2. Объемно - весовая компоновка

Объемно-весовая компоновка изделия предполагает заранее установленное (расчетом или другим методом) положение самостоятельных функциональных агрегатов заранее известной массы и объема в изделии (например, положение оборудования, баков и т.п.). Настоящим Заданием на проектирование не предусматривается установка в ЦПГО каких-либо агрегатов. Поэтому наличие всех деталей (узлов), установленных в ЦПГО будет обусловлено лишь конструктивными соображениями (только для обеспечения прямой функциональности конструкции).

3. Внешние силовые и температурные факторы

На горизонтальное оперение в общем случае действует давление (разрежение), вызванное обтеканием ГО набегающим потоком воздуха. Под внешними силовыми факторами здесь понимается эпюры распределения давления по длине и хорде ЦПГО. В целях упрощения эпюры давления приводятся к эпюрам погонных нагрузок по длине и хорде ЦПГО соответственно.

Эпюры распределения давлений по хорде в Задании не оговорены, поэтому могут быть приняты по рекомендациям ([Аэродинамика, нормы прочности ЛА]). Примерные эпюры распределения коэффициента давления по хорде симметричного профиля приведены на рисунке 2. Однако согласно утверждению [Кан, стр. 78, рис. 7.12], [Зайцев, Рудаков стр. 102], при сверхзвуковых скоростях эпюру распределения воздушной нагрузки по хорде можно принимать прямоугольной. Это допущение принимается (в целях курсового проектирования) в качестве окончательного и значительно упростит дальнейший расчет.

а)

б)

а – эпюра распределения коэффициента давления при угле атаки α = 0; б – эпюра распределения давления при положительном угле атаки

Рисунок 2 – Приближенные эпюры распределения коэффициента давления по хорде профиля

Эпюра распределения погонной воздушной нагрузки по длине горизонтального оперения приведена в Задании. Эта эпюра в Задании приведена в относительных величинах (относительно максимального значения). Абсолютную величину этого внешнего силового фактора в i-ом сечении можно определить формуле

Значение q_{возд max} приведено в Задании на проектирование:

.

Это значение принимается в качестве расчетного².

Положение i-го сечения (от концевой хорды) определяется по формуле

где - относительное расстояние от концевой хорды до i-го сечения.

Значения расчетных значений воздушной нагрузки вычислены в нескольких сечениях и сведены в таблицу 4.

Поперечная сила и изгибающий момент в поперечном сечении ЦПГО, а так же погонный крутящий и интегральный крутящий моменты являются внутренними силовыми факторами, зависят от конструктивно – силовой схемы, неизвестной на данном этапе, и, по этим причинам, в настоящем разделе не приводятся.

Таблица 4 – Внешние силовые факторы

	, м		, Н/м
0	0	0	0
0,2	0,6	0,72	33984
0,4	1,2	0,87	41064
0,6	1,8	0,97	45784
0,8	2,4	1,00	47200
1,0	3,0	1,00	47200

Эпюра погонной нагрузки приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Эпюра погонной воздушной нагрузки

Поскольку ЦПГО имеет стреловидную форму в плане, оно заменяется равновеликим по площади прямым ЦПГО (см. рисунок 4), называемым эквивалентным. Эквивалентное ЦПГО имеет больший размах, нежели исходное, поэтому все величины воздушных нагрузок должны быть пересчитаны с учетом стреловидности и построены относительно оси жесткости крыла. Однако на начальных этапах положение центров жесткости неизвестно, поскольку зависит от параметров силового набора, поэтому с некоторой погрешностью можно принять за ось жесткости линию 50% хорд исходного ЦПГО. В действительности центр жесткости лежит по линиям 35-55% хорд, и разница в углах стреловидности по этим линиям невелика.

Величину воздушной нагрузки эквивалентного крыла q'_возд в i'-ом сечении (кН/м) можно приближенно определить по формуле:

где - угол стреловидности по линии 50% хорд ( - установлено графическими измерениями);

- из таблицы 4, кН/м.

ABCD – контур исходного ЦПГО; A'B'C'D' – контур эквивалентного ЦПГО; KN – линия 50% хорд исходного ЦПГО

Рисунок 4 – Эпюра погонной воздушной нагрузки

Результат расчета воздушной нагрузки в различных сечениях сводится в таблицу 5.

Таблица 5 – Внешние силовые факторы эквивалентного ЦПГО

, мм	, мм	, Н/м	, Н/м
0	0	0	0
600	858,29	33984	23607
1200	1717,73	41064	28525
1800	2577,17	45784	31804
2400	3436,60	47200	32788
3000	4296,00	47200	32788

ЦПГО работает в условиях непосредственного контакта с набегающим (со сверхзвуковой скоростью) потоком, разогревающим ее, поэтому следует приближенно знать температуру работы конструкции. Максимальное число M полета составляет 2,35 (см. таблицу 3), что свидетельствует о значительном кинетическом нагреве конструкции.

Приближенно температуру газового потока (в ºK) в точке его торможения (в носовой точке) можно определить из уравнения газовой динамики [Кан, уравнение (1.32)] (преобразованное уравнение энергии единицы массы газа):

где - температура воздуха на расчетной высоте, ºK.

Принимается

(из таблицы МСА для расчетной высоты 15 км).

Тогда

Следует иметь в виду, что полученное значение температуры соответствует температуре ВОЗДУХА в точке торможения (у передней кромки). Остальная же часть обшивки вследствие теплоизлучения с ее поверхности и теплопоглощения нагрета меньше. Согласно графика [Кан, рис. I.44], при полете на высотах свыше 15 км со скоростью более 2,3М допускается применение класса материалов алюминиевых сплавов.