Zatížení křídla

ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - I
Rozdělení zatížení
- Letová a pozemní
letová = aerodyn.síly , hmotové síly (tíha + setrvačné síly), tah pohon. jednotky
+ speciální zatížení (střet s ptákem,…
pozemní = aerodyn. síly , hmotové síly, tah pohon. jednotky + síly od podvozku
+ servisní a manipulační činnost (odtažení letounu,…)
- Symetrická a nesymetrická
lety s vybočením, náklony, start a přistání s bočním větrem,…
- Ustálená a neustálená
Ustálená = rychlost konstantní, případně pouze změna směru (ustálená rotace)
Neustálené = zrychlené přímočaré nebo křivočaré lety se zrychlenou rotací
- Od řídících ploch a poryvová
Vyvažovací a manévrovací zatížení od kormidel
Zatížení při letu v neklidné atmosféře
- Spojitá a lokální
Spojité = zatížení na ploše (aerodynamické) nebo objemu konstrukce (hmotové)
Lokální = zatížení v konstrukčních spojích
Aerodynamické zatížení vztlakových ploch
konstrukce – rozhodující tlakové síly kolmé k rovině křídla
měrné aerodynamické zatížení – síla na jednotku délky: qA [N/m]
měrné aerodynamické zatížení qA
měrné aerodynamické zatížení vztlakové qA – ohyb
měrné aerodynamické zatížení momentové qk0 - krut …(viz dále)
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - II
Hmotové zatížení
= tíha + setrvačné síly
Tíha … G = m g [N]. – směr tíhového zrychlení (normála k zemskému povrchu)
změna za letu – spotřeba paliva
Měrné tíhové zatížení … qtíha = m g
m …měrná hmotnost na jednotku délky [kg/m]
Setrvačná síla …
S = m a [N]. – směr proti zrychlení
zrychlení = změna rychlosti (velikost, směr
změna za letu – obraty, zrychlené lety
Měrné zatížení setrvačnými silami… qsetr = m a [N/m]
Měrné hmotové zatížení
qm = qtíha + qsetr
pro symetrické lety (svislá rovina) s násobkem n platí:
qm = m g nr
Schéma měrných aerodynamických a hmotových zatížení + lokálních sil
působící na křídlo
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - III
Elastická osa
E:O = spojnice elastických středů příčných řezů – tj. míst ve kterých působící síla řez
pouze posouvá, ale nenatáčejí
Měrné ztížení ležící na E.O nosník (křídlo) pouze ohýbá ale nekroutí!
E:O nezávisí na zatížení (je určena geometrií průřezu a materiálem) !!!
qA
qA
krut:
qk = qA c
Výsledné zatížení
= součet aerodynamického a hmotového:
qv = qA + qm
Výsledné schéma zatížení
1) přesun aerodynamického qA a hmotového zatížení qm do elastické osy E.O
jako výsledné zatížení
2) k měrnému aerodynamickému momentovému zatížení qk0 přičíst vzniklé
momenty od posunu:
- aeodynamického zatížení z aerodynamické osy A.O a
- hmotového zatížení z těžištní osy T.O
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - IV
Posouvající síla, ohybový moment a krut od spojitého zatížení
Schwedlerovy věty:
Posouvající síla
Tendence "posunout" vnější části křídla vůči vnitřní – namáhání řezu na střih
qV
T
RV
posouvající síla T = RV
Ohyb
RV
qv
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - V
Účinky lokálních sil na posouvající sílu, ohyb a krut
Posouvající síla – konstantní průběh od místa zavedení síly rovný velikosti síly
Ohybový moment – lineární nárůst od místa zavedení síly rovný součinu
vzdálenosti od místa zavedení síla a její velikosti
Krouticí moment – konstantní průběh od místa zavedení síly rovný součinu
vzdálenosti místa zavedení od E.O a velikosti síly
Příklad – vliv zavedení vzpěry na posouvající sílu a ohyb křídla
Pozemní zatížení
- menší aerodynamické síly (n < 1)
- síly od podvozku (při uchycení ke křídlu)
- setrvačné síly od vlastní konstrukce
konstrukční návrhová klesací rychlost:
vkl = 10ft/s (3,5m/s)
Násobek do podvozku: R/G ≈ 2,4 → síla na jedno křídlo ≈ 1,2 G
(odpovídá cca 2,5 až 3 hodnoty zatížení na stojánce)
Zrychlení při dosednutí při vztlaku = cca 2/3 tíha
a = (R/G + 2/3 – 1) ≈ 2,1 m/s2
Měrné zatížení při dosednutí:
qm = qtíha + qsetr = m g + m (R/G + 2/3 -1) = m 3,1g
Při dosednutí konstrukční návrhovou klesací rychlostí 10ft/s
(3,5m/s) je konstrukce křídla současně zatížena:
- lokální silou od podvozku na jedno polokřídlo rovnou cca 1,2 tíhy
celého letounu
- efektivně trojnásobkem vlastní tíhy křídla od
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA - VI
Vliv pohonných jednotek a paliva
Proudové pohonné jednotky
-
Hmotové síly odlehčují aerodanymické zatížení
Krouticí moment k EO – rozdíl od momentu tahu a momentu hmotových sil
posouvající síla od
tíhy Gm + setrvačné síly Sm
E.O
T.O
a
C.Gm
T tah
Gm
b
ohybový moment od
tíhy Gm + setrvačné síly Sm
Sm
Turbovrtulové pohonné jednotky
-
menší účinek krutu od tahu
gyroskopické momenty vrtule (setrvačné momenty při současné rotace
letounu a vrtule - zatížení motorové lože → křídlo)
klonění letounu → zatáčivé gyroskopické momenty od vrtule kolem její svislé
zatáčení letounu → klonivé gyroskop. momenty od vrtule kolem její horizontální osy
Př.
Pravá zatáčka + pravotočivá vrtule → náklon na hlavu
Vnější palivové nádrže
-
charakter zatížení jako pohonné jednotky – závisí na poloze
koncové nádrže – max. odlehčovací účinek
Integrální palivové nádrže
-
účinky odlehčení spojitým zatížením
mpal
posouvající síla od paliva
ohybový moment od paliva
ZATÍŽENÍ KŘÍDLA – VII
Vliv dělení integrálních nádrží na odlehčovací moment
2 nádrže
nejlepší
2 nádrže
3 nádrže
Dělení ovlivněno konstrukcí, polohou pohonných jednotek, ….
Samobuzené kmitání – FLUTTER
Podstata
Buzení aerodynamickými silami kmitavého pohybu křídla vyvolané náhodným
impulsem do konstrukce (např. poryv).
Velikost a směr aerodynamické síly jsou závislý na rychlosti letu a frekvenci kmitání
– aerodynamické síly budí nebo tlumí.
Kritická rychlost flutteru – aerodynamické, setrvačné, elastické a tlumení v
konstrukci ustálený harmonické (stálá amplitudy) kmity – mez dynamické stability
Formy flutteru
- více stupňový volnosti tzv. klasický (torzně ohybové kmity + kormidlo)
NEBEZPEČNÝ!!! - může nastat v režimech běžného provozního zatížení
Ohybově – torzní flutter
- jednostupňový flutter
- odtrhový (torzní kmity při vysokých úhlech náběhu
- transsonický (kmitání panelů, kormidel v oblasti M = 1)
Prostředky zvyšující odolnost proti flutteru
- tuhost konstrukce (zejména torzní)
- minimalizace vzdálenosti těžištní osy za elastickou (T:O < E.O … flutter nenastane
- těžiště přídavných hmot na křídle (nádrže, podvěsy, pohon. jednotky) před E.O.