9. U motorových člunů s úhlovým sloupem (převod ve tvaru Z na vrtuli) je η m v rozsahu 0,8÷0,95 v závislosti na kvalitě převodu.

Přesné určení η p je možné pouze výpočtem akčních křivek vrtule. Tato hodnota závisí na mnoha faktorech: rychlost; počet otáček; přijaté rozměry vrtule; vzájemná poloha křídel, vyčnívajících částí a vrtule atd. Upozorňujeme, že výběr a výroba vrtule je složitá a velmi zodpovědná záležitost.

Pro dobře vybrané a pečlivě vyrobené vrtule η р = 0,6÷0,75 při rychlostech 30-50 km/h (při vysokých rychlostech η р mírně klesá).

Zhotovení modelu a určení jeho odolnosti proti tažení je obtížné a nákladné, proto je tento způsob pro individuální stavbu nepřijatelný. Typicky se v takových případech používá přibližná metoda založená na použití statistických údajů z testů existujících lodí.

Vzhledem k tomu, že ani u stavěných lodí nemusí být k dispozici údaje o hodnotách K a η p, je při určování požadovaného výkonu nebo dosažitelné rychlosti podle (3) a (4) nutné použít koeficient kvality pohonu K η jehož hodnotu lze vypočítat, pokud výkon, rychlost a zdvihový objem:

Při použití takto získaného koeficientu kvality pohonu je nutné jej upravit s ohledem na rozdíly mezi navrženým člunem a prototypem člunu.

Se zvýšením rychlosti pohybu na rychlost odpovídající počátku kavitace na křídlech dochází ke snížení hydrodynamické kvality zejména v důsledku zvýšení odporu vyčnívajících částí, rozstřiku a aerodynamického odporu (tj. odporu vzduchu) . Velikost těchto odporových složek závisí na druhé mocnině rychlosti pohybu a povrchu jak vyčnívajících částí, tak samotného těla, navlhčeného vodou nebo ve vzduchu.

U stávajících křídlových člunů je odpor vyčnívajících částí, sprej a aerodynamický odpor při rychlosti 60-70 km/h 20-25 % a u malých člunů až 40 % celkového odporu.

Hlavním problémem při navrhování křídlového člunu s vysokou hydrodynamickou kvalitou, dobrým pohonem a plavební způsobilostí je výběr křídlových prvků.

Výchozí hodnotou pro výběr rozměrů křídla je plocha jeho ponořené části, která se určuje z poměru:

Koeficient zdvihu se volí v rozmezí 0,1-0,3; v obecném případě C y závisí na konstrukční rychlosti. Hodnota součinitele vztlaku zadního křídla pro zvýšení stability pohybu se považuje za o 20-50 % vyšší než u přídi.

Rozměry křídel (rozpětí l a tětiva b) se přidělují po určení plochy křídla s přihlédnutím k potřebě zajistit dostatečně vysokou hydrodynamickou kvalitu, boční stabilitu plavidla a pevnost křídla.

Jak již bylo uvedeno, prodloužení určuje hodnotu hydrodynamické kvality. Obvykle berou λ = l/b > 5. Je třeba mít na paměti, že zvětšení rozpětí křídel výrazně zvyšuje boční stabilitu plavidla při plavbě.

U malých lodí je zvláště důležité zajistit boční stabilitu při plavbě. Jak ukazují provozní zkušenosti, celkové rozpětí křídel by nemělo být menší než šířka trupu lodi a menší než 1,3 - 1,5 m.

U lodí s nízkou relativní rychlostí nezpůsobuje splnění těchto požadavků komplikace při zajišťování pevnosti křídel. Je možné použít křídla se dvěma nebo třemi vzpěrami z oceli, slitin hliníku a hořčíku nebo i ze dřeva. Použití křídla se šikmými stabilizátory (lichoběžníkové) umožňuje snížit počet vzpěr na jednu nebo dvě. S rostoucí relativní rychlostí se však síla křídel stává rozhodujícím faktorem. Pro zajištění pevnosti křídel je nutné instalovat velké množství vzpěr, což je krajně nežádoucí z důvodu zvýšení odporu a dodatečné možnosti proražení vzduchu k horní ploše křídla; je nutné vyrobit roviny proměnné šířky nebo použít schémata s volně stojícími křídly.

Na Obr. Obrázek 18 ukazuje křivky znázorňující změnu efektivních napětí v křídle v závislosti na konstrukční rychlosti člunu. Tyto křivky jsou vykresleny pro příďové křídlo člunu o výtlaku 500 kg, který má dvě plochá křídla pro nízké zatížení, mezi kterými je zatížení rovnoměrně rozloženo.

Graf ukazuje závislosti pro dva případy:

křídlo má na základě podmínek pro zajištění boční stability jednu rovinu (čárkované křivky);
křídlo se skládá ze dvou volně stojících křídel s daným poměrem stran (křivky znázorněné plnými čarami).

Ve všech případech je použito ploché obdélníkové křídlo s Cy = 0,15 a relativní tloušťkou 6 %.

Jak je patrné z grafu, při rychlosti více než 10-12 m/sec je pro zajištění pevnosti křídla první varianty nutné buď nainstalovat třetí vzpěru, která mírně sníží hydrodynamickou kvalitu , nebo použít materiál se zvýšenou mechanické vlastnosti. Zároveň se u volně stojících křídel při instalaci jedné vzpěry po druhé objevují stejná napětí při mnohem vyšší rychlosti (20-25 m/sec).

Daný graf lze použít pro výběr materiálu křídla při navrhování lodí podobného výtlaku. V každém konkrétním případě je nutné provést podrobnější a přesnější výpočty pevnosti křídel, přičemž křídlo je považováno za rám skládající se z rovinných tyčí a vzpěr.

Jak ukázaly zkušenosti z provozu lodí a testování křídel, při pohybu ve vlnách je křídlo vystaveno zatížení, které daleko přesahuje statické zatížení V. Výsledná přetížení jsou způsobena poruchami při prořezávání křídla vlnami, změnami úhlu náběhu křídla v důsledku výskytu podélného a vertikálního sklonu a přítomnosti vodních částic oběžných rychlostí během vln, jakož i změn v ponoření křídel. V tomto ohledu je při výpočtu síly křídel nutné zavést zvýšené bezpečnostní rezervy:

Typicky se pro lehce ponořené prvky bere n = 3 Vzhledem k tomu, že s rostoucím ponořením křídla klesá změna vztlakové síly na něj způsobená vlivem volné hladiny, u hluboce ponořených rovin může být bezpečnostní faktor. mírně snížena.

Při výpočtu síly křídelních prvků vystupujících z vody při pohybu je nutné specifikovat určité podmíněné zatížení, které se na nich může vyskytnout při pohybu ve vlnách, s náklonem apod. V tomto případě se předpokládá, že toto zatížení je náhodné a bezpečnostní rezerva se sníží na n=1,25÷1,5.

Kromě stanovení hlavních rozměrů nosných rovin je při návrhu nutné určit výšku regálů. Projektant je přitom postaven před požadavky, které si vzájemně odporují. Na jedné straně zvýšení výšky vzpěr křídla zlepšuje způsobilost plavidla k plavbě a snižuje množství odporu při plavbě na divoké i klidné vodě. Na druhou stranu, zvýšení výšky vzpěr může vést ke zhoršení podélné a boční stability lodi a hlavně způsobuje zvýšení odporu lodi v režimech předcházejících plachtění na křídlech ( z důvodu zvětšení smáčeného povrchu vzpěr, přídavných držáků kardanového hřídele atd.) .

Při určování výšky stojanů se obvykle berou v úvahu následující úvahy. Nejdůležitějším faktorem je maximální vzdálenost od osy vrtule k trupu, určená obecným umístěním mechanické instalace (motor, přívěsný motor) na lodi a provozními podmínkami vrtule. Například u moskevského přívěsného motoru tato vzdálenost nepřesahuje 230-250 mm (což odpovídá výšce zrcadla 290-300 mm); Další prohloubení (snížení) motoru je nepraktické, protože může způsobit špatné startování, zalévání vody do válců a na svíčky atd.

Při použití stacionárních motorů je třeba vycházet z podmínek umístění motoru po délce člunu a zajištění normálního úhlu hřídele (ne více než 10-12°). Použití ozubeného kola ve tvaru Z (úhlový sloup) umožňuje zvětšit vzdálenost od vrtule ke skříni, a to i při instalaci stacionárního motoru.

Výška vzpěr zadního křídla hk by měla být taková, aby se při pohybu na křídlech neodkryla vrtule a nenasávala atmosférický vzduch. Je vhodné umístit vrtuli pod rovinu křídla a ponechat mezi křídlem a listem mezeru rovnající se 10-15% průměru vrtule.

Při montáži přívěsných motorů se křídlo většinou instaluje v úrovni tzv. antikavitační desky.

Výška vzpěr příďového křídla hp je určena na základě hodnoty trimování lodi při pohybu na křídlech a lze ji vypočítat pomocí vzorce:

Tento vzorec je přibližný, protože nebere v úvahu deformaci vodní hladiny za příďovým křídlem, která ovlivňuje úhel sklonu.

Pro stávající motorové čluny a čluny ψ = 1÷3°. Pro lodě s rel vysoké rychlosti Při pohybu je úhel trimu zvolen o něco menší, protože v tomto případě se režim přibližování křídel posouvá na nižší rychlosti a odpor na „hrbu“ klesá.

Jedním z hlavních problémů, který je třeba vyřešit při navrhování křídlové lodi, je výstup na fólie. U lodí s vysokou relativní rychlostí se tento problém může stát hlavním problémem.

Během zrychlení, kdy je vztlaková síla křídel stále malá, se loď pohybuje po trupu. S rostoucí rychlostí se zvyšuje zvedací síla křídel a loď se začíná pohybovat nejprve na přídi a trupu a s dalším zvýšením rychlosti - na obou křídlech. V okamžiku, kdy člun dosáhne příďového křídla, dosáhne voděodolnost vůči pohybu největší hodnoty; na křivce odporu tento moment odpovídá charakteristickému „hrbu“ (viz obr. 1). Při vynoření tělesa z vody se jeho smáčený povrch zmenšuje a odpor klesá. Při určité rychlosti – tzv. rychlosti křídla – se trup zcela zvedne z vody. Při výběru ploch křídel se počítá nejen s maximální rychlostí, ale také s rychlostí vzletu z vody.

Vztlaková síla křídel při všech rychlostech člunu vyrovnává jeho hmotnost. Pokud tedy při maximální rychlosti v ponořená plocha křídla S a součinitel vztlaku C y a při rychlosti vzletu υ o plocha křídla S o a součinitel vztlaku C y0, musí být splněna následující podmínka:

Vzhledem k tomu, že při maximální rychlosti je ploché křídlo ponořeno málo a při rychlosti vzletu je jeho ponoření mnohem větší, je hodnota C y0 obvykle 1,5-2krát větší než C y. Navíc na začátku zdvihu na křídlech je trim lodi obvykle větší než při maximální rychlosti, což také vede ke zvýšení C y0 (přibližně 1,2-1,5krát) v důsledku zvětšení úhlu útok křídla α.

Vzhledem k tomu, že ponořená plocha plochého křídla zůstává konstantní, z výše uvedené rovnosti (7) lze získat, že pro loď s plochým, mírně ponořeným křídlem je rychlost vzletu:

Jak ukazuje zkušenost, překonání odporového hrbolu s takovým poměrem otáček je možné pouze při nízkých relativních otáčkách. Na Obr. Obrázek 19 ukazuje změnu odporu člunů se stejným výtlakem, ale s různými maximálními konstrukčními rychlostmi. Jak je patrné z grafu výše, zatímco při maximální rychlosti zůstává odpor téměř konstantní, v režimu výjezdu z křídla se výrazně zvyšuje s rostoucí rychlostí vzletu.

Pro překonání aerodynamického hrbolu při vysokých relativních rychlostech musí mít lodě s plochými křídly pomocné hoblovací plochy nebo přídavná křídla, nebo musí být schopny měnit úhel náběhu hlavních rovin křídel za pohybu. Aby se snížila rychlost oddělení trupu od vody, je nutné výrazně zvýšit celkovou plochu nosných ploch. Přídavné nosné plochy by měly být umístěny tak, aby při zvyšování rychlosti a stoupání hlavních rovin postupně vystupovaly z vody a nevytvářely další odpor; K tomu se doporučuje udělat je deadrise (úhel deadrise 20-30°) a nepřibližovat je k tělu a hlavním rovinám na vzdálenost menší, než je tětiva křídla.

Pro zvýšení účinnosti startovacích prvků je vhodné instalovat horní prvky s větším úhlem náběhu než spodní. Instalace pomocných letadel umístěných (při pohybu maximální rychlostí) nad vodní hladinou, jak již bylo uvedeno, zvyšuje způsobilost k plavbě a stabilitu plavidla.

Jak je vidět z Obr. 19, při rychlostech, kdy loď dosáhne křídel, je hlavní částí odporu odpor trupu. V souladu s tím, aby se usnadnilo zrychlení, musí mít trup lodi dobře aerodynamické obrysy, podobné obrysům konvenčních lodí navržených pro pohyb rychlostí odpovídající režimu vysunutí křídla.

V tabulce 2 ukazuje hlavní prvky a srovnávací! charakteristiky pěti domácích křídlových motorových člunů a šestimístného okřídleného člunu "Volga" (obr. 20), které dobře ilustrují výše uvedené body.

Výpočet křídlového zařízení pro plastový motorový člun "L-3"

Jako příklad je uveden výpočet křídel provedený pro plastový motorový člun „L-3“ („MK-31“), jehož hlavní prvky jsou uvedeny v tabulce. 2. Jeho tělo je vyrobeno ze sklolaminátu na bázi polyesterových pryskyřic, vyztuženo skelným vláknem. Hmotnost kufru 120 kg. Člun bez křídel se čtyřmi lidmi na palubě vyvine (s motorem Moskva) rychlost jen asi 18 km/h, proto bylo pro zvýšení rychlosti rozhodnuto o instalaci křídel (obr. 21, 22).

Při návrhu křídel byly kromě základních požadavků na zajištění stability lodi stanoveny následující úkoly:

zajistit vysokou rychlost motorového člunu s celkovým výtlakem 480 kg (čtyři lidé na palubě) při instalaci stejného přívěsného motoru „Moskva“;
zajistit uspokojivou plavební způsobilost při provozu ria křídel s plným zatížením při výšce vlny 300 mm.

Na základě zkušeností z testování a provozu křídlových člunů bylo rozhodnuto usadit se na konstrukci křídla, které zahrnovalo příďové ploché, mírně ponořené křídlo (nesoucí asi 50 % nákladu) s plavby způsobilým, hluboce ponořeným prvkem v podobě „racka“ a ploché zadní křídlo.

Plochy křídel byly vypočteny v následujícím pořadí.

Určení předpokládané rychlosti lodi. Protože zvolená konstrukce křídla člunu je podobná konstrukci použité na člunu P. Korotkova a rychlosti jejich pohybu jsou blízké, byla hodnota kvality pohonu pro člun „L-3“ brána jako stejná jako u člunu P. Korotkovův člun, tj. K η = 5 ,45.

Při této hodnotě K η je rychlost motorového člunu:

Velikost křídla. Na základě polohy těžiště lodi a umístění záďového křídla byla určena podélná poloha příďového křídla. Protože se předpokládá, že zatížení křídel je rozloženo rovnoměrně:
Pro eliminaci negativního vlivu přídě na vzdálenost zádi mezi nimi musí být minimálně 12-15 tětiv přídě a pro tuto loď je L k = 2,75 m.

Pro dosažení vysoké rychlosti a plavby a snížení odporu v režimu přiblížení křídel byla vzata průměrná hodnota součinitele vztlaku na příďovém křídle rovna C yn = 0,21. Zároveň je hodnota součinitele vztlaku mírně ponořených částí křídla o něco menší než tato hodnota, což zajišťuje zvýšenou stabilitu křídla při pohybu; průměrná hodnota Su hluboce zakopaného prvku je poněkud větší v důsledku jeho výrazného ponoření. Koeficient vztlaku záďového křídla, s přihlédnutím k nízké rychlosti člunu, byl vzat rovný Сук = 0,3.

Pro vybrané hodnoty C y je plocha křídel (tj. plocha průmětu křídla do vodorovné roviny) rovna:

Pro zajištění dostatečné boční stability se předpokládá rozpětí příďového křídla l n = 1,5 m; proto struna křídla:

Bylo rozhodnuto vyrobit záďové křídlo v rozměrech lodi; za této podmínky se ukázalo, že jeho rozpětí je l n = 1350 mm a jeho tětiva:

Při zvolených velikostech křídel zajišťuje velká rovinná prodloužení λ n = 7,5 a λ k = 8,5 vysokou hydrodynamickou kvalitu lodi.

Pro uvažovaný případ bylo rozpětí „racka“ původně uvažováno jako 500 mm. Aby se však zvýšila absolutní a relativní hloubka hluboce ponořeného prvku, a tím se zvýšila způsobilost křídla k plavbě, bylo rozhodnuto při zachování plochy hluboce ponořeného prvku a úhlu jeho vyskočení zvětšit jeho rozpětí na 600 mm snížením průměrná velikost tětivy do 170 mm. Aby se zajistilo, že se plocha nízkoponorných letadel nezmění, bylo celkové rozpětí křídel zvýšeno na 1550 mm.

Jak ukázal výpočet pevnosti křídel, při pohybu na klidné vodě dosahují napětí v křídlech hodnot ο = 340 kg/cm 2 . Při bezpečnostním faktoru n = 3 lze pevnost křídel zajistit použitím materiálu ο T = 1200 kg/cm 2.

Pro snížení hmotnosti křídlového zařízení byla jako materiál zvolena dobře svařitelná antikorozní slitina hliníku a hořčíku značky AMg-5V o ο T = 1200 kg/cm 2 .

Návrh konstrukce křídla člunu je na Obr. 23.

Určení výšek vzpěr křídla. Podle podmínek pro umístění motoru na příď člunu byla zvolena výška stojanu záďového křídla hk = 140 mm (výška výřezu pro uchycení motoru na příčce byla 300 mm).

Po nastavení hodnoty jízdního trimu ψ = 1°20" jsme získali výšku vzpěry příďového křídla:

Akceptované hodnoty koeficientů vztlaku jsou o něco vyšší než na lodi P. Korotkova, neměli bychom se však bát zvýšení odporu v režimu „hrb“, protože relativní rychlost lodi L-3 je výrazně méně než prototyp lodi. Navíc velká šířka dna lodi a podélné zvlnění poněkud snižují odpor trupu lodi v režimu vysunutí křídla.

Pro zlepšení běhu a výkonnostní kvality Konstrukce křídla lodi dostala následující konstrukční prvky:

volné konce příďového křídla jsou hladce zaoblené, což snižuje koncové ztráty v důsledku tvorby víru a tím zvyšuje hydrodynamickou kvalitu a stabilitu pohybu;
náběžná hrana mírně ponořených částí křídel je ohnutá o 1 mm, což snížením úhlu náběhu křídla do vody snižuje šplouchání při plavbě ve vlnách, kdy křídlo periodicky vyskakuje z vody, proříznutí vlny;
Vzpěry příďového křídla jsou vyrobeny z proměnlivého průřezu: části vzpěr, které jsou při pohybu ve vodě, jsou tenčí a v místě styku s trupem jsou tlustší. Tím se snižuje odpor vzpěr při pohybu bez snížení pevnosti křídla;
vzpěry křídla nad čarou ponoru při konstrukční rychlosti jsou nakloněny dopředu, což snižuje rozstřikování, když vzpěry křižují vodní hladinu;
příďová a záďová křídla mají upevnění, které vám umožní snadnou změnou úhlů křídel vybrat optimální úhly náběhu pro různé zatížení lodi a v závislosti na vlnách;
Konstrukce uchycení příďového křídla poskytuje možnost instalace mechanismu, který vám umožní vybrat úhly náběhu křídla za pohybu.

Námořní zkoušky prokázaly dobrou rychlost a plavební způsobilost lodi. Při plném zatížení se snadno vynoří z křídel a plynule se pohybuje rychlostí asi 32 km/h. Ve vlnách o výšce vlny do 0,5 m se člun pohybuje na křídlech bez náhlých otřesů a úderů. Loď má dobrou manévrovatelnost. Při sníženém zatížení (jedna nebo dvě osoby) loď neztrácí stabilitu, protože pohyb probíhá na „racce“ a lehce ponořené části křídla, hoblující podél hladiny vody, pohyb dobře stabilizují. Zadní křídlo je přitom tak blízko povrchu, že občas i hobluje.

Uvedené schéma pro výpočet křídlového zařízení pro motorový člun L-3 lze v podstatě použít pro výpočet křídel libovolných motorových člunů a motorových člunů. V každém konkrétním případě však mohou nastat specifické rysy, které způsobí změnu posloupnosti nebo nutnost podrobnějších výpočtů a upřesnění.

Výroba, montáž a testování křídlového zařízení

Pro výrobu křídel se prakticky používá celá řada materiálů, nejčastěji jsou však křídla vyrobena ze svařované oceli nebo slitin hliníku a hořčíku (a pro jednoduchost masivní).

Nejnáročnějším procesem je zpracování křídel podél profilu. Existuje několik známých způsobů, jak získat daný profil křídla, ale dva z nich jsou nejběžnější (obr. 24):

1) roviny křídel jsou vyrobeny z přířezů vyříznutých z trubky. Průměr trubky polotovaru pro profil ve tvaru kruhového segmentu lze určit pomocí nomogramu (obr. 25). Vnitřní povrch trubky je vyfrézován do roviny a vnější povrch je vypilován do požadovaného profilu;

2) roviny křídel jsou vyrobeny z plošného materiálu. Pro získání požadovaného profilu je horní plocha ohoblována nebo vyfrézována podle zadaných pořadnic a výsledné „kroky“ jsou ručně vypilovány.

Pokud je potřeba získat konvexně-konkávní profil, rovina křídla se ohne nebo se materiál vybere mechanicky.

Křídla malých rozměrů, pokud to není možné obrábění lze vyrobit ručním podáním.

Při zpracování a kontrole profilů hotových křídel a vzpěr se obvykle používají šablony vyráběné podle daných pořadnic s přesností ±0,1 mm. Odchylky profilu od šablony by neměly překročit ±1°/o od maximální tloušťky křídla.

Po zpracování rovin a vzpěr jsou křídla sestavena. Pro zajištění přesnosti montáže a zabránění deformacím při svařování se doporučuje křídla skládat a svařovat v přípravku, který může být kovový nebo i dřevěný. Svary musí být zapilovány.

Aby se snížila možnost průniku vzduchu vzpěrami na horní plochu křídla, měla by místa, kde vzpěry dosedají na roviny, mít hladké přechody podél poloměrů a poloměr přechodu v největší části vzpěry by neměl přesáhnout 5% jeho tětivy a největší poloměr přechodu u nosů by měl být 2-3 mm.

Smontované křídlo nesmí mít odchylky přesahující následující hodnoty:

rozpětí a tětiva křídla ±1 % tětivy křídla;
tětiva vzpěry ±1 % tětivy vzpěry;
nesoulad mezi montážními úhly na pravé a levé straně (“zkroucení”) ±10";
zkosení rovin po délce člunu a výškach stojanů je ±2-3 mm.

Po montáži a kontrole jsou povrchy křídel a vzpěr broušeny a leštěny. Leštění snižuje odpor při pohybu a tím zvyšuje hydrodynamickou kvalitu lodi.

Pokud se provádí nátěr na ochranu křídel před korozí, pak po dokončení pilování je povrch natřen a poté vyleštěn. K natírání křídel, různých emailů a laků, polyesteru a epoxidové pryskyřice a další vodotěsné nátěry. Během provozu se musí nátěry a laky často obnovovat, protože voda obtékající křídla vysokou rychlostí způsobuje jejich rychlou destrukci.

Hotové křídlo je instalováno na lodi. Poloha křídel vzhledem k tělu musí být zachována v souladu s výpočtem. Vodorovnost rovin se kontroluje vodováhou a montážní úhly se kontrolují pomocí úhloměrů s přesností ±5".

Upevnění křídel k tělu musí být dostatečně tuhé a pevné, aby zajistilo, že úhly náběhu jsou během pohybu zafixovány při výrazném přetížení křídla. Kromě toho by upevnění mělo umožňovat snadné změny (v rozmezí ±2÷3°) montážních úhlů hlavních rovin křídel. Pro čluny, které se výrazně liší od prototypu zvolenou konstrukcí křídla, relativní rychlostí nebo jinými vlastnostmi.

Je vhodné zajistit možnost výškového uspořádání křídel (pro výběr optimální polohy).

Jak ukázala praxe, splnění stanovených požadavků na přesnost výroby a montáže křídlových křídel je nutná podmínka; často i malé odchylky od zadaných rozměrů mohou vést k úplnému selhání nebo zbytečnému vynaložení času a peněz na opravu chyb a doladění křídlového zařízení. Obvykle loď se správně vyrobenými fendry snadno vyleze z vody a pohybuje se na fendrech hned od začátku; je zapotřebí pouze malé doladění - výběr optimálních úhlů náběhu pro získání stabilního pohybu v celém rozsahu rychlostí a zajištění nejlepšího chodu a plavby.

Za počáteční úhly instalace křídel se obvykle považují takové úhly, při kterých jsou úhly náběhu křídel vzhledem k linii spojující výstupní okraje křídel stejné: na přídi 2-2,5° a na zádi křídlo 1,5-2°. Při závěrečném testování lodi je kromě upřesnění úhlů instalace křídel nutné loď komplexně otestovat: zjistit její rychlost, plavbu a ovladatelnost: ujistit se, že je zcela bezpečné na ní plout .

Před provedením vývojových zkoušek musí být posunutí člunu upraveno na konstrukční hodnotu. Doporučuje se člun zvážit a určit polohu jeho těžiště po délce. Kromě toho je nutné předem zkontrolovat provozuschopnost motoru.

Při testování lodi je třeba dodržovat následující pravidla:

1) testy by měly být prováděny za klidného počasí a bez vln;

2) na lodi by neměli být žádní další lidé; všichni účastníci testu musí umět plavat a mít osobní plovací zařízení;

3) loď by neměla mít počáteční náklon větší než 1°;

4) zvýšení rychlosti je nutné provádět postupně: před každým novým zvýšením rychlosti se musíte ujistit, že kormidelní zařízení správně funguje a že loď má dostatečnou boční stabilitu jak na rovném kurzu, tak při manévrování. V případě nebezpečných jevů - výrazné narůstající náklony, zaboření trupu do vody, ztráta boční stability a ovladatelnosti - je nutné snížit rychlost a zjistit příčiny těchto jevů;

5) Než začnete loď zrychlovat, musíte se ujistit, že je cesta volná a nehrozí, že by se na kurzu náhle objevily lodě, čluny, plovoucí lidé a předměty. Testy by se neměly provádět v oblastech, kde jsou přeplněná jiná plavidla a bóje nebo v těsné blízkosti pláží;

6) Je nutné důsledně dodržovat všechna pravidla pro řízení lodí a motorových člunů.

Během testování mohou nastat následující případy:
1. Člun nedosahuje příďového křídla. Důvodem může být malý úhel náběhu přídě nebo příliš vpředu střed lodi. Aby loď dosáhla příďového křídla, je nutné změnit centrování lodě nebo, pokud to nedává výsledky, postupně zvětšovat úhel instalace příďového křídla (každé 20"); v tomto případě můžete mírně zmenšit úhel instalace záďového křídla (o 10-20"). Úhel náběhu přídě by měl být zvolen tak, aby loď mohla snadno vystoupit a stabilně se pohybovat po přídi. Při dosažení příďového křídla by se měla zvýšit rychlost pohybu.

2. Člun nedosahuje záďového křídla. Důvodem může být malý úhel náběhu zadního křídla nebo příliš zadní centrování. To lze eliminovat stejnými dvěma způsoby: změnou centrování člunu nebo postupným zvyšováním úhlu instalace záďového křídla (20/ každý); Pokud zároveň loď přestane dosahovat příďového křídla, měl by se také zvětšit její úhel náběhu (o 10").

3. Po dosažení záďového křídla člun plynule padá na příďové křídlo; v tomto případě nedochází k narušení z roviny nosního křídla. Tento jev je způsoben snížením úhlu náběhu příďového křídla v důsledku snížení úhlu trimu při zdvihu na křídlech. Je nutné zvětšit montážní úhel příďového křídla o 10-20".

4. Po dosažení záďového křídla člun prudce padá na příďové křídlo; Na přídi lze zároveň pozorovat poruchy proudění a obnažení křídla. Úhel náběhu příďového křídla je vysoký a měl by být snížen o 5-10".

5. Když se loď pohybuje na křídlech, záďové křídlo selže; v tomto případě jde zadní křídlo do malé hloubky a jsou pozorovány poruchy. Úhel náběhu zadního křídla je vysoký a měl by být snížen o 10-20".

6. Člun vyjíždí na křídla s velkým válečkem; Zároveň se se zvyšující se rychlostí rolna zvětšuje. Zkontrolujte shodu montážních úhlů křídel na pravé a levé straně a eliminujte „kroucení“ rovin. Pokud se náklon se zvyšující se rychlostí snižuje, znamená to, že boční stabilita je nízká, když loď dosáhne křídel. Pro zvýšení stability člunu při akceleraci lze doporučit následující opatření: zvětšit úhly náběhu příďového křídla, aby se snížil jeho střemhlavost při výstupu; omezit uhlí! útoky záďového křídla k „utažení“ (přeloženo do vysokých rychlostí) výstupu na záďové křídlo; nainstalujte na příďové křídlo další stabilizační prvky.

7. Loď má nedostatečnou boční stabilitu při manévrování na křídlech. Tento jev lze eliminovat pomocí stejných opatření jako v odstavci 6.

8. Loď má špatnou ovladatelnost při pohybu na křídlech. Důvodem může být nedostatečná účinnost kormidla, nežádoucí poměr ploch vzpěr příďového a záďového křídla apod. Manipulaci lze poněkud zlepšit instalací přídavného šprotu na příďové křídlo.

V případě opačného jevu - špatné stability kurzu - by měl být šprot instalován na záďové křídlo. Plocha šprota je vybrána experimentálně.

Samozřejmě v některých případech tato opatření nemusí vést k požadovanému výsledku. Příčiny poruch mohou být velmi různé: nesprávný poměr zatížení, plochy, součinitele vztlaku, výšky vzpěr křídla atd. Pro určení příčiny v každém konkrétním případě je nutné porovnat několik jevů, analyzovat měření rychlosti pohybu, běhu trim a další množství.

Jakmile dosáhnete stabilního pohybu na křídlech v celém rozsahu rychlostí, můžete začít vybírat optimální úhly instalace křídla. Při finálním dolaďování byste měli měnit úhly náběhu křídel o velmi malý kousek (asi 5“) a průběžně sledovat průběh jemného ladění měřením rychlosti v různých jízdních režimech, doby zrychlení a dalších charakteristik.

Když jsou konečně vybrány úhly instalace křídel, mohou být provedeny zkoušky způsobilosti k plavbě, jejichž účelem je určit maximální výšku vlny, při které se může loď pohybovat na křídlech, a současně změřit rychlost. Zkoušky by měly být prováděny při různých úhlech kurzu vzhledem k průběhu vlny.

Pokud vám konstrukce upevnění příďového křídla umožňuje snadno měnit úhly náběhu křídla, můžete provést zkoušky plavby lodi při zvýšených úhlech instalace přídě.

Námořní zkoušky jsou také testem síly křídel. Po námořních zkouškách musí být loď a fendry důkladně prohlédnuty. Pokud jsou zjištěny zlomy, trhliny a deformace, měly by být stanoveny důvody jejich výskytu a tyto konstrukce by měly být zpevněny.

Teprve po rozsáhlém testování lze člun považovat za vhodný pro každodenní použití. Neměli bychom však zapomínat, že každé křídlové plavidlo zůstává v mnoha ohledech stále experimentální, a proto je nutné věnovat zvýšenou pozornost zajištění bezpečnosti plavby.

Jedna osoba řekla: "Nic by nemělo bránit křídlu v létání." Křídlo nepotřebuje takové kudrlinky jako trup ani žádné vyboulení nebo cokoliv jiného, co kazí jeho aerodynamiku. Po odstranění všeho uvnitř křídla se získají velmi elegantní struktury, které potěší nejen estetickým vzhledem, ale i dobrými letovými vlastnostmi.
Osobně miluji létající křídla, protože je snadné je postavit. Nepodceňujte ale létající křídlo. Největším problémem při navrhování LC je výpočet a úprava zarovnání. Další věta zní: "Nejlepší letadlo je to, které nemá žádnou rezervu." Všechny charakteristiky a provedení je nutné volit tak, aby řešily aktuální problémy a zároveň se nerozpadly ve vzduchu (mimochodem, to se mi stalo).

Před rokem jsem přemýšlel, jak si postavit vlastní létající křídlo, abych si to vyzkoušel. Uvědomil jsem si, že teorii znám, ale netušil jsem, jak tyto znalosti uplatnit v praxi. A abych své znalosti systematizoval, rozhodl jsem se napsat v Matlabu r2009, něco jako kalkulačku pro přibližnou polohu ohniska létajícího křídla (FW). A výsledkem byl program, jehož vstupem byl textový soubor s charakteristikami křídla

A výstupem je tento obrázek

Tento algoritmus byl prezentován v článku na fóru http://www.rcdesign.ru/ Load-bearing wings. Část 2. Geometrie křídla.

Ale nezůstal jsem u toho a rozhodl jsem se tento nápad rozvinout. Hlavní myšlenkou programu je rychle transformovat vaši představu křídla do určitých číselných hmotnostních a rozměrových charakteristik. A přidal jsem do programu výpočet těžišť a převedl LC do 3D. A nakonec jsme dostali program, který to umí.

schopnosti programu

program umí vypočítat:
- plocha křídla v půdorysu
- plocha křídla v příčné rovině
- hmotnost křídla
- hmotnost vybavení křídla
- celková hmotnost zařízení + zařízení
- celkové těžiště X,Z
- zaměření křídla v rozteči X,Z
- zaměření křídla vybočením X,Z
- zatížení křídla
-
programy jsou zobrazeny trojrozměrně
- geometrie křídla
- geometrie prvku
- umístění zaměření křídla v půdorysu
- umístění ohniska v příčné rovině
- umístění těžiště křídla
- umístění těžiště zařízení
- umístění obecného těžiště

Program generuje
- profilové křivky pro konstrukci v programu SolidWorks.
- Mračna bodů geometrie prvků v programu SolidWorks.

Sada těchto parametrů umožňuje vyhodnotit vlastnosti LC.

Nevýhody programu
- nízká interaktivita
- nepřátelské rozhraní
- Nutná znalost Matlabu

Práce s programem

Příprava souborů

WinDev - složka obsahující program pro předběžný výpočet létajících křídel;
fanwing - složka s textovými soubory popisujícími létající křídlo;
STEST je složka s profilovými křivkami a mračny bodů uložená v textovém formátu pro SolidWorks.

Nastavení programu

Dále je třeba nakonfigurovat program pro správnou funkci
- doplňte hustotu materiálu, na základě které bude vypočtena hmotnost křídla, pokud je vyrobeno z jednoho kusu.
- Nastavte kořenový adresář, abyste usnadnili přenos programu z jednoho počítače do druhého.
- Konfigurace umístění a názvu souborů, které popisují geometrii křídla, geometrii profilu křídla a geometrii a hmotnostní charakteristiky prvků palubního vybavení

Soubor popisu geometrie křídla

Zde je křídlo postaveno podle souboru akordů a popisů k nim.
První sloupec je délka tětiv v metrech.
Druhým je skutečné rozpětí k tětivě.
¼ offset je ¼ offset od tětivy rovnoběžné s podélnou osou letadla, změnou této vzdálenosti se změní vychýlení křídla;
V je úhel tvaru V křídla Pomocí toho je také možné vyrobit winglety.
KN je součinitel tloušťky profilu.

Soubor s popisem konstrukčních prvků

Soubor s popisem profilu

Horní řádek je procento akordu
Druhý řádek je procento délky vzestupné tětivy
Druhý řádek je procento délky tětivy dolů

Takové popisy lze nalézt v profilovém atlase.

Příklad práce na kurzu na výpočtu průřezu křídla letadla pro ohyb

Počáteční údaje

Vzletová hmotnost, kg 34500

Hmotnost křídla, kg 2715

Hmotnost paliva, kg 12950

Výkonová hmotnost

instalace, kg 1200 2=2400

Rozpětí křídel, m 32,00

Centrální tětiva, m 6,00

Koncová tětiva, m 2,00

Provozní

přetížení, n E 4,5

Součinitel

Zabezpečení, f 1,5

Rýže. 5.1 Náčrt letadla.

Konstrukce vypočtených diagramů zatížení křídla

5.2.1. Konstrukce ekvivalentního křídla

Pojďme si načrtnout křídlo v plánu. Otočením 50% linie tětivy do polohy kolmé k ose symetrie letadla a provedením elementárních konstrukcí jasných z obrázku 5.2 získáme ekvivalentní rovné křídlo. Na základě počátečních údajů pomocí náčrtu letadla určíme hodnoty geometrických parametrů křídla:

; ;

; (5.1)

Obr.5.2 Ekvivalentní křídlo.

Rozdělme hodnotu na stejné segmenty:

m, (5.2)

tím přijímá sekce: = …, kde - číslo úseku Velikost tětivy v každém úseku je určena vzorcem:

. (5.3)

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5.1

5.2.2 Zatížení jsou určena pro návrhový případ, součinitel bezpečnosti.

Vztlak křídla vypočítáme pomocí vzorce:

, n. (5.4)

Lineární vzduchové zatížení rozdělujeme podél rozpětí křídla v poměru k tětivám:

Kde , m 2- plocha křídla, dle Obr. 5.3.a).

Výsledky výpočtu jsou zaneseny do tabulky 5.1, schéma je na Obr. 5.3.b).

Zatížení od hmotnosti konstrukce křídla rozložíme po rozpětí křídla v poměru k tětivám:

. (5.6)

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5.1. Schéma je znázorněno na Obr. 5.3.c).

Zátěž od hmotnosti paliva umístěného v křídle rozložíme po rozpětí křídla v poměru k tětivám:

. (5.7)

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5.1. Schéma je znázorněno na Obr. 5.3.d).

Shrňme si diagramy zatížení rozložených po rozpětí křídel:

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5.1. Schéma je znázorněno na Obr. 5.3.d).

Integrací diagramu přes , získáme diagram příčných sil:

Integrace diagramu by měla být provedena pomocí lichoběžníkového způsobu, počínaje koncovou částí:

, n. (5.9)

Schéma rozloženého zatížení je na obr. 5.3.e).

Koncentrovaná síla od hmotnosti motoru vytváří v diagramu skok, jehož velikost je dána hmotností motoru a přetížením:

, n. (5.10)

Výsledky výpočtu jsou uvedeny v tabulce 5.1. Obrázek 5.3.g) ukazuje diagram zohledňující koncentrovanou sílu od hmotnosti motoru.

Integrací diagramu (obr.5.3.g)) získáme diagram ohybových momentů:

Integrace diagramu by měla být také provedena pomocí lichoběžníkového způsobu, počínaje koncovou částí:

Výsledky výpočtu v tabulce 5.1.

Výsledky výpočtu diagramů zatížení křídla Tabulka 5.1

i	,	,	,	,	,	,	,	,
	6.0	13.07	-1.098	-5.236	6.736	37.03	31.74	120.40
	5.6	12.20	-1.025	-4.887	6.288	31.70	26.41	96.62
	5.2	11.33	-0.952	-4.538	5.840	26.74	26.74	74.88
	4.8	10.46	-0.878	-4.189	5.393	22.15	22.15	54.88
	4.4	9.588	-0.805	-3.840	4.943	17.92	17.92	38.49
	4.0	8.716	-0.732	-3.491	4.493	14.06	14.06	25.41
	3.6	7.844	-0.659	-3.142	4.044	10.43	10.43	15.39
	3.2	6.973	-0.586	-2.793	3.594	7.167	7.167	8.195
	2.8	6.101	-0.512	-2.444	3.145	4.411	4.411	3.458
	2.4	5.230	-0.439	-2.094	2.697	2.022	2.022	0.827
	2.0	4.358	-0.366	-1.745	2.247	0.0	0.0	0.0

Návrhový výpočet sekce křídla

5.3.1. Jako návrhovou budeme brát druhou sekci křídla – sekci nejblíže spojům mezi odnímatelnou částí křídla (konzole) a středovou sekcí. Podívejme se na geometrické charakteristiky řezu. Velikost tětivy v konstrukční části (viz tabulka 5.1) je rovna m . Pomocí atlasu profilů letadel vybereme aerodynamický profil vhodný pro letoun tohoto typu, např. 9% profil NACA-2409. Geometrické charakteristiky profilu jsou uvedeny v tabulce 5.2. Pro ohýbání funguje pouze mezinosníková část sekce křídla (úsek profilu sekce uzavřený mezi přední a zadní nosník). Omezme se na souřadnice pouze těch profilových bodů, které se v této oblasti nacházejí. Navrhneme dvounosníkové křídlo, první nosník bude umístěn na , nosník bude umístěn na , kde , m – délka tětivy křídla ve druhém úseku.

Souřadnice bodů profilu konstrukčního řezu Tabulka 5.2

X, %b
Yv,%b	5.81	6.18	6.38	6.35	5.92	5.22		4.27
Yn,%b	-2.79	-2.74	-2.62	-2.35	-2.02	-1.63		-1.24
X, b 2, m	1.04	1.30	1.56	2.08	2.6	3.12	3.38	3.64
Yв,b 2,m	0.302	0.321	0.332	0.330	0.308	0.271	0.247	0.222
Yn,b 2,m	-0.145	-0.142	-0.136	-0.122	-0.105	-0.085	-0.075	-0.064

Rýže. 5.3.a), b), c), d), e) Diagramy lineárních zatížení: .

Rýže. 5.3.f), g), h). Diagramy smykové síly a ohybového momentu.

Délka profilové tětivy v sekci design b2 = 5,2 m .

Výška 1. nosníku: H1 = 0,302 + 0,145 = 0,447 m .

Výška 2. nosníku: H2 = 0,247 + 0,075 = 0,322 m .

Maximální výška profil: N MAX = 0,332 + 0,136 = 0,468 m .

Vzdálenost mezi podélníky: B = 0,45 b2 = 0,45 x 5,2 = 2,34 m .

Vnější obrys profilu je znázorněn na obrázku 5.4.a).

Podíl ohybového momentu absorbovaného podélníky v = 0,4

Konstrukčním materiálem je vysoce pevná hliníková slitina D16AT.

Mez kluzu pro D16AT s 0 , 2 =380 *10 6 Pa, E = 72 *109, Pa .

Uvedené výchozí údaje jsou dostatečné pro provedení konstrukčního výpočtu části křídla.

5.3.2. Horní a dolní tětiva mezinosníkové části řezu znázorněného na obrázku 5.4.a) jsou znázorněny ve formě obdélníků, jak je znázorněno na obrázku 5.4.b).

Vzdálenost mezi těžišti těchto zjednodušených pásů je určena vzorcem:

=0,412, m. (5.12)

Kde: 0,95 - zaveden násobitel kvůli tomu, že v čitateli (5.12)

Použijí se rozměry související s vnějším obrysem řezu.

Působení ohybového momentu nahradíme dvojicí sil a:

= = 1,817*106, n (5.13)

Rýže. 5.4 Počáteční zobrazení řezu

5.3.3. Navrhujeme horní tětivu křídla.

Průřezová plocha horní tětivy:

= = 5,033*10-3, m2, (5.14)

Kde: 0,95 - multiplikátor zavedený do jmenovatele kvůli skutečnosti, že horní pás pracuje v tlaku a dochází ke ztrátě stability jako

obvykle dříve, než napětí dosáhne mezní hodnoty

tekutost.

Úměrný proti, zlomek ohybového momentu vnímaného bočními prvky, určíme celkovou plochu horních přírub bočních prvků:

= = 2,0,13*10-3, m2. (5,15)

V souladu s tím, potah a výztuhy zahrnuté v horní zóně části křídla představují podíl rovný:

= .= 3,020*10-3, m2 (5.16)

Určete rozteč strun. v dosahu …

(pro usnadnění výpočtu souřadnic podélníků použijeme vztah , kde = 5,2 ,m - tětiva profilu konstrukční části křídla, a - celé číslo):

= 0,05 x 5,2/2 = 0,13, m. (5.17)

Když známe rozteč podélníků, určíme počet horních podélníků:

= .= 17 . (5.18)

Řídí se poměry:

; ;

(viz obr. 5.5), tloušťku svrchní kůže určete řešením rovnice:

(35*17+60)d B2 = 3,020*10-3, m2. (5.19)

Výsledná hodnota tloušťky kůže se zaokrouhlí nahoru na násobek 0,1 mm,

dB = 2,2*10 -3 , m . (5.20)

S poměr rozměrů rozměrů přírub bočních nosníků.

Opláštění a výplety.

Přibližně minimální požadovanou tloušťku pláště určíme ze stavu křídla pracujícího v torzi pomocí známého Bredtova vzorce:

Při absenci přesnějších údajů v této fázi výpočtu předpokládáme, že příčná síla působí podél přímky 25 % b od patky profilu a střed tuhosti sekce je umístěn v určité vzdálenosti 50 % b od špičky profilu, pak bude velikost točivého momentu v řezu rovna:

= 26,74*10 4 *0,25*5,2 = 34,76*10 4 ,n m. (5.21)

d CELKOVÁ KR = 34,76*10 4 / (2*2,34*0,412*0,5*380*106) = 0,95*10-3, m. (5.22)

Porovnáním (5.20) a (5.22) vybereme pro tloušťku pláště větší hodnotu, zjištěnou ze stavu ohybu křídla, dB = 2,2*10 -3 , m.

Vezměme tloušťku podélníku rovnou tloušťce pláště určete výšku podélníku pomocí vztahů znázorněných na obrázku 5.5:

h stránka B = 5*2,2*103 = 11*10-3, m. (5.23)

Distribuce oblasti mezi horními přírubami 1. a 2. podélníku v poměru k jejich výšce:

= 2,013*10 - 3*0,447/0,769 = 1,17*10 -3 , m 2. (5.24)

.= 2,013*10 -3 *0,322/0,769 = 0,842*10 -3 , m 2. (5.25)

platí pro všechny pásnice navržených nosníků, v souladu s nimi pomocí níže uvedených vzorců určíme rozměry horních pásnic prvního a druhého nosníku:

; ; ; .

h l.v.1 =12,1*10-3, m; b l.v.1 = 96,8*10-3, m;

b’ l.v.1 = 2,2*1,5*10-3 = 3,3*10-3, m; (5.26)

h l.v.1 = 3,3*8*10-3 = 26,4*10-3, m.

; ; ; .

Hl.v.2 = 10,3 x 10-3, m; b l.v.2 = 82,1*10-3, m (5.27)

B’ l.v.2 + 3,3*10-3, m; h’ l.v.2 = 26,4*10-3, m .

V (5.20), (5.23), (5.26), (5.27) jsou určeny všechny rozměry průřezu prvků horní tětivy křídla. Měli byste okamžitě vypočítat kritická napětí v tlačených podélných žebrech horního pásu.

Horní pásnice prvního nosníku.

Obrázek 5.7 ukazuje náčrt řezu žebra tvořeného pásnicí nosníku s pásem připojené opláštění, konvenčně rozdělené do tří elementárních obdélníků (obklad, police, noha). Vypočítejme ordinátu těžiště průřezu a minimální osový moment setrvačnosti pro toto žebro pomocí vzorců známých z kurzu pevnosti materiálů.

Rýže. 5.7 Horní příruba nosníku s připojeným potahem

Vzdálenost od vnějšího povrchu pláště k těžišti žebra tvořeného přírubou nosníku a pásem připojené opláštění:

Minimální moment setrvačnosti žebra tvořeného přírubou nosníku a pásem připojené opláštění:

. (5.29)

Po provedení výpočtů pomocí vzorců (5.28) a (5.29) s použitím rozměrů horní pásnice prvního nosníku (5.26) získáme:

g l.v.1 = 8,01*10-3, m; I l.v.1 = 66,26*10-9, m 4. (5.30)

Pomocí Eulerova vzorce (2.13) vypočteme kritická vzpěrná napětí horní pásnice 1. nosníku pod tlakem:

Kde: l = 5t stránky =5*0,13=0,65 , m – vzdálenost mezi žebry;

S– koeficient v závislosti na způsobu upevnění konců žebra; má se za to, že konce přírub bočních prvků jsou skřípnuté (kvůli přítomnosti stěny), (obr. 2.5), SI = 4 ; konce podélníku jsou podepřeny (obr. 2.5), Ze stránky = 2.

= 288.7*10 6 , Pa. (5.31)

Po provedení výpočtů pomocí vzorců (5.28) a (5.29) s použitím rozměrů horní pásnice druhého nosníku (5.27) získáme:

F l.v.2 = 0,1186*10 -2 , m 2 ;

g l.v.2 = 7,36*10-3, m; I l.v.2 =51,86*10-9, m 4 . (5.32)

= 294,2*10 6 , Pa; (5.33)

(náměstí F l.v.2 připojené opláštění).

Podle náčrtu řezu podélníku (viz obr. 5.5) určíme vzdálenost od vnějšího povrchu pláště k těžišti horního podélníku a kritické vzpěrné napětí v tlaku.

= 1,694*10 -4 , m 2 . (5.34)

=2,043*10 -3 , m. (5.35)

=1,206*10 -9 , m 4. (5.36)

=. (5.37),

Pojďme analyzovat výsledky:

s l.v.1.KR = 288.7*10 6 , Pa;

s l.v.2.KR = 293,6*10 6 , Pa ; (5.38)

s strana V.KR = 47,9*10 6 , Pa

Hodnota kritického napětí horní pásnice 1. nosníku je nedostatečná. Faktem je, že při napětí blízkém této hodnotě bude fungovat i spodní, napnutá pásnice 1. nosníku, a to je výrazně méně než mez kluzu pro konstrukční materiál ( 380*106, Pa ). Nosník bude podtížený, křídlo bude mít nadváhu.

Hodnota kritického napětí pro horní podélník je také malá, materiál podélníků nepracuje efektivně.

Zvyšme kritické napětí pro pásnici 1. nosníku zesílením jazýčku. V tomto případě moment setrvačnosti příruby nosníku I x l.v.1 se výrazně zvětší a plocha průřezu F l.v.1 se mírně zvýší. 380/289 =1,31 tj. je žádoucí zvýšit kritické napětí pro polici

1. nosník na 35% . Zvětšete tloušťku chodidla o 14% , Zachovejme proporce doporučené na obr. 5.6 a výpočet zopakujeme. Dostaneme:

b’ l.v.1 = 3,76*10-3, m; h’ l.v.1 = 30,1*10-3, m.

F l.v.1 = 0,157*10 -2 ,m 2; g l.v.1=8.471*10 -3 , m; (5.39)

I l.v.1 = 87,87*10 -9 , m 4; s l.v.1 KR=376,5*10 6 , Pa;

(náměstí F l.v.1 indikováno s ohledem na plochu průřezu pásu připojené opláštění).

Zpevníme také horní podélník, jeho tloušťku zvětšíme 1,5krát a zachováme proporce znázorněné na obr. 5.5. V důsledku toho dostaneme:

b stránka B = 3,3*10 -3 , m; h stránka B=16.5*10 -3 , m;

F strana B = 1.997*10 -4 , m 2; g stránka B=3.65*10 -3 , m; (5.40)

I stránka B = 4.756 *10 -9 , m 4 ; s stránka V.KR=160*10 6 , Pa ;

(náměstí F strana B indikováno s ohledem na plochu průřezu pásu připojené opláštění).

Je třeba říci, že nelze dát jednoznačná doporučení pro úpravu návrhu tak, aby byly získány optimální výsledky (5.39), (5.40). Zde je nutné provést řadu aproximací (což však odráží specifika konstrukce křídla).

5.3.4. Design spodní tětivy křídla. Opakováním všech kroků provedených v odstavci 5.3.3. určíme rozměry průřezu prvků spodní tětivy křídla:

= = 0,4782*10 -2 ,m 2 ;

celková plochačásti spodních přírub bočních nosníků:

= 0,4*0,4782*10 -2 = 0,1913*10 -2 , m 2 ;

Základní variantou je regionální letoun An-148-100, který zajišťuje přepravu v jednotřídní konfiguraci od 70 cestujících s roztečí sedadel 864 mm (34'') do 80 cestujících s roztečí sedadel 762 mm (30' '). Aby byla zajištěna flexibilita pro splnění požadavků různých leteckých společností, stejně jako snížení provozních nákladů a zvýšení ziskovosti přepravy, je plánováno certifikování základního letadla ve variantách s maximálním letovým dosahem od 2200 do 5100 km. Cestovní rychlost letu je 820-870 km/h. Provedeno marketingový výzkum ukázal, že základní letoun svými technickými a ekonomickými vlastnostmi splňuje požadavky velké množství letecké společnosti.

Letoun An-148-100 je konstruován jako hornoplošník s motory D-436-148 umístěnými na pylonech pod křídlem. To umožňuje zvýšit úroveň ochrany motorů a konstrukcí křídla před poškozením cizími předměty. Přítomnost pomocné energetické jednotky, palubní systém záznamu stavu letadla, stejně jako vysoká úroveň provozuschopnosti a spolehlivosti systémů umožňují použití An-148-100 na síti technicky špatně vybavených letišť.

Moderní letová navigační a radiokomunikační zařízení, použití multifunkčních indikátorů, systémy řízení letu letadla typu fly-by-wire umožňují použití An-148-100 na jakékoli letecké trase, za jednoduchých a nepříznivých povětrnostních podmínek, ve dne i v noci, vč. na trasách s vysokou intenzitou letů v vysoká úroveň pohodlí pro posádku.

Komfort pro cestující je zajištěn na úrovni komfortu na dálkových letadlech a je dosahován racionálním uspořádáním a skladbou servisních prostor, hlubokou ergonomickou optimalizací celkového i individuálního prostoru kabiny pro cestující, použitím moderních sedadel, designem interiéru a materiály, stejně jako vytvoření komfortních klimatických podmínek a nízké hladiny hluku. Racionálně zvolená délka kabiny pro cestující a rozmístění cestujících v řadách podle schématu 2+3 umožňuje provozovateli získat různá jednotřídní a smíšená uspořádání v rozsahu 55-80 cestujících s kabinami ekonomické, business a první třídy. . Vysoký stupeň kontinuity konstrukčního a technologického řešení a provozní sjednocení letounu An-148-100 s úspěšně provozovaným letounem typu An, použití „hi-Tech“ komponent zařízení a systémů domácí i zahraniční výroby zajišťuje letoun An-148- 100 letadel s vysokou konkurenční úrovní ekonomická účinnost, technická a provozní dokonalost.

Údržba letounu An-148-100 je založena na plnění požadavků mezinárodní standardy(ICAO, MSG-3) a zajišťuje zachování letové způsobilosti letadla životní cyklus provozu v intenzitě až 300 hodin měsíčně s faktorem dostupnosti více než 99,4 % při minimalizaci nákladů na údržbu (1,3 člověkohodin na 1 letovou hodinu).

Rodina letadel An-148 také zahrnuje následující modifikace:

osobní letadlo schopné přepravit 40–55 cestujících na vzdálenost až 7000 km; administrativní pro 10 – 30 cestujících. s dojezdem až 8700 km;

nákladní verze s bočními nákladovými dveřmi pro přepravu kusového zboží na paletách a v kontejnerech;

varianta náklad-osoba pro smíšenou přepravu „cestující + náklad“.

Zásadním rysem vzniku rodiny An-148 je využití maximální unifikace a návaznosti jednotek a komponentů základního letadla - křídla, ocasní plochy, trupu, elektrárny, pasažérského a leteckého vybavení.

Výpočet křídla s vysokým poměrem stran

Geometrické údaje křídla

– plocha zameteného křídla;

prodloužení křídla;

Šikmé rozpětí křídel;

Zúžení zameteného křídla;

Kořenová tětiva křídla;

Tětiva na konci křídla;

Úhel sklonu křídla podél náběžné hrany.

Vzhledem k tomu, že křídlo tohoto letadla je vychýlené a úhel podél náběžné hrany je větší než 15° (obr. 1), zavedeme ekvivalentní rovné křídlo o stejné ploše a všechny výpočty jsou provedeny pro toto ekvivalentní křídlo. Přímé křídlo zavedeme otáčením smetého křídla tak, aby přímka probíhající po polovině tětivy přímého křídla byla kolmá k ose trupu (obr. 2). Zároveň rozpětí narovnaného křídla

Narovnaná plocha křídel:

Navíc jako parametr budeme brát hodnotu rovnající se vzdálenosti od konce narovnané konzoly křídla k ose letadla, protože konstrukce tohoto letadla je hornoplošník (obr. 3)

. Pak .

Najdeme relativní souřadnici čáry tlakových středů. K tomu určíme součinitel zdvihu pro návrhový případ A.

vzletová hmotnost tohoto letadla;

- hustota vzduchu ve výšce H = 0 km;

- cestovní rychlost letadla (= kg),

Rychlost ponoru

Potom: C x = 0,013; Cd = 0,339; ao = 2 o

Nosníky umístíme do křídla:

Přední nosník ve vzdálenosti 15 % tětivy od konce křídla;

Zadní nosník je ve vzdálenosti 75 % tětivy od konce křídla (obr. 5).

V konstrukční části () výška předního nosníku , zadní- .

Stanovení zatížení křídla

Na křídlo působí vzdušné síly rozložené po povrchu a síly hmoty od konstrukce křídla a od paliva umístěného v křídle, soustředěné síly od hmoty jednotek umístěných na křídle.

Hmotnosti jednotek zjistíme prostřednictvím jejich relativních hmotností ze vzletové hmotnosti letadla:

Hmotnost křídla;

Hmotnost elektrárny;

Protože v letadle jsou 2 motory, považujeme hmotnost jednoho motoru za rovnou

Rozložení vzduchového zatížení po délce křídla.

Po délce křídla je zatížení rozloženo podle zákona relativní cirkulace:

kde je relativní oběh,

V případě zameteného křídla je relativní cirkulace určena vzorcem:

, Kde - vliv vychýlení křídla, ( - úhel sklonu čtvrtiny tětivy).

Tabulka - Rozložení vzduchového zatížení podél konzoly křídla

zrel	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
 G45	-0,235	-0,175	-0,123	-0,072	-0,025	0,025	0,073	0,111	0,135	0,14	0
G pl	1,3859	1,3701	1,3245	1,2524	1,1601	1,0543	0,9419	0,8271	0,7051	0,5434	0
G	1,27404	1,2868	1,265952	1,218128	1,1482	1,0662	0,976648	0,879936	0,76936	0,61004	0
qv,N/m	36430,7	36795,5	36199,4	34831,9	32832,3	30487,6	27926,9	25161,4	21999,5	17443,9	0,0

Rozložení hmotnostního zatížení po rozpětí křídla.

, kde je tětiva křídla.

Hmotnostní zatížení od hmotnosti paliva rozložíme v poměru k průřezovým plochám palivových nádrží

, kde - specifická gravitace palivo.

kde je hmotnost paliva (pro letoun AN 148).

Celkové lineární zatížení křídla se zjistí podle vzorce:

Počátek souřadnic umístíme do kořene křídla a úseky očíslujeme od kořene ke konci křídla, počínaje .

Výsledky výpočtu se zapíší do tabulky.

	z, m	b(z), m				, kg/m	, kg/m	, kg/m	, kg/m
0	0	4,93	1,3435	-0,060421	1,283079	4048,02	505,33	2187,441	1355,25
0,1	1,462	4,559	1,3298	-0,044994	1,284806	4053,46	467,30	1870,603	1715,56
0,2	2,924	4,188	1,2908	-0,031625	1,259175	3972,60	429,27	1578,541	1964,79
0,2	2,924	4,188	1,2908	-0,031625	1,259175	3972,60	429,27	0	3543,33
0,3	4,386	3,817	1,2228	-0,018512	1,204288	3799,44	391,24	0	3408,20
0,4	5,848	3,446	1,1484	1,141972	3602,84	353,22	0	3249,62
0,4	5,848	3,446	1,1484	1,141972	3602,84	353,22	1068,742	2180,88
0,5	7,31	3,075	1,057	0,006428	1,063428	3355,03	315,19	851,0063	2188,84
0,6	8,772	2,704	0,9571	0,018769	0,975869	3078,79	277,16	658,0454	2143,59
0,7	10,234	2,333	0,8538	0,028539	0,882339	2783,71	239,13	489,86	2054,72
0,8	11,696	1,962	0,743	0,03471	0,77771	2453,62	201,11	346,45	1906,06
0,9	13,158	1,591	0,6091	0,035996	0,645096	2035,23	163,08	227,8153	1644,34
0,95	13,889	1,4055	0,4593	0,032139	0,491439	1550,45	144,06	177,7887	1228,60
1	14,62	1,22	0	0	0	0,00	0,00	0	0

Sestavíme diagramy funkcí , a (obr. 7)

Konstrukce diagramů příčných sil, ohybových a redukovaných momentů.

Při určování zákona rozložení příčných sil a ohybových momentů po délce křídla nejprve najdeme funkce vlivu rozloženého zatížení. Pro tohle tabulková metoda Integrály počítáme lichoběžníkovou metodou.

, ,

Výpočet provádíme pomocí následujících vzorců:

;

; ,

, .

Podobně vypočítáme hodnoty ohybových momentů:

Získané výsledky zaznamenáme do tabulky 2.

tabulka 2

	z,m	ΔQ, kg	Q, kg	ΔM, kgm	M, kgm
0	0	2244,77	20592,41	196758,3	1016728
0,1	1,462	2690,34	18347,64	172115,8	819969,8
0,2	2,924	2969,13	15657,30	152033,9	647854
0,3	4,386	3127,09	12688,17	130883,4	495820,1
0,4	5,848	3194,27	53414,20	121865,8	364936,7
0,5	7,31	3167,01	43712,46	87477,02	243070,9
0,6	8,772	3068,96	34081,88	66035,43	155593,9
0,7	10,234	2895,33	24644,21	57833,87	89558,46
0,8	11,696	2595,34	15538,14	24598,34	31724,59
0,9	13,158	1602,68	6337,4565	7126,248	7126,248
1	14,62	0	0	0	0

Je třeba vzít v úvahu vliv koncentrovaných sil hmoty:

, ;

Pojďme sestavit diagramy (obr. 8)

Při konstrukci diagramu redukovaných momentů nejprve nastavíme polohu osy redukce. Prochází náběžnou hranou křídla rovnoběžně s osou „z“ Sestrojíme diagram lineárních momentů z vlivu rozloženého zatížení a .

Pro běžecké momenty:

Vzdálenosti od míst působení zatížení k ose redukce.

Okamžik je považován za pozitivní, pokud působí proti směru hodinových ručiček.

Integrací diagramu získáme redukované momenty z vlivu rozloženého zatížení. Schéma výpočtu vypadá takto:

Získané výsledky zapíšeme do tabulky 3:

Tabulka 3

kv	qkr	qt	prům	akr	na	mz	dM	M
4027,11	502,72	2187,44	1,67127	2,2185	2,3664	438,75654	42399,48
4032,53	464,88	1870,60	1,69219	2,1982393	2,335009	1434,007	1368,9901	41030,49
3952,09	427,05	1578,54	1,713111	2,1779786	2,303619	2203,8936	2659,3053	38371,18
3952,09	427,05	1578,54	1,713111	2,1779786	2,303619	5840,2499	2659,3053	38371,18
3779,82	389,22	1311,25	1,734031	2,1577179	2,272228	6371,3749	3610,3448	34760,84
3584,23	351,39	1068,74	1,754951	2,1374572	2,240837	6780,5438	4297,6997	30463,14
3584,23	351,39	1068,74	1,754951	2,1374572	2,240837	3144,1876	4297,6997	30463,14
3337,71	313,56	851,01	1,775871	2,1171965	2,209446	3383,2196	4771,5346	25691,6
3062,89	275,73	658,05	1,796792	2,0969357	2,178056	3491,9366	5025,7392	20665,86
2769,34	237,90	489,86	1,817712	2,076675	2,146665	3488,2576	5102,522	15563,34
2440,94	200,07	346,45	1,838632	2,0564143	2,115274	3343,7442	4994,1933	10569,15
2024,72	162,24	227,82	1,859553	2,0361536	2,083884	2959,9915	4608,0307	5961,119
1542,45	143,32	177,79	1,870013	2,0260233	2,068188	2226,3231	3791,1959	2169,923
0,00	0,00	0,00	1,880473	2,0158929	2,052493	0	2169,9229	0

Snížený moment v důsledku působení koncentrovaných hmot se zjistí podle vzorce:

kde je vzdálenost od těžiště nádrže k ose redukce.

Sestavíme souhrnný diagram (obr. 9)

Kontrola správnosti sestrojení diagramů zatížení křídla.

Z diagramu = 20592 kg.

Určení bodu polohy posouvající síly v návrhovém řezu

Když známe příčnou sílu a redukovaný moment v návrhovém řezu (=0,2), můžeme najít místo působení příčné síly podél tětivy křídla návrhového řezu:

Souřadnice se vykresluje od osy zmenšení.

Návrhový výpočet sekce křídla

V konstrukčním výpočtu je nutné zvolit pevnostní prvky průřezu křídla: nosníky, podélníky a potah. Vyberme materiály pro podélné prvky sekce křídla a zapišme jejich mechanické vlastnosti do tabulky 4.

Tabulka 4

Rozteč podélníků se určuje z podmínky, že zvlnění plochy křídla není vyšší než určitá hodnota. Kvantita musí odpovídat nerovnosti

Zde a je tlak v horizontálním letu na spodní a horní plochy křídla;

– Koeficient proražení, pro dural;

– modul pružnosti prvního typu materiálu pláště.

Přibližně hodnoty a jsou považovány za stejné

Parametr je relativní výchylka, jejíž doporučená hodnota není větší než .

Vzhledem k rozteči podélníků najdeme tloušťku kůže, která vyhovuje nerovnosti (tabulka 5).

Tabulka 5.

Z důvodů pevnosti odběrem zvětšíme tloušťku slupky

δ сж = 5 (mm), δ р = 4 (mm),

Stanovme počet podélníků na horní a spodní části průřezu: . (obr. 10)

Zatížení panelů bude stejné

Může být znázorněno zatížení přenášené panelem

Volba podélné pevnosti nastavené v natažené oblasti

Síla v natažené zóně je určena rovností

kde je počet podélníků v natažené zóně, zohledněný v konstrukčním výpočtu,

- plocha průřezu jednoho podélníku,

– tloušťka kůže v tahové zóně.

Protože je panel pevně vyfrézován:

– koeficient zohledňující koncentraci napětí a zeslabení profilu otvory pro nýty nebo šrouby,

– koeficient zohledňující zpoždění při zařazení do silového obvodu opláštění oproti výztuhám, .

Poté najdeme požadovanou plochu podélníků v nataženém panelu: Obr. jedenáct

Při znalosti požadované plochy podélníku vybereme ze sortimentu profilů podélník s podobnou plochou průřezu. Zvolíme stejný úhel stěny PR100-22, , , (Obrázek 11).

Pojďme určit oblast nosných tětiv

Plocha by měla být rozdělena mezi natažené příruby předních a zadních podélníků.

Volba podélné síly nastavené ve stlačené oblasti

Sílu ve stlačené zóně zjistíme podle vzorce:

kde je počet podélníků ve stlačené zóně, zohledněný v konstrukčním výpočtu,

– vypočtené mez pevnosti podélníku ve stlačené zóně,

– plocha průřezu jednoho nosníku ve stlačené zóně,

Připojená oblast kůže je určena vzorcem:

Pak je požadovaná plocha výztuhy:

Při znalosti požadované plochy podélníku vybereme ze sortimentu profilů podélník s podobnou plochou průřezu (obr. 12). Toto je úhel žárovky PR102-23, . Rýže. 12

Kritická napětí lokálního boulení vybraného podélníku budou určena vzorcem:

Koeficient, který zohledňuje podmínky pro zajištění líců stěn.

Zkontrolujeme místní stabilitu podélníků u všech stěn podélníků, kromě těch, které jsou přinýtovány ke kůži.

pro podélnou polici:

Protože >, je třeba je upravit pomocí vzorců:

, , ,

Zjistíme šířku připojeného pláště pracujícího s namáháním podélníků:

Plocha připojeného obkladu:

Celková plocha přírub bočních nosníků:

Rozdělme plochu mezi stlačené příruby předních a zadních podélníků v poměru ke čtvercům jejich výšek:

Vezměme tedy poměr šířky pásnice nosníku k její tloušťce

1 nosník:

, ; , ;

2 nosník:

, ; , .

Volba tloušťky stěn podélníků

Určíme momenty setrvačnosti bočních nosníků.

Přeneseme-li příčnou sílu se statickou nulou do středu tuhosti, zjistíme, že tato síla je ekvivalentní dvěma silám:

a točivý moment

Tyto síly způsobují toky tečných sil ve stěnách podélníků (obr. 13).

Pokud předpokládáme, že točivý moment je vnímán pouze vnějším obrysem části křídla, pak je tento moment vyvážen tokem tangenciálních sil

Poté, v závislosti na umístění smykové síly (před nebo za středem tuhosti)

Zjistíme tloušťku stěny:

, ,

. .

Určení vzdálenosti mezi žebry

Vzdálenost mezi žebry je určena z podmínky stejné pevnosti pro lokální ztrátu stability podélníku a pro obecnou ztrátu stability podélníku s připojeným pláštěm.

Kritická vzpěrná napětí podélníku jsou určena vzorcem:

kde je moment setrvačnosti sekce podélníku s připojeným pláštěm vzhledem k ose procházející těžištěm tohoto úseku a rovnoběžné s rovinou pláště;

– vzdálenost mezi žebry.

Výpočet ověření křídla

Účelem ověřovacího výpočtu je prověřit pevnost konstrukce se skutečnou geometrií a fyzikálními a mechanickými vlastnostmi materiálů konstrukce metodou redukčních koeficientů.

Pro určení redukčního koeficientu nulové aproximace zkonstruujeme diagram deformace plášťových materiálů, podélníků a podélníků. Parametry deformace jsou uvedeny v tabulce 4.

Máme-li deformační diagram, zvolíme fiktivní fyzikální zákon. Při návrhovém zatížení se napětí v nejsilnějším konstrukčním prvku - nosníku - blíží dočasné odolnosti. Proto je vhodné kreslit fiktivní fyzikální zákon bodem (obr. 14).

stlačená zóna :

Živec : ,

Stringer: .

Určíme redukční koeficient nulové aproximace v natažené pásmo :

Živec: ,

Stringer: .

Určíme zmenšené plochy prvků. Skutečné oblasti prvků sekce:

Zmenšené oblasti:

Další výpočty jsou uvedeny v tabulce 6.

Dále musíte najít souřadnice těžiště redukovaného úseku. Určíme polohu středových os redukovaného řezu. Počáteční osy pro průchod špicí profilu volíme v souladu s jeho geometrií (obr. 15).

Souřadnice těžiště redukovaného úseku se určí takto:

kde je počet koncentrovaných oblastí v úseku.

Souřadnice soustředěných prvků ve středových osách zjistíme takto:

Určíme axiální a odstředivé momenty setrvačnosti redukovaného řezu v centrálních osách:

Vypočítejme souřadnice prvků v hlavních středových osách

. (Tabulka 6)

Určete momenty setrvačnosti v hlavních centrálních osách

Určujeme průměty ohybových momentů na hlavní středové osy (obr. 17):

Stanovíme redukovaná napětí v průřezových prvcích:

Skutečná napětí v podélných prvcích určíme z podmínky rovnosti přetvoření skutečného a redukovaného řezu podle deformačního diagramu (obr. 18).

Po zjištění skutečných napětí určíme pro každý konstrukční prvek redukční koeficient následné aproximace:

Stanovení redukčních koeficientů následných aproximací pro každý konstrukční prvek bude provedeno pomocí počítače. (Příloha 1)

Po dosažení konvergence redukčních koeficientů je nutné určit koeficienty nadměrné pevnosti v prvcích:

V natažené zóně, ve stlačené zóně.

Tabulka 5

Tabulka 5 (pokračování)

Zkušební výpočet pro smykové napětí

Vyhodnoťme pevnost kůže upraveného řezu. Kůže je v plochém namáhaném stavu. Podléhá tangenciálním napětím, jejichž hodnoty byly získány na základě počítačových výpočtů:

a normálová napětí, která se rovnají .(Tabulka 7)

Pojďme určit kritické vzpěrné napětí kůže:

Vzdálenost mezi žebry je rozteč podélníků.

Pokud kůže ztratí stabilitu proti smyku () a působí jako diagonálně natažené pole (obr. 19), pak v ní vznikají další normálová tahová napětí určená vzorcem:

kde je úhel sklonu diagonálních vln.

Stav napětí v bodech kůže umístěných v blízkosti výztuh je tedy určen podle vzorců:

. .

Pevnostní podmínka odpovídající kritériu tvarovací energie má tvar:

Koeficient charakterizující nadměrnou pevnost kůže je určen vzorcem:

Získané výsledky zaznamenáme do tabulky 7.

Sestavíme diagram tečných napětí (obr. 20)

Tabulka 7

Výpočet středu tuhosti průřezu křídla

Střed tuhosti je bod, vůči kterému se obrys průřezu zkroutí, nebo je to bod, ve kterém se obrys nezkroutí, když působí příčná síla. Podle těchto dvou definic existují 2 metody pro výpočet polohy středu tuhosti: metoda fiktivní síly a metoda fiktivního momentu. Protože byl proveden zkušební výpočet pro smyková napětí a byl sestaven diagram celkových PSC, používáme pro výpočet středu tuhosti průřezu metodu fiktivního momentu.

Určíme relativní úhel natočení 1. okruhu. Diagram q S je známý.

Podle Mohrova vzorce aplikujeme na první obvod jednotkový moment:

Vzhledem k tomu, že plášť nepracuje samostatně při normálním namáhání, diagram se náhle změní na každém podélném prvku, přičemž mezi prvky zůstane konstantní, pak od integrálu přejdeme k součtu

Určíme relativní úhel zkroucení úseku křídla, když na něj působí moment M = 1 na celý obrys. Neznámé jsou q 01 q 02, pro jejich určení zapíšeme dvě rovnice: rovnici rovnováhy vzhledem k t.A (spodní tětiva předního nosníku) a rovnici pro rovnost relativních úhlů zkroucení prvního a druhého obrysu ( analog úrovně deformační kompatibility).

kde jsou dvojité oblasti vrstevnic.

Pro výpočet relativních úhlů použijeme Mohrův vzorec. Použití jediného momentu na každý okruh

Tedy rovnice pro výpočet neznámých budou mít tvar

Řešení, které najdeme

Po nalezení `M 1 a `M 2 určíme relativní úhel zkroucení prvního obvodu, od aplikace po úsek jediného momentu:

Z působících zatížení určíme velikost točivého momentu v úseku křídla. Protože deformace je lineární, úhel zkroucení je přímo úměrný hodnotě Mcr, pak:

Určíme vzdálenost od posouvající síly ke středu tuhosti (obr. 21).

Provozní práce absorbovaná systémem tlumení nárazů při přistání:

kde je provozní vertikální přistávací rychlost rovna

Ale od , pak přijímáme m/s.

kJ.

Jeden regál zvládá provozní práci

kJ.

Po výpočtu provozní práce absorbované pneumatikami během přistání

pojďme najít práci vnímanou tlumičem

Zdvih tlumiče se vypočítá pomocí vzorce

Koeficient úplnosti diagramu stlačení tlumiče při vnímání práce.

φ e - převodový poměr při zdvihu pístu S e.

Protože se uvažuje s teleskopickým stojanem a předpokládá se, že v okamžiku, kdy se kola dotknou země, je osa stojanu kolmá k povrchu země, pak η e =0,7 a φ e =1.

Pro určení příčných rozměrů tlumiče zjistíme z rovnosti

oblast, přes kterou plyn působí na tyč tlumiče.

Nastavíme hodnoty parametrů:

MPa – počáteční tlak plynu v tlumiči;

– koeficient předpětí tlumiče;

– převodový poměr v okamžiku, kdy se tlumič začne stlačovat;

m 2

U tlumiče s těsněním namontovaným na válci je vnější průměr tyče roven:

Předpokládáme tloušťku těsnicích kroužků pro vnitřní průměr válce

Počáteční objem V 0 plynové komory zjistíme pomocí vzorce

Výška plynové komory s nestlačeným tlumičem

Parametry zjistíme pomocí následujícího algoritmu.

K nalezení neznámých používáme rovnice

Po několika proměnách

Zde je převodový poměr odpovídající zdvihu tlumiče

Koeficient úplnosti diagramu stlačení tlumiče při absorbování práce. Pro teleskopické stojany .

První z rovností (3) má tvar kvadratické rovnice

, 5

Kde , 6

z rovnosti (5)

Dosazením z (8) do druhé rovnice (3) získáme transcendentální rovnici

jehož kořenem je požadované množství.

Výpočty jsou shrnuty v tabulce. 8

Tabulka 8.

Sestavíme graf v souřadnicovém systému (S max, f) (obr. 22).

Průsečík křivky s osou f = 0 dává hodnotu S max =0,55.

Ze závislosti (8) zjistíme

Tlak plynu v tlumiči při maximální kompresi

MPa.

Výška hladiny kapaliny nad horní skříní nápravy

kde:

0,589 + 0,1045 = 0,6935 > 0,55 – podmínka splněna.

Nastavení hodnot parametrů:

m - strukturální zdvih tlumiče;

m - celková výška nápravových skříní;

m - podpěra tyče;

m - celková velikost upevňovacích bodů tlumiče;

dostaneme délku tlumiče v nestlačeném stavu

Délka tlumiče při provozní kompresi

Stanovení nosnosti regálu

Konstrukční faktor přetížení:

Vypočítaná vertikální a horizontální zatížení na stojanu jsou stejná:

Mezi kola je síla rozložena v poměru 316,87:210,36 a síla je 79,22:52,81.

Konstrukce diagramů ohybových momentů

Stojan je kombinovaný systém. Nejprve pomocí metody průřezu zjistíme sílu ve vzpěře. Rovnovážnou rovnici pro hřeben napíšeme vzhledem k závěsu

Diagram ohybových momentů působících v rovině pohybu letadla je na obrázku 23.

Maximální točivý moment, rovný 489,57 kNm, působí v bodě závěsu podvozku.

Diagram ohybových momentů působících v rovině kolmé k rovině pohybu letadla je na obrázku 24. Obr.

Skok v diagramu v místě připevnění tyče k válci, vytvořený excentricky působící silou (svislý průmět síly v tyči), je roven kNm.

Točivý moment se rovná hodnotě

a pouze zatíží válec.

Volba průřezových parametrů prvků

V konstrukčních výpočtech pro teleskopický stojan se volí tloušťky stěn válce a tyče. Nejprve pro každý ze zadaných prvků vybereme řez, ve kterém bude ohybový moment má maximální hodnotu. V návrhových výpočtech nebereme v úvahu osové síly a krouticí momenty. Z pevnostního stavu

kde k je koeficient plasticity, akceptujeme;

W – moment odporu

, ;

MPa.

Z této rovnice zjistíme

Když známe vnější průměr tyče, získáme vnitřní průměr

Pak tloušťka stěny .

Podobně zjistíme hodnotu pro válec, ale protože vnější průměr válce není znám, pak v nulové aproximaci bereme hodnotu m

Sestrojení diagramu osové síly

Vypočtený tlak plynu v tlumiči

Plyn tlačí na tyč silou

Nesoulad mezi silou Рш a vnějším zatížením 528,127 kN je vysvětlen přítomností třecích sil v nápravových skříních. Třecí síla v jedné nápravové skříni je tedy rovna

kN.

Na horním konci tyče tlačí plyn na tyč silou

V důsledku toho je mezi sekcemi procházejícími horní a dolní nápravovou skříní stlačena silou

pod řezem spodní nápravové skříně - silou

Plyn působí na válec přes těsnění axiální silou

protahovací válec. Při konstrukci diagramu N c je třeba vzít v úvahu také síly F tr a S z. Konečný pohled na diagramy osových sil N c a N w je na Obr. 25

Bohužel jsem nenašel jediný článek o aerodynamice „pro modeláře“. Ani na fórech, ani v denících, ani v blozích, ani nikde není na toto téma potřebné „ždímání“. A vyvstává spousta otázek, zejména pro začátečníky, a ti, kteří se považují za „už nejsou začátečníky“, se často neobtěžují studovat teorii. Ale my to napravíme!)))

Okamžitě řeknu, že se do tohoto tématu nebudu ponořit příliš hluboko, jinak se ukáže, že je to přinejmenším vědecká práce se spoustou nepochopitelných vzorců! Navíc vás nebudu strašit výrazy jako „Reynoldsovo číslo“ - pokud vás to zajímá, můžete si ho přečíst ve svém volném čase.

Takže jsme se shodli - pro nás modeláře jen to nejnutnější.)))

Síly působící na letadlo za letu.

Za letu je letadlo vystaveno mnoha vzdušným silám, ale všechny lze považovat za čtyři hlavní síly: gravitaci, vztlak, tah vrtule a odpor vzduchu (vlek). Gravitační síla zůstává vždy konstantní, kromě jejího poklesu při spotřebě paliva. Vztlak je proti váze letadla a může být větší nebo menší než hmotnost, v závislosti na množství energie vynaložené při pohybu vpřed. Proti tahové síle vrtule působí síla odporu vzduchu (jinak známá jako odpor).

Při přímém a vodorovném letu jsou tyto síly vzájemně vyváženy: přítlačná síla vrtule se rovná síle odporu vzduchu, vztlaková síla se rovná hmotnosti letadla. Bez jiného poměru těchto čtyř hlavních sil je přímý a horizontální let nemožný.

Jakákoli změna kterékoli z těchto sil ovlivní letové chování letadla. Pokud by vztlak produkovaný křídly byl zvýšen vzhledem k gravitační síle, výsledkem by bylo zvednutí letadla vzhůru. Naopak pokles vztlaku proti gravitaci by způsobil pád letadla, tedy ztrátu výšky.

Pokud není rovnováha sil zachována, letoun ohne dráhu letu ve směru převládající síly.

O křídle.

Rozpětí křídel- vzdálenost mezi rovinami rovnoběžnými s rovinou souměrnosti křídla a dotýkajících se jeho krajních bodů. R.K. je důležitou geometrickou charakteristikou letadla, ovlivňující jeho aerodynamické a letové výkonové charakteristiky a je také jedním z hlavních celkových rozměrů letadla.

Prodloužení křídla- poměr rozpětí křídla k jeho průměrné aerodynamické tětivě. Pro nepravoúhlé křídlo je poměr stran = (na druhou mocninu rozpětí)/plocha. Dá se to pochopit, vezmeme-li za základ obdélníkové křídlo, vzorec bude jednodušší: poměr stran = rozpětí/tetiva. Tito. pokud má křídlo rozpětí 10 metrů a tětiva = 1 metr, pak bude poměr stran = 10.

Čím větší je poměr stran, tím nižší je indukovaný odpor křídla, spojený s prouděním vzduchu od spodní plochy křídla k horní přes špičku s tvorbou špičkových vírů. Pro první přiblížení můžeme předpokládat, že charakteristická velikost takového víru je rovna tětivě a s rostoucím rozpětím se vír zmenšuje a zmenšuje ve srovnání s rozpětím křídla. Přirozeně, čím nižší je indukční odpor, tím nižší je celkový odpor systému, tím vyšší je aerodynamická kvalita. Návrháři jsou přirozeně v pokušení, aby prodloužení bylo co největší. A zde začínají problémy: spolu s použitím vysokých poměrů stran musí konstruktéři zvýšit pevnost a tuhost křídla, což s sebou nese neúměrné zvýšení hmotnosti křídla.

Z aerodynamického hlediska by bylo nejvýhodnější křídlo, které má schopnost vytvořit co největší vztlak s co nejnižším odporem. Pro posouzení aerodynamické dokonalosti křídla je představen koncept aerodynamické kvality křídla.

Aerodynamická kvalita křídla nazývaný poměr vztlaku k odporu na křídle.

Nejlepší aerodynamický tvar je eliptický tvar, ale takové křídlo je náročné na výrobu a proto se používá jen zřídka. Obdélníkové křídlo je z aerodynamického hlediska méně výhodné, ale je mnohem jednodušší na výrobu. Lichoběžníkové křídlo má lepší aerodynamické vlastnosti než obdélníkové, ale je poněkud obtížnější na výrobu.

Šikmá a trojúhelníková křídla jsou aerodynamicky horší než lichoběžníková a obdélníková při podzvukových rychlostech, ale při transsonických a nadzvukových rychlostech mají významné výhody. Proto se taková křídla používají u letadel létajících transsonickou a nadzvukovou rychlostí.

Eliptické křídlo v plánu má nejvyšší aerodynamickou kvalitu - minimální možný odpor vzduchu s maximálním vztlakem. Křídlo tohoto tvaru se bohužel často nepoužívá kvůli složitosti konstrukce, nízké vyrobitelnosti a špatným charakteristikám stání. Avšak odpor při vysokých úhlech náběhu křídel jiných půdorysných tvarů se vždy posuzuje vzhledem k eliptickému křídlu. Nejlepším příkladem použití křídla tohoto typu je anglický stíhací Spitfire.

Křídlo je obdélníkového půdorysu má nejvyšší odpor při vysokých úhlech náběhu. Takové křídlo má však zpravidla jednoduchý design, je technologicky vyspělé a má velmi dobré vlastnosti při stání.

Křídlo je lichoběžníkového půdorysu Velikost odporu vzduchu se blíží eliptickému. Široce používán v konstrukcích sériových letadel. Vyrobitelnost je nižší než u obdélníkového křídla. Získání přijatelných charakteristik stání také vyžaduje určité úpravy designu. Křídlo lichoběžníkového tvaru a správné konstrukce však zajišťuje minimální hmotnost křídla při zachování všech ostatních podmínek. Stíhačky rané série Bf-109 měly lichoběžníkové křídlo s rovnými konci:

Křídlo má kombinovaný půdorys. Půdorysný tvar takového křídla je zpravidla tvořen několika lichoběžníky. Efektivní konstrukce takového křídla zahrnuje četné odfuky, nárůst výkonu je několik procent ve srovnání s lichoběžníkovým křídlem.

Zametání křídel— úhel odchylky křídla od normály k ose symetrie letadla v průmětu na základní rovinu letadla. V tomto případě je směr k ocasu považován za kladný. Existuje sweep podél náběžné hrany křídla, podél odtokové hrany a podél linie čtvrtiny tětivy.

Dopředu zahnuté křídlo (KSW)— křídlo s negativním rozmítáním.

výhody:

Zlepšuje ovladatelnost při nízkých rychlostech letu.
-Zlepšuje aerodynamickou účinnost ve všech oblastech letových podmínek.
- Uspořádání s dopředu skloněným křídlem optimalizuje rozložení tlaku na křídlo a přední vodorovnou ocasní plochu

nedostatky:
-KOS je zvláště náchylný na aerodynamickou divergenci (ztráta statické stability) při dosažení určitých rychlostí a úhlů náběhu.
-Vyžaduje konstrukční materiály a technologie, které poskytují dostatečnou strukturální tuhost.

Su-47 "Berkut" s pohybem vpřed:

Československý kluzák LET L-13 s dopředu šikmým křídlem:

- poměr hmotnosti letadla k ploše nosné plochy. Vyjádřeno v kg/m² (pro modely - g/dm²) Velikost zatížení křídla určuje rychlost vzletu a přistání letadla, jeho manévrovatelnost a charakteristiky pádu.

Zjednodušeně řečeno, čím nižší zatížení, tím nižší rychlost potřebná k letu, a tedy i menší výkon motoru.

Průměrná aerodynamická tětiva křídla (MAC) se nazývá tětiva takového obdélníkového křídla, které má stejnou plochu jako dané křídlo, velikost celkové aerodynamické síly a polohu středu tlaku (CP) při stejných úhlech náběhu. Nebo jednodušeji, tětiva je úsečka spojující dva body profilu, které jsou od sebe nejvzdálenější.

Velikost a souřadnice MAR pro každé letadlo jsou určeny během procesu návrhu a jsou uvedeny v technickém popisu.

Pokud velikost a poloha MAR daného letadla nejsou známy, lze je určit.

U křídla s obdélníkovým půdorysem se MAR rovná tětivě křídla.

U lichoběžníkového křídla je MAR určena geometrickou konstrukcí. K tomu je křídlo letadla nakresleno v půdorysu (a v určitém měřítku). Na pokračování kořenové tětivy se položí segment o velikosti shodné s koncovou tětivou a na pokračování koncové tětivy (dopředu) se položí segment rovný kořenové tětivě. Konce segmentů jsou spojeny přímkou. Poté nakreslete středovou čáru křídla, spojující přímý střed kořenové a koncové tětivy. Průměrná aerodynamická tětiva (MAC) bude procházet průsečíkem těchto dvou čar.

Tvar křídla v průřez nazývaný profil křídla. Profil křídla má silný vliv na všechny aerodynamické vlastnosti křídla ve všech režimech letu. V souladu s tím je výběr profilu křídla důležitým a zodpovědným úkolem. V naší době se však výběrem profilu křídla ze stávajících zabývají pouze kutilové.

Profil křídla je jednou z hlavních součástí, které tvoří letadlo a letadlo zvláště, protože křídlo je stále jeho nedílnou součástí. Kombinace určitého počtu profilů tvoří celé křídlo a mohou být různé po celém rozpětí křídla. A účel letadla a to, jak bude létat, závisí na tom, jaké jsou. Typů profilů je poměrně dost, ale jejich tvar je zásadně vždy kapkovitý. Jakási silně protáhlá horizontální kapka. Tento pokles však většinou není zdaleka dokonalý, protože zakřivení horní a spodní plochy odlišné typy různé, stejně jako tloušťka samotného profilu. Klasické je, když je spodní část blízko roviny a horní část je podle určitého zákona konvexní. Jedná se o tzv. asymetrický profil, ale existují i symetrické, kdy horní a spodní část mají stejné zakřivení.

Vývoj aerodynamických profilů probíhal téměř od počátku historie letectví a probíhá dodnes ve specializovaných institucích. Nejjasnějším představitelem tohoto druhu institucí v Rusku je TsAGI - Centrální aerohydrodynamický institut pojmenovaný po profesoru N.E. Žukovského. A v USA takové funkce vykonává Langley Research Center (divize NASA).

KONEC?

Pokračování příště.....