1.3 Выбор силовой схемы крыла

Конструктивно-силовые схемы крыльев весьма разнообразны. В качестве основного признака, определяющего тип силовой схемы конструкции крыла, можно принять характер работы и степень использования обшивки и продольного набора при изгибе и кручении крыла. По этому признаку различают лонжеронные, моноблочные и кессонные конструктивно-силовые схемы крыльев.

При большой удельной нагрузке на крыло более выгодными являются моноблочные и кессонные схемы. Примем моноблочную конструктивно-силовую схему.

Выберем расположение элементов продольного набора на основании рассмотрения существующих конструкций.

Расстояние между стрингерами для моноблочного крыла лежит в пределах , принимаем . Расстояние между нервюрами , принимаем a = 500 мм.

1.4 Подбор сечений элементов силовой схемы крыла

Для моноблочного крыла определим приведенную толщину обшивки

,

где k - коэффициент, определяющий долю нормальной силы, воспринимаемой поясами. Принимаем k = 0,2;

N - нормальная сила;

- разрушающее усилие для стрингеров;

B - расстояние между крайними лонжеронами, ;

- высота j лонжерона;

- наибольшая из высот лонжеронов, .

Коэффициент к находится в пределах 0,1…0,2, но может быть и равен 0. В этом случае пояса лонжеронов не будут отличаться по площади поперечного сечения от стрингеров. Нормальная сила N определяется по формуле

, ,

где - коэффициент, учитывающий форму поясов, ,

n - число лонжеронов;

,

.

Для растянутой зоны принимаем , примем материал для стрингеров Д16Т

где ,

- коэффициент, учитывающий ослабление элементов отверстиями под заклепки, , принимаем ;

- коэффициент, учитывающий возможную концентрацию напряжений,

, принимаем .

.

Тогда

.

По определению толщина обшивки равна:

Для растянутой зоны принимаем толщину обшивки:

, .

Потребная площадь стрингера будет равна

По значению площади подбираем стандартный прессованный профиль ПР-100 из материала Д16Т №61 с площадью сечения , , .

Для сжатой зоны:

,

,

Так как критическое напряжение стрингеров неизвестно, то расчет необходимо проводить последовательными приближениями в следующем порядке

1. Принимаем ;

2. Находим приведенную толщину обшивки в первом приближении по формуле

3. Вычисляем толщину обшивки , используя соотношение ( );

4. Определяем площадь сечения стрингера по формуле ( ) и подбираем профиль;

5. Имея толщину обшивки и сечение стрингера, уточняем критическое напряжение для стрингера и находим . Расчет продолжаем до тех пор, пока значения толщины обшивки в предыдущем и последующем приближении не окажутся достаточно близкими. Критические напряжения местной потери устойчивости для стрингера и обшивки будем находить по формуле

где - для пластины, три стороны которой оперты, одна из сторон параллельна нагрузке, свободна;

где k - коэффициент, зависящий от способа опирания полки;

E - модуль упругости материала, для Д16Т ;

b - ширина рассматриваемой полки;

- толщина полки;

Выполним первое приближение:

1. 

;

2. ;

3. 

Принимаем стандартную толщину листа 4,0 мм;

4. 

Выбираем профиль Пр-100 №14 с , , .

5. Местная потеря устойчивости:

т.е. эти напряжения нельзя считать истинными. Произведем пересчет по формуле Тетмайера:

_где

Общая потеря устойчивости:

, где коэффициент, зависящий от условий заделки стрингера .

,

- момент инерции стрингера относительно оси x-x;

- площадь сечения стрингера;

;

где ;

Выбираем

Выполним второе приближение:

1. ;

2. ;

3.

Принимаем стандартную толщину листа 5,0 мм;

4.

Выбираем профиль Пр-100 №17 с , , .

6. Местная потеря устойчивости:

т.е. эти напряжения нельзя считать истинными. Произведем пересчет по формуле Тетмайера:

_где

Общая потеря устойчивости:

, где коэффициент, зависящий от условий заделки стрингера .

,

- момент инерции стрингера относительно оси x-x;

- площадь сечения стрингера;

;

где ;

Выбираем

Выполним третье приближение:

1. ;

2. ;

3.

Принимаем стандартную толщину листа 5,0 мм;

4.

Выбираем профиль Пр-100 №16 с , , .

7. Местная потеря устойчивости:

Общая потеря устойчивости:

, где коэффициент, зависящий от условий заделки стрингера .

,

- момент инерции стрингера относительно оси x-x;

- площадь сечения стрингера;

;

где ;

Выбираем

Так как толщина обшивки во 2 и 3 приближениях оказалась одинаковой, то принимаем для сжатой зоны толщину обшивки – 5,0 мм, подкрепленную стрингерами, выполненными из профилей Пр-100 №16.

Подобранную обшивку следует проверить на сдвиг от кручения. Толщину обшивки в k-ом контуре из условия сдвига при кручении можно определить

,

где - разрушающее касательное напряжение, ,

;

Вычислим сумму

- удвоенная площадь k контура;

- периметр k контура.

Значения периметров и удвоенных площадей контуров приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Периметры и удвоенные площади контуров

k	Pk	Ωk
1	1,364	0,210
2	2,896	0,781
3	2,412	0,463

Тогда

,

Следовательно, и в сжатой зоне подобранная обшивка толщиной 5 мм, и в растянутой зоне обшивка толщиной 5 мм, будут воспринимать и изгибающий и крутящий моменты.

Необходимо провести проверку устойчивости сжатой зоны по случаю А или А'

,

где - приведенная ширина обшивки, при .

_{- кол-во продольных элементов в сжатой зоне.}

,

.

Условие выполняется.

Также необходимо провести проверку растянутую зону крыла на сжатие по случаю D.

,

,

.

Условие выполняется.

Подберем пояса лонжеронов. Для растянутой зоны потребная площадь сечения поясов лонжерона определяется по формуле:

.

;

;

.

Для 1 лонжерона принимаем профиль Пр-100 №34 с ,

Для 2 лонжерона принимаем профиль Пр-100 №34 с ,

Для 3 лонжерона принимаем профиль Пр-100 №27 с .

Примем одинаковыми площади поперечных сечений поясов лонжеронов для растянутой и сжатой зоны. Проверим выбранные профиля на потерю устойчивости:

т.е. эти напряжения нельзя считать истинными. Произведем перерасчет по формуле Тетмайера:

т.е. эти напряжения нельзя считать истинными. Произведем перерасчет по формуле Тетмайера: