ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КОНСТРУКЦИИ САМОЛЕТА

Современные достижения авиационной науки и техники, а также большой опыт в области проектирования, производства и эксплуатации самолетов позволяют сформулировать требования, предъявляемые к конструкциям самолетов. Эти требования целесообразно разделить на общие, обязательные для всех самолетов и их агрегатов, и специфические, связанные с особенностями назначения агрегатов и их эксплуатации.
Специфические требования излагаются в соответствующих главах учебника. Здесь рассматриваются только общие требования, которые необходимо выполнять независимо от назначения самолета.
1. Аэродинамические требования. Для любого самолета должны быть определены оптимальные формы, параметры и взаимное расположение агрегатов, обеспечивающие получение заданных летных и взлетно-посадочных характеристик.
Каждый самолет должен быть достаточно устойчив и иметь хорошую управляемость на всех режимах полета; должна быть обеспечена полная безопасность взлета и посадки.
2. Требования прочности. Все силовые элементы и узлы должны иметь достаточную прочность, т. е'. выдерживать все виды нагрузок в соответствии с требованиями норм прочности, которые предусматривают различные случаи нагружения агрегатов в полете, а также при взлете, посадке и движении по аэродрому.
Необходимо учитывать особенности характера действия нагрузок. Известно, что обеспечение статической прочности не является достаточной гарантией надежности конструкции самолетов. В эксплуатации на самолет действуют знакопеременные нагрузки, что обусловливает необходимость учитывать влияние работы элементов на усталость, а при полетах на сверхзвуковых скоростях — и влияние аэро-динамического нагрева. Необходимо стремиться к тому, чтобы конструкции агрегатов наиболее полно отвечали требованиям равнопрочности, т. е. чтобы напряжения в силовых элементах были одинаковыми.
3. Требования жесткости. Необходимо обеспечить сохранение заданной формы агрегатов, не допускать чрезмерных деформаций конструкции в полете (прогибов и углов крутки, которые могут привести к возникновению опасных вибраций конструкции) и остаточных деформаций. Недостаточная жесткость конструкции может привести к ее преждевременному разрушению.
4. Требование наименьшего веса (массы). При выбранных параметрах агрегатов необходимо рационально определить их конструктивносиловые схемы, причем следует стремиться к эффективному использованию усиленных элементов продольного и поперечного наборов крыла, фюзеляжа и оперения.
Малый вес (масса) конструкции агрегатов самолета является одним из основных показателей ее совершенства. Вес конструкции можно уменьшить, делая ее равнопрочной, применяя новые конструкционные материалы, уменьшая количество и размеры несиловых элементов,
увеличивая количество функций, выполняемых одним силовым элементом, совмещая технологические и эксплуатационные разъемы и т. д.
5. Требования живучести. Под живучестью конструкции агрегатов самолета понимается способность ее выполнять свои функции (выдерживать нагрузки), не прерывая полета, при частичных разрушениях, произведенных пулями, снарядами, взрывной волной. Применение конструкций с работающей обшивкой при изгибе и кручении существенно повышает ее живучесть.
6. Эксплуатационные требования удовлетворяются целым комплексом качеств конструкций агрегатов и самолета в целом. К такому комплексу относятся:
а) надежность, т. е. способность самолета выполнять поставленные перед ним задачи с сохранением своих летных и эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение заданного промежутка времени. Надежность обеспечивается прочностью и жесткостью конструкции агрегатов, узлов и элементов самолета, безотказным функционированием его систем, механизмов и оборудования. Повышение надежности достигается такими мероприятиями, как протектирование топливных баков, защита от пожара, резервирование и дублирование ответственных систем;
б) хороший доступ ко всем частям и деталям, подлежащим текущему и периодическому осмотру и обслуживанию; возможность ремонта конструкции; возможность хранения самолета под открытым небом и эксплуатации его в различных метеорологических условиях;
в) соответствие компоновки самолета особенностям его назначения, возможность быстро производить его загрузку и разгрузку;
г) возможность замены основных агрегатов и узлов конструкции в процессе эксплуатации самолета;
д) высокие экономические показатели эксплуатации пассажирских и транспортных самолетов, т. е. возможно меньшая себестоимость полета, возможно меньшие трудоемкость и время подготовки полета и выполнения регламентных и ремонтных работ.
7. Требования по производственно-технологическому комплексу. Конструкция агрегатов и узлов должна быть рассчитана на возможность применения наиболее прогрессивных и экономичных технологических процессов при данном объеме производства.
Выполнение отдельных требований может обеспечить решение нескольких задач. Например, увеличение толщины обшивки позволяет обеспечить лучшее качество поверхности и тем самым уменьшить лобовое сопротивление, упрощает технологию изготовления, повышает прочность, жесткость и живучесть конструкции.
Однако более характерна другая сторона взаимосвязи требований, а именно их противоречивость. Например, уменьшение относительной толщины профиля крыла желательно с точки зрения лобового сопротивления, но уменьшение в результате этого строительной высоты профиля приводит к увеличению веса конструкции и сокращению внутренних объемов. Повышение прочности, жесткости и живучести конструкции сопровождается увеличением веса. Для удовлетворения требований эксплуатации агрегаты должны иметь разъемные соединения и множество люков, что существенно увеличивает вес конструкции. В тех случаях, когда удовлетворение одному требованию существенно улучшает показатели самолета, но незначительно ухудшает его свойства, связанные с другими требованиями, предпочтение отдается первому. Так, например, на самолетах, летающих на околозвуковых скоростях, применены стреловидные крылья, и это, при некотором увеличении веса конструкции и усложнении технологии, позволило резко уменьшить сопротивление при трансзвуковых скоростях полета.
Когда удовлетворение одного требования резко противоречит другим, идут по пути компромисса, т. е. неполностью удовлетворяют первое требование, соглашаясь при этом с некоторым ухудшением других свойств.
В целях удовлетворения требований технологии и эксплуатации приходится соглашаться на некоторое увеличение массы конструкции. Характерен такой пример: при рассмотрении требований прочности и жесткости указывалось, что от нагрузок, действующих в эксплуатации, конструкция не должна получать остаточных деформаций. Однако обеспечить это требование для современных, а тем более перспективных самолетов крайне трудно. Это обусловлено тем, что при высоких температурах, возникающих в полете, остаточные деформации появляются из-за ползучести материала при сравнительно низких напряжениях.