Кан - Расчет на прочность самолета

Книга является учебником по расчету самолета на  прочность. По сравнению с изданием 1958г. она переработана и дополнена новыми материалами.

В учебнике изложены вопросы определения нагрузок, действующих на самолет, рассмотрены методы расчета крыла, оперения, фюзеляжа, установок под двигатели, узловых  соединений, а также вопросы нагрева конструкции самолета различными источниками тепла и определения температурных напряжений, колебаний частей самолета и аэроупругости.

Приводятся методы расчета на ползучесть, излагаются основы усталостной долговечности самолета. Содержание учебника соответствует программам курса «Расчет самолета на прочность» авиационных вузов.

Книга может быть использована также как пособие при проектировании самолета и для повышения квалификации  расчетчиков и конструкторов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

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 применяемого 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.

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Расчет самолета на прочность» ставит своей задачей  изучение внешних нагрузок, действующих на самолет, силовых схем и методов расчета отдельных частей и элементов конструкции  самолета на прочность.

К самолету предъявляется ряд весьма разнообразных  требований, которые по сравнению с требованиями, предъявляемыми к другим инженерным сооружениям и машинам, являются  значительно более сложными. Самолет должен иметь хорошие летные данные {скорость, потолок, дальность и др.) и одновременно он должен быть достаточно прочным в эксплуатации при  минимальном весе конструкции.

Внешние нагрузки, действующие на самолет, влияют на его вес и прочность. Для их определения в нашей стране проведены  большие теоретические и экспериментальные исследования.  Результатом этих работ являются «Нормы прочности», по которым и  определяются расчетные нагрузки отдельных частей самолета и  конструкции в целом.

С развитием самолетостроения «Нормы прочности» непрерывно уточняются и дополняются. Это объясняется не только бурным  общим подъемом науки и техники в нашей стране, но и тем, что с  изменением скоростей полета самолета меняется характер  действующих на него нагрузок. С ростом скорости существенное значение приобретают вопросы аэродинамического нагрева, который  снижает прочностные свойства материала конструкции и создает  дополнительные температурные напряжения.

С аэродинамическим нагревом связано также явление  ползучести, ограничивающее срок службы тех или иных элементов  конструкции.

Расчет на прочность конструкции самолета сводится к  определению напряжений и деформаций ее элементов методами строительной механики. При этом используются также результаты,  полученные в теории пластин и оболочек, пластичности и ползучести.

При сравнении найденных напряжений с разрушающими, а  деформаций— с нормированными можно судить о достаточной или  недостаточной прочности и допустимой жесткости конструкции.  Современные успехи в развитии методов расчета самолета на прочность в основном опираются на теорию расчета тонкостенных  конструкций, разработанную советскими учеными.

Методы расчета самолета на прочность разрабатываются в  научно-исследовательских институтах и высших учебных заведениях. При расчете конструкций частей самолета приходится  заниматься их вибрациями, а также решать вопросы, связанные с аэроупругостью.

Благодаря большим теоретическим и экспериментальным  исследованиям, проведенным советскими учеными, достигнуты  значительные успехи в обеспечении безопасности полета на современных  скоростных самолетах.

Глава I

НАГРУЗКИ, действующие на самолет

Знание величин и направления действия нагрузок позволяет определить напряжения и  деформации в конструкции самолета и отдельных ее элементах. По физической природе нагрузки можно разделить на поверхностные и объемные (массовые) силы.

К поверхностным силам относятся  аэродинамические  силы, возникающие на поверхностях  самолета, обтекаемых воздушным потоком (рис. 1.1, а), тяга двигателей и силы реакции на колесах при движении самолета по земле (см, рис. 1.1, б), при  рассмотрении  какой-либо отдельной части или агрегата  самолета к поверхностным силам следует относить силы, выражающие действие на эту часть или агрегат остальной  конструкции. Так,  например, для агрегата, находящегося внутри самолета, поверхностными силами являются реакции в рис. 1.1, а).

К массовым силам относятся силы веса и силы инерции. Так как напряжения и деформации могут возникать и от наличия температурных градиентов в конструкции, то можно говорить о тепловом нагружении самолета.