За прошедшие годы со дня выхода в свет 4-го издания книги «Расчет самолета на прочность» (1958 г.) произошли существенные изменения в летных характеристиках самолетов, что вызвало необходимость изменений и в методике расчета их на прочность. Поэтому в настоящем, 5-м издании получили дальнейшее развитие разделы, относящиеся к нагрузкам, кинетическому нагреву конструкции самолета и определению в ней температурных напряжений, к методам анализа силовых схем стреловидных и треугольных крыльев, оперения и фюзеляжа. Значительно дополнен раздел аэроупругости, более подробно изложены расчеты установок под двигатели и узловых соединений, приведены расчеты с учетом ползучести материала при высоких температурах, а также дан раздел с изложением особенностей усталостной прочности авиационных конструкций.
При определении напряженного и деформированного состояния отдельных частей конструкции планера самолета в большинстве случаев используются вариационные методы строительной механики, являющиеся весьма общими и наглядными при силовом анализе работы конструкции. Особенно широко применяется вариационный метод, аналогом которого является известный студенту еще из курса сопротивления материалов метод сил.
При рассмотрении отдельных задач опущены промежуточные выкладки, не имеющие принципиального значения для понимания и практического использования результатов решения. Их можно воспроизвести самостоятельно, используя подробно изложенный физический анализ и основные соотношения, поясняющие работу конструкции.
В книге не приводятся решения некоторых задач, представляющих в настоящее время практический интерес, но выходящих за рамки действующей программы курса вследствие сложности при-
ч
меняемого при их решении математического аппарата. Библиография, указанная в книге, поможет читателю частично восполнить этот пробел.
Книга содержит необходимое количество примеров, что должно облегчить проработку теоретического материала. В каждой главе приведены вопросы и задачи, помогающие учащимся самостоятельно развивать навыки анализа силовых схем конструкции, а также расчета их элементов.
В 1964 г. ушел из жизни И. А. Свердлов, крупный советский ученый, педагогическая, практическая и научная деятельность которого сыграла большую роль в развитии науки о прочности авиационных конструкций. Настоящее издание является последним, над которым авторы работали вместе.
Приношу искреннюю благодарность А. Р. Бонину за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи, В. И. Жуле-ву за большой труд по редактированию книги и А. И. Свердлову, написавшему гл. XIV (по материалам И. А. Свердлова) и XVI и оказавшему помощь в подготовке настоящего издания.
С. Н. Кая
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Расчет самолета на прочность» ставит своей задачей i чение внешних нагрузок, действующих на самолет, силовых схе методов расчета отдельных частей и элементов конструкции са лета на прочность.
К самолету предъявляется ряд весьма разнообразных треб< ний, которые по сравнению с требованиями, предъявляем) к другим инженерным сооружениям и машинам, являются : чительно более сложными. Самолет должен иметь хорошие лет данные (скорость, потолок, дальность и др.) и одновременно должен быть достаточно прочным в эксплуатации при миним; ном весе конструкции.
Внешние нагрузки, действующие на самолет, влияют на его и прочность. Для их определения в нашей стране проведены б< шие теоретические и экспериментальные исследования. Резул] том этих работ являются «Нормы прочности», по которым и oi деляются расчетные нагрузки отдельных частей самолета и ко: рукции в целом.
Большие заслуги в создании «Норм прочности» принадлежат ветским ученым С. Н. Шишкину, А. И. Макаревскому, А. А. Го{ нову и др.
Крупные теоретические работы по определению нагрузок, де вующих на самолет, выполнены и опубликованы Н. Н. Корчей ным, Б. Д. Франком, Т. А. Французом и др.
С развитием самолетостроения «Нормы прочности» непреры уточняются и дополняются. Это объясняется не только бурным щим подъемом науки и техники в нашей стране, но и тем, что с менением скоростей полета самолета меняется характер действ щих на него нагрузок. С ростом скорости существенное значе приобретают вопросы аэродинамического нагрева, который сни ет прочностные свойства материала конструкции и создает до1 нительные температурные напряжения.
С аэродинамическим нагревом связано также явление полз; сти, ограничивающее срок службы тех или иных элементов ко: Рукции.
Расчет на прочность конструкции самолета сводится к опр< лению напряжений и деформаций ее элементов методами ст]
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие....................................................................................... 3
Введение.............................................................................................. 5
Глава I. Нагрузки, действующие на самолет .......................................... 7
§ 1. Коэффициент перегрузки......................................................... 8
§ 2. Зависимость маневренной перегрузки самолета от параметров
его движения........................................................................ 11
Вопросы и задачи........................................................................ 14
§ 3. Максимально возможные значения маневренных перегрузок ...... 15
§ 4. Основные факторы, влияющие на величину маневренных перегрузок самолета............,............................................................... 19
Вопросы и задачи........................................................................ 20
§ 5. Перегрузки при полете в неспокойном воздухе........................ 20
§ 6. Перегрузки при циклической болтанке.................................... 28
§ 7. Вероятность достижения заданной перегрузки при полете в болтанку.................................................................................... 31
Вопросы и задачи........................................................................ 33
§ 8. Нагрев самолета в полете. Установившийся теплообмен............ 34
§ 9. Аэродинамический нагрев самолета. Неустановившийся теплообмен...........................................................................I......... 45
Вопросы и задачи........................................................................ 48
§ 10. Нормы прочности и жесткости самолета...............,.................. 48
§ 11. Ограничение скорости полета по условиям прочности................ 58
Вопросы и задачи........................................................................ 60
Глава II. Разрушающие напряжения элементов конструкции .......
........... 61
§ 1. Разрушающие напряжения на растяжение, сжатие и сдвиг ...... 61
§ 2. Влияние высоких температур на разрушающие напряжения ...... 67
Вопросы и задачи........................................................................ 70
Глава III. Нагрузки, действующие на крыло.......................................... 72
§ 1. Определение нагрузок, действующих на крыло........................ 72
§ 2. Распределение нагрузки по крылу .....................,..................... 73
§ 3. Построение эпюр поперечных сил, изгибающих и крутящих моментов.................................................................................... 79
§ 4. Влияние деформаций крыла на величину и распределение его
аэродинамической нагрузки................................................•..... °"*
Вопросы и задачи........................................................................ 90
Стр.
Глава IV. Расчет прямого крыла.......................................................... 92
§ 1. Способы передачи воздушной нагрузки по элементам конструкции крыла.............................................................................. 92
§ 2. Определение нормальных напряжений.................................... 95
Вопросы и задачи........................................................................ 105
§ 3. Определение касательных напряжений..................................... 106
Вопросы и задачи........................................................................ ИЗ
§ 4. Определение деформаций......................................................... И5
Вопросы и задачи........................................................................ 124
§ 5. Расчет крыла с трехслойной обшивкой.................................... 125
Вопросы и задачи........................................................................ 132
§ 6. Учет заделки крыла и вырезов в его обшивке........................... 132
§ 7. Учет способа крепления консоли крыла.................................... 142
Вопросы и задачи........................................................................ 146
§ 8. Расчет лонжерона и нервюр ................................................... 147
Вопросы и задачи........................................................................ 150
§ 9. Учет способов заделки крыла и деформаций нервюр при их
расчете..............................................................................¦•• '60
Вопросы и задачи........................................................................ 164
Глава V. Расчет стреловидного крыла................................................... 167
§ 1. Моноблочное крыло с моноблочной фюзеляжной частью. Определение нормальных напряжений................................................ 167
Вопросы и задачи........................................................................ 182
§ 2. Моноблочное крыло с моноблочной фюзеляжной частью. Определение касательных напряжений...............,................................. 183
Вопросы и задачи...........................,............................................ 194
§ 3. Моноблочное крыло с переломом продольного набора на оси
симметрии самолета................................................................ 195
§ 4. Моноблочное крыло с однолонжеронной фюзеляжной частью ...... 198
§ 5. Моноблочное крыло с внутренним подкосом............................ 201
§ 6. Подкосное крыло с вырезом в обшивке..................................... 203
§ 7. Подкосное крыло с усиленной бортовой нервюрой..................... 209
§ 8. Стреловидное крыло с двухлонжеронной фюзеляжной частью ... 210
§ 9. Работа стреловидного крыла с нервюрами по потоку ............... 217
Вопросы и задачи........................................................................ 220
§ 10. Деформации стреловидного крыла.......................................... 223
Вопросы и задачи........................................................................ 227
Глава VI. Расчет треугольного крыла ................................................... 228
§ 1. Крыло с лонжеронами, перпендикулярными фюзеляжу ............... 228
§ 2. Однолонжеронное крыло......................................................... 237
§ 3. Крыло со сходящимися лонжеронами....................................... 241
§ 4. Моноблочное крыло со сходящимися стрингерами и с внутренним подкосом........................................................................ 247
§ 5. Кольцевое крыло...............................,......................................... 248
Стр.
Вопросы и задачи........................................................................ 250
§ 6. Проектировочный расчет крыла................................................ 251
Глава VII. Элероны, элементы механизации крыла и оперение............... 258
§ 1. Элероны............................................................................... 258
§ 2. Элементы механизации крыла................................................. 259
§ 3. Хвостовое оперение самолета.................................................... 265
Вопросы и задачи........................................................................ 272
Глава VIII. Понятие о явлениях статической аэроупругости .................. 274
§ 1. Влияние деформаций частей конструкции самолета на эффективность элеронов и оперения...................................................... 274
§ 2. Явление дивергенции..............................,.........,.................... 280
Вопросы и задачи........................................................................ 284
Глава IX. Колебания крыла и оперения ................................................... 285
§ 1. Изгибно-крутильный флаттер крыла ....................................... 285
§ 2. Изгибно-элеронный флаттер крыла и флаттер хвостового оперения......................................................................................... 292
§ 3. Панельный флаттер .................................,.............................. 296
§ 4. Вынужденные колебания частей самолета.........,........................ 298
Вопросы и задачи .....................------............................................. 304
Глава X. Фюзеляж............................................................................... 305
§ 1. Нагрузки, действующие на фюзеляж ....................................... 305
§ 2. Симметричные нагрузки. Нагрузки, перпендикулярные плоскости
симметрии............................................................................... 309
§ 3. Построение эпюр поперечных сил, изгибающих и крутящих
моментов.............................................................................. 312
Вопросы и задачи.......................................................................... 316
§ 4. Последовательная передача нагрузок элементами конструкции
фюзеляжа...................................................,........................... 317
§ 5. Определение напряжений в элементах фюзеляжа...................... 319
§ 6. Расчет фюзеляжа на участке топливного отсека........................ 324
§ 7. Учет упругости шпангоутов при расчете фюзеляжа на изгиб
и кручение в районе центроплана и вблизи него .........,............ 334
§ 8. Расчет на прочность фюзеляжа на участке выреза и вблизи него 335 »
§ 9. Расчет фюзеляжа на участке короткого выреза ........................ 347
§ 10. Расчет фюзеляжа в месте разъема и вблизи разъема.............. 351
Вопросы и задачи........................................................................ 352
§ 11. Расчет шпангоутов ..................,...............,................................. 353
§ 12. Расчет на прочность усиленных шпангоутов с учетом их упругости..................................................................................... 364
§ 13. Способы передачи сосредоточенной силы, приложенной к фюзеляжу, через продольную балку и нормальные шпангоуты.......... 366
§ 14. Расчет фюзеляжа на общую устойчивость................................. 368
§ 15. Общая устойчивость фюзеляжа с трехслойной обшивкой............ 376
Вопросы и задачи ........................................................................ 379
§ 16. Расчет носовой части фюзеляжа от воздушных нагрузок ............ 380
§ 17. Расчет герметических кабин................................................... 384
§ 18. Расчет герметических кабин с учетом влияния внутреннего давления ...........................................................................•........... 391
Вопросы и задачи........................................................................ 394
Глава XI. Расчет установок под двигатели............................................. 396
§ 1. Нагрузки, действующие на установки под двигатели.................. 396
§ 2. Симметричная установка ферменного типа.............................. 398
§ 3. Асимметричная двигательная установка ферменного типа ......... 400
§ 4. Комбинированная двигательная установка .............................. 402
§ 5. Крепление двигателя к шпангоуту.......................................... 403
§ 6. Крепление двигателя посредством кольца ................................. 405
§ 7. Расчет гондолы двигателя и пилона ее крепления...................... 407
Вопросы и задачи........................................................................ 407
Глава XII. Амортизация шасси............................................................... 409
§ 1. Авиационные колеса ............................................................... 409
§ 2. Работа пневматиков и подбор колес ....................................... 411
§ 3. Принципиальные схемы амортизаторов .................................... 413
§ 4. Работа жидкостно-воздушного амортизатора ........................... 414
§ 5. Расчет амортизаторов............................................................ 421
Вопросы и задачи........................................................................ 431
Глава XIII. Расчет шасси..................................................................... 432
§ 1. Силовые схемы шасси............................................................... 432
§ 2. Нагрузки, действующие на шасси............................................. 436
§ 3. Расчет шасси балочного типа................................................... 437
§ 4. Расчет шасси с рычажной подвеской колес ................................. 446
§ 5. Шимми носового колеса............................................................. 450
Вопросы и задачи........................................................................ 451
Глава XIV. Узловые соединения и элементы проводки управления ............ 453
§ 1. Расчет элементов соединений.................................................... 454
§ 2. Неразъемные соединения.......................................................... 459
§ 3. Разъемные соединения ............................................................. 462
§ 4. Расчет элементов проводки управления.................................... 475
Вопросы и задачи........................................................................ 480
Глава XV. Температурные напряжения и деформации .............................. 481
§ 1. Определение температурных напряжений.................................... 481
§ 2. Определение температурных деформаций .................................... 491
§ 3. Деформации, обусловленные ползучестью................................. 495
Вопросы и задачи ........................................................................ 503
Глава XVI. Понятие об усталостной долговечности самолетных конструкций ................................................................................. 505
Литература............................................................................................ 513
Цена: 200руб.
