3. Проектировочный расчет стенки лонжерона крыла

Опираясь на теоретический материал, изложенный в [2], определение основных геометрических параметров стенки с подкрепляющими ее стойками проводим в такой последовательности:

1. Находим положение центров тяжести верхнего и нижнего поясов. Расстояние между ними определяет эффективную высоту балки h_эф.

2. Определяем параметр нагрузки на балку .

3. По графической зависимости [2, стр. 49, рис. 5.4] находим τ_п – максимальное полезное напряжение сдвига, которое можно получить при данном параметре нагрузки в случае равнопрочной конструкции (стенка и стойки разрушаются одновременно).

4. По графической зависимости [2, стр. 49, рис. 5.5] определяем отношение, на основе которого определяем минимально потребную толщину стенки. При этом надо помнить, что [2, стр. 49, рис. 5.5] дает фактическую толщину стенки без учета допуска. Следует обратить особое внимание на то, что листы из материалов Д16Т и В95Т, используемые для изготовления стенок, выпускают с минусовыми допусками. Так, при номинальной толщине листа Д16Тл2,0 фактическая толщина листа может оказаться 1,83 мм. Такие издержки толщины не компенсируются повышенным по отношению к номиналу значением предела прочности σ_в листов. Испытания показывают, что листы Д16Т имеют предел прочности σ_в = 440 ÷ 450 МПа, что составляет в среднем +3,5% от номинального значения, равного 435 МПа, а проигрыш на толщине листа достигает 9%. Поэтому, определив по рис. 5.5 минимально потребную толщину стенки, следует выбрать по нормалям лист с учетом минусового допуска.

5. По графической зависимости [2, стр. 49, рис. 5.6] находим отношение , а по нему – оптимальный шаг, стоек.

6. По графической зависимости [2, стр. 50, рис. 5.7] определяем оптимальное значение относительной затраты материала стойки на стенку , а по ней – потребную минимальную площадь сечения стойки:

   ,

   (21)

7. По графической зависимости [2, стр. 50, рис. 5.8] находим оптимальное значение отношения толщины лапки стойки к толщине стенки и определяем потребное значение толщины лапки, прикрепленной к стенке δ_ст. Толщина полки стойки, перпендикулярной к стенке, должна быть .

8. Зная потребные площадь стойки F_ст и толщины ее полок , выбираем нормаль профиля. Как показывают расчеты и эксперименты для стенок, работающих на сдвиг, наиболее эффективны стойки уголкового сечения, например профили типа Д16Т Пр111 или Д16Т Пр100. Если стенка работает в условиях давления со стороны топлива, то, очевидно, вначале необходимо определить потребный момент инерции стойки, а потом выбрать окончательно необходимую нормаль. Нормализованные профили, используемые для стоек в стенках лонжеронов, а также их механические характеристики представлены в [2, табл. П1 -П8]. Заметим, что на выбор типа профиля влияют также технологические конструктивные и другие требования.

9. После того, как окончательно выбрана нормаль стойки, следует определить фактический шаг стоек:

,

(22)

Такой выбор параметров балки обеспечивает стойку с приемлемым моментом инерции. Для исключения возможности выбора стойки с заниженным моментом инерции следует пользоваться графиком [2, стр. 50, рис. 5.9, на котором показана приблизительная зависимость отношения эффективной высоты стенки к радиусу инерции стойки от коэффициента напряженности. Как отмечалось ранее, приведенные зависимости для определения толщины стенки и параметров стойки получены из условия, что стенка и стойка разрушаются одновременно. Однако в ряде случаев, учитывая комплекс конструктивных и технологических ограничений, приходится использовать (в особенности в концевых сечениях лонжеронов, в слабо нагруженных нервюрах, т.е. при малой величине коэффициента напряженности ) стойки с увеличенной площадью . Следовательно, возникает необходимость оптимизировать соотношение . Таким образом, необходимо уменьшить толщину стенки , т.е. допустить потерю ее устойчивости путем увеличения напряжений, действующих непосредственно в стенке  :

,

(23)

Возможные пределы увеличения показаны графике [2, стр. 53, рис. 5.10]. С учетом этих данных алгоритм уточнения толщины стенки может быть представлен в следующем виде:

1. по величине коэффициента напряжённости с помощью графической зависимости [2, стр. 53, рис. 5.10] определяем для стенки, теряющей устойчивость;

2. по выражению (23) определяем уточнённую толщину стенки .

Результаты расчётов по пунктам вышеизложенного алгоритма приведены в виде таблицы Таблица 3.

Таблица 3 – Результаты расчета геометрических параметров стенки и стойки
№ п/п	Расчётная зависимость или шаг алгоритма	Результаты расчёта
		Сечение №1	Сечение №2	Сечение №3	Сечение №4	Сечение №5	Размерность
	Эффективная высота балки hэф						мм
	Материал стенки
	параметр нагрузки на балку
	Максимальное полезное напряжение сдвига τп						Па
	Отношение						–
	Минимальная потребную толщина стенки δс						мм
	Лист для изготовления стенки						–
	Отношение						–
	Шаг стоек t						мм
	Оптимальное значение относительной затраты материала стойки на стенку						–
	Потребная минимальная площадь сечения стойки						мм2
	Оптимальное значение отношения толщины лапки стойки к толщине стенки						–
	Толщина полки стойки δст						мм
	Толщина стенки стойки						мм
	Профиль стойки						–
	Фактическая толщина полки стойки δст						мм
	Фактическая толщина стенки стойки						мм
	Фактическая площадь стойки						мм2
	Фактический шаг стоек						мм