29.Проектировочный расчёт стабилизатора с частично работающей обшивкой.

Проектировочный расчет проводят для прямого стабилизатора, начиная с некоторого расстояния от места заделки, т. е. без учета ее влияния. (рис. 1). Если форма стабилизатора — стреловидная, его рассчитывают без рассмотрения корневого треугольника

рис. 1

Технологически выгодно, чтобы конструкция стабилизатора была аналогична конструкции крыла. В этом случае освоенные уже процессы изготовления и сборки могут частично повторяться, и стоимость конструкции уменьшается.

Стабилизатор работает аналогично крылу. Изгибающий момент, действующий на стабилизатор, так же как и в крыле, воспринимается центропланом и не передается на фюзеляж. Стыковые узлы лонжеронов стабилизатора полностью идентичны узлам крыла.

Уменьшения относительных толщин, а следовательно, и строительных высот приводят к возрастанию площади сечения, потребной для восприятия изгибающего момента. С целью наиболее эффективного использования материала желательно более равномерное его распределение по периметру сечения. Уменьшение работающих на кручение контуров, рост действующих на поверхность обшивки скоростных напоров, а также необходимость обеспечения достаточной местной устойчивости при сжатии, требуют увеличения толщин обшивок и более частого стрингерного подкрепления. Все это приводит в случае стыка по контуру и организации центроплана внутри фюзеляжа к применению моноблочной или кессонной схем стабилизатора. По сравнению с чисто лонжеронной эти схемы имеют преимущества в отношении живучести .Массы моноблочного и кессонного крыльев меньше, чем масса чисто лонжеронного, так как у них в восприятии изгиба участвуют и лонжероны, и панели обшивки. По компоновочным соображениям, как показывает практика, трудно применить подобные схемы стабилизатора на легких скоростных самолетах со средним расположением стабилизатора. В то же время на пассажирских и транспортных самолетах моноблочные и кессонные стабилизаторы широко применяются.

В процессе проектирования стабилизатора пассажирского самолета, помимо расчетов на статическую прочность, должны быть проведены и другие расчеты: оптимизация по массе и экономическим показателям, расчет выносливости силового набора и основных нагруженных узлов, определение соответствия схемы и типа конструкции требованиям безопасного разрушения. Все эти расчеты должны быть проведены в самом начале создания конструкции, так как заложенные в ней принципы в дальнейшем не могут быть скорректированы. Эти расчеты стали возможными только с появлением ЭВМ, без них такой объем расчетов практически провести невозможно.

Рис. 1. Схема нагрузки на стабилизатор, возникающей на маневре

Рассмотрим работу отсека стабилизатора. От действия изгибающего момента М в элементах верхней и нижней панелей стабилизатора могут возникнуть осевые усилия. Сумма этих осевых усилий на плече Нср создает пару сил, уравновешивающую момент в сечении.

Принимаем, что:

где Н1 и H2 — соответственно расстояния между центрами тяжести поясов первого и второго лонжеронов.

Определяем силы, действующие на верхнюю и нижнюю панели

Ищем потребные редуцированные площади панелей, способные воспринимать действующие осевые силы:

где Fр — редуцированная площадь сжатой панели; — критическое напряжение сжатого пояса.

Принимаем = . Сечение сжатого пояса выбираем из условия:

где — напряжение местной потери устойчивости поясом. Тогда после подстановки значений N и . в выражение для Fp имеем:

где Fp+ — редуцированная площадь растянутой панели; коэф­фициент 0,9 учитывает ослабление сечения отверстиями под заклепки.

Вводим коэффициент æ, характеризующий долю момента, воспринимаемого поясами:

где F — суммарная площадь поясов лонжерона сжатой или растянутой панелей.

В зависимости от значений æ, меняется несущая способность лонжеронов: æ = 0 ... 1.Значения æ определяем из графика в зависимости от (рис.2). Для кессонного стабилизатора =0…1

рис.2

Задавшись æ, определяем суммарные площади поясов и рас­пределяем их между поясами пропорционально высотам :

Определяем параметры панелей.

Для сжатой панели вводим понятие приведенной толщины обшивки:

где — редукционный коэффициент стрингера.

Эта толщина распределяется между обшивкой и стрингерами:

Здесь t_ и f_ — шаг и площадь сжатых стрингеров; — редук­ционный коэффициент обшивки.

Принимаем:

тогда = 0,7 ... 0.9

Пусть С = 100 ... 150 мм, а толщина сжатой обшивки

г де первое значение соответствует толщине обшивки, потребной для восприятия крутящего момента, действующего в сечении стабилизатора, второе значение получается из условия т. е. = I; при толщина обшивки будет наибольшей.

Ряс.3.

Нагружение стенок лонжерона стабилизатора

Определяем

Для растянутой панели

Если (где Е — модуль упругости), прини­маем для =1; = (0,55 ... 0,7) ; для = 1, = (0,3 ... 0,45) . Принимаем t+= t-.

Определяем толщины стенок лонжеронов. Перерезывающую силу Qi распределяем между стенками пропорционально же­сткости лонжеронов на изгиб:

; ; при одинаковых материалах Е = const.

Принимая, что моменты инерции приблизительно равны ква­драту высот, получим

;

;

;

;

При получим (прийнмая значение , предполагаем, что а этом случае стенка не будет терять устойчивость). Тогда

;

;

где — толщина стенки; — площадь сечения стенки. Можно проверить полученные толщины стенок на устойчивость пои их работе на сдвиг по выражению

; ; ,

где ; а – расстояние между стойками, подкрепляющими стенку.