Для того, чтобы подобрать нужный материал для механизма закрылка, нужно посчитать его элементы на прочность.
2.4.2 Поверочный и проектный расчёт тяги на растяжение-сжатие
Для того чтобы понять, выдержит ли новый механизм необходимую нагрузку, необходимо провести расчёт тяги 9 (рисунок 2.4) на растяжение-сжатие и расчёт болта на срез и проушины на смятие.
Растяжение (сжатие) - вид деформации, при котором из шести внутренних усилий не равно нулю одно - продольное усилие N. Растяжение возникает, если противоположно направленные силы приложены вдоль оси стержня. Растягивающие продольные силы принято считать положительными, а сжимающие - отрицательными[x].
Поверочный расчёт.
Исходные данные :
- нагрузка, воспринимаемая закрылком и передающаяся на тягу ;
коэффициент запаса прочности (для Al);
модуль упругости (алюминиевые сплавы);
Материал : алюминиевый сплав АМц;
длина тяги (определяется из соотношения хорды закрылка к длине тяги в Компас 3D);
предел текучести для материала АМц;
Схема к определению внутренних усилий, напряжений и перемещения сечений представлена на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7- Схема внутренних усилий и напряжений
Тяга на участки не разбивается. Так как границей участка считают: а) изменение размеров или формы поперечного сечения; б) изменение материала бруса. А в данной тяге постоянное поперечное сечение и материал применяется один. Тяга одним концом защемлена, и в опоре возникает реакция R (рисунок 2.7). Для нахождения внутренних усилий при подходе слева направо, необходимо определить опорную реакцию R. Указанную процедуру можно избежать при подходе справа налево,то есть со свободного конца.
Определение внутренних усилий. Применяется метод сечений. Брус рассекается на две части в произвольном сечении. Одна из частей отбрасывается (левая). Внутреннее усилие N заменяет действие отброшенной части. Внутреннее усилие всегда принимается положительным, растягивающим; его вектор направлен от сечения. Уравнение равновесия составляется проецированием всех сил на продольную ось x бруса
; ; =>
Знак минус указывает на то, что усилие является сжимающим. Строится эпюра внутренних усилий - график, изображающий закон изменения внутренних усилий по длине бруса. Эпюра приведена на рисунке 2.8.
Рисунок 2.8- Эпюра к определению внутреннего усилия и напряжения
Определение напряжения:
где поперечное сечение тяги (принимается 2,3 ).
Коэффициенты запаса прочности по отношению к пределу текучести:
Прочность недостаточна, так как должно соблюдаться условие .
Следовательно участок перегружен. В этом случае необходимо либо увеличить поперечное сечение, либо подобрать материал прочнее. Из условия прочности при растяжении выполняется подбор размера поперечного сечения, предварительно назначив допускаемое напряжение.
Нормативный коэффициент запаса прочности выбран из рекомендуемого диапазона значений [] = 1,3-2,2.
Поперечное сечение тяги получилось слишком большим, поэтому пользуясь проектным расчётом, необходимо выполнить оценку тяги на растяжение-сжатие снова, но, меняется при этом алюминиевый сплав АМц на титановый ВТ1-00.
Для сплава ВТ1-00.
Допускаемое напряжение равно:
Нормативный коэффициент запаса прочности выбран из рекомендуемого диапазона значений [] = 1,3-2,2.
Удлинение участка при этом:
Тяги, растягиваемые силами , срезают болт и оказывают распределенное давление по контактной поверхности. Поэтому болт необходимо рассчитывать на срез.
2.4.3 Расчёт болта на срез
Выполняется проектировочный расчет болтового соединения на срез с целью подбора поперечного сечения болта.
Исходные данные:
допускаемое напряжение для тяги и болта,
толщина тяги,
ширина тяги,
величина сил, прикладываемых к рычагу и тяге.
Болтовое соединение и силы взаимодействующие с ним представлены на рисунке 2.9.
Рисунок 2.9- Схема нагружения болтового соединения
Для того, чтобы найти площадь поперечного сечения болта, нужно предварительно посчитать поперечную силу и допускаемое напряжение на срез. Поперечная сила Q находится по методу сечений. Так как поперечная сила направлена перпендикулярно к оси стержня (в нашем случае болта) на рисунке 2.10, то она будет численно равна противоположно направленной силе P.
Рисунок 2.10- Деформация сдвига болта
Поперечная сила равна:
Допускаемое напряжение на срез по третьей теории прочности:
Из условия прочности на срез :
Площадь сечения болта:
Откуда
2.4.4 Расчёт проушины на смятие
Напряжения смятия , МПа проушины:
где Кнер= 4/р - коэффициент неравномерности распределения напряжений смятия,
толщина проушины (1,25 см).
При расчёте по формуле принимают допускаемые напряжения
где уT - предел текучести материала проушины;
[Sсм] - запас прочности, принимают [Sсм] = 2,2.
Условие прочности выполнено, толщину проушины менять не следует. Все необходимые расчёты выполнены. Теперь необходимо рассмотреть аналогичные варианты комбинированного привода КПМ-148Н и выбрать из этого ряда нужный.
2.4.5 Замена комбинированного привода КПМ-148Н на аналогичный и более надёжный
Рассматривается два привода механизации закрылков и предкрылков, с целью анализа их преимуществ и недостатков:
- комбинированный привод КПМ-148Н с самолёта Ан-148;
- автоматизированный электропривод ЭППЗ-204 самолёта Ту-204СМ (рисунок 2.11.).
Рисунок 2.11 - Самолёт Ту-204СМ
Как на Ан-148, так и на Ту-204СМ применяется электродистанционная система управления (ЭДСУ). Электродистанционная система управления - это система управления летательным аппаратом, которая обеспечивает передачу управляющих сигналов от органов управления самолетом к исполнительным приводам аэродинамических поверхностей (предкрылки, закрылки) в виде электрических сигналов.
Существует два типа данной системы управления:
- ЭДСУ с механическим резервом (Ан-148,Ту-204,Ту-160);
- ЭДСУ без механического резерва (SSJ-100, Як-130).
Механический резерв - это возможность перехода на управление с механической проводкой после отказа ЭДСУ. Принцип действия ЭДСУ заключается в том, что механические перемещения рычагов управления в кабине самолёта с помощью установленных на них датчиков преобразуются в аналоговые или цифровые электрические сигналы, которые по электропроводке поступают в вычислители системы управления. Одновременно туда же поступают сигналы от датчиков угловых скоростей, перегрузок, углов атаки и скольжения, вычислителя системы воздушных сигналов и целого ряда других устройств.
Вычислитель ЭДСУ в соответствии с заложенными в него алгоритмами управления преобразует эти сигналы в управляющие электросигналы приводов органов управления. При этом он также может выполнять функции ограничителя предельных режимов полёта: не допускать превышения установленных ограничений по перегрузке, углу атаки и другим параметрам. Таким образом значительно снижается вероятность попадания самолёта в нежелательные режимы полета: сваливание, штопор и т. д. Схема ЭДСУ и размещения агрегатов системы представлена на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 - Структурная схема системы управления закрылками
Привод механизации крыла КПМ-148Н перемещает закрылки и предкрылки с проведением их фиксации в определенном положении на Ан-148, Ан-158 и Ан-168.
Технические характеристики:
- входная температура жидкости перед поступлением в привод: -55…+90оC;
- номинальная величина входного приводного давления - 21 МПа (210 кгс/см2);
- параметры давления у сливного штуцера: 0,6-1,0 МПа (6-10 кгс/см2);
- двигатель и электрогидравлические клапана запитываются от двухпроводной электрической сети постоянным током с наличием номинального напряжения - 27 В;
- электродвигатель - 98 Н*м (10 кгс*м) потребляет ток - до 38 А. Электрогидравлические клапана запитываются током - до 0,6 А;
- привод имеет массу - до 19,5 килограммов.
Электропривод перемещения предкрылков и закрылков ЭППЗ-204 предназначен для автоматизированного управления предкрылками и закрылками самолета Ту-204 на режимах взлета, посадки и ухода на второй круг. Общий вид электропривода ЭППЗ-204 представлен на рисунке 2.13.
Рисунок 2.13 - Автоматизированный электропривод ЭППЗ-204
Электропривод обеспечивает:
- вычисление управляющего сигнала в соответствии с заданной программой по информации, поступающей от взаимодействующих систем и по сигналам от блока задающих датчиков;
- отработку перемещения предкрылков и закрылков в положение, соответствующее текущему значению управляющего сигнала, с автоматическим регулированием параметров электропривода;
- отработку перемещения предкрылков и закрылков в положение, соответствующее сигналам от блока задающих датчиков рукоятки управления;
- отработку перемещения предкрылков и закрылков при разомкнутом контуре управления от переключателей, установленных в кабине экипажа;
- отработку перемещения предкрылков и закрылков при питании электропривода от аварийного источника постоянного тока ограниченной мощности;
- отработку перемещения предкрылков и закрылков от одного канала электропривода в случае неисправности второго канала;
- встроенный автоматизированный контроль состояния электропривода в полете и на земле;
- формирование и передачу информации во взаимодействующие системы;
- двухскоростной режим работы электромеханизма закрылков в основном и следящем режимах управления в зависимости от величины хода электромеханизма;
- фиксацию выходных валов электромеханизмов с помощью стояночных тормозов электродвигателей;
- перемещение предкрылков и закрылков от ручных приводов электромеханизмов при регулировке и отладке системы на земле;
- выдачу сигналов на срабатывание электромеханических тормозов, установленных на трансмиссии предкрылков и закрылков, при возникновении следующих ситуаций:
1) при достижении определенного значения рассогласования в положении левых и правых предкрылков, левых и правых закрылков в случае рассоединения трансмиссии;
2) при вращении трансмиссии с частотой более допустимого значения;
3) при самопроизвольном вращении трансмиссии в сторону, противоположную заданной.
Состав электропривода ЭППЗ-204
- два блока управления и контроля электропривода БУКЭ-204;
- два коммутатора вентильного двигателя КВД-204;
- один электромеханизм МПЗ-204 с двумя вентильными электродвигателями 3ДБ100-4000-12 и 4ДБ100-4000-12;
- один электромеханизм МПП-204 с двумя вентильными электродвигателями ДБ100-4000-12 и 2ДБ100-4000-12;
- блок датчиков угла и концевых выключателей БДКВ-12Т;
- четыре блока датчиков угла и концевых выключателей БДКВ-11Т;
- четыре блока резисторов БР-50;
- четыре электромеханических тормоза ТЭМ-5.
Все составляющие привода представлены на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 - Комплектующие привода ЭППЗ-204
С целью оценки надежности электропривода ЭППЗ-204, рассматривается статистика происшествий и инцидентов на самолете Ту-204 в период с 2015 по 2017 год.
Статистика инцидентов:
За 2015 год :
- 11 июля 2015 г. у самолета Ту-204, авиакомпании «Авиастар-Ту», выполнявшего грузовой рейс по маршруту: «Новосибирск - Таллинн», во время посадки в аэропорту назначения произошло разрушение пневматиков на двух колесах шасси. Посадка завершилась благополучно. Экипаж не пострадал. Ведется расследование.
- 26 июля 2015 г. на самолете Ту-204 авиакомпании «Red Wings» выполнявшем рейс по маршруту: «Симферополь - Москва», перед посадкой пассажиров на борт, возникло возгорание хвостовой части самолета. Пожарной службе аэропорта удалось быстро ликвидировать возгорание. Рейс был выполнен с задержкой этим же бортом. Ведется расследование.
За 2016 год :
- 9 мая 2016 г. самолет Ту-204 авиакомпании «Red Wings» выполнявший рейс по маршруту: «Сочи - Тюмень» вылетел из аэропорта Сочи, при этом, позже, на ВПП был обнаружен тормозной барабан шасси этого самолета. Посадка в аэропорту Тюмени прошла благополучно. На борту находились 204 пассажира и 9 членов экипажа; никто не пострадал. Ведется расследование.
- 4 июня 2016 г. самолет Ту-204 авиакомпании «Red Wings», выполнявший рейс по маршруту: «Челябинск - Симферополь», во время посадки в аэропорту назначения коснулся земли на 4 метра правее правого края ВПП, и при этом проехал примерно 200 метров по мягкому грунту повредив при этом взлетно-посадочные огни, прежде чем экипаж сумел возвратить самолёт на бетонную поверхность. На борту находились более 150 человек, включая экипаж; никто не пострадал. Самолет повреждений не получил. Ведется расследование.