Моделирование напряженно-деформированного состояния носовой стойки шасси самолета при посадке на неровный грунт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование напряженно-деформированного состояния носовой стойки шасси самолета при посадке на неровный грунт

Орленко А.А.

Шасси является одним из основных и наиболее сложных агрегатов самолета, поэтому к нему предъявляются высокие конструктивные, технологические и прочностные требования, которые необходимо выполнять в процессе проектировочных и производственных работ, а так же при эксплуатации изделия. В качестве цели исследования было выбрано моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) носовой стойки шасси при посадке на неровный грунт. Данная тема весьма актуальна, ввиду сложности и трудоемкости расчетов, проводимых вручную, в то время как применение специализированных средств и методик [1-3] позволяет выполнить эти операции с больше точностью и информативностью.

Для рассмотрения был взят один из встречающихся в эксплуатации случаев нагружения, а именно случай «вертикальный удар» с неодновременным касанием колесами грунта, вследствие неровностей взлетно-посадочной полосы.

За объект моделирования была взята носовая стойка шасси самолета Ан-158 (рисунок 1). Конструкция носовой стойки шасси - балочная телескопическая, со стойкой в виде консольной балки.

В основе моделирования НДС объекта лежала разработка модели и приложение к ней нагрузок, воспроизводящих воздействия, оказываемые на реальное изделие в рамках данного случая нагружения.

Проводимое моделирование НДС было выполнено в среде САПР «КОМПАС-3D», которая позволила подготовить и в последующем осуществить конечно-элементный анализ трехмерной твердотельной модели объекта (рисунок 1). В реальных условиях эксплуатации, в данном рассматриваемом случае, в момент касания шасси неровности взлетно-посадочной полосы одно из колес воспринимает всю полноту продольной нагрузки, PЭ, действующей вдоль вертикальной оси стойки шасси и равной 50% от веса самолета. носовая стойка шасси напряжение

После выполнения всех операций, предшествующих процессу расчета, были получены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния носовой стойки шасси в виде карты напряжений (МПа), карты перемещений (мм) и карты распределения коэффициента запаса по пределу прочности с соответствующими им числовыми значениями.

а)

б)

1 - цилиндр; 2 - двухзвенник;

3 - шток амортизатора; 4 - ось

а - 3D-модель; б - конечно-элементная сетка

Рисунок 1 - Носовая стойка шасси Ан-158

Основываясь на карте напряжений (рисунок 2), можно сделать вывод, что наибольшие напряжения воспринимаются осью крепления колес к штоку амортизатора и узлом крепления цилиндра амортизатора с траверсой, расположенной в нише передней опоры.

а)

б)

а - карта напряжений; б - карта перемещений

Рисунок 2 - Карта напряжений

На карте перемещений (рисунок 2) наглядно видно, что вследствие взаимодействия колеса и неровности ВПП, деформациям подвергаются колеса шасси, ось крепления колес к штоку амортизатора и, в меньшей мере, сам шток амортизатора. Такое распределение объясняется величиной составляющей нагрузки в той или иной части узла.

На карте распределения коэффициента запаса прочности (рисунок 3) хорошо видны области с наименьшими значениями коэффициента запаса. Это зоны наибольшего риска и они в большей мере подвержены потере прочности, по сравнению с другими. Применительно к рассматриваемому случаю нагружения можно отметить выделенные красным цветом зоны, имеющие коэффициент запаса по прочности ниже нормативного, что говорит о нерациональности конструкции данных участков.

Рисунок 3 - Карта распределения запаса прочности

На шасси в момент взлета и посадки действует широкий спектр нагрузок, таких как продольные и поперечные силы, изгибающие и крутящие моменты. Величины этих составляющих зависят от взлетно-посадочных характеристик самолета, схемы размещения шасси на самолете, жесткости амортизации, качества и состояния поверхности взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек, а также от квалификации летчика. Существенное влияние на нагрузки, испытываемые шасси, оказывает характер посадки, определяемый расчетными случаями. Таким образом, возможность грамотного моделирования напряженно-деформированного состояния шасси при этих случаях даст неоценимую и актуальную информацию, которая пригодится как при проектировании данного агрегата, так и в процессе эксплуатации.

Список литературы

1. Сабиров, Р. А. К расчету напряженно-деформированного состояния переходных ферменных отсеков летательных аппаратов / Р.А. Сабиров // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. - 2007. - №4 (17). - С. 100-105.

2. Морозов, Н.А., Моделирование напряженно-деформированного состояния обшивок отсеков летательный аппаратов / Н.А. Морозов, А.А. Гаврилов, Ю.Л. Власов // Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн : материалы второй международной научно-практической конференции. - Тамбов: ТГТУ, 2016. - С. 196-200.

3. Поляков, С.Н. Применение метода конечных объемов для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкции летательных аппаратов / С.Н. Поляков, В.Г. Цысс // Динамика систем, механизмов и машин. - 2002. - №2. - С. 33-35.

4. Конструкция и прочность самолетов / В.Н. Зайцев, В.Л. Рудакова // Учебное пособие. - Кнев, издательское объединение «Вища школа», Головное изд-во, 1978.- 488 с.

Размещено на Allbest.ru