Mateiały dla studentów - BiPOL

Obwiednia obciążeń samolotu

Obwiednia obciążeń jest wykresem współczynnika obciążeń dopuszczalnych, w zależności od

prędkości lotu. Mówi, więc jak bardzo można obciążyć samolot przy danej prędkości. Tworzy

się ją w celu poznania sił działających na samolot w różnych fazach lotu, co daje możliwość

prawidłowego zwymiarowania elementów nośnych.

Źródła obciążeń samolotu:



Lot

- Manewry sterowane

- Oddziaływanie atmosfery



Start i lądowanie



Manewry na ziemi



Obciążenia obsługowe

Rys. Obwiednia obciążeń - manewry sterowane

Mateiały dla studentów - BiPOL

Obciążenia samolotu:

Rys. Siły działające na samolot w locie ustalonym (po lewej) oraz w manewrze (po prawej)



w locie ustalonym:

𝑄 = 𝑃

𝑧

0

Współczynnik obciążeń na kierunku osi „z” określać będziemy, jako stosunek siły nośnej w

danej fazie lotu do siły nośnej w ruchu ustalonym (przy założeniu, że: 𝑃

𝑠

̅ (𝑠𝑖ł𝑎 𝑐𝑖ą𝑔𝑢) ∥ 𝑣̅).

𝑛

𝑧

=

𝑃

𝑧

𝑃

𝑧

0

=

𝑃

𝑧

𝑄

W przypadku lotu ustalonego mamy:

𝑛

𝑧

=

𝑃

𝑧

𝑃

𝑧

0

=

𝑃

𝑧

0

𝑃

𝑧

0

= 1



podczas manewru:

Na samolot działa dodatkowo przyspieszenie odśrodkowe. W takim przypadku bilans sił na

kierunku osi „z” można zapisać następująco:

𝑃

𝑧

= (𝑄)

𝑧

+ 𝑚 ∙ 𝑝

gdzie: p – przyspieszenie odśrodkowe

𝑝 =

𝑚𝑣

2

𝑅

Ogólnie można powiedzieć, że współczynnik obciążenia jest współczynnikiem bezwymiarowym
określającym stosunek przyspieszenia działającego na samolot w danej fazie lotu do

przyspieszenia ziemskiego:

𝑛 =

𝑎
𝑔

Mateiały dla studentów - BiPOL

Obwiednia obciążeń sterowanych:

(W oparciu o przepisy CS-23)

Obciążenia maksymalne sterowania

Podczas lotu ustalonego przy prędkości przeciągnięcia współczynnik obciążenia równy jest 1.

𝑣 = 𝑣

𝑠1

; 𝑃

𝑧

= 𝑚𝑔; 𝑛

𝑧

= 1

Współczynnik obciążeń dla maksymalnej siły nośnej (max. wsp. siły nośnej) wyraża się
następująco:

(𝑛

𝑧

)

𝑚𝑎𝑥

=

(𝑃

𝑧

)

𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑔

=

1
2 𝜌𝑣

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑔

jeżeli

𝑣 = 𝑣

𝑠1

to:

(𝑛

𝑧

)

𝑚𝑎𝑥

=

1
2 𝜌𝑣

𝑠1

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑔

= 1

Tak więc dla 𝑣 ≥ 𝑣

𝑠1

:

𝑛

𝑧𝑚𝑎𝑥

=

(𝑛

𝑧

)

𝑚𝑎𝑥

(𝑛

𝑧

)

𝑣

𝑠1

𝑚𝑎𝑥

=

1
2 𝜌𝑣

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑔

1
2 𝜌𝑣

𝑠1

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑔

= (

𝑣

𝑣

𝑠1

)

2

Przy: 𝑚 = 𝑚

𝑇𝑂

.

Obliczenia należy przeprowadzać dla tej samej wartości ciśnienia dynamicznego, czyli prędkość

w obliczeniach jest prędkością EAS.

Analogicznie sprawa ma się w przypadku obciążeń ujemnych podczas lotu odwróconego dla
minimalnych wartości siły nośnej

𝑛

𝑧𝑚𝑖𝑛

=

1
2 𝜌𝑣

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑖𝑛

𝑚𝑔

1
2 𝜌𝑣

𝑠1

′

2

𝑆𝐶

𝑧𝑚𝑖𝑛

𝑚𝑔

= − (

𝑣

𝑣

𝑠1

′

)

2

Obciążenia wynikające z powyższych obliczeń stanowią ograniczenia fizyczne, podczas lotu nie

da się uzyskać większych wartości tych obciążeń (od sterowania), ponieważ po przekroczeniu
krytycznych kątów natarcia wartość współczynnika siły nośnej spada.

W powyższych obliczeniach prędkości przeciągnięcia w locie normalnym i odwróconym oblicza
się korzystając z zależności:

𝑣

𝑠1

= √

2mg

𝜌⋅𝑆⋅𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

- prędk. przeciągnięcia dla obciążeń dodatnich

𝑣

𝑠1

′ = √

−2mg

𝜌⋅𝑆⋅𝐶

𝑧𝑚𝑖𝑛

- prędk. przeciągnięcia dla obciążeń ujemnych

Mateiały dla studentów - BiPOL

Projektowa prędkość przelotowa

𝒗

𝑪

Prędkość

𝑣

𝐶

(wyrażona w węzłach) nie może być mniejsza niż:

𝑣

𝑐

′

=

{

𝑘

𝑐

√

𝑊

𝑆

; 𝑁, 𝑈, 𝐶

𝑘

𝑐

√

𝑊

𝑆

; 𝐴

oraz większa niż:

𝑣

𝑐

′′

= 0,9𝑣

𝐻

gdzie:

𝑊

𝑆

-

obciążenie powierzchni dla maksymalnej projektowej masy startowej [lb/ft

2

]

𝑣

𝐻

-

maksymalna prędkość w locie poziomym przy maksymalnej mocy ciągłej

N – kategoria normal, U – utility, C- commuter, A – aerobatic.

Dla wartości W/S większych od 20 współczynnik przed pierwiastkiem (k

C

) zmieniał się będzie

następująco:

Przeliczanie jednostek: 1𝑘𝑔 = 2,2𝑙𝑏; 1𝑚 = 3,28𝑓𝑡; 1

𝑚

𝑠

= 1,944 𝑘𝑛𝑜𝑡.

Projektowa prędkość nurkowania

𝒗

𝑫

Prędkość

𝑣

𝐷

nie może być mniejsza niż

1,25 𝑣

𝐶

:

𝑣

𝐷

≥ 1,25 𝑣

𝐶

Minimalna projektowa prędkość

𝑣

𝐷

musi spełniać warunek:

𝑣

𝐷𝑚𝑖𝑛

≥ 𝑘

𝐷

∙ 𝑣

𝐶 𝑚𝑖𝑛

Gdzie współczynnik k

D

jest zależny od obciążenia powierzchni i zmienia się jak na wykresie

poniżej:

Mateiały dla studentów - BiPOL

Projektowa prędkość manewrowa

𝒗

𝑨

𝑣

𝐴

= 𝑣

𝑠1

√𝑛

𝐴

oraz

𝑣

𝐴

≤ 𝑣

𝐶

gdzie:

n

A

- wsp. obciążeń manewrowych dla odpowiedniej kategorii musi spełniać

warunek:

N, C

2,1 +

24000

𝑊 + 10000

≤ 𝑛

𝐴

≤ 3,8

U

4,4 ≤ 𝑛

𝐴

A

6,0 ≤ 𝑛

𝐴

W[lb] - masa startowa samolotu

Współczynnik ujemnych obciążeń manewrowych n

G

musi spełniać warunek:

N, U, C

|𝑛

𝐺

| ≥ 0,4

∙ 𝑛

𝐴

A

|𝑛

𝐺

| ≥ 0,5

∙ 𝑛

𝐴

𝑣

𝐺

= 𝑣

𝑠1

′

√|𝑛

𝐺

| .

Punkt E: n=0 dla N, C

n=-1 dla U, A.

W oparciu o powyższe dane kreślimy obwiednię obciążeń sterowanych

Mateiały dla studentów - BiPOL

Przykład do zajęć:

Dane samolotu: 𝐶

𝑧𝑚𝑎𝑥

= 1,2; 𝐶

𝑧𝑚𝑖𝑛

= −0,8; 𝑚 = 600[𝑘𝑔]; 𝑆 = 12,5[𝑚

2

]; 𝜌 = 1,225 [

𝑘𝑔

𝑚

3

] ; 𝑉

𝑚𝑎𝑥

= 230𝑘𝑚/ℎ

Kategoria Normal (CS-23)

Zadanie: Wykreśl obwiednię obciążeń manewrowych

Mateiały dla studentów - BiPOL

Przykładowa charakterystyka profilu aerodynamicznego
Źródło: I.H. Abbott - „NACA Report No. 824 - Summary of airfoil data” -

do pobrania w internecie