3.4.2. Кессонная конструкция

Аналогично расчету лонжеронной конструкции, проведем проектировочные расчеты кессонной и моноблочной конструкции.

Как упоминалось ранее, при кессонной схеме 80% изгибающего момента воспринимают панели центроплана, и только 20% изгибающего момента – пояса лонжеронов.

;

;

;

;

;

.

Подбор продольного силового набора в растянутой зоне.

Усилие в растянутой зоне:

;

n=9 – количество стрингеров;

;

;

;

Для цельнофрезерованных панелей коэффициенты принимают следующие значения:

;

.

Таким образом, стрингера в растянутой зоне равна

.

Суммарная площадь полок лонжеронов в растянутой зоне:

,

где ;

.

Отсюда, .

.

Подбор продольного силового набора в сжатой зоне

Усилие в сжатой зоне находят по формуле

,

где n=9 – число стрингеров,

;

;

отсюда, .

Отрицательная величина потребной площади стрингера свидетельствует о том, что обшивка воспринимает значительную часть расчетного момента. Так как практически стрингер не может быть отрицательной толщины, назначаем по сортаменту профиль с минимальной площадью.

.

Суммарную площадь полок лонжеронов получаем из уравнения

.

Здесь также .

.

.

Аналогично, лонжеронной схеме найдем массу конструкции при применении кессонной схемы:

,

материалы конструкции такие же, как в лонжеронной конструкции.

;

;

;

;

;

;

;

;

Таким образом, масса кессонной конструкции составляет:

.

3.5. Обоснование выбора ксс

Сравнение масс конструкции центроплана с различными КСС дает возможность сказать, что кессонная схема центроплана является наиболее рациональной с точки зрения затрат массы, а так как в настоящем дипломном проекте рассматривается пассажирский самолет, то это условие является превалирующим, так как уменьшение массы конструкции планера позволяет увеличить полезную нагрузку.

При использовании кессонной конструкции материал обшивки используется более рационально, что уменьшает массу конструкции всего центроплана.

Кроме того, кессонные и моноблочные схемы дают большую жесткость на изгиб и кручение. В них выход из строя части силовых элементов из-за усталостных разрушений или повреждений не приводит к немедленному разрушению всей конструкции. И, наоборот, в лонжеронной схеме выход из строя хотя бы одной из полок лонжеронов, как правило, приводит к быстрому разрушению всей конструкции.

При использовании кессонной конструкции экономия в массе составляет:

- 11.5% по отношению к моноблочной конструкции;

- 53.4% по отношению к лонжеронной конструкции.

3.5.1. Анализ конструктивных вариантов на основе критерия экономической эффективности

Вариантное проектирование является основной формой изысканий и исследований, направленных на определение оптимальной конструкции.

Расчет экономических показателей ведем по формуле :

∆С_С=∆G_i*∆С_i ,

где ∆G_i – вес конструкции i-го варианта;

∆С_i – себестоимость одного килограмма веса конструкции i-го варианта;

∆С_С – стоимость конструкции i-го варианта.

Вес лонжеронной конструкции – 49.85 кг, вес кессонной конструкции – 28.05 кг.

Центроплан выполнен из Al – сплавов. Принимаем, что себестоимость одного килограмма конструкции равна 40 грн/кг.

- для лонжеронной конструкции.

- для кессонной конструкции.

.

Таким образом, можно сделать вывод, что кессонная конструкция центроплана самолета типа Ан-140 не только дает уменьшение по массе, но и намного выгоднее в экономическом плане, а именно на 56.3%.