Рис. 8.16. Расположение осей ОХ и 0Y при расчете центровки самолета:

носка средней аэродинамической хорды крыла (отрицательна, если носок *д находится впереди начала координат - точки О)

- абсцисса

Центровка определяется по двум осям: горизонтальной ОХ и вертикальной 0Y (рис. 8.16). За начало координат при расчете центровки принимают:

- либо носок фюзеляжа, с тем, чтобы все координаты грузов были положительны и этим исключались ошибки при суммирований статических моментов. Однако если в процессе центровки приходится сдвигать вперед или назад носовую часть фюзеляжа, то выбранная точка начала координат оказывается оторванной от какой-либо физической точки конструкции самолета (или весь процесс центровки приходится делать заново);

- либо начало корневой хорды крыла или (лучше) какого-либо конструктивного элемента крыла (ось переднего или заднего лонжерона центроплана). В этом случае грузы, находящиеся спереди от начала координат, будут иметь отрицательную величину абсцисс.

Ось ОХ обычно совмещают со строительной осью (строительной горизонталью) фюзеляжа.

Расчету центровки обязательно предшествует составление весовой сводки или ведомости. При центровочных расчетах первого приближения за исходные массы принимают массы второго приближения (см. гл. 6). Подсчитываются статические моменты массы основных элементов (грузов) относительно начала координат; частное от деления суммы этих статических моментов на сумму масс и дает координату положения ц. м. Образец центровочной ведомости показан в табл. 8.2.

После подсчета 2 {nigx)u S {ЁУ)1 и S (и)г получаем координаты центра масс

и Ут =

(8.24)

а значение центровки определяется по следующей формуле:

X -X .

Т i\

(8.25)

где - расстояние от начала координат до начала Ьд; Ьд - средняя аэродинамическая хорда крыла (определение величины 6д дано ниже).

Обычно величина дается в процентах, для чего значение, полученное по формуле (8.25), умножают на 100.

Центровочная ведомость самолета

Агрегат, груз

mgx, даН-м

I. Конструкции

Крыло Фюзеляж

Горизонтальное оперение Вертикальное оперение Переднее шасси (убрано) Стойки заднего шасси

(убраны) Колеса заднего шасси

(убраны)

П. Силовая установка

Двигатели средние Двигатели крайние Гондолы двигателей средних

Гондолы двигателей крайних

Топливная система

III. Оборудование и управление

IV. Снаряжение

Летчики

Бортинженер

Стюардессы

Специальное оборудова ние

V. Топливо

Группа I Группа II Группа И!

VI. Нагрузка

Пассажиры Багаж

Сумма

X, м

mg. даН

у. м

mgy, даН-м

Положение центра масс самолета по высоте имеет большое значение при расчетах динамики движения самолета; знание его необходимо при определении необходимого положения колес основного щасси в выпущенном положении. Положение центра масс самолета по высоте необходимо учитывать и в том случае, если он находится далеко от крыла, например в схеме высокоплана (рис. 8.17).

- 2: + [(у, - Уу) - (Ху ~ X ) tg ф] Sin ф. (8.26)

cos ф

Рис. 8.17. Схема определения центровки при большом расстоянии центра масс самолета от плоскости средней аэродинамической хорды:

Ф - угол между и горизонтальной плоскостью xoz

Координаты грузов берутся с компоновочного чертежа (рис. 18.18 и 18.19), который представляет собою боковую проекцию самолета или продольный разрез самолета по оси симметрии в возможно большем масштабе. На этом чертеже наносятся все грузы, все агрегаты самолета. В процессе компоновки взаимное положение агрегатов и грузов меняется, и поэтому процесс создания компоновочного чертежа также итеративен, как и сам процесс компоновки.

При центровочных расчетах первого приближения принимается:

а) положение центра масс крыла на 40 ... 42 % Ьд;

б) положение центра масс оперения на 45 ... 50 % Ьдг.о или

Ав. о!

в) положение центра масс фюзеляжа приблизительно на 50 % длины фюзеляжа при прямом крыле или на 60 % при стреловидном крыле;

г) центр масс топлива и топливной системы в центре масс площади топливных отсеков крыла на плановой проекции самолета; для топливных отсеков (баков) в фюзеляже подсчитывается объем и центр масс объема каждого бака в отдельности.

Максимальный объем топлива в крыле (м)

т. кр

3/2

(8.27)

80o kT/L топлива для ТРД равна 0,8 (0,78 ... 0,83) г/см или

д) центр масс оборудования и управления в центре масс фюзеляжа, т. е. на 50 ... 60% длины фюзеляжа;

Рис. 8.18. Пример компоновки легкого самолета (гипотетический самолет) 206

е) масса летчиков - 100 кг на военных самолетах и 80 кг на гражданских; бортпроводников - 70 кг, масса пассажира - 75 кг и его багажа - 15 кг.

В результате расчета первого приближения центровки необходимо иметь следующие значения Jc (положения центра масс самолета относительно &д):

самолеты с прямым крылом............ 0,20-0,25

самолеты со стреловидным крылом (х = 35 ... 40°) 0,26-0,30

самолеты со стреловидным крылом (х= 50 ... 55°) 0,30-0,34

самолеты с треугольным крылом малого удлинения 0,32-0,36

Если эти значения не получаются, то необходимо перемещать центр масс самолета. Это возможно двумя путями:

а) перемещением отдельных (наиболее весомых) грузов. Тогда сдвиг центра масс самолета

(8.28)

Ад; =

где mi - масса сдвигаемого груза; /Пс - масса самолета в центруемом варианте; - первоначальная координата груза; xl - новая координата груза;

б) перемещением всего фюзеляжа с размещенными на нем грузами относительно крыла. С этой целью все массы самолета делятся на две группы:

- масса группы крыла, куда входит масса собственно крыла, масса всех грузов, находящихся на крыле (двигатели, топливо и т. п.), и масса основного шасси, независимо от того, где это шасси закреплено (на фюзеляже или на крыле);

- масса группы фюзеляжа, включающая остальную массу самолета.

Тогда необходимый сдвиг фюзеляжа относительно крыла

где /Пгр. ф - суммарная масса группы фюзеляжа; Ал:т - величина необходимого сдвига центра масс самолета.

8.2.2. Центровка самолета. Расчеты второго и последующих приближений

При центровочных расчетах второго приближения:

- уточняется весовая сводка самолета с разбивкой масс по более мелким группам. Типовая весовая сводка второго приближения дана в приложении I;

- рассчитывается фокус самолета;

- в соответствии с принятой величиной т /. пересчитывается центровка для обеспечения необходимого положения центра масс самолета.

iS я к s о a: я E

ex

§5

<u

Sao

S X Щ

. s и Ш

i Ч 3

я PC

a: J 3 . . я a a

, о S CO M 2 E

. 3 S

a c; * X M о

о. я a

e; г ш

я Я я

= 551

о Н *

§32

я S о 0) я-Я

Центровка выполняется для следующих основных вариантов:

а) максимально допустимая масса самолета с полной нагрузкой (коммерческой или боевой); баки заполнены соответствующим количеством топлива;

б) максимально допустимая масса самолета с полной заправкой топливом и соответственно уменьщенной нагрузкой;

в) самолет с полной заправкой топливом без нагрузки (перегоночный вариант);

г) самолет с полной нагрузкой без топлива (предельный посадочный вариант);

д) пустой самолет без нагрузки и топлива

- со снаряжением (с экипажем)

- без снаряжения.

Последний вариант необходим для оценки поведения самолета на стоянке (отсутствие переваливания на хвост). Все остальные варианты рассматриваются с убранным и выпущенным щасси.

В результате этих расчетов выявляется диапазон разбега эксплуатационных и летных центровок. Диапазон разбега летных центровок определяет размеры оперения, и, следовательно, массу самолета.

Если полученный диапазон разбега центровок меньше допустимого при данной величине A. , то имеется возможность уменьшить величину Лр. путем уменьшения площади горизонтального оперения и тем самым уменьшить массу самолета.

Если полученный диапазон разбега центровок больше допустимого, то необходимо:

- либо расширить допустимый диапазон разбега центровок увеличением предельно задней центровки путем увеличения 5г. или уменьщения запаса устойчивости/пг/, например, при введении в систему управления соответствующей автоматики;

- либо расширить допустимый разбег диапазона центровок уменьшением предельно передней центровки при увеличении эффективности оперения (увеличении углов отклонения рулей высоты или стабилизатора);

- либо сократить полученный диапазон разбега центровок.

В целях получения минимального диапазона центровок необходимо размещать:

- ц. м. топлива вблизи ц. м. самолета так, чтобы при расходе топлива центровка смещалась не более чем на 5 % йд;

- сбрасываемые в полете грузы так, чтобы при их сбросе центровка менялась не более чем на 3 % йд;