10.12. Расчет нервюр на прочность

Воздушные нагрузки, передаваемые от обшивки на нервюру, и нагрузки, приложенные к усиленной нервюре, действуют в плоскости нервюры и стремятся сдвинуть (по вертикали) и повернуть ее относительно балки крыла (рис. 10.33).

а

б

в

г

Рис. 10.33. Конструкции нормальных и усиленных нервюр:

а – балочная штампованная; б – балочная с поясами на межлонжеронной части; в – балочная усиленная; г – рамная (поясная): 1 – стрингер; 2 – зиг; 3, 5, 7 – пояса нервюры;

4, 8 – компенсаторы; 6 – стенка нервюры

Нервюра уравновешивается силами, действующими со стороны стенок и обшивки на соединительные элементы, крепящие к ним нервюру, при этом:

1. воздушные нагрузки передаются на нервюру в виде сил, нормальных к поверхности обшивки; обшивка, нагруженная разрежением, заставляет работать на растяжение заклепки, крепящие ее к полке нервюры;

2. нагрузки на нервюру образуют силу и момент, вызывающие сдвиг и поворот нервюры за счет деформации обшивки, стенок и соединительных элементов, которыми крепится к ним нервюра, за центр поворота считается ЦЖ того сечения крыла, около которого стоит нервюра;

3. уравновешивающие нервюру реакции обшивки и стенок действуют по направлению их наибольшей жесткости, т. е. по касательным к контуру образованного ими кессона;

4) заклепки, крепящие к ним нервюру, работают на срез.

Расчет прочности. Основной нагрузкой для расчета нормальной нервюры является воздушная нагрузка, передающаяся с полосы крыла шириной, равной шагу нервюр . Равнодействующая воздушной нагрузки на нервюру равна (рис. 10.34)

,

где – значение погонной воздушной нагрузки (распределенной по размаху крыла) у рассматриваемой нервюры.

ЦД

ЦЖ

Рис. 10.34. Нагрузка, уравновешивание и работа

на сдвиг и изгиб нормальной нервюры

При расчете усиленных нервюр воздушная нагрузка учитывается так же, как для нормальных, но основными для них являются те нагрузки, для восприятия которых они специально поставлены (от узлов крепления шасси, двигателей или от силовых элементов крыла). Нагрузки определяются исходя из опирания этих конструкций на рассчитываемую нервюру.

При расчете нервюр разгрузка их массовыми силами конструкции не учитывается.

Дальнейшая последовательность расчета является общей для нормальных и усиленных нервюр. Рассмотрим ее на примере нормальной нервюры, на которую действует воздушная нагрузка .

Все три участка нервюры соединены между собой, и нервюра рассматривается как одно целое. Нервюра рассматривается как балка, опирающаяся по контуру на обшивку и стенки лонжеронов.

Нагрузка на нервюру вводится в виде , приложенной в ЦЖ сечения балки крыла в том месте, где стоит нервюра, и вращающего нервюру относительно ЦЖ моментом (от а). Сила и момент представляют добавки поперечной силы и крутящего момента крыла, создаваемые нервюрой (см. рис. 10.34).

Уравновешивающие нервюру реактивные потоки касательных сил определяются как

,

где – нагрузка на стенку i-го лонжерона от силы ; – момент инерции i-го лонжерона; – суммарная площадь контуров носовой и межлонжеронной части сечения.

Поток в стенке переднего лонжерона и в обшивке хвостовой части сечения примерно принимается равными 0.

Для построения эпюр и нервюры она нагружается нагрузкой равновеликой и распределенной в соответствии с диаграммой распределения давления по хорде крыла (см. рис. 10.34).

По значениям эпюр и проверяется на прочность стенка и пояса нервюры так же, как соответствующие элементы лонжерона.

Особенности конструкции и работы нервюр корневой части стреловидного крыла. В стреловидных крыльях лонжеронной силовой схемы для передачи крутящего момента с отъемной части крыла на центроплан необходима корневая усиленная нервюра (рис. 10.35, 10.36). Основной нагрузкой для корневой нервюры является крыла. Он снимается нервюрой с обшивки через заклепочный шов и в виде пары сил передается на узлы 2 и 3 (рис. 10.36, а). На рис. 10.35 показан поток касательных сил от , уравновешивающий реакции и вид эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

Значение поперечной силы Q и для сечений нервюры на участке между лонжеронами определяются как

,

где – высота нервюры в сечении с координатой х; – площадь участка контура нервюры от до сечения; – высота нервюры у второго лонжерона. Поток касательных q_Мкр принимается постоянным по контуру нервюры, а в стенке переднего лонжерона – равным 0.

Рис. 10.35. Нагружение и работа корневой усиленной нервюры

стреловидного крыла лонжеронной силовой схемы

При отсутствии корневой нервюры усилия обшивки передаются на бортовую нервюру и вызывают ее нагружение как силами, лежащими в плоскости нервюры, так и силами, направленными по нормали к ней. Это недопустимо в крыле лонжеронной схемы, где обшивка заканчивается у бортовой нервюры, так как силы, нормальные к плоскости нервюры, будут изгибать ее в плоскости наименьшей жесткости.

В моноблочном крыле силы, нормальные к плоскости бортовой нервюры, передаются на продолжение кессона крыла, проходящего через фюзеляж.

Излом продольных силовых элементов стреловидного крыла в большинстве случаев происходит у борта фюзеляжа. В связи с этим лонжеронов крыла у излома нагружают сосредоточенными моментами не только лонжероны фюзеляжной части крыла, но и бортовую нервюру.

В узлах 1 и 2 происходит разложение векторов изгибающих моментов лонжеронов и (рис. 10.36, а).

Моменты и воспринимаются лонжеронами фюзеляжной части крыла. Моменты и нагружают бортовую нервюру 1–2, рис. 10.36, а.

а б

Рис. 10.36. Нагружение и работа бортовой усиленной нервюры

стреловидного крыла лонжеронной силовой схемы:

а – разложение векторов; б – схема нагружения

Из схемы нагружения (рис. 10.36, б) видно, что большие усилия и в сечениях бортовой нервюры требуют утолщения ее стенки и мощных поясов, приближающихся (при большой стреловидности ) по своим сечениям к стенке и поясам лонжеронов фюзеляжной части крыла.

Таким образом, основное назначение крыла – создание необходимой для полета подъемной силы. Кроме того, оно обеспечивает поперечную устойчивость самолета и может быть использовано для размещения силовой установки, топливных баков, шасси, оборудования и т. п. От размеров, формы и расположения крыла относительно других частей самолета в большой степени зависят летные характеристики самолета.