Горизонтальное оперение самолета Як-40.

Эксперимент, описанный ниже, проведен на серийной машине Як-40, как дополнение к программе испытаний. В отличии от многих других программ, при испытании Як-40 требовалось провести нагружение стабилизатора до 100% расчетной нагрузки с рулем, отклоненным вверх на .

На кронштейны навески руля, которые не имеют серьги и поэтому загружены тремя составляющими реакции , и , были наклеены тензодатчики по схеме, изображенной на рис. 1.1.4. Датчики и имеют в том же сечении симметрично расположенные датчики и на нижнем поясе кронштейна. Напряжения в точках наклейки датчиков , , и можно записать через значения напряжений в этих точках, вызываемые отдельными составляющими реакций , , .

Для кронштейна, имеющего две плоскости симметрии, они примут вид:

(1.1.11)

Здесь - площадь кронштейна в сечении наклейки тензодатчиков,

, - моменты инерции сечения кронштейна относительно соответствующих осей.

Рис. 1.1.4

Изменяя знаки отдельных уравнений на противоположные и суммируя все четыре уравнения при различных комбинациях знаков, получим

.

Далее по найденным из эксперимента напряжениям , , и можно определить составляющие реакций, действующие на кронштейны:

,

,

.

На рис. 1.1.4 изображен график изменения реакций и во втором от заделки стабилизатора кронштейне навески руля в зависимости от угла отклонения . На график теоретического расчета нанесены точки результатов эксперимента. Реакции и получены по 1.1.12 при . Этот угол отклонения руля соответствует его равновесному состоянию при 67% расчетной маневренной нагрузки, при которой первоначальный угол отклонения уменьшается до за счет упругости проводки управления. Эксперимент подтверждает факт существования больших составляющих реакций в реальных конструкциях, а также достаточную надежность метода расчета. Изображенным кружками значениям =778 дан, =908 дан соответствует составляющая реакции в направлении оси шарниров =20 дан.

Шарнирные моменты.

Момент в качалке управления, или шарнирный момент, по традиционной схеме расчета определяется так:

(1.1.13)

Здесь  составляющая погонной воздушной нагрузки, направленная по нормали к плоскости руля;

 расстояния от передней кромки сечения руля до его центра давления и оси шарниров.

Рис. 1.1.5

Более точное определение шарнирного момента связано с решением геометрически нелинейной задачи, с решением по деформированной расчетной схеме. Действительно, горизонтальные составляющие реакций на перемещениях, связанных с прогибами оси шарниров в вертикальной плоскости, дадут дополнительные моменты относительно оси нулевого шарнира (рис. 1.1.5, а). Если сами являются функциями перемещений оперения, то их произведения на прогибы будут представлять нелинейные зависимости. В первом приближении можно уточнить значение шарнирного момента, зная реакции и прогибы оси шарниров из линейного решения, описанного в данном параграфе.

Полученные таким образом добавки вносят существенные коррективы в , но окончательно оценить это можно, лишь решив задачу в геометрически нелинейной постановке. На рис. 1.1.5, б сплошной линией изображено изменение момента , вычисленного относительно оси нулевого шарнира оперения Ту-104, в зависимости от угла отклонения руля . Напряженно-деформированное состояние принято известным, определенным по расчетным нагрузкам в соответствии с [2]. Искомый момент вычислялся по формуле:

(1.1.14)

первый член которой представляет собой шарнирный момент, вычисленный по недеформированной расчетной схеме (1.1.13), второй - учитывает перемещения точек приложения реакций под действием внешней нагрузки (деформируемость расчетной схемы). Пунктирная линия показывает шарнирный момент, вычисленный по (1.1.13) и не зависящий от . Шарнирный момент с учетом деформаций оперения, изображенный сплошной линией, существенно отличается от момента, определяемого по традиционной схеме.