Метод определения характеристик общего напряженно-деформированного состояния в силовых элементах консоли крыла в зависимости от нагрузок функционирования

Abstract

При выпуске средств механизации значительно изменяется аэродинамическое обтекание крыла, что в свою очередь приводит к изменению напряженно-деформированного состояния крыла. Это обусловливается не только увеличением подъёмной силы за счет изменения кривизны крыла и увеличения площади крыла, но и изменением положения центра давления относительно хорды крыла. Значительное увеличение крутящего момента приводит к изменению НДС силовых соединений крыла. Для определения положения точки действия подъёмной силы в каждом отдельном элементе крыла, (предкрылок, кессонная часть и закрылок). Был выполнен аэродинамический расчет с помощью ANSYS CFX. Были найдены относительные положения точек действия подъёмной силы отдельных частей крыла: предкрылка, кессонной части и закрылка. Эти значения использовались для приложения сил, действующих от средств механизации. Распределённая воздушная нагрузка была пропорционально распределена по предкрылку, кессонной части и закрылку в соответствии с полученными аэродинамическими расчетами с помощью ANSYS CFX. Были построены эпюры внутренних силовых факторов (ВСФ), такие, как эпюра поперечной силы, изгибающего и крутящего моментов для конфигураций крыла без выпущенной механизации, а также с взлетным и посадочным положением механизации. Полученные значения ВСФ использовались для создания расчетных моделей в ANSYS для получения НДС крыла. Элементы конструкции крыла, в частности узлы крепления средств механизации работают в сложнонапряженном состоянии. Это усложняет процесс прогнозирования усталостной долговечности этих элементов. Для получения конкурентоспособного самолета следует разработать новые методы проектирования крыла с широким применением интегрированных систем. Изучение изменения НДС крыла при выпущенном положении механизации дает возможность спрогнозировать усталостную долговечность с высокой точностью. Описан процесс создания и подготовки модели крыла к расчету, задания граничных условий и выбора оптимального размера элемента сетки. Получены аэродинамические характеристики с помощью CAE-системы для создания расчетной схемы.

При випусканні засобів механізації значно змінюється аеродинамічне обтікання крила, що в свою чергу призводить до змінення напружено-деформованого стану крила. Це обумовлюється не тільки зростанням підйомної сили внаслідок змінення кривизни крила і збільшення площі крила, але й завдяки зміненню положення центру тиску відносно хорди крила. Значне збільшення крутного моменту призводить до змінення НДС силових з'єднань крила. Для отримання положення точки дії піднімальної сили в кожному окремому елементі крила (передкрилок, кесонна частина і закрилок) був виконаний аеродинамічний розрахунок за допомогою ANSYS CFX. Були отримані відносні положення точок дії піднімальної сили окремих частин крила: передкрилка, кесонної частини і закрилка. Ці значення використовувалися для прикладання зусиль, що діють від засобів механізації. Повітряна сила була пропорційно розподілена по передкрилку, кесонної частини і закрилку відповідно до отриманих аеродинамічних розрахунків з допомогою ANSYS CFX. Були побудовані епюри внутрішніх силових факторів (ВСФ), таких, як епюра поперечної сили, згинального і крутного моментів для конфігурацій крила без випущеної механізації, а також зі злітним і посадковим положенням механізації. Отримання значення ВСФ використовувалися для створення розрахункових моделей. Елементи конструкції крила, зокрема вузли кріплення засобів механізації, працюють у комплексному стані. Це ускладнює процес прогнозування втомної довговічності цих елементів. Для отримання конкурентоспроможного літака слід розробити нові методи проектування крила з широким застосуванням інтегрованих систем. Вивчення змінення НДС крила при випущеному положенні механізації дає можливість спрогнозувати втомну довговічність з високою точністю. Описано процес створення і підготовки моделі крила до розрахунку, задання граничних умов і вибору оптимального розміру елемента сітки. Отримано аеродинамічні характеристики з допомогою CAE-системи для створення розрахункової схеми.

When the high-lift system are released, the aerodynamic flow around the wing changes significantly, which in turn leads to a change in the stress-strain state of the wing. This is due not only to an increase in lift due to a change in the curvature of the wing and an increase in the wing area, but also a change in the position of the center of pressure relative to the wing chord. A significant increase in torque leads to a change in the stress-strain state of the wing mean joints. An aerodynamic calculation was performed using ANSYS CFX to obtain the position of the point of action of the lift force in each elements of the wing (slat, wing box and flap). Were obtained the relative positions of the points of action of the lift of individual parts of the wing: the slat, the wing box and the flap. These values were used to apply the forces acting from the high-lift system. The distributed air load was proportionally distributed across the slat, wing box and flap in accordance with the obtained aerodynamic calculations using ANSYS CFX. Plots of internal force factors were plotted, such as a diagram of shear force, bending and torque for wing configurations without extended high - lift system, as well as with takeoff and landing positions of high - lift system. Obtaining the value of the internal force factors, were used to create calculation models. The structural elements of the wing, in particular the attachment points of the high-lift system, operate in a complexly stressed state. This complicates the process of predicting the fatigue life of these elements. To obtain a competitive aircraft, it is necessary to develop new methods of wing design with widespread use of integrated systems. The study of the change in the stress-strain state of the wing with the extended position of the high - lift system makes it possible to predict the fatigue life with high accuracy. The process of creating and preparing a wing model for calculation, setting boundary conditions and choosing the optimal size of a mesh element is described. Obtaining aerodynamic characteristics using a CAE system to create a design model.