книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

моноблочная. Анализ конструкций крыльев, выполненных из дюралюмина, показывает, что 8*р ss 5-н 6 мм, при этом аСр.разр s =г2800 дан/см2 (кГ/см2) для обоих типов конструкций.

Величина оср переменна по длине крыла. С точки зрения веса крыла важно правильно выбрать тип конструкции для наиболее тяжелой части крыла — корневой. Величина 8ср корневой части крыла зависит от веса аппарата и параметров крыла. С увеличе­ нием веса аппарата, угла стреловидности и удлинения крыла и с уменьшением сужения и относительной толщины профиля крыла 8ср возрастает и возрастает, следовательно, выгодность моно­ блочного крыла. Так, например, для тонких крыльев большой

стреловидности (х > 50°, с < 0,08) во всем реально возможном диапазоне весов аппарата целесообразна моноблочная конструк­ ция.

Треугольные крылья имеют малые удлинения и большие су­ жения, а потому при том же весе аппарата имеют меньшие зна­ чения 8ср в корневых сечениях. Вследствие этого для аппаратов, имеющих треугольные крылья, моноблочная конструкция будет выгодна в весовом отношении только при больших весах аппара­

совом отношении только для аппаратов весом порядка 1000 кН

F

ментах, лимитирующих прочность крыла. При малых значени­ ях величин £ср напряжения в стрингерах моноблочного крыла меньше, чем в поясах лонжеронного. Относительные деформации

70

продольного набора моноблочного крыла будут меньше, чем у лонжеронного, а рабочая высота его сечения — больше. Следо­ вательно, углы поворота сечений моноблочного крыла будут меньше, а поэтому будут меньше и прогибы. По мере увеличения 8сР напряжения в стрингерах моноблочного крыла растут, а в по­ ясах лонжеронного — остаются примерно на том же уровне. При 8ср ^ напряжения в стрингерах моноблочного крыла могут быть близкими к напряжениям поясов лонжеронного крыла. Од­ нако и в этом случае прогибы моноблочного крыла будут меньше, так как рабочая высота его сечения будет больше, чем у лонже­ ронного.

Большая жесткость моноблочного крыла на кручение объяс­ няется тем, что оно имеет более толстую обшивку.

Местная жесткость моноблочного крыла также выше, чем у лонжеронного, вследствие большей толщины обшивки и лучшего

ееподкрепления.

57.С точки зрения компоновки и эксплуатации лонжеронные крылья имеют ряд преимуществ.

В лонжеронных крыльях можно делать большие вырезы в об­ шивке для монтажа и осмотра различных агрегатов, так как в них обшивка и стрингеры сравнительно мало участвуют в воспринятии изгибающего момента. Для сохранения прочности на круче­ ние вырезы закрываются работающими на сдвиг крышками, ко­ торые крепятся винтами по их контуру. Если постановка крышек на винтах невозможна, то вырез компенсируется постановкой усиленных нервюр по краям выреза и некоторым усилением лон­ жеронов на участке выреза и вблизи него. Кручение на участке

выреза будет восприниматься изгибом лонжеронов подобно то­ му, как воспринимается крутящий момент изгибом боковин на участке большого выреза фюзеляжа (см. пп. 164, 166, 167). Утя­ желение конструкции крыла за счет компенсации выреза может оказаться при этом не очень значительным.

В моноблочном же крыле вырезы обязательно должны быть закрыты силовыми крышками, которые должны быть способны передавать не только усилия сдвига, но и большие осевые силы, что требует мощного (через фитинги, гребенки) болтового креп­ ления крышек по их поперечным стыкам. Все это затрудняет эксплуатацию и ведет к утяжелению конструкции.

Стыковка отъемной части моноблочного крыла осуществляет­ ся также сложнее, чем в лонжеронном крыле: по всему контуру моноблока — и по силовым панелям, и по стенкам (фиг. 3.25), в то время как у лонжеронного лишь с помощью нескольких бол­ тов (см. фиг. 3.1 и 3.8).

58. Боевая живучесть крыла зависит не только от силовой схемы, но и от габаритов крыла и типа средств поражения. По­ этому сравнение по боевой живучести моноблочных и лонже­ ронных крыльев надо производить для конкретных типов средств

71

поражения с учетом габаритов крыльев (см. пп. 416, 417). Ха­ рактер воздействия различных типов средств поражения на ле­ тательный аппарат, в том числе и на конструкцию планера, из­ ложен в главе XVIII, пп. 421, 422, 423, 424.

Для крыльев небольших габаритов при воздействии по ним средств поражения большой мощности сравнение по боевой жи­ вучести не имеет смысла, так как при поражении крыльев такими средствами происходит общее разрушение конструкции крыла независимо от его силовой схемы.

Для крыльев значительных габаритов потеря прочности и жесткости конструкции зависит от силовой схемы крыла и типа средств поражения.

По отношению к снарядам ударного действия моноблочные крылья, имеющие толстую обшивку, обладают более высокой боевой живучестью, чем лонжеронные крылья, имеющие тонкую обшивку. Объясняется это тем, что при малых углах подхода снаряда ударного действия к панели моноблочного крыла про­ исходит или рикошет снаряда или выламывание взрывателя и не­ полный взрыв снаряда. Панели в этом случае получают незна­ чительные повреждения в виде вмятин и царапин. При больших же углах подхода снаряд проходит внутрь конструкции, однако местные разрушения панелей при этом незначительны и не при­ водят к заметному снижению прочностных и жесткостных харак­ теристик моноблочного крыла.

Для лонжеронных крыльев явление рикошета и выламыва­ ния взрывателя имеет гораздо меньшее значение, а местные раз­ рушения более тонкой обшивки существенно больше, чем в моно­ блочном крыле, поэтому они претерпевают большую потерю прочности и жесткости на кручение. Вероятность же попадания в пояса лонжерона и разрушения их снарядом ударного действия мала.

По отношению к дистанционным снарядам с осколочным по­ лем малой плотности (до 10 осколков на 1 м2 площади) боевая живучесть и моноблочных, и лонжеронных крыльев также доста­ точно высока, так как поражение конструкции крыльев отдель­

72

Г л а в а IV

КОНСТРУКЦИЯ и СИЛОВЫЕ СХЕМЫ СТРЕЛОВИДНЫХ

ИТРЕУГОЛЬНЫХ КРЫЛЬЕВ

§4.1. СИЛОВЫЕ СХЕМЫ КРЫЛЬЕВ

59.Стреловидные крылья могут быть лонжеронными и моно­ блочными. Особенности конструкции и работы стреловидных крыльев определяются их корневыми частями, т. е. участками

1—2—3, непосредственно прилегающими к фюзеляжу (фиг. 4.3, 4.7, 4.9). Конструкция и работа основных элементов концевых ча­ стей этих крыльев практически такие же, как у прямых крыльев.

В зависимости от силовой схемы корневой части стреловид­ ные крылья подразделяются на:

—крылья с переломом осей продольных силовых элементов: однолонжеронные (фиг. 4.3), двухлонжеронные (фиг. 4.7) и мо­ ноблочные (фиг. 4.9);

—крылья без перелома осей продольных силовых элементов или крылья с подкосной балкой: однолонжеронные (фиг.-4.14) и моноблочные (фиг. 4.23).

Такие же силовые схемы могут быть и у треугольных крыльев. Но треугольные крылья имеют и специфические силовые схемы — с лонжеронами, перпендикулярными оси фюзеляжа: однолонже­ ронные со многими вспомогательными лонжеронами (фиг. 4.29)

имноголонжеронные с параллельными лонжеронами (фиг. 4.33).

60.Особенности работы корневых частей стреловидных кры­ льев связаны с передачей на узлы крепления крыла к фюзеляжу изгибающего и крутящего моментов и поперечной силы, подо­ шедших к корневому сечению 2—3 со стороны концевой части. Эти особенности сводятся к следующему.

Во-первых, все стреловидные крылья для передачи изгибаю­ щего момента должны иметь дополнительные силовые элементы по сравнению с прямыми крыльями. Крылья с переломом осей продольных элементов, воспринимающих изгибающий момент, з местах перелома должны иметь бортовые силовые нервюры 1—2. У крыльев без перелома осей продольных силовых элементов таким дополнительным силовым элементом является подкосная балка 2—4.

74

Во-вторых, все лонжеронные крылья обязательно должны иметь корневую нервюру 2—3 для передачи крутящего момента. Это связано с особенностями работы на сдвиг корневого тре­ угольника обшивки 1—2—3. Для передачи погонных касатель­ ных усилий qK из сечения 2—3 к сечению 2—1 (фиг. 4.1) из ус­ ловий равновесия необходимо, чтобы в сечении 2—1 развивались нормальные погонные усилия qa. Но эти усилия в лонжеронном крыле существовать не могут, так как сечение 2— 1 является сво­ бодным краем обшивки. Следовательно, участок обшивки 1—2—3 здесь работать на сдвиг не может и для снятия крутящего мо­ мента необходимо в сечении 2—3 установить силовую корневую нервюру.

В-третьих, в моноблочных стреловидных крыльях с переломом силовых панелей в корневых частях происходит концентрация нормальных напряжений в элементах силовых панелей, располо­

происходит подобное же перераспределение изгибающих момен­ тов и поперечных сил между передним и задним лонжеронами.

61. В стреловидных и треугольных крыльях нервюры могуг быть расположены по нормали к оси жесткости крыла (фиг. 4.7),. по потоку (фиг. 4.14), а также комбинированно. На работу си­ ловой схемы крыла расположение нервюр практически не влия­

75

ет: поперечная сила, изгибающий и крутящий моменты воспри­ нимаются одинаково при любом расположении нервюр.

Расположение нервюр по потоку способствует лучшему вы­ держиванию формы профиля крыла в этих направлениях. Одна­ ко нервюры, расположенные по потоку, вследствие их больших длин получаются более тяжелыми, чем нервюры, расположенные по нормали к оси жесткости крыла. Кроме того, нервюры по по­ току невыгодны с точки зрения производства из-за наличия ост­ рых углов в местах их соединения со стенками лонжеронов и об­ шивкой. Поэтому чаще нервюры располагают по нормали к оси жесткости крыла (или по нормали к одному из лонжеронов).

В треугольных крыльях с лонжеронами, перпендикулярными оси фюзеляжа, нервюры располагаются по потоку (фиг. 4.29, 4.33), причем все нервюры (за исключением бортовой) могут быть выполнены поясными (без сквозных стенок).

Рассмотрим работу силовых элементов стреловидных и тре­ угольных крыльев наиболее типичных силовых схем. При этом в стреловидных крыльях будем рассматривать лишь работу си­ ловых элементов корневых частей при передаче на узлы крепле­ ния крыла к фюзеляжу Q, М и М к, приходящих к корневому се­ чению крыла со стороны концевой его части. Нагружением эле­ ментов корневых частей местной воздушной нагрузкой, как пра­ вило, будем пренебрегать.

§ 4.2. СТРЕЛОВИДНЫЕ КРЫЛЬЯ С ПЕРЕЛОМОМ СИЛОВЫХ ПРОДОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ У БОРТА ФЮЗЕЛЯЖА

Однолонжеронное крыло. Силовая схема крыла (фиг. 4.3) со­ стоит из лонжерона 1—3—6, задней стенки 2—7, двух силовых нервюр — бортовой 1—2 и корневой 2—3—4, обшивки, подкреп­ ленной стрингерами, и набора нормальных нервюр. Крыло сты­ куется с фюзеляжем моментным узлом в точке 1 и шарнирным в точке 2. Бортовая нервюра в точке 1 моментно увязана с лонже­ роном, а в точке 2 закреплена шарнирно. Корневую нервюру бу­ дем считать шарнирно опертой в точках 2 и 3, в которых ее стен­ ка связана со стенками соответственно бортовой нервюры и лон­ жерона.

К корневому сечению крыла со стороны концевой части под­ ходят поперечная сила и изгибающий момент по лонжерону и крутящий момент в виде потока касательных усилий qx по замк­ нутому контуру, образованному обшивкой крыла и задней стен­ кой.

62. Крутящий момент с замкнутого контура снимается корне вой нервюрой 2—3—4 и передается ею в виде пары сил RK в узел 2 и на лонжерон в точке 3. Сила /?к, воспринятая лонже­ роном, изгибом последнего передается в узел 1. Корневая нервю­ ра 2—3—4 работает на изгиб подобно корневой нервюре прямо­ го крыла (см. фиг. 3.22): в ее сечениях действуют поперечная си-

76

"б

77

ла и изгибающий момент. Следовательно, конструктивно кор­ невая нервюра должна быть выполнена в виде двухпоясной бал­ ки. Иногда устанавливается дополнительная усиленная нервюра 1—5, защемленная в узле 1. В этом случае часть крутящего мо­ мента по замкнутому контуру носка доходит до нервюры 1—5 и раскладывается на два сосредоточенных момента в бортовой нервюре 1—2 и в фюзеляжном участке лонжерона 1—/.

63. Поперечная сила от корневого сечения передается в узел / участком лонжерона 1—3. При этом лонжерон дополнительно нагружается изгибающим моментом.

64. Изгибающий момент лонжерона М в точке 1 раскладыва­ ется на две составляющие (см. фиг. 4.3): /Иб == М cos у и

М н — М siny.

Момент Л46 передается на фюзеляжный участок лонжерона / —1 и уравновешивается (при симметричном нагружении крыла) таким же моментом, подходящим к нему с другой консоли крыла (фиг. 4.4). При этом фюзеляжный участок лонжерона работает на чистый изгиб.

Момент Мп воспринимается бортовой нервюрой 1—2 и пере­ дается ею в виде пары сил Р н на узлы 1 и 2 крепления крыла к фюзеляжу (фиг. 4.5). При этом бортовая нервюра работает на поперечный изгиб. Бортовая нервюра является одним из наибо­ лее нагруженных элементов рассматриваемого крыла: при боль­ ших углах у максимальный изгибающий момент нервюры по ве­ личине близок к максимальному моменту лонжерона, а ее попе­ речная сила может быть даже больше поперечной силы лонжеро­ на. Поэтому бортовая нервюра должна иметь толстую стенку и мощные пояса, причем последние, как правило, имеют сечения, пропорциональные эпюре М, и обязательно должны быть связа­ ны с поясами лонжерона для передачи момента Л4Н. Конструктив­ но бортовая нервюра может принадлежать и крылу (фиг. 4.6,0)

ифюзеляжу (фиг. 4.6,6).

65.Опорные реакции однолонжеронного крыла в узлах его крепления к фюзеляжу могут быть найдены двумя способами:

—алгебраическим суммированием сил и моментов, переда­ ваемых в узлы 1 и 2 лонжероном, бортовой и корневой нервюра­

ми;

— из рассмотрения равновесия консоли крыла.

Если, например, бортовая нервюра 1—2 принадлежит крылу (см. фиг. 4.3), то равенство нулю суммы моментов всех сил от­ носительно осей 2—2, 1—1 и 1—2 дает

где Р — равнодействующая аэродинамических и массовых сил консоли крыла;

/]_2 — расстояние между узлами крепления крыла к фюзеля­ жу.

78

Здесь следует заметить, что возможно расхождение между величинами реакций, определенных этими способами, так как при рассмотрении нагружения элементов корневой части крыла местные воздушные нагрузки не учитывались.

ЬортоЬая

нербюра

Двухлонжеронное крыло. Силовая схема крыла (фиг. 4.7) со­

79