4.5.3. Моноблочная схема крыла

В крыле моноблочной конструкции весь изгибающий момент воспринимается только силовыми панелями. Пояса лонжеронов полностью отсутствуют, а от лонжеронов остаются только их стенки, которые связывают между собой верхнюю и нижнюю силовые панели. В разъеме крыла силовые панели обязательно должны иметь контурный стык. По своим качествам и конструктивным особенностям моноблочное крыло почти ничем не отличается от крыла кессонного. Поэтому часто в литературе встречается термин кессонно-моноблочное крыло, объединяющий обе рассмотренные схемы.

4.5.4. Сравнительная оценка силовых схем крыла

Кессонные и моноблочные крылья по своим качествам и конструктивным особенностям практически полностью идентичны. Поэтому часто встречается объединяющий их термин - кессонно-моноблочная силовая схема крыла. В данном разделе проводится сравнение кессонных и лонжеронных крыльев, причем все сказанное о крыльях кессонных полностью будет относиться и к моноблочным крыльям. Сравнение по массе конструкции. Основное отличие в массе лонжеронных и кессонных крыльев определяется разницей массы сжатых поясов лонжеронов и сжатых силовых панелей при одинаковой нагрузке. Теоретическая масса этих элементов зависит от величины их расчетных напряжений сжатия. У сжатых силовых панелей, как отмечено выше, эти напряжения всегда меньше. Однако, здесь следует учитывать, что в лонжеронном крыле к теоретической массе силовых поясов, определяемой нагрузкой, необходимо добавить массу обшивки и подкрепляющих ее стрингеров, которые хотя и не участвуют в работе на изгиб, но необходимы как чисто конструктивные элементы для образования внешней поверхности крыла и восприятия местной воздушной нагрузки. У кессонных крыльев такой конструктивной «неработающей» добавки не будет, т.к. силовая панель выполняет одновременно обе функции - и силовую, и конструктивную. Таким образом, сказать сразу какая силовая схема выгоднее по массе нельзя. Все будет определяться уровнем критических напряжений сжатой силовой панели кессонного крыла. Эти напряжения зависят от величины нагрузки, приходящейся на панель при изгибе, а нагрузка определяется размерами и массой самолета, его максимальной скоростью полета, сильно зависит от относительной толщины профиля. Практика проектирования показывает, что для скоростных, тяжелых самолетов выгоднее по массе кессонная схема, а для небольших и тихоходных самолетов - меньшую массу имеет лонжеронное крыло. Приближенно выгодность перехода от лонжеронной схемы к кессонной можно оценить по эквивалентной толщине плиты постоянного сечения, площадь которой равна площади сечения реальной панели. Если эта толщина меньше 5 мм, то выгоднее по массе крыло лонжеронное, а при толщине более 5-6 мм более выгодным становится крыло кессонное. Сравнение по жесткости. Более низкий уровень изгибных напряжений и более толстая обшивка кессонных крыльев дают меньшие деформации изгиба и кручения, т.е. эта схема обладает большей жесткостью, что особенно важно для получения требуемых характеристик аэроупругости. Кессонные крылья имеют более высокие критические скорости дивергенции крыла, реверса элеронов, флаттера. Сравнение по удобствам компоновки и эксплуатационной технологичности. В лонжеронных крыльях достаточно просто, без заметного увеличения массы конструкции можно делать любые вырезы для размещения в них различных грузов, оборудования, вооружения, шасси. В кессонных крыльях даже небольшие вырезы существенно нарушают его силовую работу и требуют значительного увеличения массы конструкции за счет дополнительных местных усилений. Поэтому иногда по компоновочным и эксплуатационным соображениям конструктору приходится отказываться от более выгодной кессонной схемы и переходить на лонжеронную. Живучесть кессонного крыла выше из-за распределения силового материала по большей поверхности. В таком крыле местные повреждения конструкции приводят к меньшей потере прочности, чем у лонжеронных крыльев, у которых повреждение одного пояса лонжерона может вывести из строя все крыло. Это свойство благоприятно влияет и на повышение ресурса самолета, делая его конструкцию менее чувствительной к усталостным повреждениям конструкции.

Аэродинамические качества. Толстые панели кессонных крыльев обеспечивают высокое качество поверхности, меньшие деформации и искажения заданного контура крыла под нагрузкой. Это дает меньшее сопротивление и более стабильные аэродинамические качества кессонных крыльев по сравнению с лонжеронными.