Вертолеты.ру

Нормальной скоростной перегрузкой называют отношение подъемной силы к весу вертолета. В горизонтальном прямолинейном полете радиус кривизны обращается в бесконечность (прямолинейную траекторию можно рассматривать как участок окружности бесконечно большого радиуса).

Чем сильнее искривляется траектория, тем меньше радиус кривизны и больше поворотный угол. Таким образом, эта часть перегрузки характеризует подъемную силу, которая должна быть создана для выполнения маневра с искривлением траектории.

Маневр будет тем интенсивнее, чем больше эта часть перегрузки. Аналогично можно ввести компоненты перегрузки по другим осям. Перегрузка по данной оси равна отношению проекции равнодействующей сил на эту ось к величине силы тяжести. В состав равнодействующей входят аэродинамические силы, сила, создаваемая двигателем, и силы реакции земли (при посадке и движении вертолета по земле).

При расчете вертолета на прочность перегрузка является заранее заданной величиной. Для гражданских вертолетов в нормах летной годности на основе теоретических исследований и анализа опыта эксплуатации определены максимальная и минимальная перегрузки.

Зная ускорение, можно найти инерционные центробежные силы, действующие на каждую массу, входящую в состав вертолета, при его движении по криволинейной траектории. Таким образом, зная перегрузку, можно найти аэродинамическую подъемную силу, действующую на вертолет, и составляющие инерционных сил на каждой его части. В этом и заключается основной смысл введения понятия перегрузки. Допустимая величина перегрузки характеризует маневренные возможности вертолета.

Если тело имеет некоторое угловое ускорение, компонент которого относительно определенной оси ненулевой, то в каждой точке тела возникает вращательное ускорение. Ускорение направлено перпендикулярно к прямой, соединяющей точку с указанной проекцией центра тяжести. Для каждого расчетного случая, исследуя движение вертолета, можно найти угловые и соответствующие вращательные ускорения. После этого определяют добавки к перегрузке и полную перегрузку.

Большие нагрузки могут возникнуть при попадании вертолета в атмосферный порыв. Рассмотрим упрощенную модель. Пусть крыло движется в спокойной атмосфере со скоростью. Внезапно возникает порыв воздуха со скоростью, направленной вверх. Видно, что угол атаки — угол между хордой профиля и скоростью воздуха — увеличился. Следовательно, при малых значениях угла атаки возрастает и пропорциональная ему подъемная сила. Если до воздействия порыва подъемная сила равнялась весу, крыло совершало прямолинейный горизонтальный полет, то после воздействия порыва подъемная сила возросла, перегрузка увеличилась.

Большие нагрузки на фюзеляже могут возникнуть и при посадке. Механизм их возникновения рассмотрен в разделе, посвященном шасси, но расчетными (определяющими) они могут быть и для фюзеляжа. Найденные нагрузки называются эксплуатационными. При расчетной и экспериментальной оценках прочности конструкций при действии больших однократных нагрузок используются расчетные нагрузки. Увеличение угла атаки, который вводится для того, чтобы учесть снижение прочности отдельных экземпляров серийной продукции, во внимание не принимается.

В целом для обеспечения прочности фюзеляжа следует учитывать действие маневренных нагрузок, нагрузок при полете в неспокойной атмосфере и нагрузок при посадке . Можно считать, что расчетный случай VI-л (НЛГВ) определяет нагружение не только при попадании в горизонтальный порыв, но и при маневре в горизонтальной плоскости.

Для каждого расчетного случая определяют силы реакций частей вертолета, расположенных на фюзеляже, и массовые силы, действующие на каждый его отсек. Зная перегрузку в центре тяжести, можно найти требуемые углы, а затем методами аэродинамического расчета с учетом дополнительных сведений, приводимых для каждого расчетного случая в НЛГВ — силы и моменты, создаваемые несущим и рулевым винтами, силы, действующие на стабилизатор, киль, крыло.

Затем выбирают продольную ось в фюзеляже (например, совпадающую с его строительной горизонталью). Делят фюзеляж на 30—40 отсеков. Умножив массу каждого из них на полную перегрузку, определяют массовые силы. По найденным силам и моментам строят эпюры поперечных сил, изгибающих и крутящего моментов. Компонент поперечной силы в сечении находят суммированием, которое ведут от носа или хвоста фюзеляжа. Далее определяют изгибающие моменты в продольной и поперечной плоскостях и вычисляют крутящий момент (плечо силы относительно оси).

Далее классическими методами расчета определяют напряжения, возникающие в каждом расчетном случае. На регулярных участках (там, где отсутствуют заметные вырезы или резкие переходы в конструкции) от изгибающих моментов в поперечных сечениях возникают нормальные напряжения.

В обшивке от поперечных сил и крутящего момента действуют касательные напряжения. При наличии вырезов напряженное состояние изменяется. Особыми методами определяют распределение напряжений вблизи разъемов, створок грузовых люков, дверей и т. д. В последнее время получил распространение эффективный и универсальный метод конечных элементов (МКЭ).

Конструкцию мысленно разделяют на тысячи простых элементов. Например, выделяют каждый участок обшивки между стрингерами и шпангоутами. Его рассматривают как пластину. Кусок стрингера между двумя шпангоутами рассматривают как стержень и т. д. Далее полагают, что эти элементы связаны друг с другом лишь в дискретных точках — узлах. Для каждого элемента устанавливают соотношение между действующими на него силами и перемещениями. Затем записывают уравнения равновесия каждого узла. Десятки тысяч таких уравнений решают с помощью ЭВМ и находят силы, действующие на каждый элемент, а затем — напряжения в нем.