Тарасов Ю.Л. Расчет на прочность

£ > 0

ц м

Рисунок 5.3 - Схема уравновешивания самолета при действии на оперение второй маневренной нагрузки д р> = />'

5.3 Уравновеш ивание самолета в плоскости, перпендикулярной

плоскости симметрии самолета

Нагрузки в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии, создаю т несимметричное нагружение самолета и фюзеляжа.

Несимметричным нагружение будет при действии нагрузок на вертикальном оперении, при одновременном нагружении горизонталь­ ного и вертикального оперения, при посадке с боковым ударом.

У равновеш ивание самолета в этих случаях проводится так же. как и при действии сил в вертикальной плоскости (плоскости симмет­ рии самолета). Равновесие достигается приложением массовых сил поступательного и вращ ательного движения. Допустимые упрощения приводятся в Н орм ах прочности.

80

5.4 Построение эпюр перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов для фюзеляжа

П ри построении эпю р перерезывающ их сил, изгибающих и крутящих моментов предлагается учесть действие сосредоточенных массовых сил от грузов или агрегатов, расположенных в фюзеляже и распределенных нагрузок от массы конструкции фюзеляжа. Расчетное значение массовых сил находится по известным перегрузкам п’ в /

сечениях или точках фюзеляжа:

здесь щ - масса груза или агрегата, расположенного в i-ом сечении фюзеляжа.

Для простоты построения эпюр перерезывающих сил и изгиба­ ющих моментов распределенны е нагрузки от массы конструкции фюзеляжа заменим сосредоточенными силами. С этой целью разобьем фюзеляж на отсеки. Число отсеков разрешается принять равным числу грузов и агрегатов в фюзеляже.

Массу конструкции отсека фюзеляжа, заключенного между сече­ ниями I и II (рис. 5.46) и с центром масс в точке сечений г, можно опреде­ лить по формуле

т.

(5.25.2)

здесь щ - масса конструкции фюзеляжа; - площадь боковой проекции фюзеляжа;

S - площ адь боковой проекции г’-го отсека, заключенного между сечениями I и II.

Величины и S находятся по чертежу (рис. 5.4, а). Тогда массо­ вую силу, действующую в /-ом сечении фюзеляжа или приложенную к

где от, = тт+ тф1,

-значение перегрузки в /-ом сечении фюзеляжа.

Найденны е значения сил целесообразно представить в виде таблицы 5.5, которой следует воспользоваться и для построения эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов.

81

Расчетная схема сечения стрингерного отсека фюзеляжа кругового сечения показана на рис. 5.6. Принято в сечении фюзеляжа различать своды и боковины .

Л

Рисунок 5.4 - Схема нагружения фюзеляжа эпюры Qr и М 1’

83

Рисунок 5.5 - Схема нагружения хвостовой части фюзеляжа и эпюры

Q f , M l и M l

I

I

Рисунок 5.6 Сечение фюзеляжа и его расчетная (дискретная) схема

84

5.5.1 Определение толщины обшивки хвостовой части фюзеляжа

Толщ ина обшивки 8 боковин и сводов фюзеляжа в расчетном сечении определяется из соотношения

где - разрушающее касательное напряжение обшивки, принимаемое равным

где Г - расчетное погонное касательное усилие в боковинах или сводах фюзеляжа;

ст. - временное сопротивление материала обшивки.

Д ля определения расчетного погонного касательного усилия ограничимся рассмотрением следующих случаев нагружения фюзеляжа: действие наибольшей нагрузки на горизонтальное оперение, наибольшей нагрузки на вертикальное оперение, действие несимметричной нагрузки на горизонтальное оперение и одновременное нагружение горизонталь­ ного и вертикального оперения.

5.5.1.1 Погонные касательные силы в боковинах фюзеляжа

Погонные касательные силы в боковинах фюзеляжа при действии наибольшей нагрузки на горизонтальное оперение можно определить по формуле

(5.28)

Q y, M l - значения поперечной силы и изгибающего момента в расчет­ ном сечении фюзеляжа; У - угол конусности фюзеляжа при виде сбоку.

Для стрингерного отсека кругового сечения примем И - 0,8D, где D - диаметр фюзеляжа.

5.5.1.2 Погонные касательные силы в боковинах и сводах

При действии наибольшей силы на вертикальное оперение погон­ ные касательные силы в боковинах и сводах равны

Рр. ( , х Л , Pp h

5.5.2 Подбор элементов продольного набора

Стрингеры и лонжероны верхнего и нижнего сводов с присоеди­ ненной к ним обшивкой участвуют в работе фюзеляжа на общий изгиб. Стрингеры фюзеляжа при тонкой обшивке могут нагружаться еще и попе­ речной нагрузкой q от потерявшей устойчивость обшивки (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 - Схема нафужения стрингеров фюзеляжа при потере устойчивости обшивки

Так как фюзеляжи современных самолетов на большей части своей длины не имеют ярко выраженных лонжеронов, то, приняв все стрингеры одинаковыми, их сечение можно найти из соотношения

87

Здесь M .p -расчетное значение изгибаю щ его момента в рассмат­ риваем ом сечении фюзеляжа;

- разруш аю щ ее напряжение стрингера (его можно принять К );

Н= 0.8D - расстояние между центрами тяжести сводов;

т- количество стрингеров свода;

5 - толщ ина обшивки;

<ри, - редукционный коэффициент.

Значения редукционных коэффициентов для растянутой зоны сечения фюзеляжа можно взять из таблицы 2.2, приведенной выше.

П о найденному значению F подбирается тип и размеры про­ филя, площ адь сечения стрингера F^np и вычисляется от,, (местной или

общ ей потери устойчивости), после чего делается проверка сжатого свода на устойчивость:

Е - модуль упругости материала обшивки; R - радиус свода фюзеляжа.

Значения площадей поперечных сечений стрингеров для растя­ нутого свода, найденные из условия (5.35), при работе на общ ий изгиб будут окончательными, а для сжатого свода их необходимо уточнить с помощ ью условия (5.36).

Если неравенство (5.36) не выполняется, то следует увеличить либо толщ ину обш ивки, либо площадь стрингера.

Х арактеристики сечения стрингеров уточняются еще и с учетом их работы (рис. 5.7) в условиях продольно-поперечного изгиба при потерявш ей устойчивость обшивке. О бш ивка при этом покрывается гофрами, образую щ ие которых проходят под углом 45 градусов к оси стрингеров.

88

В этом случае

стрингера над ш пангоутом фюзеляжа (рис. 5.7 г);

,,,_ J x

п- - момент сопротивления сечения стрингера (рис. 5.7 д);

У2

<1стр = ^2 a S o6sin у - интенсивность поперечной нагрузки (рис. 5.7, а, б);

0 - угол заклю ченны й между плоскостями двух смежных панелей обшивки фюзеляжа (рис. 5.7 а).

Если условие (5.39) не выполняется, следует увеличить площадь, а следовательно и момент сопротивления элемента сечения стрингера,

т. е. Гг,lip и W.

5.6 Оценка прочности элементов сечения фюзеляжа

В заключение проводится оценка прочности элементов сечения фюзеляжа путем вычисления коэффициента избытка прочности:

( 5 - 4 0 )

Величина предельного изгибающего момента в сечении фюзеля­ жа определяется в соответствии с рис. 5.8 по формуле

по формуле (5.37), а для растянутой - из таблицы 2.2, приведенной выше.

89