Конструктивная проработка руля направления самолёта-истребителя Су-35, страница 6

Руль направления может быть нагружен  аэродинамическими силами в не отклонённом положении,  как часть киля. Однако чаще расчётными для руля направления  являются нагрузки при отклонении его на максимальной скорости. На рисунке 2.1 показано нагружение руля направления.

Рисунок 2.1 – Расчётно-проектировочная схема руля направления

2.2 Определение нагрузок и построение эпюр внутренних силовых факторов

Нагружается руль направления, как и другие подвижные части киля, аэродинамическими силами и реакциями опор. Расчётная нагрузка руля направления Y_i^p , пропорциональна его площади S_i  и его скоростному напору q. По размаху руля направления эта нагрузка распределяется пропорционально хордам, по хорде – по закону трапеции.

Аэродинамическая нагрузка на руль направления Р_рн^р, Н, определяется по формуле

                         ,                                             (2.1)

где k – коэффициент, устанавливаемый нормами прочности;

f – коэффициент безопасности;

S_рн – площадь руля направления, м²

q – скоростной напор, Н/м

Скоростной напор q , определяют по формуле

                                   ,                                                   (2.2)

 где  - плотность воздуха, кг/м³

V – скорость полёта, м/с

                       

Погонная нагрузка по размаху руля направления q_рн, Н/м², распределяется пропорционально хордам и определяется по формуле  

,                                           (2.3)

где b_сеч – хорда руля направления в сечении между 1-ой и 2-ой нервюрой

                            

Руль направления при расчётах на прочность можно рассчитывать, как многопролётные балки, нагруженные распределёнными аэродинамическими силами.

Количество опор и конструкция узлов подвески зависят от формы и размеров руля направления. У руля направления самолёта су-35 три узла подвески, следовательно, у данного руля направления имеется три силовые опоры.

При построении эпюры крутящих моментов по рулю направления вычисляют погонный крутящий момент, Н/м, по формуле

                                         ,                                              (2.4)

где r – расстояние между осью вращения и линией центра давления в данном сечении, м

                                        

Нагружение элементов конструкции следует рассматривать при условии защемления их в сечении, к которому подходит рычаг управления. Суммарный момент всех нагрузок относительно оси вращения руля направления называется шарнирным моментом, этот момент уравновешивается моментом силы в тяге управления.

Для построения эпюры поперечных сил Q, изгибающих М_изг и крутящий М_кр моментов необходимо произвести соответствующий расчёт. 

Аэродинамическую нагрузку на руль направления считаем в не отклонённом положении, как часть киля.

Принимаем, что интенсивность аэродинамической нагрузки постоянно по размаху руля направления и равна на передней кромке, в соответствии с рисунком.

Нагрузку на руль направления Р_рн, Н/м² , определяют по формуле

                                        ,                                  (2.5)

где q_max – максимальный скоростной напор, Н/м²

Максимальный скоростной напор q_max , Н/м² определяется по формуле

                                         ,                                        (2.6)

где V_max – максимальная скорость полёта самолёта, м/с

                                

                                

Согласно закону распределения нагрузки по хорде руля направления, по трапеции эксплуатационную нагрузку по размаху руля направления q_рн^э, Н/м, определяют по формуле

                                          ,                                   (2.7)

Хорду руля направления b_сеч, м, берём с чертежа общего вида самолёта Су-35 в корневом b^¢_сеч = 0.36 и концевом сечении b^¢¢ _сеч = 0.22 м, тогда

Расчётную погонную нагрузку на руль направления , Н/м, определяют по формуле