книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

вания контуров сечения крыла следует, что величина крутящего момента М к воспринимаемого /-тым контуром сечения, будет равна:

В лонжеронном крыле потоки qKi в отдельных контурах се­ чения в большинстве случаев близки по величине. Так как при этом потоки qKl в стенке переднего лонжерона практически взаимно уничтожаются, то приближенно считают, что поток в обшивке крыла и стенке заднего лонжерона равен:

Мк

Як =

приближенно считают, что поток в обшивке и стенках моноблока равен:

Мк Я к - ----.

где ш2 — удвоенная площадь контура моноблока.

Определив потоки касательных усилий в обшивке и стенках лонжеронов отдельно от поперечного изгиба и кручения, можно найти суммарные потоки путем их алгебраического суммирова­ ния q = q QЛ-Ям ,а затем и касательные напряжения:

где 8 — толщина соответствующей обшивки или стенки.

По условиям прочности конструкции при действии разруша­ ющих нагрузок должно выполняться условие:*

* ^ ^разр»

60

где Ъ — меньшая сторона прямоугольной пластинки; Ь— толщина пластинки;

k — коэффициент, зависящий от опорных условий пластин­ ки.

Например, для шарнирно опертой пластинки:

целью наиболее эффективного использования материала и, сле­ довательно, получения минимального веса, лонжероны выполня­ ются в виде двухпоясных балок с тонкими стенками. Лонжеро­ ны могут выполняться в виде составных или монолитных конст­ рукций.

Пояса лонжеронов изготовляются из высокопрочных материа­ лов (высококачественные стали, прочные алюминиевые сплавы и др.). Наиболее часто пояса выполняют из открытых толстостен­ ных прессованных профилей (фиг. 3.12). Для повышения момен­ та инерции лонжерона пояса помещают на максимальном удале­ нии от нейтральной оси, а форма сечения профиля делается вы­ тянутой по ширине. При этом учитывается, что при сжатии по­ яса лонжеронов могут терять местную устойчивость, критические напряжения которой зависят от отношения ширины пояса к его толщине. Общей потери устойчивости поясов лонжеронов не про­ исходит, так как они подкреплены в двух направлениях — об­ шивкой крыла и стенкой лонжерона. Для уменьшения ослабле­ ния поясов отверстиями под заклепки делаются лапки (фиг. 3.12,а, б, в). Благодаря наличию лапок упрощается также креп­ ление обшивки. Форма профиля крыла выдерживается за счет

61

малковки профилей и постановки накладок из легкообрабатываемого материала (фиг. ЗЛ2,в). Площади поперечного сечения поясов изменяются по длине (фиг. 3.12,а) из условия равнопрочности (уменьшения веса).

Ф иг. 3.12

Стенки лонжеронов выполняют в основном сплошными из ли­ стового материала (фиг. 3.13,а). Но возможны и другие конст­ рукции стенок: слоистые (фиг. 3.13,6) и в видегофра (фиг.3.13,в). Стенки подкрепляются стойками (фиг. 3.13,а) для увеличения критических напряжений потери устойчивости при сдвиге. Роль стоек выполняют также отбортовки нервюр, служащие для их крепления к стенкам лонжеронов.

Стойка

о)

Фи г. 3.13

50.Стрингеры нагружаются поперечными и осевыми силами. Прочность их определяется осевыми усилиями. В отличие от поясов лонжеронов у стрингеров при сжатии может произойти как местная, так и общая потеря устойчивости (в направлении

по нормали к обшивке).

Стрингеры изготовляются из прессованных или гнутых про­ филей (фиг. 3.14). При выборе формы поперечного сечения стрин­ геров стремятся к тому, чтобы они имели высокие и практиче­

6 2

ски одинаковые критические напряжения общей и местной по­ тери устойчивости н обеспечивали удобство сочленения с обшив­ кой и нервюрами.

С точки зрения соединения с обшивкой и нервюрами наибо­ лее удобны уголковые стрингеры (фиг. 3.14, а, б, ж, з), но они по сравнению с другими имеют невысокие критические напряже­ ния общей потери устойчивости при той же площади поперечного сечения и высоте.

Утолщения (бульбы) открытых прессованных профилей (фиг. 3.14, б, г, д) увеличивают критические напряжения общей поте­ ри устойчивости, а отгибы свободных краев гнутых открытых профилей (фиг. 3.14,з, и) увеличивают также и критические на­ пряжения местной потери устойчивости.

Стрингеры закрытого сечения (фиг. 3.14,е, к, л) являются наилучшпми в отношении и общей, и местной потери устойчивости. Кроме того, они лучше подкрепляют обшивку, так как крепятся к ней двумя полками (фиг. 3.15,6). Такие стрингеры часто при­ меняются для моноблочных крыльев тяжелых самолетов.

Гнутые стрингеры выполняются из листового материала н имеют, как правило, небольшую толщину. Гнутые стрингеры, из­ готовленные из нержавеющей стали, применяют в аппаратах, ле­ тающих с большими сверхзвуковыми скоростями, при которых происходит интенсивный аэродинамический нагрев.

51. Обшивка, выполненная из листов дюралюминия, стали или титановых сплавов различной толщины, получила наибольшее распространение. Тонкая обшивка применяется для лонжеронных крыльев, толстая — для моноблочных. Для обеспечения равнопрочности крыла (уменьшения веса) толщину листов меняют по длине крыла или применяют листы переменной толщины. Рас­ крой обшивки определяется условиями технологии и имеющимся стандартом листов.

63

52. Силовые панели моноблока могут быть стрингерные, с

гофровым подкреплением, монолитные и трехслойные. Стрингерные силовые панели образованы обшивкой из листо­

вого материала и стрингерами, причем стрингеры могут быть от­ крытыми (фиг. 3.15,а) и закрытыми (фиг. 3.15,6).

рошо работают при кручении крыла, так как гофр принимает уча­ стие в воспринятая М к. но с ним трудно обеспечить равнопрочность крыла по размаху (крыло получается, как правило, перетяжеленным).

Монолитные панели (фиг. 3.15,г) могут быть прессованными или фрезерованными. Такие панели выгодны с точки зрения ве­ са и усталостной прочности. Но фрезерованные панели трудны в производстве, а прессованные требуют специального оборудова­ ния для их изготовления.

Трехслойные панели (фиг. 3.15,6) представляют собой обшив­ ку, состоящую из двух несущих слоев и заполнителя, связываю­ щего между собой несущие слои. Несущие слои представляют собой металлические листы. Заполнитель может быть либо по­ ристой, либо сотовой конструкции. В качестве пористого запол­ нителя используются пенопласты, бальза и другие материалы с небольшим удельным весом. Сотовый заполнитель изготовляется из текстолита или металлической фольги толщиной от 0,03 до 0,1 мм. Соты выполняются обычно в форме шестигранника или ромба (фиг. 3.16) с размерами сторон 3—6 мм из условия отсут­ ствия потери устойчивости несущих слоев в пределах клетки.

С несущими слоями пористый и сотовые заполнители соеди­ няются с помощью клеев (сотовый металлический — иногда по­

64

средством пайки), благодаря чему такие панели имеют большую поперечную жесткость и высокие критические напряжения поте­ ри устойчивости при сжатии и сдвиге. В самом деле:

— отношение погонных моментов инерции сечений трехслой­

и поперечная жесткость трехслойной обшивки больше поперечной жесткости однослойной;

со

do

<v

ш ш а ш ш ш г

— отношение эйлеровых напряжений трехслойной и однослой­ ной обшивок (фиг. 3.17) при одинаковых размерах панелей так-

же равноЗ ,если материал однослойной обшивки и несущих

слоев трехслойной будет одинаков и заполнитель жесткий на сдвиг. Вследствие деформируемости слоя заполнителя на сдвиг фактическое отношение эйлеровых напряжений может быть в не­ сколько раз меньше, но все-таки оно достаточно велико. Вследст­ вие этого критические напряжения потери устойчивости трех­ слойной обшивки будут выше критических напряжений однослой­ ной обшивки.

Благодаря этим свойствам трехслойной обшивки исчезает необходимость в ее стрингерном подкреплении и становится воз­ можным уменьшение числа нервюр, что выгодно в весовом от­ ношении.

Отсутствие заклепочных швов и большая жесткость трехслой­ ной обшивки благоприятно влияют на качество поверхности кры­ ла. Кроме того, трехслойная обшивка обладает хорошими тепло­ изоляционными свойствами, вследствие чего ее применение це­ лесообразно для конструкций аппаратов, летающих с большими сверхзвуковыми скоростями.

Недостатками слоистой обшивки являются сложность техно­ логии и ремонта и сложность стыковых соединений. В местах

приложения сосредоточенных нагрузок в конструкции панели приходится устанавливать специальные вкладыши из металла или пластмассы (фиг. 3.18).

53. Нормальные нервюры от воздушных сил работают на из­ гиб и сдвиг, а от сил, возникающих при деформациях изгиба крыла, работают на сжатие в вертикальной плоскости. Пример­ ный вид эпюр Q и М нормальной нервюры при ее нагружении воздушными силами дан на фиг. 3.19. На этой фигуре: qH— воз­ душная нагрузка нервюры, приходящая на нее с полосы крыла

Нормальные нервюры могут иметь балочную или рамную кон­ струкцию. Наиболее распространены балочные нервюры (фиг. 3.21,а, б, в). Рамные нервюры применяются только в тех слу­ чаях, когда в крыле требуется разместить какие-либо грузы, на­ пример, топливные бани (фиг. 3.21,г), или когда крыло должно иметь разъем в плоскости хорд по условиям технологии изготов­ ления (фиг. 3.21.д). Объясняется это тем, что рамные нервюры

а)

66

тяжелее балочных. Если балочная нервюра работает от разно* сти перепада давлений верхней и нижней поверхности крыла, используя при этом всю строительную высоту профиля, то каждая половина рамной нервюры работает от полного перепада давле­ ния, имея при этом меньшую строительную высоту.

1—1 w

Фи г. 3.21

Нервюры состоят обычно из трех частей: носика, межлонжеронной части и хвостика (см. фиг. 3.21). Каждая из этих частей у нетяжелых самолетов изготовляется штамповкой из листового материала. Иногда с целью облегчения в стенке нервюры выштамповываются отверстия (ем. фиг. 3.21,а, б). Для повышения поперечной жесткости стенки нервюры отверстия облегчения от­ бортовываются, а иногда выштамповываются зиговки или уста­ навливаются стойки.

Крепление нервюр к обшивке осуществляется посредством отбортовок. Роль пояса нервюры обычно выполняет отбортовка вместе с прилегающими участками обшивки. Но если этого не­ достаточно. то создается дополнительный пояс, располагаемый под стрингерами (фиг. 3.21,в).

Связь нервюры со стрингерами осуществляется или с помо­ щью отогнутых лапок (фиг. 3.20,а), или с помощью специальных уголков (фиг. 3.20.6). Иногда стрингеры не имеют непосредст­ венной связи с нервюрами (фиг. 3.20,в); в этом случае связь стрингеров с нервюрами осуществляется через обшивку.

К стенкам лонжеронов нервюры крепятся либо с помощью отбортовок, либо посредством уголков.

Расстояние между нервюрами (шаг нервюр) выбирается та­ кое, чтобы критические напряжения общей и местной потери ус­ тойчивости стрингеров были равны.

54.Усиленные нервюры работают на изгиб и сдвиг. На фиг.

3.22для примера дано нагружение и примерный вид эпюр Q и

Мдля корневой нервюры прямого крыла.

0.

Уеолки7 соединяющие стенку нервюры с лонжероном -

Фиг. 3.23

Усиленные нервюры отличаются по конструкции от нормаль­ ных тем, что имеют более мощные пояса и стенки, ибо их на­ грузки больше. Кроме того, они имеют узлы, через которые на нервюры передаются сосредоточенные нагрузки.

Крепление нервюр к стенкам лонжеронов осуществляется че­ рез уголки, а к обшивке или непосредственно через пояса, или че­ рез косынки (фиг. 3.23).

В месте пересечения усиленных нервюр с лонжеронами пояса нервюр перерезаются. Силовое соединение поясов нервюр чаще всего осуществляется болтами или заклепками посредством спе­ циальных штампованных накладок — фитингов (см. фиг. 3.23).

У нормальных нервюр изгибающие моменты невелики и роль соединительных элементов их поясов чаще всего выполняет об­ шивка.

§32. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЛОНЖЕРОННЫХ

ИМОНОБЛОЧНЫХ КРЫЛЬЕВ

Сравнение лонжеронных и моноблочных крыльев будем про­ изводить при условии, что они выполнены из одного материала, имеют одинаковые размеры и нагрузки.

55. Сравнение по весу. Лонжеронные крылья отличаются от моноблочных в основном только способом воспринятая изгибаю­ щего момента и различие в их весе будет главным образом за счет разницы веса элементов, воспринимающих изгибающий момент. Вес же этих элементов пропорционален площади их по-

68

перечного сечения, которую можно характеризовать средней толщиной панелей крыла:

При заданной величине изгибающего момента М величина оср зависит от величины средних разрушающих напряжений панели оСр.раЯ и от рабочей высоты сечения Hf:

панелей лонжеронного и моноблочного крыльев будет опреде­ ляться только разницей рабочих высот их сечений. Рабочая вы­ сота сечения моноблочного крыла несколько больше рабочей вы­ соты сечения лонжеронного крыла, следовательно, вес растяну­ той панели моноблочного крыла будет несколько меньше, чем у

Если основной материал панели сосредоточить в поясах лонже­

висят от величины средней толщины панели. Чем больше величи­

для лонжеронной (фиг. 3.24). Объясняется это тем, что в лонжеронном крыле при увеличении 8ср материал отдается поясам, критические напряжения которых остаются при этом практиче­ ски теми же. В моноблочном же крыле при увеличении 8ср уси­ ливаются и обшивка, и стрингеры, при этом повышаются их кри­

что значительно уменьшается рабочая высота сечения, благода­ ря чему выгодность моноблочных конструкций еще более усили­ вается.

При некотором значении средней толщины панели 8*р (см. фиг. 3.24) среднее разрушающее напряжение панели оказывает­

69