3.3.3. Продольные стенки
Продольные стенки – это такие типы лонжеронов (Рис. 3.12.), которые ставятся для получения замкнутого контура крыла в случае, когда его хвостовая часть вырезана под элероны или закрылки, а также для увеличения жесткости крыла в вертикальном направлении. От лонжеронов стенки отличаются отсутствием силовых поясов, а также наличием шарнирных, а не моментных узлов крепления. Слабые пояса в виде прессованных или гнутых уголков могут использоваться для удобства приклепывания к стенке обшивки.
Рис. 3.13. Лонжероны в форме продольных стенок
3.3.4. Стрингеры
Стрингеры – это продольные элементы. которые используются для подкрепления обшивки (Рис. 3.14.). Конструктивно выполняются в виде гнутых или прессованных профилей различного сечения. Стрингеры крепятся к обшивке и к нервюрам.
Рис. 3.14. Поперечные сечения стрингеров крыла
3.3.5. Нервюры
Нервюры – элементы продольного набора крыла. которые обеспечивают сохранение в полете заданной формы профиля и восприятие местной воздушной нагрузки крыла. Обычно нервюры разрезаются в местах пересечения с лонжеронами и продольными стенками и стыкуются с ними по всей высоте с помощью отбортовок или уголков-стоек. Также в нервюрах могут выполняться вырезы под стрингера.
Рис. 3.15. Внешний вид нервюры крыла
Иногда нервюры разрезаются в плоскости хорд для улучшения технологических свойств крыла (Рис. 3.15.).
Рис. 3.15. Разрез нервюры в плоскости хорд
Наибольшее распространение получили нервюры, изготавливаемые штамповкой из листа. Края нервюр отгибаются для приклепывания к вертикальным стенкам и к обшивке (Рис. 3.16.). Избыточная прочность нервюры позволяет вырезать в ней отверстия облегчения. Для повышения устойчивости отверстия облегчения отбортовываются, а в стенке нервюры штампуются глухие канавки - зиги.
Рис. 3.16. Нервюры, изготавливаемые штамповкой, зиги и отверстия облегчения
В местах приложения больших сосредоточенных нагрузок устанавливаются усиленные нервюры, имеющие усиленные пояса 1 и толстые стенки 2 с отверстиями облегчения 3 и подкрепляющими рёбрами 4..
Рис. 3.17. Усиленная монолитная нервюра
1 – пояс нервюры; 2 – стенка нервюры; 3 – отверстие облегчения; 4 – усиливающие рёбра-стойки
3.4. Силовая работа крыла
С точки зрения строительной механики крыло представляет собой консольно закрепленный брус, загруженный аэродинамическими и массовыми нагрузками (Рис. 3.18.), которые вызывают деформации сдвига, изгиба и кручения (Рис. 3.19.).
Рис. 3.18. Нагрузки, действующие на крыло
Величина действующих сил, их распределение по размаху и хорде определяются при проведении прочностного расчета крыла. Отдельно рассматривается общая силовая работа крыла как бруса и работа его элементов при восприятии местной воздушной нагрузки.
Рис. 3.19. Нагрузки на крыло
С помощью этих эпюр проверяется прочность основных элементов крыла во всех расчетных сечениях. В первом приближении вполне допустимо полагать, что в любом сечении крыла вся перерезывающая сила воспринимается работающими на сдвиг вертикальными стенками, крутящий момент - потоком касательных усилий в элементах замкнутого контура сечения, а изгибающий момент - осевыми усилиями в наиболее удаленных от нейтральной оси сечения элементами - поясами лонжеронов или силовыми панелями крыла (Рис. 3.20, Рис. 3.21.).
Рис. 3.20. Изгиб и кручение крыла Рис.3.21. Нагружение крыла силами и моментами
В каждом сечении крыла действуют: поперечная сила, Q, изгибающий момент
M изг., крутящий момент, M крут..
Поперечная сила – это равнодействующая аэродинамических сил, с учётом разгрузки, приведенная к центру жёсткости (Рис. 3.20.). Поперечная сила в сечении крыла воспринимается потоком касательных усилий,возникающих в обшивке, стенках лонжеронов и нервюр.
Изгибающий момент образуется за счёт поперечной силы и воспринимается растяжением-сжатием (пара сил – N , Рис. 3.23.) поясов лонжеронов и панелей, образованных работающей обшивкой и стрингерами.
Крутящий момент возникает из-за несовпадения центра давления и центра жёсткости и воспринимается потоком касательных усилий, возникающих в замкнутом контуре, образованном работающей обшивкой и стенками лонжеронов.
В тех местах, где стоят нервюры, крутящий момент воспринимается изгибом нервюр, а значит, растяжением-сжатием поясов нервюр.
Рис. 3.22.Уравновешивание Рис. 3.23. Нагрузки в сечении крыла
крыла в сечении
По известным нагрузкам строятся эпюры изменения по размаху крыла перерезывающих сил Q, изгибающих M и крутящих Mz моментов (Рис. 3.24.).
Рис. 3.24. Эпюры нагрузок, действующих на крыло
Рис. 3.25. Нагружение тонкостенной балки крыла
Местная воздушная нагрузка в виде избыточного давления или разряжения создает поперечную нагрузку для обшивки и вызывает в ней изгибные деформации (Рис. 3.26.).
Рис. 3.26. Нагрузки, действующие на обшивку, стрингер и крепёжные элементы крыла
Уравновешивающие реакции возникают по стыковым швам, соединяющим обшивку со стрингерами, нервюрами, поясами лонжеронов и стенок (рис. 3.26.). Эти реакции для стрингеров являются поперечной нагрузкой и заставляют их работать на изгиб. Опорами для них служат нервюры. Вертикальная нагрузка, передаваемая с обшивки и стрингеров на нервюру уравновешивается реакциями стенок, с которыми связана нервюра, а также потоком касательных усилий со стороны замкнутого контура, на который опирается нервюра.
Рис. 3.27. Замкнутые контуры крыла при работе на кручение
Напряжения в элементах крыла от местной нагрузки обычно невелики и часто не учитываются. Исключением являются нервюры, для которых местная нагрузка является основной. При рассмотрении местного нагружения элементов крыла обычно определяющим для них является не прочность, а жесткость, т.е. их деформации, от которых зависит искажение внешних обводов крыла под нагрузкой.