7ВЫбор конструктивно-силовых схем основных элементов крыла
7.1Конструктивно-силовая схема лонжеронного крыла и элементов
Основными элементами продольного набора лонжерона крыла, которые воспринимают до 75...80 % изгибающего момента, являются лонжероны. Лонжероны крыла представляют собой сборные тонкостенные балки, регулярная часть которых состоит из поясов и стенок, подкрепленных стойками (рис. 7.1). К нерегулярным зонам относят зоны вырезов и отверстий, монолитных утолщений и галтельных переходов.
При выборе количества лонжеронов, кроме компоновочных соображений, учитываются другие требования.
Требования минимальной массы. Лонжерон однолонжеронного крыла размещается в месте наибольшей строительной высоты (рис. 7.2, а), что соответствует расстоянию а = 30...45 % b; задняя стенка – на расстоянии с =
=65...75 % b (где b – хорда). Окончательно размер с зависит в значительной мере от положения элеронов и закрылков. До определенных строительных высот крыла и значений изгибающего момента Мзгин, данное крыло будет
Рис. 7.1. Фрагмент лонжерона самолета транспортной категории:
1 – пояс верхний; 2 – пояс нижний; 3 – стенка; 4 – подкрепляющие стойки; 5 – поперечный стык стенок; 6 – отверствия для штуцера трубопровода топливной системи [2].
выгодным и будет иметь минимальную массу. Это объясняется наибольшим разнесением массы пояса относительно нейтральной оси. При этом мы получаем наибольший момент инерции и наименьшее напряжение в поясах лонжерона. При уменьшении относительной толщины крыла и возрастании нагрузок на крыло необходимые сечения поясов чрезмерно увеличиваются по высоте, а расстояние между центрами поясов становится малым (рис. 7.2, б), момент инерции уменьшается, а массовая эффективность крыла значительно уменьшается. С какого-то момента может оказаться более выгодным двухлонжеронное крыло (рис. 7.2, в), хотя лонжероны в таком крыле размещаются не в местах наибольшей относительной толщины, а на расстояниях а1=15...25 % b и c1=60...70 % b (такое расстояние между лонжеронами объясняется более равномерным распределением нагрузок между ними).
Рис. 7.2. Выбор числа лонжеронов крыла:
а – лонжеронное крыло большой относительной толщины; б – увеличение высоты пояса однолонжеронного крыла при уменьшении относительной толщины; в - переход на двухлонжеронное крыло.
Выгоднейшее решение можно найти методом оптимизации с использованием ЭВМ.
Требования надежности и живучести. С учетом этих требований выгодна многолонжеронная конструкция, поскольку при неисправности одного лонжерона усилия перераспределяются между другими, и конструкция может продолжать нести нагрузку в режимах полета с незначительными перегрузками.
Требования жесткости. Многолонжеронная конструкция крыла имеет наибольшую жесткость. При этом крыло менее склонно к деформациям изгиба и кручения, а характеристики его соответствуют основным требованиям аэроупругости. Выбрав на основе изложенных и других соображений количество лонжеронов крыла, переходим к проектировочному расчету. Задаемся материалом элементов конструкции продольного набора, определяем нужные площади поясов лонжеронов, стрингеров, обшивки и стенок лонжерона. С полученными зависимостями для всех элементов продольного набора, выбираем их конструктивное решение.