7.1.1Конструкция лонжерона

При выборе конструкции лонжерона стремятся в основном использовать одностеночные конструкции, поскольку это выгодно относительно минимальной массы и по условиям технологии (рис. 7.3). Конструкция, приведенная на рис. 7.3, а, требует только одного заклепочно-

го шва соединения пояса со стенкой. Для конструкции, показанной на рис. 7.3, б необходимо дополнительное соединение, что дает увеличение массы, а также усложняет подход при клепке другой стенки.

Рис.7.3. Типовые лонжероны крыла:

а – с одной стенкой, б – с двумя стенками.

При выборе толщины пояса необходимо учитывать, что чем толще пояс, тем больше неравномерность распределения по нему нормальных напряжений (рис. 7.4). При этом чем больше толщина пояса, тем ближе к нейтральной оси располагается его основная масса, тем меньше момент инерции пояса и тем хуже используется его материал. Последнее приводит к увеличению массы конструкции. Отсюда вытекает, что желательно выполнять пояс тоньше и шире, с учетом критического напряжения потери устойчивости сжатого пояса лонжерона. Соотношение нужно брать таким, чтобы .

Рис. 7.4. Выбор высоты пояса лонжерона:

b – ширина пояса лонжерона; h – толщина пояса; Н – максимальная высота лонжерона; Н₁ и Н₂ – расчетные высоты лонжеронов; σ – распределение нормальных напряжений по высоте лонжерона.

Для обеспечения равнопрочности лонжеронов по длине толщину и ширину полок и ребер поясов выполняют переменными по размаху (рис. 7.5, 7.6). Пояса лонжеронов имеют переменный угол малки.

Рис. 7.5. Фрагмент сборочного чертежа лонжерона [2]

Рис. 7.6. Характер изменения ширины лонжерона в корневой части [2]

В зонах соединения пояса с подкрепляющими стойками, узлами навески механизации и элементов крепления систем, входящих в конструкцию крыл, высота и толщина ребра увеличивается для компенсации ослабления отверстиями (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Характер изменения высоты ребра нижнего пояса лонжерона [2]

При проектировании пояса лонжерона необходимо для растянутого пояса учитывать его ослабление отверстиями под заклепки, т. е. уменьшение несущей способности пояса: . Но, кроме ослабления пояса, отверстия под заклепки ухудшают также его усталостные харктеристики за счет концентрации напряжений в зонах отверстия. Поэтому рационально выполнять пояс с дополнительными полочками для его крепления с обшивкой (рис. 7.8). Наличие полочек может немного увеличить массу, но при этом сам пояс не ослабляется, а работает до , кроме того повышаются его усталостные характеристики. Необходимо предусмотреть смену сечения пояса по размаху, а также его малковку в целях получения нужного угла наклона профиля без закручивания пояса.

Рис. 7.8. Соединение лонжерона крыла с обшивкой:

1 – пояс лонжерона; 2 – обшивка; 3 – стенка лонжерона.

Лучше всего использовать для этого заранее отштампованные или прокатанные, выполненные согласно КД. Можно изготавливать лонжерон путем фрезерования начального профиля по размаху. Но у поясов, изготовленных этим методом, немного снижаются усталостные характеристики, поскольку при фрезеровке ухудшается структура материала. Кроме того, заусеницы, которые могут остаться после фрезеровки, приводят к концентрации напряжений, что ухудшает усталостные характеристики пояса. При проектировании крыла необходимо стремиться к такому решению, при котором пояса лонжеронов размещаются с открытой малкой.

Малкой называется угол между плоскостью кромки детали и перпенди-

куляром к плоскости самой детали. Малка может быть открытой (тупой угол) или закрытой (острый угол). Необходимо стремиться проектировать пояса лонжеронов с открытой малкой.

Стенки лонжеронов изготавливают из листового материала механическим или химическим фрезерованием по контуру и толщине. Стенки имеют утолщение в зонах продольных и поперечных стыков, зонах стоек, силовых нервюр, кронштейнов навески агрегатов и систем (см. разд. 9). При проектировании стенки необходимо учитывать, что может разрушаться от чистого сдвига и утратить устойчивость при нагрузке . В этом случае в стенке возникают линии (рис. 7.9), вдоль которых возникает разтягивающее усилие.

Рис. 7.9. Стенка лонжерона.

1 – пояса лонжерона; 2 – стойки лонжерона; 3 – линии возникновения нормальных напряжений.

Подкрепляющие стойки стенок лонжеронов изготовляются из прессованных профилей таврового или углового сечения и дообрабатываются механическим фрезерованием. Стойки выполняют с малковками и подсечками. Геометрические парамтеры стойки выбирают в зависимости от геометрических параметров зоны установки, силвых факторов, назначения и компоновки крыла. Стойки могут располагаться с той же стороны, что и стенка, или с противоположной; при этом стенка требует подштамповки (см. рис. 7.5, сечение А-А). На рис. 7.10 приведен участок лонжерона центроплана в зоне фюзеляжа, на рис. 7.11 – участок

лонжерона в зоне установки подкрепляющих стоек.

Рис. 7.10. Участок лонжерона центроплана в зоне фюзеляжа [2]

Рис. 7.11. Участок лонжерона в зоне установки подкрепляющих стоек с кронштейнами навески агрегата [2]

В стенках лонжеронов выполняют вырезы для установки конструкции трубопроводов топливной системы, элементов системы управления, кронштейнов навески механизации и других агрегатов. Для обеспечения заданной долговечности и прочности поясов и стенок в зонах отверстий, выполняют местное утолщение усиливающими накладками, фрезерованными окантовками.

По форме в плане вырезы в стенках выполняют, как правило, круглой,

овальной или прямоугольной с округленными углами формы. Размеры вырезов определяются геометрическими параметрами элементов, для которых они выполняются. Расположение вырезов определяется КСС крыла. При выполнении вырезов их стремятся располагать ближе к средней линии стенки – ближе к сжатому поясу (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Фрагмент чертежа овального и прямоугольного выреза в стенке лонжерона [2, 3]

Для компенсации ослабления в зоне выреза или отверстия выполняют ступенчатые усиления. Площадь сечения в зоне усиления по сравнению с площадью сечения выреза в 1,1…1,4 раза больше, что дает возможность обеспечить нужные характеристики статической прочности и долговечности.

На рис. 7.13 изображены монолитные ступенчатые усиления вырезов в стенке лонжерона крыла, на рис. 7.14 – конструктивные выполнения монолитных усилений в стенках лонжеронов.

В местах утолщения посов и стенок лонжеронов выполняются галтельные переходы (галтельный переход – плавный переход от одной плоскости детали к другой). Радиус галтелього перехода составляет 3…5 мм, в некоторых случаях галтельные переходы заменяются скосами. На рис. 7.15 изображено галтельные переходы на стенке лонжерона.

Продольные соединения стенок с поясами, продольные соединения частей стенок между собой и поперечные соединения частей стенок с перестыковочными или усиляющими накладками выполняют болтовыми или

заклепочными.

Рис. 7.13. Монолитные ступенчатые усиления вырезов в стенке лонжерона крыла [2]

Рис. 7.14. Конструктивные выполнения монолитных усилений в стенке лонжерона [2]

Рис. 7.15. Галтельные переходы в стенке лонжерона [2]

Продольные соединения пояса лонжеронов и панелей крыла находятся в условиях растяжения-сжатия, вызванного изгибом крыла, а также передают потоки касательных усилий, возникающих от изгиба и кручения крыла. Эти соединения выполняют при помощи заклепок и болтов (рис.7.16, 7.17).

Рис. 7.16. Соединение пояса лонжерона и стенки с подкрепляющей стойкой [2]

Рис. 7.17. Соединение поясов лонжерона, стенок и подкрепляющих стоек болтами и заклепками [2]

Поперечные соединения частей стенок между собой (рис. 7.18) и соединения стенок лонжерона со стыкующими профилями или усиляющими накладками передают потоки касательных усилий со стенок на стыкующие элементы. Поперечные соединения, как правило, выполняют односрезными.

Рис. 7.18. Фрагмент сборочного чертежа лонжерона в зоне поперечного стыка стенок [2]

При толщине листов, из которых выполнена стенка, до 1,2 мм соединение стенок выполняется с перекрытием со штамповкой одного из них. При больших толщинах используется перестыковка при помощи накладки. Для усиления жесткости зона стыка подкрепляетя стойкой.

Все детали конструкции лонжеронов, выполненных из алюминиевых сплавов, анодируют и дополнительно покрывают грунтом (грунт ФЛ-086-204 ТУ 16302-79, грунт ЄП-0214 ТУ 6-10-2141-88, грунт ХП-0206 ТУ 6-10-1934-89).