Анализ напряженно-деформированного состояния руля высоты самолета C-130J Super Hercules

Abstract

Эффективность самолета в значительной степени зависит от его конструкции и материалов, из которых он состоит. Одним из важнейших агрегатов самолета является руль высоты, представляющий собой аэродинамический руль, позволяющий летательному аппарату вращаться вокруг поперечной оси, то есть изменять угол тангажа. Высота руля влияет на высоту, скорость и траекторию полета, поэтому при его проектировании и производстве необходимо учитывать такие факторы, как вес, сопротивление и форма. В этой работе был проанализирован и изучен эффект использования различных материалов для изготовления руль высоты самолета C-130J Super Hercules, особенно композитных материалов, которые образуются путем объединения двух или более материалов для достижения комбинации свойств, которые невозможно получить в исходных материалах. Композитная структура состоит из ламинатов, уложенных друг на друга с разными углами ориентации волокон. Ожидается, что использование композитных материалов в рулевой колонке повысит эффективность самолета с точки зрения экономии топлива, пассажирских или грузовых перевозок и долговечности. Хотя использование композиционных материалов минимизирует вес конструкции, стоимость изготовления увеличивается, что является одним из его недостатков. Цель работы является сравнение напряженно-деформированного состояния руль высоты самолета C-130J Super Hercules с использованием алюминия 1424 и композитных материалов Кевлар49/эпоксидная смола и Т300/5208 в обшивке и нервюры. Для каждого материала выполняется анализ методом конечных элементов и оценивается поведение высоты руля под нагрузкой. Изучается взаимосвязь между сопротивлением и весом материалов и определяется, какой из них наиболее подходит для высоты руля.

La eficacia de una aeronave depende en gran medida de su diseño y de los materiales que la componen. Una de las unidades más importantes de la aeronave es el elevador, que es un timón aerodinámico que permite a la aeronave girar alrededor del eje transversal, es decir, cambiar el ángulo de cabeceo. La altura del timón afecta a la altitud, la velocidad y la trayectoria del timón, por lo que hay que tener en cuenta factores como el peso, la resistencia y la forma a la hora de diseñarlo y fabricarlo. En este trabajo se analizó y estudió el efecto del uso de diferentes materiales para la fabricación del elevador de aviones C-130J Super Hercules, especialmente los materiales compuestos que se forman mediante la combinación de dos o más materiales para lograr una combinación de propiedades que no se pueden obtener en los materiales originales. La estructura compuesta consiste en laminados apilados uno encima del otro con diferentes ángulos de orientación de la fibra. Se espera que el uso de materiales compuestos en la columna de dirección mejore la eficiencia de la aeronave en términos de economía de combustible, tráfico de pasajeros o carga y durabilidad. Aunque el uso de materiales compuestos minimiza el peso de la estructura, el coste de fabricación aumenta, lo cual es uno de sus inconvenientes. El objetivo del trabajo es comparar el estado de tensión-deformación del ascensor C-130J Super Hercules utilizando aluminio 1424 y resina epoxi Kevlar49/ y materiales compuestos T300/5208 en la piel y las costillas. Para cada material, se realiza un análisis de elementos finitos y se evalúa el comportamiento de la altura del timón bajo carga. Se estudia la relación entre la resistencia y el peso de los materiales y se determina cuál es el más adecuado para la altura del timón.