Constructia structurilor aerospatiale

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    1/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 1

    Partea [A]PROIECT ARIPA

    !BG: Jo/Sa - 06/08-My2010 - GSD!

    INTRODUCERE Pentru claritate reamintim secven a general de lucru n procesul de proiectare structural - metodologie

    aplicabil pentruoricare subansamblu al avionului:

    DATE de START Pentru desf urarea calculelor se presupun cunoscute urmtoarele

    Se stabilete prin tema de proiect. n acest text se au n vedere aripi (zvelte) aproximabile cabare.Mai departe, se face distinc ie ntre aripidrepte i aripin s geat ...Cu datele de anteproiect se construiete "Desenul de lucru" al aripii, care con ine informa ii privind:

    Geometria general: forma n plan, corzi, sec iuni particulare (jonc iune A-F, etc.) Distribu ii de greut i (sarcini repartizate): greutatea proprie, rezervoare de combustibil

    Sarcini concentrate (valori, amplasare, mod de prindere)...

    n corela ie cu Modelul de calcul, se prelimin concep ia general a structurii de rezisten: Lonjeroane (numr, amplasare) / Nervuri normalei de for (pas, pozi ie, etc)

    Se preiau din DMR (Anvelopa de zbor)...

    CAZURI de CALCUL(DIAGRAMA DE MANEVR I RAFALA)

    - II-

    SOLICIT RI DE CALCUL

    - III -STRUCTUR PRELIMINAT / MATERIALE

    - IV -DIMENSIONARE / VERIFIC RI STATICE

    - VI-VERIFICAREA GREUT II

    - V -EVALUARE AEROELASTIC

    1. MODELUL de CALCUL

    3. CAZURI de CALCUL

    2. STRUCTURA PRELIMINAT

    - I -CONDI II DE ECHILIBRU DINAMIC

    Pe baza condi iilor de echilibru dinamic al avionului, din acestea se extrag sarcinileglobale pe arip Mai departe, prin inspec ie se stabilesc cazurile de calculcritice

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    2/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 2

    FOR E pe ARIP - SOLICIT RI< Aripi drepte >

    1. Modelul de calcul Se presupune cunoscut configuraia general a avionului. Pentru ilustrare se face referire la

    un avion tipic subsonic - figura A-1.

    Figura A-1Avionul n trei vederi (BAE HS 748)

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    3/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 3

    2. Desenul de lucru al aripii Se construiete o schi detaliat a aripii care va servi la determinarea sarcinilor de calcul pe

    aceastai, ulterior, la calculul solicitrilor corespunztoare - figurile A-2i A-3. n particular se vordetalia sarcinile repartizate (combustibilul,...)i concentrate (motoare, tren de aterizare,...)

    Figura A-2Aripa - Desenul de lucru

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    4/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 4

    Figura A-3For e pe arip - Seciunea transversal

    d M < 0

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    5/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 5

    3. Cazul (cazurile) de calcul Cazul (cazurile) de calcul se preia(u) din DMR... Pentru ilustrare vom considera un caz de

    calcul simetric ; datele de start sunt:

    , propriu-zis

    ' secundar

    AV

    AV

    AV

    V Viteza

    T Tractiunea

    Incidenta avionuluiG P

    n Factorul de sarcinaGT R

    n Factorul de sarcinaG

    (A-1)

    Mai departe, din tabloul de valori se extrag sarcinile globale pe arip a AV c Incidena efectiv a aripii ( c = unghi decalaj )

    22

    222

    2

    Portanta

    Rezistenta la inaintareMomentul in raportat la F

    a a

    a a

    a F

    P V S Cz

    R V S Cx

    V S CMA Cm F CMA

    (A-2)

    4. For e pe arip Categorii de for e. Pentru calculul solicitrilor pe arip distingem urmtoarele:

    A) For e repartizate sarcinileaerodinamice sarcinilemasice din greutatea proprie a structurii sarcinilemasice din greutatea combustibilului (rezervoare integrate de dimensiuni mari)

    B) For e concentrate For e masice din greutatea proprie amotoarelor , trenului de aterizare , acro ajelor , etc. For e masice corespunztoare rezervoarelor de combustibil/ulei de dimensiuni relativ mici Trac iunea i cuplul motor Reac iunile din jambele trenului de aterizare - pentru cazul de calcul "Aterizare...", etc. Model de calcul

    Prin definiie construcia unei aripi convenionale const din structuralongitudinal respectivstructuratransversal . Pentru aripi drepte de alungire relativmare , modelul de calcul "de start" estecel debar (corpunidimensional ) pentru care - dup cum setie - o ipotez fundamental este cea anedeformabilit ii conturului seciunii transversale (echivalent, seciunea transversal este infinit

    rigid n planul ei...). n aceste condiii, deoarece calculul de rezisten pentru un "rigid" nu are sens,n prim aproximaie structura transversal este lsat de-o parte. Aadar, n teoria clasic a barelorcu pere i sub iri , problemele structurii longitudinale respectiv transversale se trateaz separat .

    n aceast etap de calcul se are n vedere determinarea solicitrilor primare (care privescstructura longitudinal ). Pe cale de consecin, pentru calcul intereseaz doar "dispunerea"i"repartiia" sarcinilorn anvergur ; "poziia" n coard respectiv "repartiia" pe coard a acestorsarcini intervine doar prin momentul de torsiune generat...

    Problemele structurii transversale se formuleaz ulterior...

    4.1 For ele aerodinamice Defini ii . For ele aerodinamice decurg dindistribu ia de presiuni pe suprafaa aripii

    ; n figura A-4 s-a dat o reprezentarecalitativ pentru o arip zvelt n regimsubsonic... Prin integrare pe coard se definesc imediat coeficienii locali de portan , rezisten lanaintarei moment n focar ... Prin urmare, n conformitate cu modelul de corpunidimensional , seconstruiete sistemul de for e aerodinamicerepartizate n anvergur

    2, [N/mq x y ]

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    6/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 6

    Figura A-5Repartiia de portan /rezisten indus

    (r 2.5)

    Figura A-4Repartiia de presiuni pe arip (calitativ) - Definiia Cz Cx Cm F

    portan a: = ' [N/m]a p y 2 ( ) ( )2V c y Cz y

    rezisten a la naintare : r y = ' [N/m]a 2 ( ) ( )2V c y Cx y (A-3)

    momentul in " F ": [N m/m] F m y = 2 2( ) ( )2 F V c y Cm y

    Formule de calcul. Eliminm presiunea dinamic 22q V ntre formulele (A-2)i (A-3)

    cu S de

    2bf !

    CMG i obinem (exemplificare pentru portan)

    pa( y)[N/m]=( ) ( ) ( )( )

    2a a

    a a

    P P Cz y c y Cz yc y

    S Cz b Cz CMG (A-4)

    Aceast formul de calcul permite o interpretare util: portana pe unitatea de lungime rezult ca o for uniform repartizat (prima fracie), ponderat cu corzile locale (a doua fracie) i respectivcu o funcie de natur pur aerodinamic (fracia a treia); aceasta din urm red de fapt efectul deanvergur finit care se traduce n faptul c seciunile aripiinu sunt "echivalente " din punct devedere aerodinamic, adic "nu poart" la fel... Pentru aplicaii de calcul, n funcie de precizia dorit,formula de mai sus poate fi trunchiat, prin urmare, n orice loc...

    Formule analoage pot fi datei pentru rezisten i moment; le scriem compact astfel:

    pa' ( y)[N/m] = ( ) ( ) ( )

    2 2a

    z a

    P P c y Cz y a f yb Cz bCMG

    a)

    r a' ( y)[N/m] = ( ) ( ) ( )

    2 2a a

    xa

    R Rc y Cx y f y

    b Cx bCMG b) (A-5)

    m F ( y)[Nm/m]=( )( ) ( ) ( )

    2 2 F F

    M

    a a F m

    F

    M M Cm yc y c y f y

    b C bCMG CM A c)

    Funciile "aerodinamice" de mai sus se determin prin teoriile corespunztoare. Pentruexemplificare, n figura A-5 s-au redat (calitativ) distribuiile de portan i rezisten indus pe oarip dreapt n regim incompresibil.

    Pentru o arip n generali un regim de zbor oarecare scriem (principial!) f z,x,m( y) f [( M , ,r , ), y]

    Proceduri de calcul explicite se vor da mai departe...

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    7/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 7

    Reducere la axe fixeMai sus, din considerente "aerodinamice", for ele au fost raportate la direcii legate de

    curentul de la infinit , a crui orientare fa de coard - precizat prin inciden a local ( )a - seschimb cu regimul de zbor. Pentru calculul structural este convenabil s exprimm sarcinileexterioare n raport cu un sistem fix. n mod natural vom alege drept axe de referin coarda inormala la aceasta; for ele corespunztoare se obin prin simple operaii de proiecie, astfel

    pa( y) [N/m] = ' 'cos sina a a a p r

    = 2 ( )[ cos sin ]2 a a

    V c y Cz Cx

    not

    2 ( ) ( )2 N

    V c y C y (A-6,a)

    t a( y) [N/m] = ' 'sin cosa a a a p r

    = 2 ( )[ sin cos ]2 a a

    V c y Cz Cx

    not

    2 ( ) ( )2 T

    V c y C y (A-6,b)

    Coeficienii N C i (coeficienii for ei aerodinamicenormale respectiv tangen iale )astfel introdui sunt desigur echivaleni cu Cz i Cx (uneori acetia sunt calculai chiar n

    aerodinamic...).

    T C

    4.2 For ele masice

    Principiu generalFie Gk greutatea unui subansamblu sau reper oarecare de pe avion. ntr-un caz de calcul

    generic - caracterizat prin factorii de sarcin i , definii convenional pe direcii legate de vitezacurentului de la infinit - orice asemenea element "i simte" greutatea multiplicat cu aceti factori,aadar scriem

    n 'n

    (A-7), '

    ; 'n n

    G n G n G Sensul acestor for e "masice" este precizat prin semnul luin i ...'n

    For e masice repartizatea) Greutatea proprie a structurii... Notm greutatea aripii (ambele semiplanuri). Pentru calculul for elor masice

    corespunztoare avem nevoie de repartiia acesteia n anvergur . La nivel deanteproiect putem facedoar ipoteze asupra "legii" de repartiie. Aripa unui avion este n principiu un "solid de egal rezisten", prin urmare avem de-a face, n mod sigur, cu o sarcin variabil n anvergur .

    aG

    Cea mai simpl i comod o lege de repartiie care se adopt pentru calcule preliminare este"legea corzilor " adic

    g a( y)[N/m] =CMG

    yc

    b

    Ga )(

    2 (A-8)

    Discu ie. Formula este desigur doar oipotez de lucru -i nu tocmai corect (este suficient s ne gndim la o arip dreptunghiular cu profilconstant... ). Dup caz, se pot imagina repartiii mai"judicioase", etc...

    Cu cele de mai sus putem acum exprima direct sarcinile masice repartizate raportate lasistemul "legat" (prin operaii simple de proiecie, la fel ca la sarcinile aerodinamice); convenia desemne este dat n figura anterioar A-2:

    aaaa g g nng p sin'cos] N/m[ (A-9,a)

    a N not

    aaa g n g nn )sin'cos( aaaa g g nng t cos'sin] N/m[ (A-9,b)

    aT not

    aaa g n g nn )cos'sin( Observa ie. Cu notaiile de mai sus definim un factor de sarcin generalvectorial , etc...

    T N nn N (A-9,c)

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    8/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 8

    a) Greutatea combustibilului repartizat... Notm greutatea combustibilului din rezervoarele integrate (ambele semiplanuri).

    Repartiia acesteia n anvergur este dictat evident de o lege "de volum", lege care, pentru o arip degeometrie cunoscut, poate fi stabilit f r dificultate. Pentru calcule de anteproiect putem adoptaaceeai lege simplificat "a corzilor"; prin urmare, prin analogie cu (A-8), scriem

    cG

    g c( y)[N/m] =( )

    2 c ccG c yb CMG (A-10)

    n care notaiile se refer la por iunile din arip pe care sunt amplasate rezervoarele integrate.Analog cu cazul anterior... rezult sarcinile repartizate date de combustibil (vezi mai sus

    formulele (A-9))c N gc g n p ] N/m[ (A-11,a)

    cT gc g nt ] N/m[ (A-11,b)

    For e masice concentrateExemplificm pentrumotoare (greutatea unui motor:G M ); componentele sunt (figura A-2)

    M N M Gn N (A-12,a) M T M GnT (A-12,b)

    Aceste for e se "plaseaz" desigur ncentrul de greutate al motorului...Pentrutrenul de aterizare (greutatea unei "jambe":GT ) se procedeaz analog...

    4.3 For ele concentrate "exterioare"... n aceast categorie includem for ele "de propulsie ", reac iunile din jambeletrenului de

    aterizare (n cazul de calcul " Aterizare "!), etc...n cazul de studiu propus, singura for prezent este trac iunea motoarelor (T - traciunea

    unui singur motor!).Orientarea vectoruluiT depinde de o mulime de factori... Pentru simplificare o

    vom considera paralel cu axade rota ie a motorului. Mai departe, ntr-o prim aproximaie o vom pune chiar pe direcia corzii locale...

    5. Solicit ri pe arip

    5.1 Privire general Starea de ncrcare general pe o arip dreapt (vezi mai sus fig. A-2) determin o solicitare

    compus const din: O solicitare de ncovoiere/forfecare n direcie perpendicular pe planul corzilor i pe careo vom denumi simplu "solicitare normal"

    O solicitare de ncovoiere/forfecaren planul corzilor ("solicitare tangenial") O solicitare de torsiune (n jurul "axei elastice"...)

    Analiza strii de solicitare pe arip se face cu metodele uzuale din Rezisten a materialelor .(Se atrage atenia asupra conveniilor de semne utilizate n acest curs!...)Schemacomplet de ncrcare este descris schematic n figura A-6

    5.2 Solicitarea normal , z xT M - figura A-7 Cu cele de mai nainte, atribuim aripii modelul unei grinzi n consol sub un sistem de

    for e repartizate rezultante " p", anume gc g a p p p p (A-13,a)

    i un sistem de for e concentrate " N k ", n cazul de fa T M MT N N N (A-13,b)

    Convenia de semne + pentru "mrimile secionale" este cea uzual (s-a indicat pe figur pentru seciunea "din stnga"...).

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    9/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 9

    k

    Figura A-6Aripa dreapt - Schema general de nc rcare

    For ele interioare - aici for a t ietoare T z respectivmomentul ncovoietor M x - se determin cala bara n consol, pornind din captul liber prin " integrare " (sau " sumare"...). Expresiile compactesunt cele de mai jos

    def! b b

    z k y y

    T y p dy N ( )b b

    a g gc y y

    p p p dy N (A-14,a)

    (A-14,b) def!

    ...b

    x z

    y

    M y T y dy

    Observa ii.1) Pentru aplicaii numerice se vaine seama deinterpretarea geometric a integralei definite

    ca arie de sub curb... n formula de mai sus simbolul " ...b

    y

    " semnific faptul c suma include

    toate for ele concentrate existenten intervalul [ y b] i care se sumeaz algebric pe direcia T ... z 2) Toate cele spuse despre sarcini repartizate se neleg pentru aripan prezen a fuzelajului

    (corecii pentru interferena arip-fuzelaj sunt sugerate pe desen...). Mai departe, evaluarea for elorinterioare are sens pn la flancul fuzelajului (seciunea y0 pe desen) - considerat seciune de

    ncastrare . Totui, pentru verificarea calculului, se poate extinde evaluarea pn n planul desimetrie al avionului - solicitrile pe zona respectiv fiind desigur pur informative (vezi mai jos...).

    Formule de calcul simplificateEvaluri simple de ordine de mrime permit utilizarea unor formule de calcul simplificate;

    astfel, n relaiile generale de mai sus se rein numai termenii dominani i rezult expresiile simple

    2 ( ) ( )cos sin ( )2 2a

    N a a a N a

    P c y Cz yC y Cz Cx Cz p V c y C y

    b C CMG z

    (A-15)

    respectiv( )( cos 'sin )

    2

    a N a a g N a a

    G c yn n n n p n g n g n

    b CMG

    (A-16,a)

    M N n G , etc... (A-16,b)Cu alte cuvinte, solicitarea normal pe arip este determinat n principal de portan i de

    factorul de sarcin propriu-zis din evoluie...

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    10/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 10

    Figura A-7Solicitarea normal pe arip

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    11/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 11

    5.3 Solicitarea "tangen ial " , x z T M For ele din planul corzilor determin o solicitare "secundar " de ncovoiere/forfecare

    n planul aripii; calculele sunt absolut analoage...

    5.4 Torsiunea aripii t - figura A-8 Definim momentul de torsiune n raport cuaxa elastic (preliminat!) For ele repartizate induc un moment de torsiunerepartizat - vezii figura anterioar A-2;

    pentru evaluare vom reine doar efectul componentelor normale la planul corzilor, aadar scriem ymaa paa paa p ym F CE CGc gcCE CG g F CE at mm N

    unde, cu "a ..." s-au notat distanele fa de bordul de atac (convenie uzual la profile...).De regul n proiecte se folosesc distanele adimensionalizate la coarda local , adic

    ycaa ...]m...[ Rezult expresiile de calcul evidente (convenia de semn este cea natural: un moment de

    torsiune este pozitiv dac ridic bordul de atac...): [ ]t a CE F g CG CE gc CGc CE m y p a a p a a p a a c y ( ) (A-17,a) F m y

    2 22 F F m y V c y Cm (A-17,b)

    n care apar sarcinile repartizate descrise mai nainte... precumi coeficientul de moment al profiluluin focar F Cm .

    For ele concentrate . n seciunile n cauz, acestea induc momente de r sucireconcentrate.n exemplul de calcul avut n vedere n acest text este vorba de contribuia motoruluii a

    trenului de aterizare; momentul se evalueaz n raport cucentrul elastic local ; se calculeaz desigur"algebric", de pild cu datele din figura A-2 scriem

    T M M M M T t N d T h T h (A-18,a)

    sau, cu simplificrile uzuale 'T M M M M T t nG d n G h T h (A-18,b) Momentul de torsiune se calculeaz ca n Rezistena materialelor... (figura A-8)

    Figura A-8Momentul de torsiune

    HERE Du-23-V-2010! GSD !

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    12/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 12

    FOR E pe ARIP - SOLICIT RI< Aripi n s geat >

    1*. Modelul de calcul Principii generale. n prim aproximaie, o arip n sgeat de alungire "suficient de mare"

    se trateaz ca o arip dreapt pus oblic n curent . Particulariti majore de calcul n legtur custructura apar la zona de jonciune cu fuzelajul...

    Calculul sarcinilor se face prin urmare analog cu cazul aripii drepte; deosebirile sunt:a) Distribuia for elor aerodinamice n anvergur se d n teorie n funcie de unghiul de

    sgeat la linia "sfert de coard" ( 1/4C)... b) Repartiia sarcinilori toate solicitrile se calculeaz pe aripa oblic, definit n continuare

    prin unghiul de sgeat la "axa elastic" (postulat!) e notat n continuare " " puri simplu...

    Pentru ilustrare se va face referire la un avion tipic - figura A-9

    Figura A-9Avionul n trei vederi (B 707)

    2*. Desenul de lucru al aripii - vezi figurile A-10 / A-11 / A-12

    3*. Cazul (cazurile) de calcul ...

    4*. For e pe arip Formulele sunt...

    5*. Solicit ri - vezi figurile A-13i A-14...

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    13/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 13

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    14/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 14

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    15/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 15

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    16/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 16

    Figura A-10Aripa n s geat - For e

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    17/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 17

    Figura A-11Aripa n s geat - For e

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    18/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 18

    Figura A-12Aripa n s geat - For e

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    19/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 19

    Figura A-13Aripa n s geat - Solicit ri: T z / M x

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    20/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 20

    Figura A-14Aripa n s geat - Solicit ri: M t

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    21/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 21

    ANEXAReparti ia portan ei pe arip

    [Versiune ad ugit ...Jy/Au-10]Textul de mai jos are drept obiect prezentarea a unor procedee practice

    de determinare a distribu iei portan ei pe aripi drepte sau n s geat n regim subsonic incompresibil i compresibil

    I - Regim incompresibil - Metoda Schrenck

    I.1 Introducere. Teoria lui Prandtl

    22

    2 2

    o

    e

    C S r CMG

    C l

    l l

    S CMG

    Se consider o arip dreapt - figura A-1 - cu definiiile cunoscute

    (A-1)

    2l

    Circula ia pe arip este soluia ecuaiei integro-difereniale a lui Prandtl

    02 ( ) 1( )

    ( ) 4

    l

    l

    y d y

    U c y a d yd

    respectiv 01( ) ( )

    2 4

    l

    l

    c d y a U y

    d yd

    (A-2)

    n care ( ) y reprezint inciden a local n raport cuapn a profilului (cua0 s-a notat panta local acoeficientului de portan, etc...).

    y ,

    x

    y

    (y )

    C 0C e

    d d

    d

    Fig. A-1 Aripa dreapt ...Geometrie Teoria liniei portante

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    22/28

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    23/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 23

    I.3 Aripi oarecare (poligonale...) - Metoda Schrenck Pentru aripi de form n plan oarecare determinarea circulaiei se face plecnd de la

    ecuaia lui Prandtl ; problema este clasic i nu se va mai discuta aici... Metoda Schrenck * ) este mai degrab un procedeu bazat pe o observaie direct; se

    formuleaz astfel: cu suficient de bun aproxima ie, reparti ia de portan pentru o arip dat de form n plan oarecare se poate lua ca medie aritmetic ntre o distribu ie propor ional cucoarda i una corespunznd unei aripi eliptice fictive de aceea i suprafa i anvergur (deci deaceea i alungire ) ca aripa real .

    Notm S , ,2l CMG , , r , etc... parametrii geometrici ai aripii date, cu definiiile din (A-1).ntr-o reprezentare adimensional, procedeulSchrenck se scrie compact astfel:

    ( ) 1 ( ) ( )2a aSchrenck geometric eliptic

    c Cz y c Cz y c Cz yCMG Cz CMG Cz CMG Cz a

    (A-6)

    Observa ie. La aripa eliptic avem ferm ( ) ! aCz y const Cz , prin urmare distribuiarespectiv (termenul al doilea) este eliptic, la fel ca i coarda. Termenul "geometric" (primultermen) este luat de asemenea propor ional cu coarda aripii reale, prin urmare implic aceeaiaproximaie Cz ...( ) ! a y const Cz

    Construc ie. Aripa eliptic "echivalent" rezult din definiie cu relaii geometriceelementare... Procedeul este ilustrat pe figura A-3. Valorile sunt n bun acord cu datele din manualelde proiectare...

    Not . Un inconvenient al procedeului este acela c - pentru o arip trapezoidal - distribuiasimplificat violeaz condiia teoretic de anulare a circulaiei - i deci a portanei - la extremitilearipii; influena acestei erori este foarte mic i poate fi eliminat complet impunnd "for at" condiiamenionat...

    -1 -0.5 0 0.5 1

    -0.4

    -0.2

    0

    0.2

    -1 -0.5 0 0.5 10

    0.5

    1

    1.5IP-Metoda SCHRENCK ... lam = 6 | r = 3 [ C(y)*Cz(y)/Cza*CMG] ... Cza = 1

    y/b

    C ( y ) * C z ( y ) / C z a * C M G

    4/pi

    Cz y)/Cza

    Figura A-3Metoda Schrenck ( = 6 , r = 3)[ c(y) Cz(y) / CMG Cz a ]

    Aripa real (trapezoidal )Aripa eliptic echivalent Distribu ia SchrenckFunc ia Cz(y) / Cz a

    0

    0

    2 not! 20 0

    2

    Aripa eliptica

    2

    2 4

    ( ) 1 1

    ( ) 4 1a

    C S l

    C S CMG

    l

    yc y C C

    l c Cz y

    CMG Cz

    *) Schrenck, O . - A Simple Approximation Method for Obtaining the Spanwise Lift Distribution, NACA TM 948, 1940(Articol citat n Peery )

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    24/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 24

    II - Regim incompresibil/compresibil - Metoda Diederich

    Se consider o arip n regim subsonic Metoda: Diederich *) [1952] cf.Torenbeek ... - Variant simplificat!... Aplicabilitate: Aripi drepte sau n s geat , cu sau f r torsiune , care au linia focarelor

    dreapt , n regim subsonic subcritic ... Formula de calcul (aripinetorsionate !) :

    def ! def ! 21 2 3

    ( ) ( ) ( ) 4( ) 1 " "aa

    y Cz c c L C C C

    b Cz CMG CMG

    f (A-7)

    2

    def!1/ 4

    1tantan C

    M

    Figura A-4C 1 , C 2 , C 3

    Figura A-5Func ia "f"

    *) F. W. Diederich - A simple approximate method for calculating spanwise lift distributions and aerodynamic influencecoefficients at subsonic speed, NACA TN 2751, 1952 - Articol citat nTorenbeek

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    25/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 25

    O verificare: Pentru o arip dreapt n incompresibil 1/ 40 , 0C M expresia lui

    " f " esteeliptic , anume 24" " 1 f

    , i formula devine

    2

    1 2 3

    ( ) 4( ) 1a

    c L C C C

    CMG

    (A-8)

    Mai departe, din , cu aproximaia1 2 3 1C C C 1 2 3 1/ 2C C C se obine21 ( ) 4 1

    2ac

    LCMG

    (A-9)

    adic binecunoscuta "formul" a luiSchrenk (vezi mai sus): "distribuia portanei pe arip se poatelua ca omedie ntre o repartiie n legea corzilor i o repartiie eliptic pe o arip fictiv de aceeaialungire"...

    Pentru curbele de mai sus se pot lua urmtoarele reprezentri analitice (construite princitire de pe diagramele dinTorenbeek cu precizia de dou zecimale); dup cum se vede, curbele"seamn" destul de bine cu cele din imaginile scanate...

    "x" 0 2 4 6 8 10 12 14C 1 0 0.11 0.21 0.31 0.4 0.47 0.53 0.58C 2 1 0.79 0.6 0.42 0.27 0.16 0.08 0.02C 3 0 0.1 0.19 0.27 0.33 0.37 0.39 0.4C 4 0 0.16 0.3 0.41 0,5 0.57 0.62 0.65

    0 2 4 6 8 10 12 140

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    "x"=2*pi*lam/[CLa*cos(hi_0.25)]

    C 1 / C 2 / C 3 /

    . . . /

    C 4

    DEF: C1+C2+C3=1

    C2

    C1

    C3

    C4

    IP_TOR[D&B]: C1/C2/C3...C4_by "interp1"_meth=spline

    0 2 4 6 8 10 12 140

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    "x"=2*pi*lam/[CLa*cos(hi_0.25)]

    C 1 / C 2 / C 3 /

    . . . /

    C 4

    DEF: C1+C2+C3=1

    C2

    C1

    C3

    C4

    IP_TOR[D&B]: C1/C2/C3...C4_by "interp1"_meth=spline

    0 2 4 6 8 10 12 140

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    "x"=2*pi*lam/[CLa*cos(hi_0.25)]

    C 1 / C 2 / C 3 /

    . . . /

    C 4

    DEF: C1 +C2+C3=1

    C2

    C1

    C3

    C4

    IP_TOR[D&B]: C1/C2/C3...C4_by "interp1"_meth=spline

    Figura A-4-bis

    C 1 , C 2 , C 3

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    26/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 26

    = y/b 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1 = 45

    0 2.14 2.08 1.92 1.67 1.38 1.09 0.76 0.44 0.12 -0.23 -0.6 = 30

    0 1.8 1.76 1.68 1.54 1.34 1.12 0.88 0.60 0.30 -0.01 -0.32

    = 00 4/

    = 1.27321.26 1.24 1.22 1.17 1.11 1.02 0.92 0.76 0.50 0

    = + 300

    0.89 0.98 1.11 1.21 1.27 1.26 1.20 1.08 0.90 0.52 -0.10 = + 45

    0 0.65 0.82 1.02 1.19 1.29 1.30 1.27 1.17 0.97 0.58 -0.07

    "f"

    = + 600 0.53 0.72 0.94 1.13 1.28 1.32 1.30 1.22 1.03 0.65 -0.04

    Surse bibliografice

    [Peery ] - Peery , David J . - Aircraft Structures, McGraw-Hill Book Company, NY, ... , 1950

    [Torenbeek ] - Torenbeek , Egbert - Synthesis of Subsonic Airplane Design, Delft UniversityPress, 1976

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    = y /b

    f

    Func ia f ( , )

    = - 45 Figura A-5-bisFunc ia "f"

    - 30

    0

    +30

    +45

    +60

    14

    def!

    2

    tantan

    1

    C

    M

    14

    def!

    2

    tantan

    1

    C

    M

    14

    def!

    2

    tantan

    1

    C

    M

    Figura A-5-bis - Func ia " f " (analitic)Sursa: Torenbeek

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    27/28

    IP 09/05/2011 [09:45] C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA A - 27

    Un exemplu de calcul Pentru ilustrare se prezint calculul pentru aripa avionului de referin (B-707). Datele

    geometrice sunt preluate din descrierea tehnic sauestimate...

    Exemplu

  • 8/10/2019 Constructia structurilor aerospatiale

    28/28

    IP 09/05/2011 [09:45] A -C[P]SA...[TC+PR] [A] - PROIECT ARIPA 28

    Exemplu