Projektēšana un aprēķins. Spārnu stiprības aprēķins Novosibirskas Valsts tehniskā universitāte

Lidojuma laikā spārns tiek noslogots ar aerodinamisko sadalīto slodzi un masas spēku no paša spārna konstrukcijas un tajā ievietotās degvielas svara.

Aerodinamiskā slodze tiek sadalīta pa spārnu platumu saskaņā ar likumu, kas ir tuvu paraboliskajam. Vienkāršības labad aizstāsim to ar trapecveida likumu (2.2. att.). Ja mēs pieņemam pieņēmumu, ka AR y ir nemainīgs gar spārnu platumu, tad aerodinamiskā spēka izmaiņu likums q az ir proporcionāls spārna hordam b z:

Kur Y- spārna radītais pacelšanas spēks;

S k ir pusspārnu nestspēja, vienāda ar S k = S - b 0d f = 61;

d f - fizelāžas diametrs;

b 0 - saknes ribas akords;

b z - pašreizējā akorda vērtība.

Pašreizējā spārna akorda vērtība bz Aprēķināsim pēc piedāvātās formulas:

Kur b k - gala ribas akords;

Pusspārna garums bez centrālās daļas ir vienāds ar;

Aizstājot vienādojumu (3.11) ar (3.10), iegūstam:

Mēs pieņemam, ka degviela ir vienmērīgi sadalīta pa spārnu, tad sadalītā slodze no spārna masas spēkiem (pašsvars un degviela) mainās gar tā laidumu, arī proporcionāli hordam. b z:

Kur m k ir pusspārnu struktūras masa, vienāda ar m k = m k m vzl = 1890;

m T ir degvielas masa, vienāda ar m T = 0,85 m Tmaks = 3570 ;

g ir brīvā kritiena paātrinājums, vienāds ar g = 9,81.

Rīsi.

Aprēķināsim sadalīto aerodinamiku q az un masas slodzes q krz beigās spārna saknes daļa un (piemēram) eleronu zonā:

1) Sadalītās slodzes aprēķins spārna galā, t.i. plkst Z= 0:

2) Sadalītās slodzes aprēķins saknes sadaļā, t.i. plkst Z== 13,23:

3) Izkliedētās slodzes aprēķins dzinēja + šasijas zonā, t.i. plkst Z=l 1 =1,17

5665,94-2142,07=3523,87N/m

Rīsi. 2.3. Griezes momenta rašanās shēma spārnu sekcijā

Tāpēc lineārais griezes moments no sadalītās aerodinamikas q az un masu spārnu spēki q krz ir vienāds ar:

Nm/m (3,15)

Mēs piedāvājam līdzīgus, un mēs iegūstam:

Nm/m (3,16)

Parasti degviela spārnā atrodas spārna priekšpusē, tāpēc c.m. degviela sakrīt ar c.m. spārns Ņemot vērā šo pieņēmumu, formula (3.15) izskatīsies šādi:

Nm/m (3,17)

Aizstāsim zināmos daudzumus formulā (3.17), iegūstam:

Nm/m (3,18)

Tagad aprēķināsim griezes momentu spārna galā, saknes daļā un eleronu zonā:

1) Griezes momenta aprēķins spārna galā, t.i. plkst Z= 0:

2) Griezes momenta aprēķins spārna saknē, t.i. plkst Z= 13,23:

3) Griezes momenta aprēķins dzinēja + šasijas zonā, t.i. plkst Z= 1,17:

Papildus aerodinamisko un masas spēku sadalītajiem spēkiem griezes momentu rada arī koncentrēti spēki no dzinēju masām. Tā kā atbilstoši problēmas apstākļiem dzinēju vilces spēks, kā arī pretējais spēks ir vienāds ar nulli, koncentrēto momentu radīs tikai spēki, kas rodas no spārnam uzstādīto dzinēju masām. .

Rīsi.

No attēla var redzēt, ka tas ir vienāds ar (mīnusa zīme nozīmē, ka moments ir vērsts pretējā virzienā, pretēji pulksteņrādītāja virzienam):

(Nm), (3.19)

kur ir attālums no masas centra. dzinējs līdz sk. spārns

Tā kā dzinēji atrodas dažādos attālumos no centrālā šķidruma. spārnu, tad viņi radīs dažādus momentus. Pamatojoties uz zināmajiem datiem, mēs atklājam:

Kursa darba piemērs par lidmašīnas spārna sekcijas aprēķināšanu liecei

Sākotnējie dati

Pacelšanās svars, kg 34500

Spārna svars, 2715 kg

Degvielas masa, kg 12950

Jaudas svars

uzstādīšana, kg 1200 2=2400

Spārnu plētums, m 32,00

Centrālais akords, m 6,00

Beigu akords, m 2,00

Darbības

pārslodze, n E 4.5

Koeficients

Drošība, f 1.5

Rīsi. 5.1. Lidmašīnas skice.

Spārnu slodžu aprēķināto diagrammu uzbūve

5.2.1. Līdzvērtīga spārna konstrukcija

Ieskicēsim spārnu plānā. Pagriežot 50% hordas līniju pozīcijā, kas ir perpendikulāra lidmašīnas simetrijas asij, un veicot elementāras konstrukcijas, kas skaidri redzamas no 5.2. attēla, iegūstam līdzvērtīgu taisnu spārnu. Pamatojoties uz sākotnējiem datiem, izmantojot lidmašīnas skici, mēs nosakām spārna ģeometrisko parametru vērtības:

; ;

; (5.1)

5.2. att. Ekvivalents spārns.

Sadalīsim vērtību vienādos segmentos:

m, (5.2)

tādējādi saņemot sadaļas: = …, Kur - sadaļas numurs. Akorda lielumu katrā sadaļā nosaka pēc formulas:

. (5.3)

Aprēķinu rezultāti ir norādīti 5.1. tabulā

5.2.2. Slodzes noteiktas konstrukcijas gadījumam, drošības koeficientam.

Mēs aprēķinām spārna pacēlumu, izmantojot formulu:

, n. (5.4)

Lineāro gaisa slodzi sadalām pa spārnu platumu proporcionāli akordiem:

Kur , m 2- spārnu laukums, saskaņā ar att. 5.3.a).

Aprēķinu rezultāti ir ievadīti 5.1. tabulā, diagramma parādīta att. 5.3.b).

Mēs sadalām slodzi no spārnu konstrukcijas svara pa spārnu laidumu proporcionāli hordām:

. (5.6)

Aprēķinu rezultāti ir ievadīti 5.1. tabulā. Diagramma ir parādīta attēlā. 5.3.c).

Mēs sadalām slodzi no spārnā ievietotās degvielas svara pa spārnu laidumu proporcionāli hordām:

. (5.7)

Aprēķinu rezultāti ir ievadīti 5.1. tabulā. Diagramma ir parādīta attēlā. 5.3.d).

Apkoposim spārnu platumā sadalīto slodžu diagrammas:

Aprēķinu rezultāti ir ievadīti 5.1. tabulā. Diagramma ir parādīta attēlā. 5.3.d).

Integrējot diagrammu, mēs iegūstam šķērsenisko spēku diagrammu:

.

Diagrammas integrācija jāveic, izmantojot trapecveida metodi, sākot no beigu sadaļas:

, n. (5.9)

Sadalīto slodžu diagramma parādīta 5.3.e).

Koncentrētais spēks no dzinēja svara rada diagrammā lēcienu, kura lielumu nosaka dzinēja svars un pārslodze:

, n. (5.10)

Aprēķinu rezultāti ir ievadīti 5.1. tabulā. Attēlā 5.3.g) parādīta diagramma, kurā ņemts vērā koncentrētais spēks no dzinēja svara.

Integrējot diagrammu (5.3.g) att.), iegūstam lieces momentu diagrammu:

.

Diagrammas integrācija jāveic arī ar trapecveida metodi, sākot no beigu sadaļas:

Aprēķinu rezultāti 5.1. tabulā.

Spārnu slodzes diagrammu aprēķina rezultāti 5.1. tabula

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

Spārna sekcijas projektēšanas aprēķins

5.3.1. Kā dizaina ņemsim otro spārna sekciju – to posmu, kas ir vistuvāk savienojuma vietām starp spārna noņemamo daļu (konsoli) un centrālo daļu. Apskatīsim sekcijas ģeometriskos raksturlielumus. Akorda lielums projektēšanas sadaļā (sk. 5.1. tabulu) ir vienāds ar m . Izmantojot gaisa kuģu profilu atlantu, izvēlēsimies šāda tipa lidmašīnai piemērotu aerodinamisko profilu, piemēram, 9% profilu NACA-2409. Profila ģeometriskie raksturlielumi ir doti 5.2. tabulā. Liekšanai darbojas tikai spārnu sekcijas starpsparu daļa (sekciju profila daļa, kas atrodas starp priekšējo un aizmugurējo lāpstiņu). Aprobežosimies ar tikai to profila punktu koordinātām, kas atrodas šajā apgabalā. Mēs projektēsim divu spārnu spārnu, pirmais spārns tiks novietots uz , spārns tiks uzlikts , Kur, m – spārna akorda garums otrajā sekcijā.

Projektēšanas sadaļas profila punktu koordinātas 5.2. tabula

X, %b
Yв,%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

Rīsi. 5.3.a), b), c), d), e) Lineāro slodžu diagrammas: .

Rīsi. 5.3.e), g), h). Bīdes spēka un lieces momenta diagrammas.

Profila akordu garums dizaina sadaļā b2 = 5,2 m .

Pirmās daļas augstums: H 1 =0,302+0,145=0,447 m .

Otrās daļas augstums: H 2 =0,247+0,075=0,322 m .

Maksimālais profila augstums: N MAX =0,332+0,136=0,468 m .

Attālums starp sānu elementiem: B=0,45b 2 =0,45*5,2=2,34 m .

Profila ārējā kontūra parādīta 5.4.a) attēlā.

Sānu elementu absorbētā lieces momenta daļa v =0,4

Būvmateriāls ir augstas stiprības alumīnija sakausējums D16AT.

Ienesīgums D16AT s 0 , 2 =380 *10 6 Pa, E=72 *109, Pa .

Dotie sākotnējie dati ir pietiekami, lai veiktu spārnu sekcijas projektēšanas aprēķinu.

5.3.2. 5.4.a) attēlā redzamā posma starpsparu daļas augšējās un apakšējās hordas ir attēlotas taisnstūru veidā, kā parādīts 5.4.b).

Attālumu starp šādu vienkāršotu jostu smaguma centriem nosaka pēc formulas:

=0,412, m. (5.12)

Kur: 0,95 - reizinātājs ieviests tāpēc, ka skaitītājā (5.12)

Tiek izmantoti izmēri, kas saistīti ar sekcijas ārējo kontūru.

Mēs aizstājam lieces momenta darbību ar spēku pāri un:

= = 1,817*10 6, n (5.13)

Rīsi. 5.4. Sākotnējais sadaļas attēlojums

5.3.3. Mēs projektējam augšējā spārna akordu.

Augšējā akorda šķērsgriezuma laukums:

= = 5,033*10-3, m 2, (5.14)

Kur: 0,95 - reizinātājs, kas ievadīts saucējā, jo augšējā josta darbojas saspiešanā un stabilitātes zudums notiek kā

parasti, pirms spriegums sasniedz robežvērtību

plūstamība.

Proporcionāls v, lieces momenta daļu, ko uztver sānu elementi, mēs nosakām sānu elementu augšējo atloku kopējo laukumu:

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

Attiecīgi spārna sekcijas augšējā zonā iekļautā āda un stīgas veido daļu, kas vienāda ar:

= .= 3,020*10-3, m 2 (5.16)

Nosakiet stīgu soli. diapazonā…

(virkņu koordinātu aprēķināšanas ērtībai mēs izmantosim attiecību , kur = 5,2 ,m - spārna dizaina sadaļas profila horda, a - vesels skaitlis):

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

Zinot attālumu starp stīgām, mēs nosakām augšējo stīgu skaitu:

= .= 17 . (5.18)

Vadoties pēc proporcijām:

; ;

(skat. 5.5. att.), nosakiet virsējās ādas biezumu, atrisinot vienādojumu:

(35*17+60)d B 2 = 3,020*10 -3, m 2. (5.19)

Iegūtā ādas biezuma vērtība tiek noapaļota līdz 0,1 mm reizinājumam,

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

Ar sānu elementu atloku izmēru attiecība.

Apvalks un stringeri.

Aptuveno minimālo nepieciešamo ādas biezumu nosakām pēc vērpes darbības spārna stāvokļa, izmantojot labi zināmo Breta formulu:

.

Ja šajā aprēķina posmā nav precīzāku datu, mēs pieņemam, ka šķērsspēks darbojas gar līniju 25%b no profila purngala, un sekcijas stingrības centrs atrodas attālumā 50%b no profila pirksta, tad griezes momenta lielums sekcijā būs vienāds ar:

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

d KOPĒJĀ KR = 34,76 * 10 4 / (2 * 2,34 * 0,412 * 0,5 * 380 * 10 6) = 0,95 * 10 -3, m. (5.22)

Salīdzinot (5.20) un (5.22), mēs izvēlamies lielāku ādas biezuma vērtību, kas iegūta no spārna izliekuma stāvokļa, dB = 2,2*10 -3 , m.

Ņemsim stringera biezumu, kas vienāds ar ādas biezumu; nosakām stringera augstumu, izmantojot 5.5. attēlā redzamās attiecības:

,

h lapa B = 5*2,2*10 3 = 11*10–3, m. (5.23)

Teritorijas sadale starp 1. un 2. sānu elementu augšējiem atlokiem proporcionāli to augstumam:

= 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)

der visiem projektēto lāpstiņu atlokiem, saskaņā ar tiem, izmantojot zemāk esošās formulas, mēs nosakām pirmās un otrās daļas augšējo atloku izmērus:

; ; ; .

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.

; ; ; .

H l.v.2 = 10,3*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 .

In (5.20), (5.23), (5.26), (5.27) tiek noteikti visi spārna augšējās akordas elementu šķērsgriezuma izmēri. Jums nekavējoties jāaprēķina kritiskie spriegumi augšējā akorda saspiešanas gareniskajās ribās.

Pirmā spārna augšējais atloks.

5.7. attēlā ir skice ribas posmam, ko veido sloksnes atloka ar sloksni pievienots apvalks, nosacīti sadalīts trīs elementārajos taisnstūros (apšuvums, plaukts, pēda). Aprēķināsim šīs ribas griezuma smaguma centra ordinātas un minimālo aksiālo inerces momentu, izmantojot formulas, kas zināmas no materiālu stiprības kursa.

Rīsi. 5.7. Spāres augšējais atloks ar piestiprinātu apvalku

Attālums no ādas ārējās virsmas līdz ribas smaguma centram, ko veido atloka un sloksnes pievienots apvalks:

Minimālais inerces moments ribai, ko veido atloka un sloksnes pievienots apvalks:

. (5.29)

Veicot aprēķinus, izmantojot formulas (5.28) un (5.29), izmantojot pirmās daļas augšējā atloka izmērus (5.26), iegūstam:

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

Izmantojot Eilera formulu (2.13), mēs aprēķinām 1. špakteļlāpstiņas augšējā atloka kritiskos izliekuma spriegumus saspiešanas laikā:

,

Kur: l = 5t lapas =5*0,13=0,65 , m – attālums starp ribām;

AR– koeficients atkarībā no ribas galu stiprinājuma metodes; tiek uzskatīts, ka sānu elementu atloku gali ir saspiesti (sienas klātbūtnes dēļ), (2.5. att.), S l =4 ; stringera gali ir atbalstīti (2.5. att.), No lapas = 2.

= 288.7*10 6 , Pa. (5.31)

Veicot aprēķinus, izmantojot formulas (5.28) un (5.29), izmantojot otrās daļas augšējā atloka izmērus (5.27), iegūstam:

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)

(kvadrāts F l.v.2 pievienots apvalks).

Saskaņā ar stringera sekcijas skici (skat. 5.5. att.) nosakām attālumu no ādas ārējās virsmas līdz augšējā stringera smaguma centram un kritisko izliekuma spriegumu kompresijā.

= 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),

Analizēsim rezultātus:

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

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

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

1. lāpstiņas augšējā atloka kritiskā sprieguma vērtība ir nepietiekama. Fakts ir tāds, ka pie sprieguma, kas ir tuvu šai vērtībai, darbosies arī 1. sprauslas apakšējais, izstieptais atloks, un tas ir ievērojami mazāks par konstrukcijas materiāla tecēšanas robežu ( 380*106, Pa ). Spārnam būs nepietiekama slodze, spārnam būs liekais svars.

Arī augšējā stringera kritiskā sprieguma vērtība ir maza, stīgu materiāls nedarbojas efektīvi.

Palielināsim kritisko spriegumu 1. sprauslas atlokam, nostiprinot cilni. Šajā gadījumā atloka inerces moments I x l.v.1 ievērojami palielināsies, un šķērsgriezuma laukums F l.v.1 nedaudz palielināsies. 380/289 =1,31 i., plauktam vēlams palielināt kritisko spriegumu

1. spar on ieslēgta 35% . Palieliniet pēdas biezumu par 14% , Saglabāsim 5.6. attēlā ieteiktās proporcijas un atkārtosim aprēķinu. Mēs iegūstam:

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;

(kvadrāts F l.v.1 norādīts, ņemot vērā sloksnes šķērsgriezuma laukumu pievienots apvalks).

Stiprināsim arī augšējo stīgu, palielinot tā biezumu 1,5 reizes un saglabājot proporcijas, kas parādītas attēlā. 5.5. Rezultātā mēs iegūstam:

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

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

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

(kvadrāts F lapa B norādīts, ņemot vērā sloksnes šķērsgriezuma laukumu pievienots apvalks).

Jāteic, ka nav iespējams sniegt viennozīmīgus ieteikumus dizaina pielāgošanai, lai iegūtu optimālus rezultātus (5.39), (5.40). Šeit ir jāveic vairāki tuvinājumi (kas tomēr atspoguļo spārnu konstrukcijas specifiku).

5.3.4. Apakšējā spārna akorda dizains. Atkārtojot visas 5.3.3. punktā veiktās darbības, nosakām apakšējā spārna hordas elementu šķērsgriezuma izmērus:

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

Sānu elementu apakšējo atloku kopējais šķērsgriezuma laukums:

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

0

Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrija

FGAOU VPO SUSU (NRU)
Politehniskais institūts

Aviācijas un kosmosa fakultāte
Gaisa kuģu departaments

SEMESTRA DARBS

disciplīnā "Struktūras stiprums" par tēmu

Lidmašīnas spārnu spēka aprēķins

uzraugs
Ovčiņņikovs A.M.
_________________ "___"_______________2017 Darba autors
P-424 grupas audzēknis
Ivanovs S.V.
____________________
« » 2017. gads

Darbs ir aizsargāts ar novērtējumu
____________________ « » 2017. gads

Čeļabinska, 2017

anotācija

Ivanovs M.V. Lidmašīnas spārna stiprības struktūras projektēšana: semestra darbs disciplīnā “Struktūru stiprība” - Čeļabinska: SUSU, 2017 - 25 lpp., 19 il., 2 literatūras avoti.

Darbā tika veikts lidmašīnas spārna stiprības komplekta projektēšanas aprēķins. Tiek aprēķinātas slodzes, kas iedarbojas uz konstrukciju, noteikti iekšējā spēka koeficienti: bīdes spēks, lieces moments, griezes moments.

Projektētā spārna verifikācijas aprēķins tika veikts Ansys programmatūras pakotnē.

Sākotnējie dati. 2

1. Projektēšanas aprēķins.. 3

1.1 Kravu apraksts. 3

1.2 Spārna konstrukcijas projektēšanas shēma. 7

1. Spārna sekcijas izvēle.. 8

2.1. Apšuvuma izvēle. 8

2.2 Apakšējā paneļa stringeru izvēle. 9

2.3. Spārnu stiprības elementu aprēķins stabilitātei. 10

2.4 Augšējā paneļa sānu elementu jostu izvēle. 12

2.5 Apakšējā spārna paneļa saspiešanas pārbaude. 13

2.6 Sānu elementu sienu biezuma izvēle. 14

1. Pārbaudiet aprēķinu.. 16

Sākotnējie dati

Šajā darbā tiek piedāvāts veikt lidmašīnas spārna spēka pastiprinājuma projektēšanas aprēķinu un pēc tam veikt spēka kopas pārbaudes aprēķinu, izmantojot Ansys galīgo elementu paketi.

Aprēķiniem tiek pieņemti šādi sākotnējie dati:

1) spārna garums

2) saknes malas horda

3) spārna gala akords

4) Gaisa kuģa svars

5) Dzinēja svars

7) Dzinēja stiprinājuma koordinātas no spārna gala:

8) lidmašīna pārvietojas ar kreisēšanas ātrumu;

9) apvalka materiāls, siksnas, siksnu sienas, stīgas - alumīnija sakausējums AMg6: stiepes izturības elastības modulis

10) Aerodinamiskais profils TsAGI-734.

Attēls 1. TsAGI-734 spārna profils.

1. Projektēšanas aprēķins

1.1 Kravu apraksts

Sadalītais pacelšanas spēks iedarbojas uz spārnu lidojuma laikā un sadalīto spārna svaru m un agregātu koncentrētie masas spēki - dzinēju svars

Spārns, kura garums ir 8 [m], ir sadalīts 30 daļās, kuru garums ir [m] katra. Sadalījums ir parādīts 2. attēlā.

Pacelšanas spēku uz spārnu sekcijām un bīdes spēku nosaka pēc formulas:

Kvadrāts i-spārna daļa; - pacēluma koeficients izvēlētajam profilam = 0,528; - gaisa blīvums

Kā zināms, lieces momentu ar bīdes spēku nosaka šādi:

Integrāciju veiksim tāpat kā aprēķinot bīdes spēku, izmantojot skaitlisko trapecveida metodi. Spārnu sekcijai Δξi mēs nosakām lieces momenta pieaugumu:

Summējot ar pieauguma ΔMi kopējo summu no spārna malas, iegūstam lieces momentu griezumā:

Griezes momentu nosaka pēc formulas:

1. tabulā parādītas aprēķinātās vērtības.

1. tabula.

Pamatojoties uz 1. tabulas datiem, mēs izveidosim bīdes spēka un momentu izmaiņu grafikus.

2. attēls. Pacēluma izmaiņas spārna garumā.

3. attēls. Bīdes spēka izmaiņas spārna garumā.

4. attēls. Lieces momenta izmaiņas spārna garumā

5. attēls. Griezes momenta izmaiņas spārna garumā

1.2 Spārna konstrukcijas projektēšanas shēma

Piešķirot spārnu stiprības komplektu, jāievēro šādi ieteikumi:

1) priekšējā lāpstiņa atrodas attālumā no sekcijas pirksta, bet aizmugurējā daļa atrodas vietā, kur atrodas spārna sekcijas horda;

2) attālums starp blakus esošajiem stringeriem svārstās no 120...300 mm spārnam;

3) attālumu starp ribām spārnā parasti ņem par 200...300 mm.

Spārna astes daļa netiek tālāk apskatīta, jo tā praktiski nepiedalās galveno spēka faktoru, kas iedarbojas uz spārnu, uztverē, lidojuma laikā uzņem diezgan nelielu aerodinamiskā spiediena daļu un parasti ir, aizņemts ar spārna mehanizāciju. Dažos lidmašīnu modeļos astes daļa ir pastiprināta ar šūnveida elementu. Šajā darbā astes daļa tiek atbalstīta ar vienu stringeru, kas atrodas aiz aizmugures spara.

Jaudas komplekta mērķis ir parādīts 7. attēlā.

6. attēls. Spārna spēka komplekta mērķis.

2. Spārnu daļas izvēle

Tiek pieņemts, ka aprēķināto lieces momentu M līkums uztver tikai spārna starpspārnu daļa. Dizaina gadījumā apakšējais spārna panelis darbojas nospriegojumā, bet augšējais panelis darbojas kompresijā. Paneļu stiepes (vai saspiešanas) spēks būs:

Šeit N ir normālu spēku pāra plecs

kur μ = 0,95 ir koeficients, kas parāda, cik attālums starp siksnu smaguma centriem ir mazāks par sviras kopējo augstumu; H1 un H2 ir sānu elementu kopējie augstumi. H1 attiecas uz augstākā spārna daļas augstumu.

2.1. Apšuvuma izvēle

Mēs aprēķinām minimālo nepieciešamo ādas biezumu no tā darbības stāvokļa zem bīdes spārnu vērpes laikā pēc formulas

kur Ω ir dubultā laukums, ko aptver spārna sekcijas ārējā kontūra un aizmugures daļas siena (bez astes daļas). - apvalka destruktīvs bīdes spriegums. Pamatojoties uz nepieciešamo apšuvuma biezumu no alumīnija lokšņu sortimenta, izvēlamies tuvāko lielāku standarta biezumu. Minimālais ādas biezums būs:

1.4.2 Apakšējā paneļa sānu elementu jostu izvēle.

Pirmā spārna minimālais nepieciešamais šķērsgriezuma laukums tiek atrasts pēc formulas

Kur Uz= 0,7...0,8 - koeficients, kas nosaka normālā spēka N proporciju, ko uztver sānu elementu jostas; - izstieptās jostas materiāla postošais spriegums.

Otrajai daļai mēs pieņemam:

Pamatojoties uz nepieciešamo laukumu, mēs izvēlamies tuvākos standarta ekstrudētos profilus ar lielu laukumu, . Mēs izvēlamies profilus PR 101 un PR 111 - stūra sekcija, nevis vienāda atloka (GOST 13738 - 91);

7. attēls. PR 101 profils.

Pirmajai sprauslai tika izvēlēts profils PR101-47.

2.2 Apakšējā paneļa stringeru izvēle.

Mēs iestatām virkņu skaitu m, pamatojoties uz ieteicamo attālumu diapazonu starp tiem. Mēs novietojam stringerus vienmērīgi spārna starpspārnu daļā un atrodam faktisko attālumu starp tiem

kur B ir spārna starpspārnu daļas platums; m ir stīgu skaits augšējā (apakšējā) spārna panelī.

Mēs aprēķinām normālo spēku sānu elementu jostās

un korpusā

kur ir samazinājuma koeficients.

Atlikušo stiepes spēku absorbē stīgas. Minimālo nepieciešamo stringera laukumu aprēķina, izmantojot formulu

Formulas parāda pārrāvuma spriegumus attiecīgi siksnas, ādas un stīgas nospriegošanas laikā.

Pamatojoties uz nepieciešamo izmēru, mēs izvēlamies pēc platības tuvāko standarta profilu. Mēs izvēlamies 100 leņķa sekcijas PR profilu, vienādu atloku (GOST 13737-90);

8. attēls Profils PR 100 (GOST 13737-90).

Nepieciešamo nosacījumu izpilda PR100-53 profils.

2.3. Spārnu stiprības elementu aprēķins stabilitātei.

Apšuvuma stabilitāte ir atkarīga no tā atsevišķo sekciju veiktspējas. Ādas daļa ar platumu un garumu a (a ir attālums starp ribām) tiek uzskatīta par plakanu plāksni, kas visā kontūrā balstās uz stringeriem un ribām (att. D.1).

9. attēls. Spārna paneļa fragments.

Saspiežamās plāksnes kritisko spriegumu stīgu komplekta virzienā nosaka pēc formulas

kur k ir koeficients, kas ņem vērā plāksnes stiprinājuma raksturu gar skaitītāju. Kad a ≥ koeficients k = 4.

Stringers

Vietējās izliekuma aprēķins

Kritisko lokālo izliekuma spriegumu i-tajam stīgas atlokam (att. D1), ko uzskata par plāksni ar platumu bi un biezumu δi, nosaka pēc formulas:

kur k = 0,46 ir koeficients stringeratlokiem, kuriem ir viena brīva mala gar garo malu;

Ieviesīsim materiāla plastiskuma korekciju:

Vispārējā stabilitātes zuduma aprēķins

Kritiskos spriegumus stīgu stabilitātes pilnīgam zudumam nosaka formula

Šeit m- koeficients atkarībā no auklas stiprinājuma rakstura galos (spārnā pieņemts ņemt stringera stiprinājumu galos tā sauktā apgriešanas veidā, kuram m = 2); F, Ix- stringera šķērsgriezuma laukums un inerces moments attiecībā pret x-asi, kas iet cauri stringera smaguma centram un paralēli ādai (aptuvenā projektēšanas aprēķinā); a ir attālums starp ribām.

Materiāla elastības korekcija

Stringera kritiskais izliekuma spriegums ir vienāds ar divu spriegumu minimumu

2.4 Augšējā paneļa sānu elementu statņu izvēle

Augšējā saspiestajā panelī stīgu komplekts un apvalks tiek uzskatīti par tādiem pašiem kā apakšējā izstieptajā. Pēc tam saspiestās zonas aprēķins tiek samazināts līdz sānu elementu jostu izvēlei. Mēs aprēķinām ādas samazināšanas koeficientu kompresijas laikā

Nosakiet stringera un tam pievienotā apvalka efektīvo laukumu

Sānu elementu akordu nepieciešamos šķērsgriezuma laukumus aprēķina, izmantojot formulas

Šeit σcr ir augstākās daļas jostas lokālās izliekšanās kritiskais spriegums. Šī vērtība vispirms jāiestata robežās:

Pamatojoties uz aprēķinātajām platībām, mēs izvēlamies standarta profilus ar

Pamatojoties uz nepieciešamo laukumu, mēs izvēlamies tuvākos standarta ekstrudētos profilus ar lielu laukumu. Mēs izvēlamies profilus PR 101 un PR 111 - stūra sekcija, nevis vienāda atloka (GOST 13738 - 91);

10. attēls. PR 101 profils.

Pirmajai daļai tika izvēlēts PR111-40 profils.

2.5 Apakšējā spārna paneļa saspiešanas pārbaude

Apakšējā paneļa pirmā un otrā sānu elementa akordu kritiskos lieces spriegumus nosaka pēc formulas

Apakšējā spārna panelis, kas izvēlēts darbam spriegojumā konstrukcijas gadījumā A, darbosies kompresijā konstrukcijas gadījumā D. Tāpēc ir jāpārbauda tā stabilitāte D gadījumā:

Aksiālais spēks panelī dizaina gadījumā D.

2.6 Sānu elementu sienu biezuma izvēle.

Projektēšanas aprēķinos ir pieņemts, ka bīdes spēku absorbē tikai sānu elementi. Starp lāpstiņām tas tiek pārdalīts proporcionāli to lieces stingrībai, un katrā spārnā to galvenokārt uztver sienas un daļēji siksnas, ja spārns ir konisks. Tad aprēķinu formulas ir šādas:

Kur un ir aprēķinātās spēka faktoru destruktīvās vērtības gadījumam A; - daļa no bīdes spēka, ko uztver sānu elementu sienas; - bīdes spēks, ko uztver pirmās lāpstiņas siena; - bīdes spēks, ko uztver otrā lāpstiņa siena; Н= 0,5(Н1 + Н2) - sānu elementu vidējais augstums projektēšanas sadaļā; - sānu elementu konverģences leņķis (radiānos)

Tangenciālie spriegumi sānu elementu sienās nedrīkst pārsniegt destruktīvas vērtības. No šī nosacījuma mēs aprēķinām minimālo nepieciešamo sienas biezumu pirmajai un otrajai lāpstiņai

Mēs izvēlamies lielas tuvākās standarta vērtības un. Ja aprēķinu laikā izrādās, ka aizmugurējās daļas siena ir plānāka par ādu, tad tas ir jāpieņem, jo ​​šī siena ir iekļauta kontūrā, kas saņem griezes momentu. .

3. Pārbaudes aprēķins

Pamatojoties uz veiktajiem projektēšanas aprēķiniem, tika izveidots spārnu konstrukcijas 3D modelis ar jaudas komplektu (11. attēls).

11. attēls. Spārnu konstrukcijas 3D modelis ar jaudas komplektu.

Verifikācijas aprēķins tiek veikts Ansys galīgo elementu pakotnē. Struktūras stiprību pārbauda ar statiski pieliktu spiedienu, kā arī, pamatojoties uz statiskajā aprēķinā aprēķinātajām slodzēm, tiek veikta stabilitātes pārbaude.

Spiediena centrā norādītajai spārna daļai tiek piemērots: bīdes spēks, liece un griezes moments:

Stiprības struktūru un apšuvumu pārņem Shell 181 apvalka elementi, katrai virsmai tiek piešķirts atbilstošs biezums.

Izmantojot iepriekš norādītās koordinātas, tika izveidoti koncentrētas masas elementi (elements Mass 21). Šie elementi ir stingri savienoti (Rigid Region) ar mezgliem, kas atbilst sānu elementu apakšējiem akordiem. Šie elementi atbilst koncentrētam spēkam no vienībām (dzinējiem).

Tiek uzskatīts, ka spārns ir absolūti stingri fiksēts visos virzienos (All DOF) saknes galā.

12. attēlā parādīts galīgo elementu modelis ar koncentrētiem spēkiem un fiksētu malu.

12. attēls. Galīgo elementu modelis aprēķināšanai.

Attēlos parādīts spriegumu aprēķinu rezultāts (Nodal risinājums).

13. attēls. Galveno stiepes spriegumu sadalījums.

14. attēls. Galveno spiedes spriegumu sadalījums.

Salīdzinājumam šeit ir aprēķini (Elementa risinājums)

15. attēls. Galveno stiepes spriegumu sadalījums.

16. attēls. Galveno spiedes spriegumu sadalījums.

17. attēls. Ekvivalento spriegumu sadalījums.

Pēc tam tika veikts izliekuma (Eigen Buckling) aprēķins, ņemot vērā aprēķinātos pirmssprieguma efektus (Pre-Stress Effects). Šajā aprēķinā tika aprēķināti pirmie 5 strukturālās izliekšanās režīmi.

Visas aprēķinātās izliekšanās formas ir lokalizētas spārna astes daļas izstieptajā zonā un atšķiras viena no otras ar radīto viļņu skaitu. Pirmā izliekšanās forma parādīta 18. attēlā, piektā - 19. attēlā.

18. attēls. Pirmā izliekuma forma.

19. attēls. Piektā izliekuma forma.

Šo stabilitātes zudumu izraisa spārna pārvietošanās atpakaļ lidojuma virzienā, kas izraisa tangenciālu spriegumu rašanos ādā, izraisot šādu viļņu parādīšanos. Turklāt šajā aprēķinā aizmugurējā spārna apvalkam nav pastiprinājuma.

Spārnu stiprības kopas ģeometriskie raksturlielumi un aprēķinātie spriegumi.

Apvalka biezums: ;

Stringers: Profils PR 100-leņķa sekcija, vienāds atloks (GOST 13737-90);

20. attēls Profils PR 100 (GOST 13737-90).

Profils PR100-53.

Otrajai daļai tika izvēlēts PR111-38 profils.

Otrajai daļai tika izvēlēts PR101-47 profils.

Verifikācijas aprēķina skaitliskie rezultāti:

Pārbaudes aprēķini parādīja, ka projektētā konstrukcija nav izmantojama, jo:

1) jaudas komplektā rodas spriegumi, kas ir lielāki par izvēlētā materiāla stiepes izturību:

2) notiek ādas stabilitātes zudums (sk. 18., 19. attēlu).

Pamatojoties uz verifikācijas aprēķinu, tiek formulēti šādi ieteikumi dizaina maiņai:

1) nepieciešams palielināt spēka komplekta nesošo elementu laukumu, vienlaikus izvēloties stūra profilus ar lielāku sienu biezumu un īsāku garumu.

2) Palieliniet sānu elementu sieniņu biezumu.

3) verifikācijas aprēķinos jāņem vērā astes sekcijas pastiprinājums (tiek veikts šūnveida pildvielas veidā, kā arī spārnu mehanizācijas spēka elementi);

4) veicot galīgo elementu analīzi, jāņem vērā spiediena sadalījuma diagrammas gar aerodinamisko spārnu (aprēķinos tiek pieņemts nemainīgs spiediens visā spārna apakšējā daļā).

Secinājums: Manuālā aprēķina rezultāti nesakrita ar aprēķiniem Ansys galīgo elementu pakotnē, jo manuālajā aprēķinā netika ņemta vērā spēka kopas sastāvdaļu mijiedarbība un akordu, sienu spriegumi. uc tika aprēķināti atsevišķi. Pārbaudes aprēķins parādīja, ka vislielākie spriegumi rodas akordu un sānu elementu sienu savienojuma vietās.

Izmantotās literatūras saraksts

1) Tarasovs, Yu.L., Lavrovs, B.A. Gaisa kuģu konstrukcijas elementu stiprības aprēķins [Teksts] / Yu.L. Tarasovs, B.A. Lavrovs - Samara, Samaras Valsts aviācijas universitāte, 2000. gads - 112 lpp.

2) Meheda, V.A. Neslaucītu spārnu spēka elementu šķērsgriezumu izlase [Teksts] / V. A. Mekheda - Samara, Samara State Aerospace University, 2008 - 48 lpp.

Lejupielādēt: Jums nav piekļuves failu lejupielādei no mūsu servera.

Pamata opcija ir reģionālā lidmašīna An-148-100, kas nodrošina pārvadāšanu vienas klases konfigurācijā no 70 pasažieriem ar sēdekļa attālumu 864 mm (34 collas) līdz 80 pasažieriem ar 762 mm (30') sēdvietu attālumu. '). Lai nodrošinātu elastību dažādu aviokompāniju prasību izpildei, kā arī samazinātu ekspluatācijas izmaksas un palielinātu pārvadājumu rentabilitāti, bāzes lidmašīnas plānots sertificēt variantos ar maksimālo lidojuma diapazonu no 2200 līdz 5100 km. Kreisēšanas lidojuma ātrums ir 820-870 km/h. Mārketinga pētījumi ir parādījuši, ka pamata lidaparāts savu tehnisko un ekonomisko īpašību ziņā atbilst daudzu aviokompāniju prasībām.

Lidmašīna An-148-100 ir konstruēta kā augsta spārna lidmašīna ar D-436-148 dzinējiem, kas novietoti uz piloniem zem spārna. Tas ļauj paaugstināt dzinēju un spārnu konstrukciju aizsardzības līmeni pret svešķermeņu radītiem bojājumiem. Papildu barošanas bloka klātbūtne, gaisa kuģa stāvokļa reģistrācijas sistēma, kā arī augsts sistēmu darbības un uzticamības līmenis ļauj An-148-100 izmantot tehniski slikti aprīkotu lidlauku tīklā.

Mūsdienīgas lidojumu navigācijas un radiosakaru iekārtas, daudzfunkcionālu indikatoru izmantošana, fly-by-wire lidmašīnu lidojumu vadības sistēmas ļauj An-148-100 izmantot jebkurā gaisa maršrutā, vienkāršos un nelabvēlīgos laika apstākļos, dienā un naktī, t.sk. maršrutos ar augstu lidojumu intensitāti augstā temperatūrā.komforta līmenis apkalpei.

Komforts pasažieriem tiek nodrošināts komforta līmenī tālsatiksmes lidmašīnās un tiek panākts ar racionālu dienesta telpu plānojumu un kompozīciju, dziļu ergonomisku pasažieru salona vispārējās un individuālās telpas optimizāciju, modernu sēdekļu izmantošanu, interjera dizainu. un materiāli, kā arī komfortablu klimatisko apstākļu un zema trokšņa līmeņa radīšana. Racionāli izvēlētais pasažieru salona garums un pasažieru izvietošana rindās pēc shēmas 2+3 ļauj operatoram iegūt dažādus vienas klases un jauktus izkārtojumus 55-80 pasažieru diapazonā ar ekonomiskās, biznesa un pirmās klases kajītēm. . Augsta dizaina un tehnoloģisko risinājumu nepārtrauktības pakāpe un An-148-100 darbības apvienošana ar sekmīgi ekspluatētu lidmašīnu, “Hi-Tech” aprīkojuma un iekšzemes un ārvalstu ražošanas sistēmu komponentu izmantošana nodrošina An-148- 100 lidmašīnas ar augstu konkurētspējīgu ekonomiskās efektivitātes, tehniskās un ekspluatācijas izcilības līmeni.

Lidmašīnas An-148-100 tehniskā apkope ir balstīta uz starptautisko standartu (ICAO, MSG-3) prasību izpildi un nodrošina gaisa kuģa lidojumderīguma uzturēšanu ekspluatācijas dzīves cikla ietvaros ar intensitāti līdz 300 stundām mēnesī ar pieejamības līmenis vairāk nekā 99,4%, vienlaikus samazinot uzturēšanas izmaksas (1,3 cilvēkstundas uz 1 lidojuma stundu).

An-148 gaisa kuģu saimē ir iekļautas arī šādas modifikācijas:

pasažieru lidmašīna, kas spēj pārvadāt 40–55 pasažierus diapazonā līdz 7000 km; administratīvā 10 – 30 pasažieriem. ar darbības rādiusu līdz 8700 km;

kravas versija ar sānu kravas durvīm ģenerālkravu pārvadāšanai uz paletēm un konteineros;

kravas-pasažieru iespēja jauktiem pārvadājumiem “pasažieri + krava”.

An-148 saimes izveides pamatiezīme ir bāzes lidmašīnas vienību un komponentu - spārna, emennāžas, fizelāžas, spēkstacijas, pasažieru un gaisa kuģa aprīkojuma - maksimālas apvienošanas un nepārtrauktības izmantošana.

Augstas malu attiecības spārna aprēķins

Spārnu ģeometriskie dati

– izslaucītā spārna laukums;

Spārna pagarinājums;

Spārnu plētums;

Noslaucītā spārna sašaurināšanās;

Spārna saknes akords;

Spārna gala akords;

Spārnu slīpuma leņķis gar priekšējo malu.

Tā kā šī gaisa kuģa spārns ir spārns un leņķis gar priekšējo malu ir lielāks par 15° (1. att.), mēs ieviešam līdzvērtīgu taisnu spārnu ar vienādu laukumu, un visi aprēķini tiek veikti šim ekvivalentam spārnam. Mēs ieviešam taisnu spārnu, pagriežot izvilkto spārnu tā, lai taisne, kas iet pa pusi taisnā spārna hordas, būtu perpendikulāra fizelāžas asij (2. att.). Tajā pašā laikā iztaisnotā spārna laidums

.

Iztaisnotā spārna laukums:

Turklāt kā parametru mēs ņemsim vērtību, kas vienāda ar attālumu no iztaisnotā spārna konsoles gala līdz lidmašīnas asij, jo šīs lidmašīnas konstrukcija ir augsta spārna lidmašīna (3. att.)

. Tad .

Atradīsim spiediena centru līnijas relatīvās koordinātas. Lai to izdarītu, mēs nosakām pacēluma koeficientu projekta gadījumam A.

šī gaisa kuģa pacelšanās svars;

- gaisa blīvums augstumā H = 0 km;

- gaisa kuģa kreisēšanas ātrums (= kg),

Niršanas ātrums

.

Tad: C x = 0,013; Cd = 0,339; α 0 = 2 o

Mēs ievietojam sprauslas spārnā:

Priekšējā spārna 15% hordas attālumā no spārna gala;

Aizmugurējā spārna atrodas 75% attālumā no hordas no spārna gala (5. att.).

Dizaina sadaļā () priekšējās daļas augstums , aizmugure- .

Spārnu slodžu noteikšana

Spārnu ietekmē gaisa spēki, kas sadalīti pa virsmu, un masas spēki no spārna konstrukcijas un no spārnā ievietotās degvielas, koncentrēti spēki no vienību masas, kas atrodas uz spārna.

Mēs atrodam vienību masas, izmantojot to relatīvās masas no gaisa kuģa pacelšanās masas:

Spārnu masa;

spēkstacijas svars;

Tā kā lidmašīnā ir 2 dzinēji, mēs pieņemam viena dzinēja masu, kas ir vienāda ar

.

Gaisa slodzes sadalījums spārna garumā.

Spārna garumā slodze tiek sadalīta saskaņā ar relatīvās cirkulācijas likumu:

,

kur ir relatīvā cirkulācija,

.

Noslaucīta spārna gadījumā relatīvo cirkulāciju nosaka pēc formulas:

, Kur - spārnu nobīdes ietekme, ( - ceturtdaļhordas slīpuma leņķis).

Tabula - Gaisa slodzes sadalījums pa spārnu konsoli

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
qв,N/m	36430,7	36795,5	36199,4	34831,9	32832,3	30487,6	27926,9	25161,4	21999,5	17443,9	0,0

Masas slodzes sadalījums pa spārnu platumu.

, kur ir spārna akords.

Mēs sadalām masas slodzi no degvielas svara proporcionāli degvielas tvertņu šķērsgriezuma laukumiem

, kur ir degvielas īpatnējais svars.

kur ir degvielas svars (lidmašīnām AN 148).

Kopējo lineāro slodzi uz spārnu nosaka pēc formulas:

.

Mēs novietojam koordinātu sākumpunktu spārna saknē un numurējam sadaļas no saknes uz spārna galu, sākot no .

Aprēķinu rezultāti tiek ievadīti tabulā.

	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

Mēs veidojam funkciju diagrammas un (7. att.)

Šķērsspēku, lieces un samazināto momentu diagrammu konstruēšana.

Nosakot šķērsspēku un lieces momentu sadalījuma likumu spārna garumā, vispirms atrodam sadalītās slodzes ietekmes funkcijas. Lai to izdarītu, mēs aprēķinām integrāļus, izmantojot trapecveida metodi, izmantojot tabulas metodi.

, ,

Mēs veicam aprēķinus, izmantojot šādas formulas:

;

; ,

, .

Mēs līdzīgi aprēķinām lieces momentu vērtības:

,

Iegūtos rezultātus ierakstām 2. tabulā.

2. tabula

	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

Jāņem vērā koncentrēto masas spēku ietekme:

, ;

Veidosim diagrammas (8. att.)

Veidojot samazināto momentu diagrammu, vispirms iestatām samazināšanas ass pozīciju. Tas iet cauri spārna priekšējai malai paralēli “z” asij No sadalīto slodžu ietekmes veidojam lineāro momentu diagrammu un .

Skriešanas mirkļiem:

,

.

Attālumi no slodžu pielikšanas punktiem līdz samazināšanas asij.

Brīdis tiek uzskatīts par pozitīvu, ja tas darbojas pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Integrējot diagrammu, iegūstam samazinātos momentus no sadalīto slodžu ietekmes. Aprēķinu shēma izskatās šādi:

.

Iegūtos rezultātus ievadām 3. tabulā:

3. tabula

qv	qkr	qt	av	akr	plkst	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
						5840,2499
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
						3144,1876
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

Samazināto momentu koncentrētu masu iedarbības dēļ nosaka pēc formulas:

,

kur ir attālums no tvertnes smaguma centra līdz samazināšanas asij.

Veidojam kopsavilkuma diagrammu (9. att.)

Spārna slodžu diagrammu konstruēšanas pareizības pārbaude.

No diagrammas = 20592 kg.

Bīdes spēka pozīcijas punkta noteikšana projektēšanas sadaļā

Zinot šķērsspēku un samazināto momentu projektēšanas griezumā (=0,2), varam atrast šķērsspēka pielikšanas punktu gar projektētās sekcijas spārna hordu:

Koordināta tiek attēlota no samazināšanas ass.

Spārna sekcijas projektēšanas aprēķins

Projektēšanas aprēķinos ir jāizvēlas spārnu šķērsgriezuma stiprības elementi: sprauslas, stringeri un apvalks. Izvēlēsimies materiālus spārnu sekcijas garenvirziena elementiem un ievadīsim to mehāniskos raksturlielumus 4. tabulā.

4. tabula

Stīgu soli nosaka no nosacījuma, ka spārna virsmas viļņojums nav lielāks par noteiktu vērtību. Daudzumam ir jāapmierina nevienlīdzība

.

Šeit un ir spiediens horizontālā lidojumā uz spārna apakšējo un augšējo virsmu;

– Izsituma koeficients, duralumīnijam;

– pirmā tipa apvalka materiāla elastības modulis.

Aptuvenās vērtības un tiek uzskatītas par vienādām

,

.

Parametrs ir relatīvā novirze, kuras ieteicamā vērtība nav lielāka par .

Ņemot vērā stīgu soli, mēs atrodam ādas biezumu, kas apmierina nevienlīdzību (5. tabula).

5. tabula.

Spēka dēļ palielināsim ādas biezumu, ņemot

δ сж = 5 (mm), δ р = 4 (mm),

Nosakīsim stīgu skaitu šķērsgriezuma augšējā un apakšējā daļā: . (10. att.)

Paneļu uzņemtās slodzes būs vienādas

Var attēlot paneļa slodzi

Izstieptajā zonā iestatītās gareniskās stiprības izvēle

Spēku izstieptajā zonā nosaka vienādība

kur ir stīgu skaits izstieptajā zonā, kas ņemts vērā projektēšanas aprēķinā,

- vienas stīgas šķērsgriezuma laukums,

– ādas biezums stiepes zonā.

Tā kā panelis ir stingri nofrēzēts:

– koeficients, ņemot vērā sprieguma koncentrāciju un sekcijas vājināšanos ar caurumiem kniedēm vai skrūvēm,

– koeficients, ņemot vērā aizkavēšanos iekļaušanā apšuvuma strāvas ķēdē, salīdzinot ar stringeriem, .

Tad izstieptajā panelī atradīsim vajadzīgo stīgu laukumu: Zīm. vienpadsmit

Zinot nepieciešamo stringera laukumu, no profilu sortimenta izvēlēsimies stringeru ar līdzīgu šķērsgriezuma laukumu. Mēs izvēlamies vienādu sienas leņķi PR100-22, , , (11. attēls).

Ļaujiet mums noteikt sparu akordu laukumu

Laukumam jābūt sadalītam starp priekšējo un aizmugurējo sānu elementu izstieptajiem atlokiem.

Saspiestā zonā iestatītā gareniskā spēka izvēle

Spēku saspiestajā zonā nosaka pēc formulas:

kur ir stīgu skaits saspiestajā zonā, kas ņemts vērā projektēšanas aprēķinā,

- aprēķinātais stringera pārrāvuma spriegums saspiestajā zonā,

- vienas stīgas šķērsgriezuma laukums saspiestajā zonā,

Piestiprināto ādas laukumu nosaka pēc formulas:

.

Tad nepieciešamais stīgu laukums ir:

Zinot nepieciešamo stringera laukumu, no profilu sortimenta izvēlēsimies stringeru ar līdzīgu šķērsgriezuma laukumu (12.zīm.). Šis ir spuldzes leņķis PR102-23, ... Rīsi. 12

Izvēlētā stringera lokālās izliekšanās kritiskie spriegumi tiks noteikti pēc formulas:

,

Koeficients, kas ņem vērā nosacījumus sienu virsmu nostiprināšanai.

Mēs pārbaudīsim virkņu lokālo stabilitāti visām stīgu sienām, izņemot tās, kas ir kniedētas pie ādas.

stīgu plauktam:

.

Kopš > tie ir jāpielāgo, izmantojot formulas:

, , ,

Mēs nosakām piestiprinātās ādas platumu, strādājot ar stringera spriegumiem:

Pievienotā apšuvuma laukums:

Kopējais sānu elementu atloku laukums:

Sadalīsim laukumu starp priekšējo un aizmugurējo sānu elementu saspiestajiem atlokiem proporcionāli to augstuma kvadrātiem:

,

Tad ņemsim atloka platuma attiecību pret tā biezumu

1 spars:

, ; , ;

2 spars:

, ; , .

Sānu elementu sienu biezuma izvēle

Noteiksim sānu elementu inerces momentus.

,

,

Pārnesot šķērsvirziena spēku ar statisku nulli uz stingrības centru, mēs pamanām, ka šis spēks ir līdzvērtīgs diviem spēkiem:

un griezes momentu

Šie spēki rada tangenciālo spēku plūsmas sānu elementu sienās (13. att.).

Ja pieņemam, ka griezes momentu uztver tikai spārna sekcijas ārējā kontūra, tad šo momentu līdzsvaro tangenciālo spēku plūsma

Pēc tam atkarībā no bīdes spēka atrašanās vietas (pirms vai pēc stingrības centra)

Noskaidrosim sienas biezumu:

, ,

. .

Attāluma noteikšana starp ribām

Attālums starp ribām tiek noteikts pēc vienādas stiprības nosacījuma lokālam stringera stabilitātes zudumam un vispārējam stringera stabilitātes zudumam ar piestiprināto ādu.

Stringera kritiskos izliekuma spriegumus nosaka pēc formulas:

,

kur ir stringera sekcijas inerces moments ar piestiprināto apvalku attiecībā pret asi, kas iet caur šīs sekcijas smaguma centru un ir paralēla apvalka plaknei;

- attālums starp ribām.

Spārnu verifikācijas aprēķins

Verifikācijas aprēķina mērķis ir pārbaudīt konstrukcijas stiprību ar faktisko ģeometriju un konstrukcijas materiālu fizikāli mehāniskajām īpašībām, izmantojot samazinājuma koeficientu metodi.

Lai noteiktu nulles aproksimācijas samazinājuma koeficientu, mēs izveidosim ādas materiālu, stīgu un sānu elementu deformācijas diagrammu. Deformācijas parametri ir doti 4. tabulā.

Ņemot deformācijas diagrammu, mēs izvēlamies fiktīvu fizisko likumu. Pie projektētām slodzēm spriegumi spēcīgākajā konstrukcijas elementā - spārnā - ir tuvu pagaidu pretestībai. Tāpēc fiktīvu fizikālo likumu ieteicams izvilkt caur punktu (14. att.).

saspiesta zona :

Spar : ,

Stringers: .

Mēs nosakām nulles aproksimācijas samazinājuma koeficientu in izstiepts zonā :

Spar: ,

Stringers: .

Nosakīsim elementu samazinātos laukumus. Sadaļu elementu faktiskie apgabali:

Samazinātās platības:

Papildu aprēķini ir parādīti 6. tabulā.

Tālāk jums jāatrod samazinātās sekcijas smaguma centra koordinātas. Mēs nosakām samazinātās sekcijas centrālo asu stāvokli. Izvēlamies sākotnējās asis, lai izietu caur profila purngalu atbilstoši tā ģeometrijai (15. att.).

Samazinātā posma smaguma centra koordinātas nosaka šādi:

,

,

kur ir koncentrēto apgabalu skaits sadaļā.

Centrālajās asīs salikto elementu koordinātas atrodam šādi:

Nosakām samazinātās sekcijas aksiālos un centrbēdzes inerces momentus centrālajās asīs:

,

.

Aprēķināsim elementu koordinātas galvenajās centrālajās asīs

,

. (6. tabula)

Noteikt inerces momentus galvenajās centrālajās asīs

,

.

Nosakām lieces momentu projekcijas uz galvenajām centrālajām asīm (17. att.):

Nosakām samazinātos spriegumus šķērsgriezuma elementos:

Faktiskos spriegumus garenvirziena elementos nosakām no faktiskā un reducētā sekciju deformācijas vienādības nosacījuma pēc deformācijas diagrammas (18. att.).

Pēc faktisko spriegumu atrašanas katram konstrukcijas elementam nosakām turpmākās aproksimācijas samazinājuma koeficientu:

Turpmāko tuvinājumu samazinājuma koeficientu noteikšana katram konstrukcijas elementam tiks veikta, izmantojot datoru. (1.pielikums)

Pēc samazinājuma koeficientu konverģences sasniegšanas ir jānosaka elementu stiprības pārpalikuma koeficienti:

Izstieptā zonā, saspiestā zonā.

5. tabula

5. tabula (turpinājums)

Pārbaudes aprēķins bīdes spriegumam

Novērtēsim modificētās sadaļas ādas izturību. Āda ir plakanā stresa stāvoklī. Tas ir pakļauts tangenciālajiem spriegumiem, kuru vērtības tika iegūtas, pamatojoties uz datora aprēķiniem:

un normālie spriegumi, kas ir vienādi ar .(7. tabula)

Ļaujiet mums noteikt kritisko ādas izliekuma stresu:

Attālums starp ribām ir stīgu piķis.

Ja āda zaudē stabilitāti pret bīdi () un darbojas kā diagonāli izstiepts lauks (19. att.), tad tajā rodas papildu normāli stiepes spriegumi, kas noteikti pēc formulas:

,

,

kur ir diagonālo viļņu slīpuma leņķis.

Tādējādi sprieguma stāvokli ādas punktos, kas atrodas pie stringeriem, nosaka pēc formulas:

. .

Stiprības nosacījumam, kas atbilst enerģijas veidošanas kritērijam, ir šāda forma:

Ādas pārmērīgo izturību raksturojošo koeficientu nosaka pēc formulas:

Iegūtos rezultātus ierakstām 7. tabulā.

Veidojam tangenciālo spriegumu diagrammu (20. att.)

7. tabula

Spārna sekcijas stingrības centra aprēķins

Stingrības centrs ir punkts, attiecībā pret kuru šķērsgriezuma kontūra griežas, vai arī tas ir punkts, kurā kontūra negriežas, pieliekot šķērsvirziena spēku. Saskaņā ar šīm divām definīcijām ir 2 metodes stingrības centra stāvokļa aprēķināšanai: fiktīvā spēka metode un fiktīvā momenta metode. Tā kā ir veikts testa aprēķins tangenciālajiem spriegumiem un ir izveidota kopējo PSC diagramma, mēs izmantojam fiktīvo momentu metodi, lai aprēķinātu sekcijas stingrības centru.

Nosakām 1. ķēdes relatīvo pagrieziena leņķi. Diagramma q S ir zināma.

Saskaņā ar Mora formulu pirmajai ķēdei piemērojam vienības momentu:

Tā kā normālos spriegumos korpuss nedarbojas neatkarīgi, diagramma strauji mainās uz katra gareniskā elementa, paliekot nemainīga starp elementiem, tad no integrāļa mēs pārejam uz summu

Mēs nosakām spārna sekcijas relatīvo vērpšanas leņķi, kad tam tiek piemērots moments M = 1 uz visu kontūru. Nezināmie ir q 01 q 02 , lai tos noteiktu, mēs uzrakstām divus vienādojumus: līdzsvara vienādojumu attiecībā pret t.A (priekšējās špakteles apakšējā akorda) un pirmās un otrās kontūras relatīvo pagrieziena leņķu vienādojumu (an deformācijas savietojamības līmeņa analogs).

kur ir kontūru dubultie laukumi.

Lai aprēķinātu relatīvos leņķus, mēs izmantojam Mora formulu. Katrai ķēdei piemērojot vienu momentu

Tādējādi vienādojumi nezināmo aprēķināšanai būs formā

Kuru atrisinot, mēs atrodam

Pēc `M 1 un `M 2 atrašanas mēs nosakām pirmās ķēdes relatīvo pagrieziena leņķi no pielietojuma līdz viena momenta sadaļai:

Mēs nosakām griezes momenta lielumu spārnu sekcijā no darbojošām slodzēm. Tā kā deformācija ir lineāra, tad pagrieziena leņķis ir tieši proporcionāls Mcr vērtībai, tad:

Nosakām attālumu no bīdes spēka līdz stingrības centram (21. att.).

m.

Darbības darbs, ko nosēšanās laikā absorbē amortizējošā sistēma:

,

kur ir vertikālais nosēšanās ātrums, vienāds ar

Bet kopš , tad pieņemam m/s.

kJ.

Viens statīvs veic operatīvos darbus

kJ.

Aprēķinot ekspluatācijas darbu, ko riepas absorbē nosēšanās laikā

sameklēsim amortizatora uztverto darbu

Amortizatora gājienu aprēķina, izmantojot formulu

Amortizatora saspiešanas diagrammas pilnības koeficients darba uztveres laikā.

φ e - pārnesumskaitlis virzuļa gājiena laikā S e.

Tā kā tiek domāts par teleskopisko statīvu un tiek pieņemts, ka brīdī, kad riteņi pieskaras zemei, statīva ass ir perpendikulāra zemes virsmai, tad η e =0,7 un φ e =1.

Lai noteiktu amortizatora šķērseniskos izmērus, mēs atrodam no vienādības

laukums, kurā gāze iedarbojas uz amortizatora stieni.

Iestatīsim parametru vērtības:

MPa – sākotnējais gāzes spiediens amortizatorā;

– amortizatora priekšspriegojuma koeficients;

– pārnesumskaitlis brīdī, kad amortizators sāk saspiesties;

m 2.

Amortizatoram ar blīvējumu, kas uzstādīts uz cilindra, stieņa ārējais diametrs ir vienāds ar:

m.

Pieņemam blīvgredzenu biezumu.Tad par cilindra iekšējo diametru

Mēs atrodam gāzes kameras sākotnējo tilpumu V 0, izmantojot formulu

Gāzes kameras augstums ar nesaspiestu amortizatoru

m.

Mēs atrodam parametrus, izmantojot šādu algoritmu.

Lai atrastu nezināmos, mēs izmantojam vienādojumus

1

2

3

Pēc dažām pārvērtībām

4

Šeit ir pārnesuma attiecība, kas atbilst amortizatora gājienam

Amortizatora saspiešanas diagrammas pilnīguma koeficients, absorbējot darbu. Teleskopiskajiem statīviem .

Pirmajai no vienādībām (3) ir kvadrātvienādojuma forma

, 5

Kur , 6

7

no vienlīdzības (5)

8

Aizvietojot no (8) ar otro vienādojumu (3), mēs iegūstam pārpasaulīgo vienādojumu

kura sakne ir vēlamais daudzums.

Aprēķini ir apkopoti tabulā. 8

8. tabula.

Mēs veidojam grafiku koordinātu sistēmā (S max, f) (22. att.).

Līknes krustpunkts ar asi f = 0 dod vērtību S max =0,55.

No atkarības (8) mēs atklājam

.

Gāzes spiediens amortizatorā pie maksimālās kompresijas

MPa.

Šķidruma līmeņa augstums virs augšējās bukses

m.

Kurā:

0,589 + 0,1045 = 0,6935 > 0,55 – nosacījums ir izpildīts.

Parametru vērtību iestatīšana:

m - amortizatora konstrukcijas gājiens;

m - bukšu kopējais augstums;

m - stieņa atbalsta pamatne;

m - amortizatora stiprinājuma punktu kopējais izmērs;

mēs iegūstam amortizatora garumu nesaspiestā stāvoklī

Amortizatora garums pie darba kompresijas

Statīvu slodžu noteikšana

Dizaina pārslodzes koeficients:

Aprēķinātās vertikālās un horizontālās slodzes uz statīva ir vienādas:

Starp riteņiem spēks tiek sadalīts attiecībā 316,87: 210,36, un spēks ir 79,22: 52,81.

Lieces momentu diagrammu konstruēšana

Stends ir kombinēta sistēma. Pirmkārt, izmantojot šķērsgriezuma metodi, mēs atrodam spēku statnē. Mēs rakstām statīva līdzsvara vienādojumu attiecībā pret viru

Liekšanas momentu diagramma, kas darbojas gaisa kuģa kustības plaknē, parādīta 23. attēlā.

Maksimālais griezes moments, kas vienāds ar 489,57 kNm, darbojas šasijas eņģes punktā.

Liekšanas momentu diagramma, kas darbojas plaknē, kas ir perpendikulāra lidmašīnas kustības plaknei, ir parādīta 24. attēlā.

Lēciens diagrammā stieņa piestiprināšanas punktā pie cilindra, ko rada ekscentriski pielikts spēks (spēka vertikālā projekcija stieņā), ir vienāds ar kNm.

Griezes moments ir vienāds ar vērtību

un tikai iekrauj cilindru.

Elementu šķērsgriezuma parametru izvēle

Teleskopiskā statīva konstrukcijas aprēķinos ir izvēlēti cilindra un stieņa sieniņu biezumi. Pirmkārt, katram no norādītajiem elementiem mēs izvēlamies sadaļu, kurā lieces moments ir maksimālā vērtība. Projektēšanas aprēķinos mēs neņemam vērā aksiālos spēkus un griezes momentu. No spēka stāvokļa

,

kur k ir plastiskuma koeficients, mēs pieņemam;

W – pretestības moments

, ;

MPa.

No šī vienādojuma mēs atrodam

Zinot stieņa ārējo diametru, iegūstam iekšējo diametru

Tad sienas biezums .

Līdzīgi atrodam cilindra vērtību, bet tā kā cilindra ārējais diametrs nav zināms, tad nulles tuvinājumā mēs to ņemam vienādu ar m. Tad iegūstam

Aksiālā spēka diagrammas konstruēšana

Aprēķinātais gāzes spiediens amortizatorā

Gāze ar spēku spiež uz stieņa

Neatbilstība starp spēku Рш un ārējo slodzi 528,127 kN ir izskaidrojama ar berzes spēku klātbūtni tiltu kastēs. Tādējādi berzes spēks vienā ass kastē ir vienāds ar

kN.

Stieņa augšējā galā gāze ar spēku nospiež stieni

Līdz ar to starp sekcijām, kas iet caur augšējo un apakšējo asu buksi, stienis tiek saspiests ar spēku

zem apakšējās bukses sekcijas - ar spēku

Gāze iedarbojas uz cilindru caur blīvi ar aksiālu spēku

stiepes cilindrs. Veidojot N c diagrammu, jāņem vērā arī spēki F tr un S z. Aksiālo spēku N c un N w diagrammu galīgais skats ir parādīts attēlā. 25

Daudzus gadu desmitus pakāpenisks kuģu ātruma pieaugums tika panākts, galvenokārt palielinot uzstādīto dzinēju jaudu, kā arī uzlabojot korpusa kontūras un uzlabojot dzinējspēkus. Mūsdienās kuģu būvētājiem – arī amatieriem dizaineriem – ir iespēja izmantot kvalitatīvi jaunu veidu.

Kā zināms, ūdens pretestību kuģa kustībai var iedalīt divās galvenajās sastāvdaļās:

1) pretestība, atkarībā no ķermeņa formas un enerģijas patēriņa viļņu veidošanai, un

2) ķermeņa berzes pretestība pret ūdeni.

Palielinoties pārvietošanas kuģa ātrumam, strauji palielinās pretestība tā kustībai, galvenokārt viļņu pretestības pieauguma dēļ. Kad ēvelēšanas kuģa ātrums palielinās dinamiska spēka klātbūtnes dēļ, kas izceļ ēvelēšanas kuģa korpusu no ūdens, pirmā pretestības sastāvdaļa ievērojami samazinās. Vēl plašākas izredzes palielināt ātrumu, nepalielinot dzinēja jaudu, paver jauna pārvietošanās uz ūdens principa izmantošana - zemūdens spārnu kustība. Spārns, kuram (pie tāda paša celšanas spēka) ir ievērojami augstāki hidrodinamiskie parametri nekā ēvelēšanas plāksnei, var ievērojami samazināt kuģa pretestību, pārvietojoties uz spārniem.

Dažādu pārvietošanās uz ūdens principu izmantošanas rentabilitātes robežas nosaka kuģa relatīvais ātrums, ko raksturo Frūda skaitlis:

υ - kustības ātrums;
g ir gravitācijas paātrinājums; g = 9,81 m/s2;
L ir kuģa raksturīgais lineārais izmērs – tā garums.

Pieņemot, ka L ir proporcionāls D kuba saknei (kur D ir kuģa ūdensizspaids), bieži tiek izmantots pārvietojuma skaitlis:

Parasti korpusiem ar pārvietošanās līnijām ir mazāka pretestība ātrumā, kas atbilst frod skaitļiem P rD< 1; при больших значениях относительной скорости (F rD >2, 3) kuģiem tiek izmantotas ēvelēšanas kontūras un vēlams uzstādīt spārnus.

Mazā ātrumā laivas ar spārniem pretestība ir nedaudz lielāka par planiera pretestību (1. att.), pateicoties pašu spārnu pretestībai un statņiem, kas savieno korpusu ar spārniem. Bet, pieaugot ātrumam, kuģa korpusam pakāpeniski izceļoties no ūdens, tā kustības pretestība sāk samazināties un pie ātruma, kādā korpuss pilnībā paceļas no ūdens, tas sasniedz savu zemāko vērtību. Tajā pašā laikā laivas pretestība uz spārniem ir ievērojami mazāka nekā planiera pretestība, kas ļauj iegūt lielāku ātrumu ar vienādu dzinēja jaudu un darba tilpumu.

Ekspluatējot zemūdens spārnu kuģus, ir konstatētas citas priekšrocības salīdzinājumā ar zemūdens spārniem un galvenokārt augstāka kuģošanas spēja, jo, pārvietojoties pa spārniem, korpuss atrodas virs ūdens un neizjūt viļņus. Braucot ar nelielu ātrumu, labvēlīgi iedarbojas arī spārni, kas samazina kuģa kustību. Negatīvās īpašības (piemēram, liela iegrime stāvvietā, apjomīgi spārni) nemazina kuģu nozīmi uz spārniem, kas nodrošina augstu navigācijas komfortu kombinācijā ar lielu ātrumu. Spārnoto kuģu priekšrocības ir ieguvušas plašu popularitāti daudzās pasaules valstīs.

Šajā rakstā ir izklāstīti pamatjēdzieni un atkarības no teorijas par spārnu kustību ūdenī un metodes spārnu sistēmu aprēķināšanai un projektēšanai attiecībā uz maziem pārvietošanas kuģiem.

Zemūdens spārnu hidrodinamika

Vienkāršākais zemūdens spārnu piemērs ir plāna taisnstūra plāksne, kas novietota leņķī pret tās kustības virzienu. Tomēr, lai iegūtu lielāku celtspēju ar mazāku pretestību, pašlaik tiek izmantoti sarežģītākas formas spārni. Neskatoties uz to, ka zemūdens spārnu teorijas un eksperimentālās izpētes jautājumi daudzējādā ziņā vēl nav izstrādāti, galvenās atkarības jau ir iegūtas un ir savākts plašs eksperimentālais materiāls, kas ļauj pareizi novērtēt dažādu faktoru ietekmi uz spārna hidrodinamika un konstrukcija.

Spārna formu (2. att.) nosaka tā laidums l, horda b, slīpuma leņķis χ un nolaišanās leņķis β. Papildu parametri ir spārnu laukums plānā S = lb un relatīvā malu attiecība λ = l 2 /S. Taisnstūra spārnam ar nemainīgu hornu gar laidumu λ = l/b.

Spārna stāvokli attiecībā pret plūsmu nosaka profila ģeometriskais uzbrukuma leņķis α, t.i., leņķis starp spārna akordu un tā kustības virzienu.

Galvenā nozīme spārna īpašībām ir tā profilam - spārna griezumam pa plakni, kas ir perpendikulāra laidumam. Spārnu profilu nosaka biezums e, profila viduslīnijas ieliekums f, kā arī nulles pacēluma leņķis α 0. Profila biezums ir mainīgs gar akordu. Parasti maksimālais biezums atrodas profila akorda vidū vai nedaudz novirzīts pret degunu. Līniju, kas iet caur profila biezuma vidu katrā sekcijā, sauc par izliekuma vai profila viduslīniju. Viduslīnijas maksimālā biezuma un maksimālās ieliekuma bultiņas attiecība pret hornu nosaka profila relatīvo biezumu un ieliekumu un ir attiecīgi apzīmēta. e un f. Vērtības e un f un to ģeometriskais novietojums hordas garumā ir izteikts tā daļās.

Apskatīsim plūsmu ap plakanu spārnu ar bezgalīgu malu attiecību, kad tas pārvietojas bezgalīgā šķidrumā.

Plūsma, kas ietriecas spārnā ar ātrumu v pie noteikta pozitīva trieciena leņķa α, profila augšējā pusē paātrinās un apakšējā pusē palēninās. Šajā gadījumā saskaņā ar Bernulli likumu spiediens augšējā pusē samazinās, bet apakšējā pusē tas palielinās (salīdzinot ar spiedienu netraucētā šķidrumā). Attēlā 3. attēlā parādīts grafiks, kas ilustrē bezizmēra spiediena koeficienta izmaiņas:

gar zemūdens spārnu profila hordu.
Šeit Δр = р - р o, kur р ir spiediens attiecīgajā profila punktā, un р о ir spiediens netraucētā šķidrumā.

Spiediena koeficienta negatīvās vērtības norāda uz vakuumu (lpp<Р о), положительные - на наличие давления (р>R o).

Iegūtā spiediena starpība rada spārnam augšup vērstu spēku, t.i., spārna pacelšanas spēku.

Kā redzams attēlā, retināšanas diagrammas laukums ir daudz lielāks nekā augstspiediena diagrammas laukums. Daudzi eksperimenti liecina, ka aptuveni 2/3 no pacelšanas spēka tiek radīta profila augšējā (“iesūkšanas”) pusē retināšanas dēļ un aptuveni 1/3 apakšējā (“izlādes”) pusē paaugstināta spiediena dēļ.

Spiediena spēku rezultātais, kas iedarbojas uz spārnu, atspoguļo kopējo hidrodinamisko spēku, ko var sadalīt divās daļās:

Y - spārnu pacelšana perpendikulāri kustības virzienam;
X ir pretestības spēks, kura virziens sakrīt ar kustības virzienu.

Šo spēku rezultāta pielikšanas punktu profilam raksturo moments M attiecībā pret profila priekšējo punktu.

Eksperimentālie pētījumi parādīja, ka pacelšanas spēks Y, pretestības spēks X un to moments M tiek izteikti ar atkarībām:

ρ ir ūdens blīvums (jūras ūdenim ρ = 104 un saldūdenim ρ = 102 kg s 2 /m 4);
υ ir plūsmas ātrums, kas plūst uz spārnu (spārna ātrums plūsmā);
b - spārnu akords;
S - spārnu laukums;
С y, С x, С m ir attiecīgi bezizmēra celšanas spēka, pretestības spēka un momenta hidrodinamiskie koeficienti.

Koeficienti C y, C x, C m ir galvenie spārna raksturlielumi neatkarīgi no vides, kurā spārns pārvietojas (gaiss vai ūdens). Pašlaik nav pietiekami precīzas metodes spārna hidrodinamisko koeficientu (īpaši C x un C m) teorētiskai aprēķināšanai dažāda veida aerodinamiskajiem spārniem. Tāpēc, lai iegūtu precīzus spārna raksturlielumus, šos koeficientus nosaka eksperimentāli, pūšot vēja tuneļos vai velkot eksperimentālos baseinos. Testa rezultāti ir parādīti diagrammu veidā par koeficientu С y, С x, С m atkarību no uzbrukuma leņķa α.

Spārna vispārīgajiem raksturlielumiem papildus tiek ieviests spārna K hidrodinamiskās kvalitātes jēdziens, kas atspoguļo pacelšanas spēka attiecību pret pretestības spēku:

Bieži vien spārna raksturlielumi tiek doti “Lilientāla polāra” formā, izsakot C y atkarību no C x. Uz polāra ir atzīmēti eksperimentālie punkti un tiem atbilstošie uzbrukuma leņķi. Attēlā 4. un 5. attēlos segmentālā profila “Göttingen Nr. 608” hidrodinamiskās īpašības. Kā redzat, hidrodinamisko koeficientu vērtības nosaka spārna uzbrukuma leņķis. Attēlā 6. attēlā parādīts spiediena sadalījums trīs uzbrukuma leņķiem. Palielinoties leņķim, palielinās vakuuma pakāpe uz spārna augšējās virsmas, un uz apakšējās virsmas palielinās pārspiediens; kopējā spiediena diagrammas laukums pie α = 3° ir ievērojami lielāks nekā pie α = 0°, kas nodrošina koeficienta Cy pieaugumu.

No otras puses, samazinoties uzbrukuma leņķim, Su koeficients gandrīz lineāri samazinās līdz nullei. Uzbrukuma leņķa vērtība, pie kuras pacēluma koeficients ir vienāds ar nulli, nosaka nulles pacēluma leņķi α o. Nulles pacelšanas leņķis ir atkarīgs no profila formas un relatīvā biezuma. Spārna uzbrukuma leņķim vēl vairāk samazinoties, pacelšanas spēks kļūst negatīvs.

Līdz šim mēs esam runājuši par dziļi izvilkta bezgalīga laiduma spārna īpašībām. Īstiem spārniem ir ļoti noteikta malu attiecība un tie darbojas tuvu šķidruma brīvajai virsmai. Šīs atšķirības atstāj būtisku iespaidu uz spārna hidrodinamiskajām īpašībām.

Spārnam ar λ = ∞ spiediena sadalījuma shēma katrā spārna sekcijā gar laidumu ir vienāda. Uz ierobežota laiduma spārna šķidrums plūst caur spārna galiem no pārspiediena zonas uz retuma zonu, izlīdzinot spiedienu un tādējādi samazinot pacēlumu. Attēlā 7. attēlā parādītas spiediena izmaiņas gala malu attiecības spārna garumā. Tā kā šķidruma plūsma galvenokārt notiek spārna galējos posmos, tās ietekme samazinās, palielinoties malu attiecībai, un praktiski pie λ = 7÷9 spārna raksturlielumi atbilst bezgalīgam laidumam (8. att.).

Vēl viens faktors, kas ietekmē spārna darbību, ir brīvas šķidruma virsmas klātbūtne tā tuvumā - divu mediju robeža ar lielu masas blīvuma atšķirību (ρ ūdens ≈ 800 ρ gaiss). Brīvās virsmas ietekme uz pacelšanas spēku izskaidrojama ar to, ka spārns ar noteiktu biezumu paceļ šķidruma slāni, jo mazāk to savelkot, jo tuvāk spārns atrodas brīvajai virsmai. Tas ļauj šķidrumam plūst ap spārnu ar mazāku ātrumu nekā dziļas niršanas laikā; Vakuuma vērtības uz spārna augšējās virsmas samazinās.

Attēlā 9. attēlā parādītas spiediena diagrammas izmaiņas atkarībā no relatīvā iegremdēšanas dziļuma izmaiņām zem brīvās virsmas segmentēta profila spārnam (ar spārna relatīvo iegremdēšanu saprot attāluma no spārna attiecību pret šķidruma virsmu līdz horda vērtībai). Kā redzams, brīvās virsmas ietekme uz spārna iesūkšanas un izplūdes pusēm nav vienāda. Daudzi eksperimenti ir atklājuši, ka iegremdēšanas ietekme galvenokārt ietekmē spiediena diagrammu virs spārna, bet augsta spiediena laukums paliek gandrīz nemainīgs. Iegremdēšanas ietekmes pakāpe uz spārna pacēlumu strauji samazinās, palielinoties iegremdēšanai.

Zemāk, attēlā. 12 parādīts grafiks, kas ilustrē vakuuma samazināšanos uz spārna augšējās virsmas, kad tas tuvojas brīvajai virsmai. No šī grafika izriet, ka brīvās virsmas ietekme ir maza pat pie iegremdēšanas, kas vienāda ar spārna hordu, un pie h = 2 spārnu var uzskatīt par dziļi iegremdētu. Attēlā 10, a, b, c attēlo plakana segmentēta spārna hidrodinamiskos raksturlielumus ar pagarinājumu λ = 5 un biezumu e = 0,06 dažādām relatīvajām iegremdācijām.

Īstam spārnam ir jāņem vērā visu iepriekš uzskaitīto faktoru kopējā ietekme: spārna forma, tā malu attiecība, relatīvā iegremdēšana utt.

Nākamais parametrs, no kura atkarīgs uz spārnu attīstošo spēku lielums, ir kustības ātrums. No spārna hidrodinamikas viedokļa ir noteikta ātruma vērtība, kuras pārsniegšana rada būtiskas izmaiņas spārna īpašībās. Iemesls tam ir kavitācijas attīstība uz spārna un ar to saistītie traucējumi vienmērīgā šķidruma plūsmā ap profilu.

Palielinoties ātrumam, vakuums uz spārna sasniedz vērtības, pie kurām no ūdens sāk parādīties mazi burbuļi, kas piepildīti ar tvaiku un gāzēm. Turpinot palielināt plūsmas ātrumu, kavitācijas apgabals paplašinās un aizņem ievērojamu daļu no spārna sūkšanas puses, veidojot lielu tvaika-gāzes burbuli uz spārna. Šajā kavitācijas stadijā pacēluma un pretestības koeficienti sāk krasi mainīties; tajā pašā laikā samazinās spārna hidrodinamiskā kvalitāte.

Sakarā ar kavitācijas negatīvo ietekmi uz spārna īpašībām, bija nepieciešams izveidot īpašas ģeometrijas profilus. Šobrīd visi profili ir sadalīti profilos, kas darbojas pirmskavitācijas plūsmas režīmā un profilos ar augsti attīstītu kavitāciju. Ņemiet vērā, ka visas mūsu piedāvātās atkarības attiecas uz nekavitējošiem spārniem (šajā rakstā nav aplūkotas kavitācijas spārnu īpašības).

Lai novērstu kavitācijas kaitīgo ietekmi uz spārna darbību, to aprēķinot, ir jāpārbauda kavitācijas iespējamība. Kavitācijas rašanās iespējama tajos profila punktos, kur spiediens nokrītas nedaudz zem piesātināta ūdens tvaiku spiediena, kā rezultātā no šķidruma spēj izdalīties tvaiki un gāzes, koncentrējoties ap mazākajiem gaisa burbuļiem un ūdenī izšķīdušās gāzes. Šo nosacījumu var uzrakstīt šādi:

Koeficientu P min segmentētiem profiliem var noteikt atkarībā no pacelšanas koeficienta un relatīvā biezuma, izmantojot Gutsche grafiku, kas parādīts attēlā. 11. Gutsche grafiks un aprēķins, izmantojot doto formulu, ir derīgi spārnu kustības gadījumam bezgalīgā šķidrumā. Bet, kā jau minēts, spārna tuvošanās brīvajai virsmai samazina vakuuma lielumu uz spārna, tādējādi palielinot nekavitācijas plūsmas ap spārnu maksimālā ātruma vērtību.

Šajā gadījumā:

kur q vērtība ņemta pēc grafika (12. att.).

Jāņem vērā, ka pareiza profilu ģeometrisko raksturlielumu, kā arī to darbības režīmu izvēle ļauj aizkavēt kavitācijas iestāšanos līdz 120-130 km/h, t.i., līdz lielam ātrumam, kas ir pietiekami mazām laivām un motorlaivām. .

Spārna nobīde pozitīvi ietekmē attālumu no kavitācijas sākuma. Šajā gadījumā ir spēkā šāda sakarība:

Papildus kavitācijai ir jāņem vērā gaisa izplūdes parādība uz spārnu, kas arī ir ļoti atkarīga no spārna ātruma un izraisa būtiskas hidrodinamisko īpašību izmaiņas. Kad gaiss iekļūst spārnā, strauji samazinās pacelšanas koeficients, jo spārna augšpusē vakuums pazeminās līdz atmosfēras spiedienam, ko pavada pacēluma zudums un spārna sabrukšana zem spārna. uz to uzliktās slodzes ietekme.

Gaisa izplūdes rašanās lielā mērā ir atkarīga no vakuuma maksimālās vērtības profilā un spārna dziļuma. Īpaši jutīgi pret šo parādību ir zemi iegremdētie spārni, kas pārvietojoties atrodas ļoti tuvu ūdens virsmai. Tāpēc zemas iegremdēšanas spārnu profili ir izgatavoti ar asu priekšējo malu, lai samazinātu vakuuma pīķa lielumu sūkšanas pusē (13. att.). Dziļi iegremdētiem elementiem tiek samazināta gaisa izplūdes iespējamība uz spārnu, un tāpēc ir iespējams izmantot profilus ar noapaļotu degunu.

Praksē gaisa iekļūšanu spārnā dažkārt var izraisīt uz spārna krītoši priekšmeti (peldoša zāle, koka gabali utt.), spārna gludās virsmas vai tā malu bojājumi, kā arī kavitējošo statņu tuvums. , stabilizatori utt.

Spārnu ierīču projektēšana

Laivas spārnu ierīču dizains sastāv no vairāku tehnisku problēmu konsekventa risinājuma, kas dažkārt ir pretrunīgas. Piemēram, spārnu relatīvā pagarinājuma palielināšanās, kas labvēlīgi ietekmē hidrodinamiskās īpašības, pasliktina konstrukcijas izturību un palielina tās izmērus.

Spārnu sistēmas galvenajai kvalitātei ir jābūt nodrošināt pietiekamu gaisa kuģa kustības vertikālo, garenvirziena un sānu stabilitāti, t.i., saglabājot pastāvīgu vienlīdzību starp slodzi uz spārnu un hidrodinamiskajiem spēkiem, kas uz to rodas kustības laikā. Visi trīs ilgtspējības veidi ir cieši saistīti un tiek sasniegti vienādi.

Laivas paātrinājuma laikā, kā jau norādīts, palielinās spārnu pacelšanas spēks; tā kā laivas svars paliek nemainīgs, saglabājot vienlīdzību:

iespējams, mainoties vai nu spārnu iegremdētajam laukumam S, vai pacelšanas koeficientam C y.

Tipisks pacēluma regulēšanas piemērs, mainot spārnu mitrināto laukumu, ir plaši pazīstamais spārnu ierīces “plauktu” veids. Šajā gadījumā ierīce sastāv no virknes spārnu, kas atrodas viens virs otra un, palielinoties laivas ātrumam, savukārt izplūst no ūdens. Pēkšņas izmaiņas spārnu iegremdētajā zonā, nākamajai lidmašīnai izkāpjot no ūdens, var novērst, izmantojot dedrise. Jāpiebilst, ka “plauktu” spārnu ierīcēm, kas nodrošina laivai labu kustības stabilitāti un vieglu piekļuvi spārniem, ir zemas hidrodinamiskās kvalitātes vērtības cieši izvietotu plakņu savstarpējās ietekmes dēļ un liela skaita elementu un to dēļ. savienojumiem. Līdz ar to biežāk tiek izmantoti spārni, kas ir kvalitatīvāki un attēlo stipri klibotas liela laiduma spārnu plaknes, kas krustojas ar ūdens virsmu (14. att.). Laivai ar šādu spārnu ierīci sasveroties, papildu spārnu laukumi iekļūst ūdenī no sānsveres puses, radot iztaisnošanas momentu.

Vēl viens veids, kā nodrošināt laivas kustības stabilitāti – mainot spārnu pacēluma koeficientu – iespējams, mainot uzbrukuma leņķi vai tuvinot spārnu brīvajai ūdens virsmai.

Spārna uzbrukuma leņķis mainās automātiski atkarībā no laivas ātruma un stāvokļa attiecībā pret ūdens virsmu. Lielākā daļa esošo automātisko sistēmu maina uzbrukuma leņķi atkarībā no spārna iegremdēšanas dziļuma izmaiņām. Šajā gadījumā uzbrukuma leņķi var mainīt, pagriežot vai nu visu spārnu, vai tikai daļu no tā. Automātiska spārnu uzbrukuma leņķu vadība ļauj iegūt augstu kustības stabilitāti, taču nopietns šķērslis automatizācijas plašai izmantošanai ir spārnu un vadības sistēmu konstrukcijas sarežģītība. Daudz vienkāršākas un vieglāk izgatavojamas sistēmas piemērs ir konstrukcija, kas ļauj mainīt priekšgala spārna uzbrukuma leņķi, izmantojot sviru ar pludiņu, kas plaknē gar ūdens virsmu. Palielinoties jebkura priekšgala spārnu iegremdēšanai, sistēma nodrošina atbilstošu uzbrukuma leņķu palielināšanos, taču šādas sistēmas kustības stabilitātes sasniegšana ir sarežģīta.

Otrs pacelšanas koeficienta maiņas veids ir balstīts uz to, ka, pieaugot ātrumam, spārnu iegremdēšana samazinās un pacelšanas koeficients krītas. Šīs metodes izmantošana ir iespējama, ja spārnu projektētais darbības režīms ir to kustība brīvās virsmas tuvumā. Kustības vertikālā, gareniskā un sānu stabilitāte uz mazslogotiem spārniem parasti ir viegli nodrošināta ar pareizu pacēluma koeficientu izvēli un atbilstošu spārnu trieciena leņķu izvēli un ir pilnīgi pietiekama režīmā, kad spārns pārvietojas tuvu spārnu virsmai. ūdens.

Laivai ripojot, spārna posmos, kas atrodas tuvāk brīvajai virsmai, pacelšanas spēks samazinās, bet iegremdēšanas posmos (no sānsveres puses) tas palielinās. Pateicoties tam, tiek izveidots iztaisnošanas moments, kas vērsts virzienā, kas ir pretējs slīpumam. Spārna centrālās daļas maina ieniršanu mazāk būtiski un ietekmē iztaisnošanas momentu mazākā mērā. Attēlā 15 ir grafiks, kas parāda spārna galu radītā iztaisnošanas momenta attiecību pret visa spārna momentu.

Grafikā redzams, ka īpaša loma ir spārna galējiem posmiem, kas sniedzas aptuveni 1/4 no laiduma.

Analītiski plakana sānsveres spārna atjaunošanas momentu izsaka ar formulu:

No formulas varam secināt, ka iztaisnošanas moments ir atkarīgs no spārna ģeometriskajiem raksturlielumiem - laiduma l un relatīvā pagarinājuma λ; to palielināšana uzlabo spārna stabilizāciju šķidruma plūsmā, kas jāņem vērā, projektējot spārnu ierīces.

Kustības sānu stabilitāte īslaicīgos apstākļos (pirms spārna sasniegšanas) uz laivām ar zemas iegremdēšanas spārniem bieži ir nepietiekama. Lai palielinātu stabilitāti, tiek izmantoti papildu spārnu elementi, kas lielā ātrumā izplūst no ūdens. Šādi elementi var būt papildu spārni, kas atrodas virs galvenās plaknes, vai ēvelēšanas plāksnes.

Kustības stabilitāti var palielināt arī izmantojot tā sauktos stabilizatorus, kas ir galvenās plaknes turpinājums. Stabilizatoriem var būt tāds pats akords kā galvenajai plaknei vai tie var būt uzliesmojoši uz galiem. Stabilizatoru augšējā daļa, kas atrodas netālu no brīvās virsmas, pat ar lielām galvenās plaknes iegremdācijām, nodrošina laivas kustības stabilitāti. Stabilizatoru nolaišanās leņķim jābūt 25-35° robežās. Kad (β<25° по засасывающей стороне стабилизаторов на основную плоскость может попасть атмосферный воздух; стабилизаторы с β>35° ir neefektīvi. Stabilizatoru trieciena leņķis (vertikālās sekcijās) parasti ir tāds pats kā galvenajai plaknei vai par ~0,5° lielāks. Dažreiz, lai palielinātu stabilizatoru efektivitāti, uzbrukuma leņķis tiek padarīts mainīgs, sākot no 0° apakšā (attiecībā pret galveno plakni) un līdz 1,5-2° augšējā galā.

Īpaša nozīme spārniem, kas darbojas tuvu brīvajai virsmai, ir to profila gala konfigurācija. Attēlā 16 parādīti zemūdens spārnu profili, kas saņēmuši vislielāko izplatību, un tabula. 1 parāda to uzbūves ordinātas.

Walchner ātrgaitas profilam ar noapaļotu degunu ir labas hidrodinamiskās īpašības un liels kavitācijas sākuma ātrums, tomēr šī profila izmantošana ir ierobežota ar spārnu ierīču elementiem, kas atrodas ievērojamā (vairāk nekā puse no spārna hordas) iegremdēšanas no ūdens. virsmas.

Zemas slodzes elementiem tiek izmantoti profili ar asām malām, kuriem ir nedaudz sliktāki raksturlielumi, bet tie nodrošina stabilāku plūsmas režīmu.

Dziļi iegremdētiem elementiem, kā arī spārnu stabilizatoriem kopā ar plakaniski izliektu segmentu var izmantot izliektu-ieliektu “mēness” segmentu. “Cauruma” tipa profilam ir augstāka hidrodinamiskā kvalitāte nekā plakanajam segmentam, taču to ir grūtāk izgatavot.

Dažos gadījumos, lai uzlabotu hidrodinamisko kvalitāti, segmentālie profili tiek modificēti, novirzot maksimālā biezuma pozīciju no profila vidus uz degunu (novietojot to 35-40% no hordas) vai vienkārši nedaudz aizpildot degunu. profilu.

Maksimālais profila biezums tiek izvēlēts, pamatojoties uz nosacījumiem, kas nodrošina labas hidrodinamiskās īpašības, konstrukcijas izturību un kavitācijas neesamību. Parasti e = 0,04÷0,07; “Lēness” profila apakšējās virsmas ieliekums f n - 0,02.

Atbalsta stabiem tiek izmantoti abpusēji izliekti segmentveida profili ar zemiem pretestības koeficientiem; parasti to e = 0,05.

Galvenais zemu iegremdētu spārnu ierīču trūkums ir to zemā jūrasspēja: spārni bieži tiek pakļauti, zaudējot pacēlumu. Izraisītās laivas vibrācijas var būt tik nozīmīgas, ka kustība uz spārniem kļūst neiespējama ļoti spēcīgu triecienu dēļ uz ūdeni; kustības ātrums strauji samazinās.

Laivas ar zemu iegremdēšanas spārniem kuģospēju var uzlabot, izmantojot papildu elementus, kas atrodas zem vai virs galvenās plaknes.

Pirmajā gadījumā (17. att., a) papildus dziļi iegremdēts elements, ko maz ietekmē viļņi un rada pastāvīgu celšanas spēku, ir stabilizējoša iedarbība uz laivu, samazinot jumta izkrišanas iespēju. Šādu elementu slodze var būt līdz 50% no visas ierīces slodzes. Maza tilpuma laivām dziļi iegremdētās plaknes izmēri ir tik mazi, ka, kuģojot pa aizsērējušiem kuģu ceļiem, šāda plakne var viegli tikt sabojāta, tāpēc vēlams izmantot kaijas formas elementus (17.6. att.). “Kaijas” ierīce zemu iegremdētā spārna vidusdaļā, nesamazinot stabilitātes raksturlielumus, ļauj uzlabot laivas kuģospēju. Kaijas pacelšanās leņķis ir izvēlēts 25-35° robežās; stabilitātes apsvērumu dēļ tiek pieņemts, ka laidums nav lielāks par 0,4–0,5 no plaknes pilna laiduma. “Kaijas” nedaudz zemākā efektivitāte (salīdzinājumā ar plakanu, dziļi iegremdētu elementu) ir pamatota ar dizaina vienkāršību un uzticamību.

Papildu plakņu uzstādīšana virs galvenās (17. att., c) nenovērš spārna atteici, tomēr to iekļūšana ūdenī samazina slīpuma amplitūdu un mīkstina korpusa triecienus uz ūdeni. Šai shēmai ir nedaudz lielāka pretestība pilnā ātrumā nekā shēmām ar dziļi iegremdētu elementu (sakarā ar iespēju izskalot papildu plaknes), tomēr, pareizi izvietojot un izvēloties šo papildu plakņu laukumu, ir iespējams samazināt laivas pretestību pārejas režīmā, kad tās vienlaikus darbojas kā starta lidmašīnas, paātrinot laivas palaišanu uz spārniem.

Zināmus uzlabojumus laivas kuģospējai var panākt, pateicoties noslaucītajiem spārniem. Šajā gadījumā spārna laukums tiek izkliedēts pa viļņu fronti, kas samazina iespēju vienlaicīgi pakļaut visu spārna plakni. Turklāt kuģospēja nelīdzenā ūdenī uzlabojas, kad spārna uzbrukuma leņķis palielinās par 1-1,5°, salīdzinot ar uzbrukuma leņķi mierīgā ūdenī. Tāpēc vēlams izveidot sistēmu spārna ierīces piestiprināšanai pie korpusa, kas ļautu viegli mainīt spārna uzbrukuma leņķi atkarībā no uzbudinājuma stāvokļa; Šāda sistēma turklāt ievērojami atvieglo optimālo spārnu uzbrukuma leņķu izvēles procesu laivas testēšanas periodā.

Laivas jūrasspēja lielā mērā ir atkarīga no laivas svara sadalījuma starp spārnu ierīcēm. Pašlaik visizplatītākajām laivām ar diviem spārniem (priekšgalu un pakaļgalu) varam aptuveni izšķirt trīs laivas svara sadalījuma iespējas:

1) lielākā svara daļa (vairāk nekā 70-75%) krīt uz deguna ierīci;
2) laivas svars ir aptuveni vienādi sadalīts starp priekšgala un pakaļgala ierīcēm;
3) lielākā svara daļa krīt uz padeves ierīci.

Ārzemju laivu projektos vienlīdz bieži tiek izmantotas visas trīs svara sadales metodes; sadzīves laivu būves praksē visbiežāk tiek izmantota otrā iespēja. Kā liecina prakse, šāds kravas sadalījums nodrošina laivai vislabāko kuģošanas spēju.

Pirmais solis zemūdens spārnu laivas projektēšanā ir noteikt sasniedzamo ātrumu konkrētai dzinēja jaudai (vai atrisināt apgriezto problēmu).

Laivas ātrumu var noteikt pēc formulas:

N e - esošā dzinēja jaudas patēriņš, l. Ar.;
η ir mehāniskās iekārtas kopējā piedziņas efektivitāte, ņemot vērā zudumus vārpstas līnijas un dzenskrūves darbības laikā;
R ir laivas kopējā pretestība (kg), pārvietojoties ar ātrumu υ (m/s).

Kopējo pretestību var izteikt ar hidrodinamiskās kvalitātes K vērtību:

Tad formulas (1), (2) iegūst šādu formu:

Pietiekami precīzi aprēķināt ūdens pretestību zemūdens laivas kustībai ir ārkārtīgi grūti. Šobrīd šim nolūkam tiek izmantoti velkamo modeļu testu rezultāti eksperimentālajos baseinos vai atklātās ūdenstilpēs. Modelis ir izgatavots precīzi saskaņā ar dabu, bet samazinātā mērogā. Pārrēķinot pretestību, pamatojoties uz modeļa pārbaužu rezultātiem in situ, parasti tiek pieņemts, ka modeļa un projektētās laivas hidrodinamiskās kvalitātes vērtības ir vienāda relatīvā ātruma gadījumā (ja modeļa Frūda skaitļi un reālais ir vienādi) visos kustības veidos ir vienādi.

Līdzīgu hidrodinamiskās kvalitātes pārveidošanu var veikt no jebkura pieņemta prototipa uz projektēto laivu.

Kopējās piedziņas efektivitātes vērtību definē šādi:

Laivām ar tiešo dzinēja-propellera transmisiju η m = 0,9÷0,95. Ja vārpstas līnijā ir iekļauta pārnesumkārba, η m = (0,9÷0,95); ηηreduct = 0,8÷0,9. Motorlaivām ar leņķisko statni (Z-veida zobrats uz dzenskrūves) η m ir robežās no 0,8÷0,95 atkarībā no zobrata kvalitātes.

Precīza η p noteikšana ir iespējama, tikai aprēķinot dzenskrūves darbības līknes. Šī vērtība ir atkarīga no daudziem faktoriem: ātruma; apgriezienu skaits; pieņemtie dzenskrūves izmēri; spārnu, izvirzīto daļu un propellera uc relatīvais novietojums. Ņemiet vērā, ka dzenskrūves izvēle un izgatavošana ir sarežģīts un ļoti atbildīgs jautājums.

Labi izvēlētiem un rūpīgi ražotiem dzenskrūvēm η р = 0,6÷0,75 pie ātruma 30-50 km/h (lielā ātrumā η р nedaudz pazeminās).

Modeļa izgatavošana un tā vilkšanas pretestības noteikšana ir sarežģīta un dārga, tāpēc šī metode ir nepieņemama individuālai konstrukcijai. Parasti šādos gadījumos tiek izmantota aptuvena metode, kuras pamatā ir esošo laivu testu statistikas dati.

Tā kā pat uzbūvētām laivām var nebūt datu par K un η p vērtībām, tad, nosakot nepieciešamo jaudu vai sasniedzamo ātrumu saskaņā ar (3) un (4), ir jāizmanto piedziņas kvalitātes koeficients K η kuras vērtību var aprēķināt, ja jauda, ​​ātrums un pārvietojums:

Izmantojot šādā veidā iegūto piedziņas kvalitātes koeficientu, tas jākoriģē, ņemot vērā atšķirības starp projektēto laivu un laivas prototipu.

Palielinoties kustības ātrumam līdz ātrumam, kas atbilst kavitācijas sākumam uz spārniem, hidrodinamiskās kvalitātes pazemināšanās notiek galvenokārt izvirzīto daļu pretestības, izsmidzināšanas un aerodinamiskās pretestības (t.i., gaisa pretestības) palielināšanās dēļ. Šo pretestības komponentu lielums ir atkarīgs no kustības ātruma kvadrāta un gan izvirzīto daļu, gan paša ķermeņa virsmas laukuma, kas samitrināts ar ūdeni vai gaisā.

Esošajām laivām ar zemūdens spārniem izvirzīto daļu pretestība, izsmidzināšana un aerodinamiskā pretestība pie ātruma 60-70 km/h ir 20-25%, bet mazajām laivām - līdz 40% no kopējās pretestības.

Galvenais jautājums, izstrādājot zemūdens spārnu laivu ar augstu hidrodinamisko kvalitāti, labu dzinējspēku un kuģošanas spēju, ir zemūdens spārnu elementu izvēle.

Sākotnējā vērtība spārna izmēru izvēlei ir tā iegremdētās daļas laukums, ko nosaka pēc attiecības:

Pacelšanas koeficients ir izvēlēts diapazonā no 0,1-0,3; vispārīgā gadījumā C y ir atkarīgs no projektētā ātruma. Aizmugurējā spārna pacēluma koeficienta vērtība, lai palielinātu kustības stabilitāti, ir par 20-50% lielāka nekā priekšgala.

Spārnu izmēri (laidums l un horda b) tiek piešķirti pēc spārna laukuma noteikšanas, ņemot vērā nepieciešamību nodrošināt pietiekami augstu hidrodinamisko kvalitāti, kuģa sānu stabilitāti un spārnu izturību.

Kā jau minēts, pagarinājums nosaka hidrodinamiskās kvalitātes vērtību. Parasti tie ņem λ = l/b > 5. Jāpatur prātā, ka, palielinot spārnu platumu, ievērojami palielinās kuģa sānu stabilitāte, atrodoties ceļā.

Mazām laivām īpaši svarīga ir sānu stabilitātes nodrošināšana, braucot. Kā liecina ekspluatācijas pieredze, kopējais spārnu platums nedrīkst būt mazāks par laivas korpusa platumu un mazāks par 1,3 - 1,5 m.

Laivām ar zemu relatīvo ātrumu šo prasību izpilde nerada sarežģījumus spārnu stiprības nodrošināšanā. Ir iespējams izmantot spārnus ar diviem vai trim statņiem, kas izgatavoti no tērauda, ​​alumīnija-magnija sakausējumiem vai pat koka. Spārna izmantošana ar slīpiem stabilizatoriem (trapecveida) ļauj samazināt statņu skaitu līdz vienam vai diviem. Tomēr, pieaugot relatīvajam ātrumam, spārnu stiprums kļūst par izšķirošu faktoru. Lai nodrošinātu spārnu izturību, ir nepieciešams uzstādīt lielu skaitu statņu, kas ir ārkārtīgi nevēlami, jo palielinās pretestība un ir papildu iespēja gaisam izlauzties līdz spārna augšējai virsmai; nepieciešams izgatavot mainīga platuma plaknes vai izmantot shēmas ar brīvi stāvošiem spārniem.

Attēlā 18. attēlā parādītas līknes, kas parāda efektīvo spriegumu izmaiņas spārnā atkarībā no laivas projektētā ātruma. Šīs līknes ir uzzīmētas laivas ar 500 kg tilpumu priekšgala spārnam, kuram ir divi zemas slodzes plakani spārni, starp kuriem slodze ir sadalīta vienādi.

Diagrammā parādītas divu gadījumu atkarības:

• spārnam, pamatojoties uz sānu stabilitātes nodrošināšanas nosacījumiem, ir viena plakne (punktētas līknes);
• spārns sastāv no diviem brīvi stāvošiem spārniem ar noteiktu malu attiecību (līknes parādītas kā nepārtrauktas līnijas).

Visos gadījumos tiek pieņemts plakans taisnstūrveida spārns ar Cy = 0,15 un relatīvais biezums ir 6%.

Kā redzams no grafika, pie ātruma, kas lielāks par 10-12 m/sek, lai nodrošinātu pirmā varianta spārna izturību, nepieciešams vai nu uzstādīt trešo statni, kas nedaudz pazeminās hidrodinamisko kvalitāti , vai izmantot materiālu ar paaugstinātām mehāniskajām īpašībām. Tajā pašā laikā brīvi stāvošiem spārniem, uzstādot pa vienam statni, vienādi spriegumi parādās daudz lielākā ātrumā (20-25 m/sek).

Doto grafiku var izmantot spārnu materiāla izvēlei, projektējot līdzīga tilpuma laivas. Katrā konkrētā gadījumā ir nepieciešams veikt detalizētākus un precīzākus spārnu stiprības aprēķinus, uzskatot spārnu kā rāmi, kas sastāv no plakaniem stieņiem un statņiem.

Kā liecina pieredze kuģu ekspluatācijā un zemūdens spārnu testēšanā, pārvietojoties viļņos, spārns ir pakļauts slodzēm, kas ievērojami pārsniedz statisko slodzi V. Rezultātā radušās pārslodzes rodas kļūmes, spārnam griežoties cauri viļņiem, uzbrukuma leņķa izmaiņas. spārna garenvirziena un vertikāla slīpuma parādīšanās un ūdens daļiņu orbītas ātruma klātbūtne viļņu laikā, kā arī spārnu iegremdēšanas izmaiņas. Šajā sakarā, aprēķinot spārnu izturību, ir jāievieš palielinātas drošības rezerves:

Parasti viegli iegremdētiem elementiem tiek ņemts n = 3. Ņemot vērā, ka, palielinoties spārna iegremdēšanai, brīvās virsmas ietekmes radītā pacelšanas spēka izmaiņas uz to samazinās, dziļi iegremdētām plaknēm drošības koeficients var būt nedaudz samazināts.

Aprēķinot spēku spārnu elementiem, kas izplūst no ūdens kustības laikā, ir jānorāda noteikta nosacītā slodze, kas tiem var rasties, pārvietojoties viļņos, ar riteni utt. Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka šī slodze ir nejauši un drošības rezerve tiek samazināta līdz n=1,25÷1,5.

Papildus nesošo plakņu galveno izmēru noteikšanai projektēšanas laikā ir jānosaka statīvu augstums. Tajā pašā laikā dizainers saskaras ar prasībām, kas ir pretrunā viena otrai. No vienas puses, spārnu statņu augstuma palielināšana uzlabo kuģa kuģošanas spēju un samazina pretestības apjomu, kuģojot gan nelīdzenā ūdenī, gan mierīgā ūdenī. No otras puses, statņu augstuma palielināšana var izraisīt laivas gareniskās un sānu stabilitātes pasliktināšanos, un, pats galvenais, tas izraisa laivas pretestības palielināšanos režīmos pirms kuģošanas uz spārniem ( statņu mitrinātās virsmas palielināšanās dēļ, dzenskrūves vārpstas papildu kronšteini utt.) .

Parasti, nosakot plauktu augstumu, tiek ņemti vērā šādi apsvērumi. Vissvarīgākais faktors ir maksimālais attālums no dzenskrūves ass līdz korpusam, ko nosaka vispārējā mehāniskās instalācijas (dzinēja, piekarināmā motora) atrašanās vieta uz laivas un dzenskrūves darbības apstākļi. Piemēram, ar Maskavas piekarināmo motoru šis attālums nepārsniedz 230-250 mm (kas atbilst šķērssijas augstumam 290-300 mm); Dzinēja tālāka padziļināšana (nolaišana) ir nepraktiska, jo tā var izraisīt sliktu iedarbināšanu, ūdens nokļūšanu cilindros un uz aizdedzes svecēm utt.

Lietojot stacionārus dzinējus, jāvadās pēc dzinēja novietošanas laivas garumā un normāla vārpstas leņķa (ne vairāk kā 10-12°) nodrošināšanas. Z veida zobrata (leņķa kolonnas) izmantošana ļauj palielināt attālumu no dzenskrūves līdz korpusam, pat uzstādot stacionāru dzinēju.

Aizmugurējo spārnu statņu hk augstumam jābūt tādam, lai, pārvietojoties uz spārniem, dzenskrūve neatklātos un nepiesūktu atmosfēras gaisu. Vēlams dzenskrūvi novietot zem spārna plaknes, starp spārnu un lāpstiņu atstājot atstarpi, kas vienāda ar 10-15% no dzenskrūves diametra.

Uzstādot piekarināmos motorus, spārnu parasti uzstāda tā sauktās pretkavitācijas plāksnes līmenī.

Priekšgala spārnu statņu augstums h p tiek noteikts, pamatojoties uz laivas trimma vērtību, pārvietojoties uz spārniem, un to var aprēķināt, izmantojot formulu:

Šī formula ir aptuvena, jo tajā nav ņemta vērā ūdens virsmas deformācija aiz priekšgala spārna, kas ietekmē skriešanas apdares leņķi.

Esošām motorlaivām un laivām ψ = 1÷3°. Laivām ar salīdzinoši lielu ātrumu tiek izvēlēts nedaudz mazāks apgriešanas leņķis, jo šajā gadījumā spārnu sasniegšanas režīms tiek pārslēgts uz mazāku ātrumu un pretestība uz “kupura” samazinās.

Viens no galvenajiem jautājumiem, kas jāatrisina, projektējot laivu ar zemūdens spārniem, ir izeja uz folijām. Laivām ar lielu relatīvo ātrumu šī problēma var kļūt par nopietnu problēmu.

Paātrinājuma laikā, kad spārnu celšanas spēks vēl ir mazs, laiva pārvietojas pa korpusu. Palielinoties ātrumam, palielinās spārnu celšanas spēks, un laiva sāk kustēties vispirms uz priekšgala spārnu un korpusu, bet ar tālāku ātruma pieaugumu - uz abiem spārniem. Brīdī, kad laiva sasniedz priekšgala spārnu, ūdens pretestība kustībai sasniedz lielāko vērtību; uz pretestības līknes šis moments atbilst raksturīgam “kuburim” (sk. 1. att.). Ķermenim izkāpjot no ūdens, tā samitrinātā virsma samazinās un pretestība samazinās. Noteiktā ātrumā – tā sauktajā spārnu ātrumā – korpuss tiek pilnībā pacelts no ūdens. Izvēloties spārnu laukumus, tiek ņemts vērā ne tikai maksimālais ātrums, bet arī pacelšanās ātrums no ūdens.

Spārnu celšanas spēks visos laivas ātrumos līdzsvaro tās svaru. Tāpēc, ja pie maksimālā ātruma v iegremdētā spārna laukums S un pacēluma koeficients C y, un pie pacelšanās ātruma υ o spārna laukums S o un pacēluma koeficients C y0, tad jāizpilda šāds nosacījums:

Sakarā ar to, ka pie maksimālā ātruma plakanais spārns ir maz iegremdēts, un pie pacelšanās ātruma tā iegremdēšana ir daudz lielāka, C y0 vērtība parasti ir 1,5-2 reizes lielāka nekā C y. Turklāt spārnu gājiena sākumā laivas nogriešana parasti ir lielāka nekā pie maksimālā ātruma, kas arī izraisa C y0 palielināšanos (apmēram 1,2-1,5 reizes), jo palielinās spārnu leņķis. spārna uzbrukums α.

Ņemot vērā, ka plakanā spārna iegremdētais laukums paliek nemainīgs, no iepriekš minētā vienādības (7) var iegūt, ka laivai ar plakanu, nedaudz iegremdētu spārnu pacelšanās ātrums ir:

Pieredze rāda, ka pārvarēt pretestības kupolu ar šādu ātruma attiecību iespējams tikai pie maziem relatīvajiem ātrumiem. Attēlā 19. attēlā parādītas pretestības izmaiņas laivām ar vienādu tilpumu, bet kurām ir atšķirīgs maksimālais projektētais ātrums. Kā redzams no iepriekš redzamā grafika, kamēr maksimālā ātrumā pretestība saglabājas gandrīz nemainīga, spārna izejas režīmā tā ievērojami palielinās, palielinoties pacelšanās ātrumam.

Lai pārvarētu vilkšanas pauguru pie lielā relatīvā ātruma, laivām ar plakaniem spārniem jābūt ar papildu ēvelēšanas virsmām vai papildu spārniem, vai arī kustoties jāspēj mainīt spārnu galveno plakņu trieciena leņķi. Lai samazinātu korpusa atdalīšanas ātrumu no ūdens, ir būtiski jāpalielina nesošo virsmu kopējā platība. Papildu nesošās virsmas jānovieto tā, lai, pieaugot ātrumam un paceļoties galvenajām plaknēm, tās pamazām izkļūtu no ūdens un neradītu papildu pretestību; Lai to izdarītu, ir ieteicams tos nolaist (nāves leņķis 20-30°) un netuvināt tos ķermenim un galvenajām plaknēm attālumā, kas ir mazāks par spārna akordu.

Lai palielinātu starta elementu efektivitāti, augšējos elementus vēlams uzstādīt ar lielāku trieciena leņķi nekā apakšējos. Palīgplakņu uzstādīšana, kas atrodas (kustoties ar maksimālo ātrumu) virs ūdens virsmas, kā jau minēts, palielina kuģa kuģošanas spēju un stabilitāti.

Kā redzams no att. 19, pie ātrumiem, kad kuģis sasniedz spārnus, galvenā pretestības daļa ir korpusa pretestība. Saskaņā ar to, lai atvieglotu paātrinājumu, kuģa korpusam jābūt ar labi izkārtotām kontūrām, kas ir līdzīgas parastajiem kuģiem, kas paredzēti kustībai ar ātrumu, kas atbilst spārnu izvēršanas režīmam.

Tabulā 2 parāda galvenos un salīdzinošos elementus! piecu vietējo zemūdens motorlaivu un sešvietīgās spārnotās laivas "Volga" (20. att.) raksturlielumi, kas labi ilustrē iepriekš minētos punktus.

Spārna ierīces aprēķins plastmasas motorlaivai "L-3"

Kā piemērs dots plastmasas motorlaivai “L-3” (“MK-31”) veiktais spārnu aprēķins, kura galvenie elementi norādīti tabulā. 2. Tā korpuss ir izgatavots no stiklplasta uz poliestera sveķu bāzes, pastiprināta ar stiklšķiedru. Korpusa svars 120 kg. Laiva bez spārniem, uz kuras ir četri cilvēki, attīsta (ar Moskva dzinēju) ātrumu tikai aptuveni 18 km/h, tāpēc ātruma palielināšanai tika nolemts uzstādīt zemūdens spārnus (21., 22. att.).

Projektējot spārnus, papildus pamatprasībām laivas stabilitātes nodrošināšanai tika izvirzīti šādi uzdevumi:

• nodrošināt motorlaivas ar kopējo darba tilpumu 480 kg lielu ātrumu (četri cilvēki uz klāja), uzstādot vienu un to pašu piekaramo dzinēju “Maskava”;
• nodrošināt apmierinošu kuģospēju, braucot ar ria spārniem ar pilnu slodzi viļņu augstumā 300 mm.

Pamatojoties uz zemūdens spārnu laivu testēšanas un ekspluatācijas pieredzi, tika nolemts izvēlēties spārnu konstrukciju, kas ietvēra priekšgala plakanu, nedaudz iegremdētu spārnu (kas pārvadā apmēram 50% no kravas) ar kuģojamu, dziļi iegremdētu elementu kuģa formā. “kaija” un plakans pakaļgala spārns.

Spārnu platības tika aprēķinātas šādā secībā.

Aprēķinātā laivas ātruma noteikšana. Tā kā izvēlētais laivas spārnu dizains ir līdzīgs P. Korotkova laivai izmantotajam dizainam un to kustības ātrumi ir tuvi, tad laivai “L-3” piedziņas kvalitātes vērtība tika pieņemta par tādu pašu kā uz P. Korotkova laiva, t.i., K η = 5 ,45.

Pie šīs K η vērtības motorlaivas ātrums ir:

Spārna izmēra noteikšana. Pamatojoties uz laivas smaguma centra stāvokli un pakaļgala spārna izvietojumu, tika noteikta priekšgala spārna garuma pozīcija. Tā kā tiek pieņemts, ka slodze uz spārniem tiek sadalīta vienādi:
Lai novērstu priekšgala spārna negatīvo ietekmi uz pakaļgala attālumu starp tiem jābūt vismaz 12-15 priekšgala spārna hordiem un šai laivai L k = 2,75 m.

Lai iegūtu lielu ātrumu un kuģospēju un samazinātu pretestību spārnu tuvošanās režīmā, vidējā pacēluma koeficienta vērtība priekšgala spārnam tika pieņemta vienāda ar C yn = 0,21. Tajā pašā laikā nedaudz iegremdēto spārna daļu pacēluma koeficienta vērtība ir nedaudz mazāka par šo vērtību, kas nodrošina paaugstinātu spārna stabilitāti kustībā; dziļi apraktā elementa vidējā vērtība Su ir nedaudz lielāka tā ievērojamās iegremdēšanas dēļ. Pakaļgala spārna pacēluma koeficients, ņemot vērā laivas mazo ātrumu, tika pieņemts vienāds ar Сук = 0,3.

Izvēlētajām C y vērtībām spārnu laukums (t.i., spārna izvirzījuma laukums uz horizontālo plakni) ir vienāds ar:

Lai nodrošinātu pietiekamu sānu stabilitāti, priekšgala spārna laidums tiek pieņemts l n = 1,5 m; tātad spārna akords:

Tika nolemts izgatavot pakaļgala spārnu laivas izmēros; ar šo nosacījumu tā laidums izrādījās l n = 1350 mm, un tā horda:

Ar izvēlētajiem spārnu izmēriem lielie plaknes pagarinājumi λ n = 7,5 un λ k = 8,5 nodrošina augstu laivas hidrodinamisko kvalitāti.

Izskatāmajā gadījumā “kaijas” laidums sākotnēji tika pieņemts 500 mm. Tomēr, lai palielinātu dziļi iegremdētā elementa absolūto un relatīvo dziļumu un tādējādi palielinātu spārna kuģospēju, tika nolemts, saglabājot dziļi iegremdētā elementa laukumu un tā kritiena leņķi, palielināt tā laidumu līdz 600 mm, samazinot vidējo horda vērtību līdz 170 mm. Lai nodrošinātu, ka zemas iegremdēšanas plakņu laukums nemainās, kopējais spārnu platums tika palielināts līdz 1550 mm.

Kā parādīja spārnu stiprības aprēķins, pārvietojoties pa mierīgu ūdeni, spriegumi spārnos sasniedz ο = 340 kg/cm 2 . Ar drošības koeficientu n = 3 spārnu izturību var nodrošināt, izmantojot materiālu ο T = 1200 kg/cm 2.

Lai samazinātu spārnu ierīces svaru, par materiālu tika izvēlēts labi metināms AMg-5V markas pretkorozijas alumīnija-magnija sakausējums ar ο T = 1200 kg/cm 2.

Laivas spārnu konstrukcijas dizains parādīts attēlā. 23.

Spārnu statņu augstumu noteikšana. Atbilstoši nosacījumiem dzinēja novietošanai uz laivas spārna, tika izvēlēts pakaļgala spārna statņa augstums hk = 140 mm (motora skavas izgriezuma augstums uz šķērssienas bija 300 mm).

Iestatiet gaitas apdares vērtību ψ = 1°20", mēs ieguvām priekšgala spārnu statņa augstumu:

Pieņemtās pacēluma koeficientu vērtības ir nedaudz augstākas nekā P. Korotkova laivai, tomēr nevajadzētu baidīties no pretestības pieauguma “kupra” režīmā, jo L-3 laivas relatīvais ātrums ir ievērojami lielāks. mazāk nekā laivas prototips. Turklāt lielais laivas dibena platums un gareniskie rievojums nedaudz samazina laivas korpusa pretestību spārnu izvēršanas režīmā.

Lai uzlabotu laivas veiktspēju un veiktspēju, spārnu ierīcei tika piešķirtas šādas konstrukcijas iezīmes:

• priekšgala spārna brīvie gali ir gludi noapaļoti, kas samazina gala zudumus virpuļu veidošanās dēļ un tādējādi palielina hidrodinamisko kvalitāti un kustības stabilitāti;
• nedaudz iegremdēto spārnu daļu ienākošā mala ir noliekta uz leju par 1 mm, kas, samazinot spārna ieiešanas leņķi ūdenī, samazina izšļakstīšanos, kuģojot viļņos, spārnam periodiski izlecot no ūdens, griešana cauri vilnim;
• Priekšgala spārna statņi ir izgatavoti ar mainīgu šķērsgriezumu: statņu daļas, kas kustības laikā atrodas ūdenī, ir plānākas, bet savienojumā ar korpusu tās ir biezākas. Tas samazina statņu pretestību kustībā, nesamazinot spārna izturību;
• spārnu statņi virs ūdenslīnijas projektētajā ātrumā ir noliekti uz priekšu, kas samazina izšļakstīšanos, statņiem šķērsojot ūdens virsmu;
• priekšgala un pakaļgala spārniem ir stiprinājumi, kas ļauj ērti mainīt spārnu leņķus, lai izvēlētos optimālos uzbrukuma leņķus dažādām laivas slodzēm un atkarībā no viļņiem;
• Deguna spārna stiprinājuma dizains paredz iespēju uzstādīt mehānismu, kas ļauj lidojumā izvēlēties spārna uzbrukuma leņķus.

Jūras izmēģinājumi ir parādījuši labu laivas ātrumu un kuģospēju. Kad tas ir pilnībā noslogots, tas viegli izceļas no spārniem un vienmērīgi pārvietojas ar ātrumu aptuveni 32 km/h. Viļņos ar viļņu augstumu līdz 0,5 m laiva pārvietojas uz spārniem bez pēkšņiem triecieniem un sitieniem. Laivai ir laba manevrēšanas spēja. Ar samazinātu slodzi (viens vai divi cilvēki) laiva nezaudē stabilitāti, jo kustība notiek uz “kaijas”, un viegli iegremdētās spārna daļas, ēvelējot gar ūdens virsmu, labi stabilizē kustību. Tajā pašā laikā pakaļgala spārns atrodas tik tuvu virsmai, ka brīžiem arī plaknē.

Doto shēmu L-3 motorlaivas spārnu ierīces aprēķināšanai pamatā var izmantot, lai aprēķinātu jebkuras motorlaivas un motorlaivas spārnus. Tomēr katrā konkrētajā gadījumā var rasties specifiskas pazīmes, kas radīs izmaiņas secībā vai nepieciešamību pēc sīkākiem aprēķiniem un precizējumiem.

Spārnu ierīces izgatavošana, uzstādīšana un testēšana

Spārnu ražošanai praktiski tiek izmantoti dažādi materiāli, bet visbiežāk spārni ir izgatavoti no metināta tērauda vai alumīnija-magnija sakausējumiem (un vienkāršības labad arī cietā).

Darbietilpīgākais process ir spārnu apstrāde gar profilu. Ir zināmi vairāki veidi, kā iegūt noteiktu spārnu profilu, bet divi no tiem ir visizplatītākie (24. att.):

1) spārnu plaknes ir izgatavotas no sagatavēm, kas izgrieztas no caurules. Sagataves caurules diametru profilam ar apļveida segmenta formu var noteikt, izmantojot nomogrammu (25. att.). Caurules iekšējā virsma ir nofrēzēta uz plaknes, un ārējā virsma ir novīlēta līdz vajadzīgajam profilam;

2) spārnu plaknes ir izgatavotas no lokšņu materiāla. Lai iegūtu vēlamo profilu, augšējā virsma tiek griezta vai frēzēta atbilstoši norādītajām ordinātām, un iegūtie “soļi” tiek vīlēti manuāli.

Ja nepieciešams iegūt izliektu-ieliektu profilu, spārnu plakne tiek saliekta vai materiāls tiek izvēlēts mehāniski.

Maza izmēra spārnus, ja mehāniskā apstrāde nav iespējama, var izgatavot ar roku vīlējumu.

Apstrādes procesā un gatavo spārnu un statņu profilu pārbaudei parasti tiek izmantoti šabloni, kas izgatavoti pēc dotajām ordinātām ar precizitāti ±0,1 mm. Profila novirzes no šablona nedrīkst pārsniegt ±1°/o no maksimālā spārna biezuma.

Pēc plakņu un statņu apstrādes tiek samontēti spārni. Lai nodrošinātu montāžas precizitāti un novērstu deformāciju metināšanas laikā, spārnus ieteicams montēt un metināt džigā, kas var būt izgatavots no metāla vai pat koka. Metināšanas šuves ir jāvīlē uz leju.

Lai samazinātu iespēju gaisam izlauzties cauri statņiem uz spārna augšējo virsmu, vietās, kur statņi savienojas ar plaknēm, jābūt gludām pārejām pa rādiusiem, un pārejas rādiusam statņa lielākajā daļā nevajadzētu pārsniegt 5% no tā horda, un lielākajam pārejas rādiusam pie deguna jābūt 2-3 mm.

Samontētajam spārnam nedrīkst būt novirzes, kas pārsniedz šādas vērtības:

• spārnu plētums un horda ±1% no spārna hordas;
• statņa akords ±1% no statņa akorda;
• neatbilstība starp uzstādīšanas leņķiem labajā un kreisajā pusē (“vērpšana”) ±10";
• plakņu slīpums laivas garumā un statīvu augstumos ir ±2-3 mm.

Pēc montāžas un pārbaudes spārnu un statņu virsmas tiek slīpētas un pulētas. Pulēšana samazina pretestību kustības laikā un tādējādi uzlabo laivas hidrodinamisko kvalitāti.

Ja spārnu aizsardzībai pret koroziju paredzēta krāsošana, tad pēc vīlēšanas pabeigšanas virsmu nokrāso un pēc tam pulē. Spārnu krāsošanai parasti izmanto dažādas emaljas un lakas, poliestera un epoksīda sveķus un citus ūdensizturīgus pārklājumus. Darbības laikā krāsu un laku pārklājumi ir bieži jāatjauno, jo ūdens, kas lielā ātrumā plūst ap spārnu, izraisa to ātru iznīcināšanu.

Gatavais spārns ir uzstādīts uz laivas. Spārnu stāvoklis attiecībā pret ķermeni jāsaglabā saskaņā ar aprēķinu. Plakņu horizontalitāti pārbauda ar līmeni, un uzstādīšanas leņķus pārbauda ar transportieri ar precizitāti ±5".

Spārnu stiprinājumiem pie korpusa jābūt pietiekami stingriem un stipriem, lai nodrošinātu, ka kustības laikā tiek fiksēti uzbrukuma leņķi, kad spārnam tiek piemērotas ievērojamas pārslodzes. Turklāt stiprinājumiem jāļauj viegli mainīt (±2÷3° robežās) spārnu galveno plakņu uzstādīšanas leņķus. Laivām, kas būtiski atšķiras no prototipa pēc izvēlētā spārna konstrukcijas, relatīvā ātruma vai citām īpašībām.

Vēlams paredzēt iespēju pārkārtot spārnus augstumā (lai izvēlētos optimālo pozīciju).

Kā liecina prakse, noteikto prasību izpilde zemūdens spārnu izgatavošanas un uzstādīšanas precizitātei ir nepieciešams nosacījums; bieži vien pat nelielas novirzes no norādītajiem izmēriem var novest pie pilnīgas kļūmes vai nevajadzīgiem laika un naudas izdevumiem kļūdu labošanai un spārnu ierīces precizēšanai. Parasti laiva ar pareizi izgatavotiem spārniem viegli izkāps no ūdens un jau no paša sākuma pārvietosies uz spārniem; nepieciešama tikai neliela pielāgošana - optimālu uzbrukuma leņķu izvēle, lai iegūtu stabilu kustību visā ātruma diapazonā un nodrošinātu vislabāko braukšanu un jūras spēju.

Par sākotnējiem spārnu uzstādīšanas leņķiem parasti uzskata tos, pie kuriem spārnu trieciena leņķi attiecībā pret līniju, kas savieno spārnu izejošās malas, ir vienādi: priekšgala spārnā 2-2,5° un pakaļgalā. spārns 1,5-2°. Laivas pēdējās pārbaudes laikā papildus spārnu uzstādīšanas leņķu precizēšanai ir nepieciešams vispusīgi pārbaudīt laivu: noteikt tās ātrumu, kuģošanas spēju un manevrētspēju: pārliecināties, ka ar to ir pilnīgi droši kuģot. .

Pirms izstrādes testu veikšanas laivas tilpums jāsasniedz projektētajā vērtībā. Ieteicams nosvērt laivu un noteikt tās smaguma centra pozīciju visā tās garumā. Turklāt ir nepieciešams iepriekš pārbaudīt dzinēja izmantojamību.

Pārbaudot laivu, jāievēro šādi noteikumi:

1) testi jāveic mierīgā laikā un bez viļņiem;

2) laivā nedrīkst atrasties papildu cilvēki; visiem ieskaites dalībniekiem jāprot peldēt un jābūt personīgajām peldēšanas ierīcēm;

3) laivas sākotnējais slīpums nedrīkst būt lielāks par 1°;

4) ātruma palielināšana jāveic pakāpeniski: pirms katra jauna ātruma palielināšanas jāpārliecinās, vai stūres iekārta darbojas pareizi un laivai ir pietiekama sānu stabilitāte gan taisnā kursā, gan manevrējot. Bīstamu parādību gadījumā - būtiski pieaugoši ripojumi, korpusa ierakšana ūdenī, sānu stabilitātes un vadāmības zudums - jāsamazina ātrums un jānoskaidro šo parādību cēloņi;

5) Pirms uzsākt laivas paātrinājumu, jāpārliecinās, vai ceļš ir brīvs un nepastāv briesmas, ka trasē pēkšņi parādās kuģi, laivas, peldoši cilvēki un priekšmeti. Pārbaudes nevajadzētu veikt vietās, kur ir pārpildīti citi kuģi un bojas, vai tiešā pludmaļu tuvumā;

6) Ir stingri jāievēro visi laivu un motorlaivu vadīšanas noteikumi.

Pārbaudes laikā var rasties šādi gadījumi:
1. Laiva nesasniedz priekšgala spārnu. Iemesls tam var būt neliels priekšgala spārna uzbrukuma leņķis vai laivas centra pārākums uz priekšu. Lai laiva sasniegtu priekšgala spārnu, ir jāmaina laivas centrējums vai, ja tas nedod rezultātus, pakāpeniski jāpalielina priekšgala spārna uzstādīšanas leņķis (katrs 20"); šajā gadījumā varat nedaudz samazināt pakaļgala spārna uzstādīšanas leņķi (par 10-20"). Priekšgala spārna uzbrukuma leņķis ir jāizvēlas tā, lai laiva varētu viegli izkāpt un vienmērīgi pārvietoties pa priekšgala spārnu. Sasniedzot priekšgala spārnu, kustības ātrumam vajadzētu palielināties.

2. Laiva nesasniedz pakaļgala spārnu. Iemesls var būt neliels aizmugurējā spārna uzbrukuma leņķis vai pārāk liela centrēšana aizmugurē. To var novērst divos veidos: mainot laivas centrējumu vai pakāpeniski palielinot pakaļgala spārna uzstādīšanas leņķi (20/ katra); Ja tajā pašā laikā laiva pārstāj sasniegt priekšgala spārnu, arī tās uzbrukuma leņķis ir jāpalielina (par 10").

3. Pēc pakaļgala spārna sasniegšanas laiva vienmērīgi nokrīt uz priekšgala spārna; šajā gadījumā nav nekādu traucējumu no deguna spārna plaknes. Šo parādību izraisa priekšgala spārna uzbrukuma leņķa samazināšanās, ko izraisa apgriešanas leņķa samazināšanās trieciena laikā uz spārniem. Ir nepieciešams palielināt deguna spārna uzstādīšanas leņķi par 10-20".

4. Sasniegusi pakaļgala spārnu, laiva pēkšņi nokrīt uz priekšgala spārna; Tajā pašā laikā uz priekšgala spārna var novērot plūsmas traucējumus un spārna atsegšanu. Deguna spārna uzbrukuma leņķis ir augsts, un tas jāsamazina par 5-10".

5. Kad laiva pārvietojas uz spārniem, pakaļgala spārns neizdodas; šajā gadījumā pakaļgala spārns iet nelielā dziļumā, un tiek novēroti bojājumi. Aizmugurējā spārna uzbrukuma leņķis ir augsts, un tas jāsamazina par 10-20".

6. Laiva iznāk uz spārniem ar lielu rulli; Tajā pašā laikā, pieaugot ātrumam, ritums palielinās. Pārbaudiet spārnu uzstādīšanas leņķu sakritību labajā un kreisajā pusē un novērsiet plakņu “sagriešanos”. Ja, palielinoties ātrumam, ripināšana samazinās, tas norāda, ka sānu stabilitāte ir zema, laivai sasniedzot folijas. Lai palielinātu laivas stabilitāti paātrinājuma laikā, var ieteikt šādus pasākumus: palielināt priekšgala spārna uzbrukuma leņķus, lai samazinātu tā ieniršanu pie izejas; samazini ogles! pakaļgala spārna uzbrukumi, lai “savilktu” (tulkotu lielā ātrumā) izeju uz pakaļgala spārnu; uzstādiet papildu stabilizējošus elementus uz priekšgala spārna.

7. Laivai ir nepietiekama sānu stabilitāte manevrējot uz spārniem. Šo parādību var novērst, izmantojot tādus pašus pasākumus kā 6. punktā.

8. Laivai ir slikta vadāmība, pārvietojoties uz spārniem. Iemesli tam var būt nepietiekama stūres efektivitāte, nevēlama priekšgala un pakaļgala spārnu statņu laukumu attiecība utt. Vadāmību var nedaudz uzlabot, uzstādot papildu šprotes priekšgala spārnam.

Pretējas parādības - sliktas kursa stabilitātes - gadījumā brētliņa jāuzstāda uz pakaļgala spārna. Šprotes laukums tiek izvēlēts eksperimentāli.

Protams, dažos gadījumos šie pasākumi var nenovest pie vēlamā rezultāta. Bojājumu cēloņi var būt ļoti dažādi: nepareiza slodžu attiecība, laukumu, pacēluma koeficienti, spārnu statņu augstumi uc Lai katrā konkrētajā gadījumā noteiktu cēloni, ir jāsalīdzina vairākas parādības, jāanalizē kustības ātruma, skriešanas mērījumi. apdare un citi daudzumi.

Kad ir iegūta stabila kustība uz spārniem visā ātruma diapazonā, varat sākt izvēlēties optimālos spārnu uzstādīšanas leņķus. Pēdējās precizēšanas laikā jums par ļoti nelielu daudzumu (apmēram 5") jāmaina spārnu uzbrukuma leņķi un pastāvīgi jāuzrauga precīzās regulēšanas gaita, mērot ātrumu dažādos braukšanas režīmos, paātrinājuma laiku un citus raksturlielumus.

Kad beidzot ir izvēlēti spārnu uzstādīšanas leņķi, var veikt kuģošanas pārbaudes, kuru mērķis ir noteikt maksimālo viļņu augstumu, kādā laiva var pārvietoties uz spārniem, un vienlaikus izmērīt ātrumu. Testi jāveic dažādos virziena leņķos attiecībā pret viļņa gājienu.

Ja priekšgala spārna stiprinājuma dizains ļauj viegli mainīt spārna trieciena leņķus, varat veikt laivas kuģošanas pārbaudes pie palielinātiem priekšgala spārna uzstādīšanas leņķiem.

Jūras izmēģinājumi ir arī spārnu spēka pārbaude. Pēc jūras izmēģinājumiem laiva un spārni ir rūpīgi jāpārbauda. Ja tiek konstatēti lūzumi, plaisas un deformācijas, jānosaka to rašanās iemesli un šīs konstrukcijas jānostiprina.

Tikai pēc plašām pārbaudēm laivu var uzskatīt par piemērotu ikdienas lietošanai. Tomēr nevajadzētu aizmirst, ka jebkurš zemūdens spārnu kuģis daudzos aspektos joprojām ir eksperimentāls, un tāpēc ir jāpievērš pastiprināta uzmanība kuģošanas drošības nodrošināšanai.