При эксплуатации самолета все его части, агрегаты, приборы, трубопроводы испытывают нагрузки с различной частотой воздействия. По известным значениям, направлениям и частоте действия нагрузок можно выполнить расчет на прочность. Под прочностью самолета понимают способность конструкции воспри-нимать, не разрушаясь, внешние нагрузки. Количественно прочность определяется силой, при воздействии которой разрушается хотя бы одна деталь сооружения. Действующие на самолет силы можно разделить на две категории: массовые, значение которых пропорционально массе (силы массы и инерции), и поверхностные, значение которых пропорционально площади поверхности, к кото-рой они приложены. К данной категории относятся аэродинамические силы, силы реакции земли при посадке, силы взаимодействия между отдельными частями самолета, силы тяги двигателей.
При анализе сил, действующих на самолет, используют принцип Даламбера, согласно которому движущееся тело можно рассматривать как находящееся в равновесии, если в число действующих сил включить силы инерции, т. е.
где ZFм — векторная сумма массовых сил, включая силы инерции;
T.Fп — векторная сумма всех поверхностных сил.
Пользуясь этим методом, можно теоретически определить нагрузки на конструкцию, а по ннм — и усилия в элементах этой
конструкции. В горизонтальном полете массовой силой является сила веса самолета G, а поверхностными силами — силы аэродинамические: подъемная У н лобового сопротивления Хл, а так- .же сила тяги Р.
При выполнении полета самолет может испытывать действие перегрузок в направлении осей X, Y и Z (см. рис. 4.1). Перегрузку оценивают коэффициентом перегрузки,
п = Fn/G = ma/mg = a/g,
где Fa — равнодействующая поверхностных сил, действующих на самолет;
а — ускорение.
Так как а — векторная величина, то и коэффициент перегрузки п также векторная величина. Перегрузка может быть положительной и отрицательной. Составляющие коэффициента перегрузки на оси обозначаются соответственно
= S^/G; 7Ту = S^/G;’лSZ7/G.
где 2A, 2У,-, 2Z; — суммы проекций поверхностных сил на соответствующие оси координат.?
Рис. 5.1. Схема сил, действующих на самолет в горизонтальном полете при линии восходящего потока (а), и зависимость коэффициента подъемной сил
от угла атаки (б)1
Полная перегрузка связана с ее составляющими соотношения
пл +п1 +п1 ‘ При криволинейном полете перегрузка В Л1 бой точке самолета, не совпадающей с центром тяжести, отличае ся от перегрузки в центре тяжести. Например, для некоторой то* ки лежащей на оси ОХ, перегрузка!
А/х = Адо— + (х^у, к1у = пу0 +Н1г = + %у(х!ё), <
где Лхо, Пуо, Ню — составляющие перегрузки в центре тяжести самолета;
©ж, ц>у, еи, е* — соответственно угловые скорости н ускорение ТОЧКИI
х — удаление точки й от центра тяжести самолета.
Наибольшие перегрузки при полете самолета возникают в иг правлении оси О У. Коэффициент перегрузки можно измерить а| селерометром (измеритель ускорений).
В атмосфере всегда имеются воздушные потоки различных ш правлений. Они создаются вследствие неравномерного нагрев поверхности земли и влияния рельефа местности. Потоки воздух могут быть как горизонтальные, так и вертикальные. Замеры Ы казалн, что максимальные скорости вертикальных порывов воздух в зоне грозовой деятельности достигают 20—30 м/с.
Рассмотрим случай попадания самолета в вертикальный поры воздуха (рис. 5.1, а). Пусть самолет совершает горизонтальный ш лет со скоростью Уо и встречает вертикальный поток, имеющий скрость и. Скорость потока, обтекающего самолет, изменится по зщ чению и направлению. Результирующая скорость №=Уо/соь Д Ввиду того, что скорость полета Уо во много раз больше скоросп порыва и, то величина Да мала, а поэтому можно принять совАая «1 и Уо. Вследствие малости Да изменение угла атаки мож! приближенно определить как: Дал^Да=и/Уо.1?
Увеличение угла атаки приводит к немедленному возрастанию подъемной силы крыла
Величина Дсу может быть определена по кривой су=/(а) (рис. 5.1, б). В действительности увеличение подъемной силы при попадании в вертикальный порыв воздуха будет меньшим, так как скорость
вертикального порыва нарастает от нуля до максимального значения на некотором участке. Это уменьшение оценивается введением в формулу коэффициента учитывающего интенсивность нарастания порыва (обычно принимают &=2/3). Таким образом, при попадании в зону вертикальных потоков подъемная сила Уэ=У0-|-2/зДУ и перегрузка
пУ9 = уь/а = 1 ±(2/з)(д г/о).
Из приведенных рассуждений следует, что при встрече самолета с восходящим потоком воздуха перегруз’ка ИУэ будет тем больше, чем больше скорость этого потока и и скорость полета У0. Поэтому полет в неспокойном воздухе не следует выполнять на больших скоростях. Однако чрезмерного уменьшения скорости допускать нельзя, так как это может привести к потере управляемости.
Измерения показали, что при попадании самолета в зону грозовой деятельности перегрузка может достигать значений пуэ =5, другими словами, подъемная сила Уэ в 5 раз может превышать вес самолета, так как Уэ=п1,э=С. При полете в болтанку, когда возникают изгибные колебания крыла, местная перегрузка на конце крыла может быть больше перегрузки в центре тяжести самолета в 10 раз. Под действием перегрузок, образующихся в процессе эксплуатации, самолет не должен разрушаться, а его отдельные части не должны иметь остаточных деформаций. Перегрузка, при которой самолет разрушается, называется разрушающей, или расчетной, и обозначается Она должна быть больше максимально допустимой в эксплуатации перегрузки. Число, которое показывает, во сколько раз разрушающая перегрузка больше эксплуатационной называется коэффициентом безопасности Самолет на прочность рассчитывают по разрушающей (расчетной) нагрузке Ур=пр(?=^э(?=/Уэ. Чем больше значение тем надежнее работает конструкция, но увеличение коэффициента безопасно-сти ^ приводит к увеличению массы конструкции. Поэтому устанавливают минимально допустимое значение которое прл расчете современных самолетов берется в пределах 1,5ч-2.
Технические возможности пассажирских самолетов всегда выше заложенной в них прочности, иными словами, при резком вертикальном-маневре можно получить на самолете перегрузки, намного превосходящие максимальные, допускаемые по условиям прочности. Нарушение летным составом условий нормальной эксплуатации самолета может привести к его разрушению.?
Перегрузки в полете, действуя на организм человека, могут вызывать болЯ ненные ощущения, головную боль, кровотечение из носа, потерю зрения и созЛ ния. Физиологическое влияние перегрузок на организм зависит от следуюпцИ факторов: значения перегрузки, времени действия, повторяемости, направлешЯ и состояния организма.
Под влиянием ускорения отдельные органы тела стремятся переместить« относительно других. Наиболее резко перемещается под действием ускорения па движная ткань нашего
организма — кровь, которая в зависимости от направла ния ускорения либо отливает от головы, сердца и легких к ногам, либо приля вает к голозе. Поэтому действие перегрузим на пилота в большой степени завт сит от положения его тела. Минимальное воздействие перегрузки было бы в том случае, если бы пилот управлял самолетом лежа. Большое значение имеет такж| физическое состояние человека и в особенности его сердечно-сосудистой системы Предельные перегрузки, переносимые человеческим организмом, будут тем боль ше (в известных пределах), чем короче время их действия (табл. 3).