крыла зачастую определяют расстояние между лонжеронами крыла и наличие технологических стыков панелей обшивки крыла по размаху. Директивная технология отражает, наряду с новыми достижениями в области производства самолета, с вновь разработанными технологическими процессами, особенности конкретного опытного и серийного заводов (его производственные возможности по площадям, размерам цехов и составу оборудования), серийность самолета (ориентировочное число заказываемых самолетов) и предполагаемые особенности эксплуатации самолета (например, эксплуатация в тропическом климате и т. п.). В директивной технологии даются и ограничения в номенклатуре используемых при проектировании самолета материалов, сортамента профилей и листов, крепежных изделий (болтов, заклепок и т. п.).

8.3.4. Учет эксплуатационной технологичности при конструктивно-силовой компоновке

В процессе конструктивно-силовой компоновки должен быть обеспечен эксплуатационный подход в зоны, где размещены агрегаты и проводка систем оборудования и управления самолетом, и подход к участкам конструкции, подлежащим осмотру в процессе эксплуатации самолета. Это требует создания соответствующих люков или съемных панелей в конструкции самолета помимо люков, обеспечивающих размещение целевой нагрузки (для пассажирских самолетов - помимо входных и служебных дверей, багажных и аварийных люков и оконных проемов).

В целях уменьшения массы конструкции самолета силовые окантовки всех вырезов для люков и съемных панелей должны органически входить в силовую схему агрегатов самолета.

8.4. УВЯЗКА ФОРМЫ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ ОБВОДОВ САМОЛЕТА

8.4.1. Увязка формы самолета

Все три процесса компоновки в конечном счете объединяются, завершаются построением внешних обводов самолета, приданием проектируемому самолету конкретной, законченной формы.

Формирование, построение внешних обводов самолета обычно производится в два этапа. На первом этапе выполняется предварительная увязка формы и определяется положение основных конструктивно-силовых элементов агрегата. На втором этапе производится окончательное задание формы агрегата в теоретическом чертеже с помощью различных математических методов.

Под увязкой формы понимают графическое или аналитическое определение координат обводов агрегата и его сечений по ряду плоскостей с последующей графической проверкой взаимного соответствия обводов и сечений в различных проекциях. Как правило,

Носодая ХвостоВаР часть- часть

7 8

Рис. 8.29. Увязка формы фюзеляжа графическим способом батоксов и горизонталей:

а - боковая проекция; б - проекция в плане; в - эпюра совмещенных сечений; / - строительная горизонталь; 2 - шпангоуты; 3 - нулевой батокс; 4 - батоксы; 5 - полушнроты; 6 - следы плоскостей горизонталей; 7 - следы плоскостей батоксов; 8 - ось симметрии н плоскость нулевого батокса; 9 - полуширота

предварительную увязку формы агрегата проводят с помощью метода батоксов и горизонталей, и хотя для окончательного задания поверхности метод батоксов и горизонталей в настоящее время не применяется, на самых начальных этапах проектирования поверхности он продолжает сохранять свое значение. Этот способ основан на методике начертательной геометрии. Обводы агрегата, форму которого следует увязать (например, фюзеляж), вычерчивают в боковой и плановой проекциях. Затем приступают к увязке с помощью эпюры совмещенных сечений, эпюр линии батоксов на боковой проекции и линии горизонталей на плановой проекции (рис. 8.29). Процесс увязки состоит в том, что на эпюре совмещенных сечений откладывают по вертикальной и горизонтальной осям точки, определяемые обводами в боковой и горизонтальной проекциях (нулевыми батоксами и полуширотами), а затем эти точки соединяют кривыми, дающими обводы шпангоутов. Одновременно в боковой проекции и в плане строят линии батоксов и горизонталей и производят взаимную коррекцию их с эпюрой совмещенных сечений.

Увязку крыла, оперения, пилонов и других агрегатов, имеющих конический закон образования поверхности, можно, используя свойства трапецеидальных сечений, произвести как графическим, так и аналитическим способами.

Для увязки должны быть заданы: форма крыла в плане, разбивка нервюр, профили крыла у корня и на конце крыла, профили промежуточные, если форма крыла образуется не одним или двумя профилями, и длины переходных зон (от одного профиля к другому).

Рис. 8.30. Определение ординат промежуточного профиля крыла или оперения:

/ - корневая хорда; 2 - промежуточная хорда; 3 - концевая хорда

По каждому заданному профилю должны быть известны семейство, хорда и относительная толщина.

Графический способ увязки основан на построении эпюры совмещенных сечений (рис. 8.30). На эпюре вычерчивают корневой профиль (в простейшем случае) таким образом, чтобы плоскости нервюр были параллельны плоскости эпюры. После этого проводят линии равных долей (равных процентов) хорды, т. е. образующие конической поверхности крыла. Линии равных процентов и соответствующие ординаты корневого и концевого профилей составляют трапецию, поэтому легко определить ординаты всех профилей, расположенные на том же относительном расстоянии от их носков, что и ординаты корневого и концевого профилей.

Все линии равных процентов хорды делят пропорционально расстоянию между нервюрами, и через полученные таким образом точки проводят плавные кривые промежуточных профилей. Графический способ малоупотребителен вследствие недостаточной точности получаемых результатов.

При аналитическом способе увязки агрегатов, имеющих конические поверхности, используются геометрические свойства трапеций, составленных образующими и ординатами корневого и концевого профилей, при этом все искомые размеры определяются расчетом. Обычно определяют верхнюю (г/в) и нижнюю (г ) ординаты в отдельности.

Результаты заносят в таблицы. Ординаты определяют по формуле

У.г = У., к,. 2М + У рн (1 - ш), (8.45)

где г/в.кн - ордината концевого профиля; Ув. крн - ордината корневого профиля; - расстояние от корневого профиля до нервюры.

В наиболее соверщенных автоматизированных системах проектирования летательных аппаратов предварительная увязка обводов производится конструктором в режиме диалога с ЭВМ, осуществляемого с помощью дисплея и светового пера . Конструктор с учетом различных аэродинамических и конструктивных требований может скорректировать очертание поверхности ЛА непосредственно на экране дисплея, а ЭВМ учтет эту коррекцию при аппроксимации поверхности одним из математических методов. В этом случае опыт и интуиция конструктора дополняются большим объемом памяти и огромными вычислительными возможностями современных ЭВМ.

8.4.2. Математические методы описания обводов самолета

После окончания предварительной увязки поверхности летательного аппарата необходимо зафиксировать ее форму в теоретическом чертеже, описав с помощью одного или нескольких математических методов. Рассмотрим основные требования, предъявляемые к этим методам.

Аэродинамическая гладкость продольных контуров (сечений) больщинства агрегатов обеспечивается сохранением в этих сечениях непрерывности первой производной. Для особо ответственных агрегатов, существенно влияющих на характер обтекания самолета в целом (крыло, носовые части, гондолы двигателей и т. п.) необходимо обеспечить в продольных сечениях непрерывность второй производной и ограниченные величины третьей производной. Как общее правило можно отметить, что требование к гладкости поперечных сечений ЛА обычно на порядок ниже, чем к гладкости продольных. Например, если профили крыла по полету выглаживаются до непрерывности второй производной, то в сечениях крыла по лонжеронам желательно иметь непрерывной первую производную.

При проработке формы поверхности самолета с точки зрения эксплуатационных, конструктивных и технологических требований математические методы описания обводов должны обеспечивать:

- плавное включение в создаваемую поверхность самолета цилиндрических, конических, параболических и других аналитически описанных поверхностей, таких как лобовые цилиндрические стекла пилотских кабин, элементы поверхности крыла и оперение с коническим образованием, обтекатели специальных антенн заданной формы и т. д.;

- плавное включение в проектируемую поверхность плоских участков, представляющих собой люки под стекла фотоаппаратов и астронавигационных приборов, остекление кабин, плиты специальных датчиков;

- прямолинейность заданных сечений некоторых силовых элементов, например сечения по сжатой верхней полке лонжерона крыла.

8 С. М. Егер н

Наряду с указанными требованиями математические методы формирования обводов ЛА должны полностью и однозначно описЫ вать поверхность летательного аппарата, не допуская зон, сводимых на плавность на плазах или сглаживаемых на макетах поверхности. Это требование стало обязательным в последнее время в связи с широким внедрением в практику самолетостроения обработки деталей, связанных с обводами, а также шаблонов, рубильников стапелей и других деталей оснастки на станках с числовым программным управлением.

Следует отметить и такие требования к математическим методам задания поверхности летательного аппарата, как наглядность и графоаналитичность, т. е. возможность получить на каждом этапе проектирования наглядное представление о форме создаваемой поверхности либо в виде эскиза, полученного на графопостроителе, либо в виде изображения на экране дисплея в случае работы конструктора с ЭВМ в режиме диалога.

Разнообразие требований к математическим методам задания поверхности агрегатов летательного аппарата, а также разнообразие типов самих агрегатов породили множество методов описания обводов, из которых наиболее употребительными в настоящее время являются:

- метод кривых второго порядка;

- метод задания контура самолета дугами окружностей;

- задание продольных контуров самолета степенными уравнениями;

- методы задания поверхности самолета с помощью сплайн-функций;

- аналитическое задание контура самолета с помощью полиномов.

Прежде чем приступить к описанию математических методов аппроксимации контуров самолета, следует дать определение весьма распространенному в настоящее время кинематическому способу задания поверхности.

Поверхность считается кинематически заданной, если в пространстве заданы основные продольные линии агрегата - направляющие (нулевые батоксы верха и низа и полуширота), вдоль которых перемещается его поперечное сечение, причем известен закон изменения формы сечения в зависимости от положения по длине агрегата.

При кинематическом способе задания поверхности для аппроксимации продольных линий и для задания закона изменения формы поперечного сечения могут использоваться различные математические методы, причем допускается использование разных методов для задания отдельных линий одного агрегата. Последнее, впрочем, нежелательно из-за необходимости использовать разные программы при расчете на ЭВМ координат поверхности одного агрегата.

8.4.3. Метод задания поверхности с помощью кривых второго порядка

Этот наиболее распространенный в настоящее время метод является графоаналитическим, поскольку кривые второго порядка могут быть как построены чисто графическим способом, так и получены расчетным путем.

Метод базируется на положениях проективной геометрии (теорема Паскаля). Для построения кривой второго порядка необходимо, чтобы были заданы три точки, например А, В, С (рис. 8.31), и так называемый дискриминант кривой / = BDIED; ED - медиана хорды АС.

Увязка с помощью этого графического способа начинается с того же, с чего начинается увязка с помощью способа батоксов и горизонталей - в боковой проекции и в плане очерчивают на глаз линии нулевого батокса и полушироты. Каждую из этих линий разбивают на отрезки кривых. Используя на каждом отрезке кривой,по три точки А, В, С я задаваясь дискриминантом /, строят кривые второго порядка, близкие к кривым, очерченным на глаз. Получив таким образом линии нулевого батокса и полуширот, начинают аналогично способу батоксов и горизонталей увязку поперечных сечений (шпангоутов).

Графоаналитический способ увязки основан на вычислении координат кривых второго порядка с использованием так называемого графика единичных кривых, аффинно соответствующих искомым кривым. График единичных кривых второго порядка (рис. 8.32) вычерчивают в относительных прямоугольных координатах для ряда стандартных дискриминантов, например, 0,30; 0,31; 0,32 и т. д., до значения, определяемого потребностью, причем за оси принимаются стягивающая кривую хорда ас и медиана ed.

Координаты кривой второго порядка определяют следующим образом. На чертеже увязки наносят оси OXmOY (рис. 8.33), относительно которых замеряют координаты заданных точек А, С я Е я точки В, положение которой можно определить по заданному дискриминанту /.

Ордината некоторой точки К с абсциссой х кривой ABC выразится так:

У = Уа + {х~

~Ха)iga+\4nK, (8.46)

Рис. 8.31. Построение кривой второго порядка, заданной точками А, В, С и дискриминантом / = BD/ED:

т, п - базовые лучи; г - произвольный луч (дает точку S на луче т); 1 - промежуточный луч (даст точку t на луче ft); р - строительный луч (дает искомую точку К на Луче г)