Piper Cub и Supercub в Украине.

[Denis]

Большинство стержней в ферме КАБа длинее 40 диаметров. Это значит, что сигма текучести уже уступает свою значимость модулю упрогости, а он у углеродистых сталей мало отличается от хромомолибденовой. Ферма, сваренная целиком из стали 1025 применялась на самолетах E-2 J-2 и J-3, полетный вес которых постепенно дорос до 1220 фунтов  = 554кг (J3C-65).
Уже после войны на суперкабе отдельные стержни фермы стали делать из 4140 и внесли (начиная с РА-11) изменения в конструкцию пердней части фюзеляжа. Но полетны йвес рА-18 был сначала 680 (с 85-108 сильными моторами), а потом дорос до 795кг с 150-сильным О-320.
В процессе дальнейшего развития конструкции самолета РА-18 хвостовая балка была усилена размельчением секций, добавив промежуточные рамки (из очень тонкой трубы) и соответствующие диагонали, в наиболее напряженных секциях разбили длину стержней пополам, сохранив только частичное применение стали 4130.

Сейчас взлетный вес составляет 1044кг с мотором О-360 и ферма целиком из 4130.

Даже на такую нафаршированную ферму идет 34 кг труб, а весь фюзеляж без обтяжки весит в среднем 45кг. Увеличение массы фермы по сравению с J-3C65 можно оценить в всего несколько кг. Основная часть труб имеет толщину стенки 0.9мм. Если заменить их на доступную Ст.20 1мм, то масса фермы взрастет примерно на 3 кг, а увеличение сечений перкроет небольшое снижение модуля Е. Если самолет буде весить более 600кг нужно однозначно провести контрольный расчет напряжений в критических местах и использовать ферму Ра-18, рабочий чертеж которой есть на www.supercubproject.com.
 Интересно, что планер самолета J-3C65 (военный L-4) крайних серий весил 179кг, в том числе на полотняную обшивку с пропиткой приходилось 34кг. Секонайт дает снижение веса обшивки на 10-12кг. Планер нынешнего среднего условно - двухместного СЛАс Ротаксом 912 обычно бывает существенно тяжелее.
 
 

[meglin]

особых проблем с восприятием сжатия-растяжения нет. Растяжение всегда с запасом, по чистому сжатию тоже обычно проблем нет, а если они и есть, то ловятся быстро.
Но есть изгибы, кручения в зонах локальных нагрузок, значительно усложняющие картину нагружения стержней фермы. Вот там становятся важными и предел прочности, и предел текучести.
В любом случае придется предоставлять прочностной отчет с определенными напряжениями, а 3D-программы сейчас очень неплохо ловят эти скачки. Думаю, статнагружение их вполне подтвердит.

[meglin]

Друзья, обозначение Ст. не относится к стали 20. Она к сожалению, так и обозначается - 20. Без всяких Ст.
Ну и еще. Вероятно, у фирмы Пайпер были возможности качественно продуть самолет и определить аэродинамические к-ты на оперении при различных углах и отклонениях. Поэтому была возможность определить истинные нагрузки на оперение. Если они известны - хорошо. Если нет - то приходится вынужденно применять косвенные способы определения нагрузок, что приводит вероятно к повышенным нагрузкам.

[Denis]

У фирмы Пайпер а до того Тейлор долго не было возможности что-либо как-либо дуть. Кларенс Тейлор мог пользоваться только рекомнндательными материалами авиационной администрации и некоторыми материалами исследований НАСА. Статические испытания проводили уже параллельно серийному призводству, в процессе доводки и совершенствования.     

[meglin]

В общем выяснилось, что критическимитаки являются не сжатие и растяжение, а всякие неприятные скачки вследствие нарушения чистой работы фермы и разных эксцентриситетов. Появляютс изгибы, кручения и прочая бякость. Поэтому опять - Ее величество сигма временное, Его величество предел текучести... И - Ее хромоногость сталь 20. Вернее, все решается, но с массовыми издержками.

[Denis]

В общем выяснилось, что критическимитаки являются не сжатие и растяжение, а всякие неприятные скачки вследствие нарушения чистой работы фермы и разных эксцентриситетов. Появляютс изгибы, кручения и прочая бякость. Поэтому опять - Ее величество сигма временное, Его величество предел текучести... И - Ее хромоногость сталь 20. Вернее, все решается, но с массовыми издержками.

Выясняйте дальше.

[meglin]

Каб не моделировали еще.

[Denis]

И не надо, если умозрительно не понимаете, как работают такие конструкции и рассказываете небылицы про изгибы, кручения и прочую бякость.

[Andreas]

Денис, а твое мнение по поводу нержавейки с s 500-520?

[meglin]

И не надо, если умозрительно не понимаете, как работают такие конструкции и рассказываете небылицы про изгибы, кручения и прочую бякость.

Я бы с удовольствием - умозрительно - так ведь не все верят... Увы, не из идеальных стержней ферма состоит, и не на шарнирах соединена.
Буду рад ошибиться. Еще раз подчеркну - малейшие эксцентриситеты при высоком уровне сосредоточенных нагрузок вызывают очень серьезные сосредоточенные моменты, которые берутся увы, этими же трубочками, которые изгиб очень не любят.

[Анатолий]

Володя, скажите почему такое пристальное внимание к раме Кэба? Ведь насколько я знаю, случаев разрушения не было.

[meglin]

Нет, абсолютно никакого... Просто заметил, как легко тут советуют замены сталей, приводя всего лишь умозрительные заключения.
Учитывая, что все наши копии получаются тяжелее, их придется пересчитывать и доказывать.  Кое с чем пришлось столкнуться и мне - вот и делюсь опытом. Если тут поделится и Сергей Николаевич Рябиков, строивший фермы Т-10-го, или еще кто, просчитывавший и подтвердивший тензометрией свои расчеты, или хотя бы любой МКЭ-шной системой - с удовольствием прислушаюсь. А ведь Сергей Николаевич много чего интересного нащупал, да и снимки очень интересные выкладывал, который дай Бог, смогут кого-то предостеречь.
А какие случаи разрушения имеются ввиду? Надо, чтобы ферма в воздухе что ли лопнула - для доходчивости? До этого, надеюсь, не дойдет. Просто если треснет в эксплуатации - не удивляйтесь. Заварите - треснет опять, несмотря на всю свою пластичность. Вот это и есть - оно.
Не хотелось бы, чтобы люди на грабли наступали - вот и все.

[Анатолий]

Не думаю, что наши копии получались тяжелее, по объективным причинам. Думаю, что проблема даже не в том, что тяжело подобрать точный аналог взаимоотношения марки стали, диаметра, толщины стенки. Мне кажется, что если бы задались целью, сделать по весу и по прочности, точный аналог, то сделали бы. Я например знаю точно что специалистов по сварке, которые качественно варят трубы тоньше 1мм, на Украине не так и много. А если на это наложить желание сделать запас по прочности, то вот и результат.
А то, что у Кэба, от времени, коррозия ферму съедала, так это говорит только в пользу самолета. Все таки, я за малоуглеродистую нержавейку, пускай и ценой утяжеления.

[Denis]

Я езе раз напомню. что перход с 0.9мм на 1мм толщины стенки труб при сохранении наружного диаметра утяжеляет ферму Каба на 3кг. Соответствующее увеличение сечений перекрывает возможное понижение модуля упругости. Это есть хорошо. Слишком большая пластичность нержавейки - плохо. Она уже такова, что коэфффициент безопасности 1.5 будет недостаточен для избежания остаточных деформаций в пределах эксплуатационных перегрузок. Результат будет утяжеление гораздо боллее, чем на 3кг. Поэтому я против нержавеющей стали. Обычные методы защиты от коррозии стальных ферм успешно доказывают свою состоятельность  в течение всей истории авиации.
 С овременные синтетические материалы позволяют уменьшить массу обшивки Каба на 10-15кг по сравнению с полотном на эмалите. Следующий значительный резерв экономии массы - шасси. У J3 крайних серий основное шасси весило 29кг, в основном за счет тяжелых колес. Сейчас это будет менее 25кг. В результате без особого труда масса планера реплики J3 может быть получена ниже 160кг, что значительно легче, чем у нынешних псевдо-50кг СЛА. При этом полетная масса по условиям прочности будет допустима 560-590кг.
 Еще одно замечание по работе стержней фермы. Внецентровое сжатие в сварных кластерах грамотно изготовленной фермы не допускается. Трубы в узле всегда составлены так, что их оси сходятся в одной точке. В нескольких местах фермы Каба есть отступленгия от этого правила, связанные с компоновочными соображениями. Однако, значительного изгибающего момента там нет. Например, это относится к узл навески заднего лонжерона стабилизатора, кторый смещен вперед относительно килевой трубы. основная составляющая силы реакции в этом месте - сжатие. Значительной проблемой этой фермы является тандемная кабина, которая сильно ослаблена дверным проемом и смешенной назад поперчиной в спинке заднего сиденья. Это ослабление скомпенсировано соостветсвующим выбором сечений труб и дополнительными связями вокруг кабины. Также тандемная компоновка  привела к избыточной высоте фюзеляжа. Цена вопроса - порядка 5кг дополнительного веса, 300мм лишней длины фюзеляжа и 1-2 м2 лишней омываемой поверхности. Аналогичный самолет  с рядной компоновкой кабины былы бы намного гармоничнее.

[Анатолий]

Денис писал: «Слишком большая пластичность нержавейки - плохо». Это все равно, что говорить, что сучки в древесине – плохо. Так может писать человек, никогда не державший в руках, образцы нескольких марок, легированных сталей. Не говоря уже о справочниках по легированным сталям.

Денис писал: «Значительной проблемой этой фермы является тандемная кабина, ……
Цена вопроса - порядка 5кг дополнительного веса, 300мм лишней длины фюзеляжа и 1-2 м2 лишней омываемой поверхности. Аналогичный самолет  с рядной компоновкой кабины была бы намного гармоничнее». Так может писать человек, совершенно не понимающий, что такое лобовое сопротивление, и каким последствиям оно приводит. А это и снижение планерных качеств, и уменьшение крейсерской скорости, и дополнительный расход горючего. Что в свою очередь влияет на объем топливных баков и увеличение веса, либо на снижение дальности полета.

[Тэги:]

Украинский авиационный форум > Форум > Легкая авиация > Самодеятельное самолетостроение > Тема: Piper Cub и Supercub в Украине.