Книга М.Ордоди "Дельтапланеризм"

При проектировании летательного аппарата основное внимание обращают на уменьшение его веса. С уменьшением веса улучшается балансирное управление дельтапланом. Одновременно с уменьшением материалоемкости снижается и стоимость аппарата. Поэтому важно знать методы расчетов, с помощью которых можно было бы максимально уменьшить вес дельтаплана, сохранив его безопасную прочность. Однако выполнить точные расчеты трудно - форма гибкого крыла изменяется под нагрузкой и максимальная разрушающая нагрузка будет отличаться от расчетной. В настоящее время доля веса дельтаплана в системе пилот - дельтаплан составляет примерно 1/4-1/3 полетного веса. Такое соотношение не является результатом расчетов, определяющих наибольшую прочность конструкции, оно было выявлено практическим путем. Разрушения происходят в определенных узлах каркаса, поэтому на прочность следует рассчитывать в первую очередь именно эти опасные места. Элементы, не представляющие опасности с точки зрения прочности, могут быть спроектированы исходя из других требований. Во время транспортирования, перенесения с одного места на другое конструкция подвергается тряске, сильным или слабым ударам. Во время монтажа некоторые ее части перегружаются, деформируются, трущиеся поверхности изнашиваются, а детали, соприкасающиеся с воздухом и водой, корродируются. Только опыт поможет определить оптимальную форму элемента (узла, троса, балки), выдерживающего требуемые нагрузки, соответствующего стандартам и доступного для приобретения. При разработке проекта нового дельтаплана конструктор придерживается следующего порядка. Проводит приближенные расчеты нагрузок на узлы и элементы, и для их изготовления подбирает материал. Далее построенный дельтаплан испытывают под нагрузкой.

В планирующем полете нагрузкой на крыло можно считать вес системы пилот - дельтаплан. На поворотах, в условиях турбулентности необходимо учитывать наряду с силой тяжести и инерционные силы, возникающие в результате ускорения криволинейного движения. Дельтаплан можно считать безопасным в том случае, если он выдерживает пятикратную полетную нагрузку, которая была создана в условиях полета. При расчете полную массу системы дельтаплан - пилот считают приложенной в центре тяжести пилота.

Рис. 3.1. Нагрузки на купол; аутриггер, установленный в двух плоскостях

В полете силу тяжести уравновешивают аэродинамические силы, создаваемые куполом, по которым можно судить о нагрузках на балки и тросы. Крыло будет прочным, если отдельные конструкционные элементы даже при пятикратной нагрузке не имеют остаточных деформаций. Это условие принимают для обеспечения безопасности. В результате деформации купола и балок увеличивается нагрузка на отдельные элементы конструкции, но эта нагрузка увеличивается не столь ощутимо, как суммарная.

С точки зрения механики купол является мембраной. Значит, на каждый конечный элементарный участок купола действуют силы в двух направлениях. На рис. 3.1 показана схема сил, действующих на такой участок. Силы N₂, возникающие на кромках, зависят от кривизны купола и разности давлений над и под куполом, возникающих в полете. Однако исследования, касающиеся гибких крыльев, направлены не на выяснение соотношений геометрических характеристик и нагрузок. Купол практически никогда не разрушается от действия полетных нагрузок; разрывы в нем возникают в основном из-за изнашивания ткани или небрежной эксплуатации. Наиболее значительные силы вдоль кромок концентрируются только в местах его крепления. Как подсказывает опыт, в этих местах необходимо делать усиление. Значительно большая, чем при нормальных режимах полета, нагрузка возникает на куполе во время флаттерного пикирования. Но практика показывает, что купол не разрушается даже в таких критических ситуациях. Может показаться, что современные купола не создают дельта-планеристам никаких проблем. В вопросе прочности это действительно так, однако далеко от идеального, у многих материалов проявляется их свойство сопротивляться растягиванию. Значит, при выборе ткани для купола определяющим становится требование нерастяжимости.

Возникающие в куполе силы передаются на балки в виде нагрузки, распределенной вдоль боковых балок (рис. 3.2). Суммарная нагрузка, уравновешивающая полную аэродинамическую силу R, складывается из суммы нагрузок V₁ и V₂, действующих соответственно на боковой и килевой балках. Так как линия действия R направлена вертикально, значит, и суммарная нагрузка (V₁+V₂) находится в вертикальной плоскости, где