Анализ подходов в весовом проектировании крыльев летательных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»

УДК 629.7

АНАЛИЗ ПОДХОДОВ В ВЕСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ КРЫЛЬЕВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

С. А. Черняев, А. А. Черняев Научный руководитель - В. И. Коробко

Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева Российская Федерация, 302026, г. Орел, ул. Комсомольская, 95 E-mail: Chernyev87@yandex.ru

Дается анализ факторов влияющих на относительную массу конструкций крыльев летательных аппаратов. Приводится сопоставление различных весовых формул используемых при проектировании.

Ключевые слова: крылья, летательные аппараты, весовой анализ.

ANALYSIS APPROACHES IN DESIGN WEIGHTS WINGS AIRCRAFT

S. A. Chernyaev, A. A. Chernyaev Scientific Supervisor - V. I. Korobko

Turgenev Orel State University 95, Komsomolskaya st., Orel, 302026, Russian Federation E-mail: Chernyev87@yandex.ru

The analysis of factors influencing the relative weight of the aircraft wing structures. A comparison of the different weight of the formulas used in the design.

Keywords: wings, aircraft, weight analysis.

В теории проектирования самолетов вопросу прогнозирования массы конструкции на ранних стадиях разработки уделяется большое внимание. Это связано с тем, что с самого зарождения авиации вес конструкции является одной из главных забот конструкторов, так как уменьшение этой характеристики, во-первых, определяет саму возможность полета, а во-вторых, определяет его транспортную эффективность. Кроме того, одним из важнейших разделов науки о проектировании летательных аппаратов является, так называемое «весовое проектирование», в котором используется аппарат «весовых формул». В современной авиационной технической литературе соответствующие расчетные формулы и методики давно и устойчиво называются «весовыми» [1; 2], несмотря на то, что для обозначения количества вещества (материала) обычно употребляется термин «масса».

На долю крыла и оперения приходится ориентировочно 8...12 и 1,5...2,5 % взлетной массы самолета. Для выбора основных параметров самолета на ранних стадиях проектирования необходимо знание (предсказание!) величин абсолютных и относительных масс конструкции в целом и ее частей: крыла, оперения и прочих. Далее эти величины используются в расчетах центровок, нагрузок и ряде других. Поэтому точность весовых прогнозов играет важную роль в общем проектировании самолетов.

Основы систематизированного изучения проблемы прочности и весовой эффективности авиационных конструкций даны в книге Ф. Р. Шенли [1].

Для оценки абсолютных и относительных масс конструкции несущих поверхностей предложено довольно много, так называемых, «весовых формул». Формулы, выдержавшие испытание временем, часто носят имя своего автора. Например, Формула Дриггса, Формула Козловского, Формула Бадягина и др.

Относительная масса конструкции зависит от многих факторов: геометрической формы, перегрузки, распределения нагрузки, размеров и размещения вырезов, прочностных и жесткостных характеристик материалов и ряда других.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

Как правило, в весовых формулах в основе учета связи между геометрическими характеристиками и внешними нагрузками конструкций, с одной стороны, и внутренними усилиями в них, с другой, используется балочная теория, а такие факторы, как расположение двигателей на крыле или на фюзеляже, наличие наплывов в корневой части и т. п., учитываются многочисленными поправочными коэффициентами, получаемыми обычно из статистических данных уже построенных самолетов.

Такой подход не позволяет гарантировать высокую точность весовых расчетов в случаях использования необычных внешних форм, новых технических решений по типу конструкции или при резком увеличении абсолютных размеров самолета, если весовые формулы не учитывают должным образом закон квадратов и кубов [2]. В качестве примера на рисунке приводятся результаты расчетов относительной массы конструкции крыла для двух самолетов. Одного с параметрами, близкими к Ил-96МТ, и другого - грузового самолета с полезной нагрузкой 250 т (проект «БсоНйег»).

т;р 0,4

0,35 0,3 0,25 -0,2 -0,15 -0,1 0,05 -0

□ т0 = 270000 кг

□ т0 = 685000 кг

ц ^

ш ц

ф

н о о. н с

!=;

X <0 о. о, го в

>5

го

I ф

1=1

О Ш

о

с;

п о

О.

к

э

ш

о. ф

15

ф

о.

о. р

ш

X а X <ц

о ^ к о

о ю X

а. Ф X ф щ С[ о о, о

н ь го о (- 3

с

Результаты расчетов относительной массы конструкций крыльев

Различные весовые формулы дают довольно большой разброс результатов. Для преодоления этого недостатка В.М. Шейнин предложил метод множественных вычислений [2], суть которого состоит в том, что крайние оценки отбрасываются, а промежуточные - осредняются. Для традиционных конструкций этот метод дает хорошие результаты. Вместе с тем, достижения в численном моделировании конструкций и установление некоторых интересных свойств упругих систем позволяют построить более общий подход к весовому проектированию [3].

Библиографические ссылки

1. Шенли Ф. Р. Анализ веса и прочности самолетных конструкций. М. : Оборонгиз, 1957. 408 с.

2. Шейнин В. М., Козловский В. И. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов. М. : Машиностроение, 1984. 552 с.

3. Комаров В. А. Весовой анализ авиационных конструкций: теоретические основы // Полет. 2000. № 1. С. 31-39.

© Черняев С. А., Черняев А. А., 2016