Введение Во время проектирования и сертификации самолета

Введение
Во время проектирования и сертификации самолета важным фактором является возможность оперативного определения расчетным путем действующих нагрузок на всех режимах эксплуатации. В настоящее время общепринятой стала методика решения задачи статической прочности с использованием дискретных аэроупругих моделей. В то же время не существует единого
подхода к решению задач, связанных с прочностью конструкций в динамике. В большой мере это
относится к динамическим наземным случаям нагружения планера, где можно выделить три задачи: посадка, наезд на неровность и пробег по полосе аэродрома. Задача посадки и наезда на неровность связана с вычислением максимальных эксплуатационных и расчетных нагрузок на конструкцию планера и шасси. Пробег по полосе с заданным профилем неровности связан, кроме того, с
задачей определения ресурса планера.
Для решения этих задач необходима математическая модель адекватная реальному объекту
“планер–шасси”. Особенностью такой модели является нелинейность одной из компонент объекта
(шасси) и высокий уровень сложности другой (планер). По этой причине на практике эта модель
значительно упрощается путем принятия ряда допущений.
Одним из упрощенных подходов к решению задачи посадки является метод расчета “по заданным силам” /1/, при котором процедура анализа разбивается на два шага. На первом шаге планер полагается абсолютно жестким, аэродинамические и инерционные характеристики приводятся
к центру масс и в результате интегрирования нелинейной системы уравнений движения шасси и
планера, как твердого тела, при заданных начальных условиях, вычисляются реакции со стороны
стоек шасси на планер. На втором шаге реакции учитываются в правой части при интегрировании
линейной системы уравнений движения упругого планера. Вычисленные на этом шаге эквивалентные статические нагрузки принимаются в качестве расчетных нагрузок.
Безусловный интерес представляет реализация таких методик анализа, которые используют
адекватные модели с минимальным числом допущений, обеспечивают максимально достижимую
точность в рамках принятых моделей, высокую достоверность и приемлемое время получения результатов.
Предлагаемый подход к решению этой проблемы включает в себя несколько принципиальных моментов.
1. Использование для анализа упругой работы планера конечно–элементных моделей.
2. Построение нелинейных математических моделей стоек шасси с использованием физических и конструктивных параметров стоек, что позволяет избежать значительного количества допущений при анализе.
3. Решение уравнений движения самолета в пространстве собственных форм колебаний
планера дополненном пространством переменных интегрирования стоек. Это дает возможность,
во-первых, учесть требуемое количество собственных форм для достижения необходимого приближения, а во-вторых, позволяет проводить расчет практически в реальном времени. В результате
интегрирования уравнений определяются расчетные параметры в стойках и реакция планера в виде
вкладов собственных форм. На следующем шаге вычисляются перемещения, скорости и ускорения
точек упругой модели планера и эквивалентные статические нагрузки, как функции времени.
Особенность пространства переменных расчетной модели, отмеченная в последнем пункте,
позволяет ввести термин – двухкомпонентная система. Первая компонента – линейная подсистема,
описанная в ортогональном пространстве обобщенных переменных, и вторая – подсистема произвольных нелинейных элементов, заданная в пространстве физических переменных.
Применение двухкомпонентных систем (ДКС) позволяет максимально корректно решать
следующие задачи.
1. Анализ расчетных нагрузок на стойки шасси и конструкцию планера в случаях посадки.
ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ САМОЛЕТА НА ЗЕМЛЕ  Рычков С.П.
2. Анализ расчетных нагрузок на стойки шасси и конструкцию планера в случаях пробега
по полосе с заданным профилем неровности, в том числе по грунтовой полосе.
3. Определение стояночных нагрузок на стойки как функции массы и центровки для самолетов с многостоечным шасси.
4. Проверка ограничений на расчетные параметры стоек, такие как работоемкость стойки,
предельная нагрузка, предельный ход амортизатора и другие.
5. Оптимизация параметров амортизатора и опоры шасси по условию Минимизации уровня
нагрузок в конструкции планера при заданных ограничениях.
Эти задачи возникают при расширении требований к самолету в процессе сертификации, а
также при переходе на большие массы с сохранением прежних параметров стоек шасси. В некоторых случаях, как будет показано ниже, учет упругости планера позволяет снизить нагрузки со стороны шасси на планер и инерционные нагрузки на фюзеляже на 10–15%.
При проектировании новых самолетов предлагаемая методика позволяет оперативно просматривать большое количество схем шасси с тем, чтобы выбрать наиболее подходящую по уровню нагрузок.
Разумеется, интерес представляет задача проектирования стоек шасси, которая в данном
случае может быть решена без создания неоправданных запасов сразу для требуемой предельной
массы самолета.
Важным моментом применения математических моделей для определения нагрузок, является их верификация путем сравнения с летным экспериментом. В работе приводится ряд примеров моделирования летного эксперимента.
ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ САМОЛЕТА НА ЗЕМЛЕ  Рычков С.П.