Учебное пособие 1329

6. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЁТ НА СДВИГ ТОНКОСТЕННЫХ БАЛОК МИНИМАЛЬНОГО ВЕСА

При проектировании стеночной балки с уголковыми поясами (лонжерона, нервюры и т.д.) удобно и практически выгодно пользоваться системой зависимостей параметров балки от нагрузки, полученной в работе [5]. Считается, что

нагрузка Q и высота балки H заданы. Расчётным сечением является сечение с максимальной нагрузкой. Расчёт начинается с подбора поясов уголкового сечения и

определения эффективной высоты балки hЭФФ , равной

расстоянию между центрами тяжести поясов. Для выбора наиболее эффективной конструкции определяется коэффициент напряжённости, равный

Q

hЭФФ .

Балка минимального веса должна обладать максимальной весовой отдачей, которая оценивается полезным приведённым допускаемым напряжением сдвига.

70

Рис. 22

Рис. 23

71

По рис. 22 находится напряжение ПОЛЕЗН. , которое

можно получить в случае равнопрочной конструкции (стенка и стойки разрушаются одновременно).

Далее по рис. 23 определяется отношение hЭФФ ФАКТ , по которому находится минимальная

потребная толщина стенки ФАКТ .

Толщину листа стенки следует выбирать по нормам с учётом минусового допуска, например, при номинальной толщине листа Д16Тл2.0, фактическая толщина листа достигает 1,83 мм.

Рис. 24

Зная h ЭФФ , по рис. 24 находят шаг стоек t .

По рис. 25 определяются коэффициент затрат материала на стойки и стенку и минимальная площадь стойки.

fСТОЙКИ t

72

Рис. 25

Рис. 26

По рис. 26 находится значение отношения толщины стойки к толщине стенки и определяется потребное значение толщины лапки, прикреплённой к стенке.

73

СТЕНКИ' 0,6 СТЕНКИ .

Площадь стойки и её толщины СТЕНКИ и СТЕНКИ' дают возможность определить профиль по каталогу. Наиболее эффективны профили типа Д16ТПр и Д16ТПр. После выбора профиля следует определить фактический шаг стоек:

tФАКТ

FСТОЙКИ ФАКТ.

ФАКТ.

Рис. 27

Чтобы стойка не была с заниженным моментом инерции

i, следует пользоваться графиком, приведённым на рис. 27. Аналогичным образом может рассчитываться на сдвиг

лонжерон балочного типа.

74

7. РАСЧЁТ ЛОНЖЕРОНА С ТРЁХСЛОЙНОЙ ОБШИВКОЙ

Силовые панели такого крыла состоят из внешних слоёв,

соединённых пенопластовым (уд. вес 0,2 – 0,5 гсм3 ) или

сотовым (из металлической фольги толщиной 0,2 – 0,5 мм ) заполнителем. Трёхслойные панели не нуждаются в подкреплении, так как имеют большую поперечную жёсткость. Заполнитель воспринимает поперечные силы и обеспечивает совместную работу несущих слоёв при изгибе от нормальных и касательных сил, лежащих в срединной поверхности. Сам заполнитель на изгиб не работает, так как его жёсткость мала по сравнению с внешними несущими слоями.

При расчёте крыла на изгиб, сдвиг и кручение влияние пенопластового наполнителя учитывается редукционным коэффициентом

З ЕЗ ,

Е

где ЕЗ - модуль упругости наполнителя в плоскости

обшивки.

Заполнитель с шестигранными сотами более несущий, чем с квадратными, но его изготовление более трудоёмко и сложно. Если грани сот (квадратных) параллельны размаху, то редукционный коэффициент растяжения – сжатия:

З.РАСТ. ЕС С .

Еt

Если соты направлены под углом 45 к размаху, то для сдвига:

75

З.СД. 0,5 ЕС C ,

G t

где G - модуль сдвига материала несущих слоёв;

ЕС - модуль упругости материала сот.

Модуль упругости заполнителя определяется формулой

При работе трёхслойных панелей на растяжение разрушающие нагрузки определяются временным сопротивлением несущих слоёв, а на сжатие и сдвиг соответствующими критическими напряжениями. Критические

напряжения местной Э.М. и общей потери устойчивости

КР при сжатии будут:

где h- расстояние между серединами толщин несущих слоёв;- коэффициент Пуассона;

Коэффициент принимает значение 1; 4; 2 соответственно для шарнирного опирания, защемления или полузащемления.

Модуль сдвига заполнителя

Критическое напряжение общей и местной потери устойчивости при сдвиге определяется соответственно

.

Расчётным напряжением будет меньшее из напряжений общей или местной потери устойчивости. Полученные

напряжения сравниваем с напряжениями М вН 2 и

q2 при редукционном коэффициенте, равном нулю.

77

8. РАСЧЁТ ФЮЗЕЛЯЖА

Фюзеляж – основная балка самолёта, связывающая между собой его отдельные части. Он является опорой для крыла, оперения, шасси, силовой установки и т.д. В нём размещаются экипаж, пассажиры, грузы и оборудование. По конструкции фюзеляж представляет собой тонкостенную каркасированную оболочку. По сравнению с крылом общая силовая схема фюзеляжа как тонкостенной балки проще. Обычно его сечение симметрично. В схеме фюзеляжа отсутствует заделка, вносящая усложнение в распределение напряжений. В фюзеляже чаще, чем в крыле, встречаются вырезы и узлы разъёма. Фюзеляжи бывают ферменные (в настоящее время ферменные фюзеляжи применяются редко) и балочные. Конструкция балочного фюзеляжа состоит из обшивки, подкреплённой продольным (стрингеры, лонжероны, бимсы) и поперечным (нормальные и усиленные шпангоуты) набором.

Основными нагрузками фюзеляжа являются силы, передаваемые ему от агрегатов (крыла, оперения, шасси и т.д.), а также грузов. Фюзеляж нагружается массовыми силами собственной конструкции и поверхностной аэродинамической нагрузкой, которая на отдельных участках может достигать значительной величины и оказывать влияние на местную прочность конструкции и, обычно не влияет на работу конструкции в целом. Существенным может быть внутреннее давление в гермокабине. При расчёте общей силовой схемы местные нагрузки не учитываются.

Внешнее нагружение фюзеляжа во всех полётных и посадочных случаях определяется нормами прочности. Нагрузки могут быть симметричными и асимметричными. К симметричным относятся нагрузки в криволинейном полёте без скольжения и крена, и при посадке, когда стойки шасси

78

одинаково нагружены. Асимметричное нагружение фюзеляжа возникает от действия вертикального оперения, при посадке со сносом, при скольжении на крыло и т.д.

Зная внешние нагрузки R1 ,R2 ,R1' ,R2' , передающиеся на фюзеляж от крыла и оперения, и уравновесив фюзеляж

грузов и веса конструкции, строят эпюры нагрузок для фюзеляжа, где GФ ,SБОК ,НФ - вес, площадь боковой

проекции и высота в сечении фюзеляжа. Перегрузки ni при

симметричном и асимметричном нагружении определяются формулами:

где YГ.О.УР и PВ.О.УР - уравновешивающие силы на горизонтальном и вертикальном оперении;

PВ.О. - приращение нагрузки за счёт возмущений;

Z и Y - угловые ускорения;

PНОС PВ.О.УР LВ.О. - воздушная нагрузка носовой

LНОС

части фюзеляжа.

79