2.4. Розрахунок на міцність силової нервюри елерона

Силовий набір елерона включає три силові нервюри по вузлам навіски, тобто нервюри №6, 16, 26, що відповідають нервюрам крила № 29, 32 і 35. Для розрахунку на міцність обрано найбільш навантажену нервюру елерона №16, що виконана з композитних матеріалів (вуглетканина УТ-900, УОЛ-300-1, СВМ). [15]

Розрахунок на міцність нервюри елерона виконується для розрахункового випадку «елерон відхилений униз» (граничний кут відхилення становить 15°), що передбачений діючими авіаційними правилами (АПУ-25) і відповідає найбільшому навантаженню, що діє на елерон літака у польоті.

Розрахунок на міцність виконується по наведеній у даному підрозділі методиці, з використанням даних реального елерона літака Ан-70, яка використовується на підприємстві АНТК ім. Антонова і була опрацьована в період проходження переддипломної практики на цьому підприємстві.

Вихідні дані для розрахунку:

• площа елерона в плані S_ел = 3,15 м²;

• максимальна висота теоретичного контуру елерона (по осі лонжерона елерона) H_т.к.max = 0,164 м;

• мінімальна висота теоретичного контуру елерона (по крайці елерона – закінцівочному профілю) H_т.к.min = 0,014 м;

• довжина теоретичного контуру елерона у перерізі по нервюрі елерона №16 L_т.к. = 0,595 м;

• довжина лонжерона елерона L_л.ел = 4,858 м;

• крок нервюр елерона (сталий по усій довжині лонжерона) b_н.ел = 0,168 м;

• розрахункове зосереджене навантаження на елерон від аеродинамічних сил для зазначеного розрахункового випадку (отримане з урахуванням коефіцієнту безпеки f_б = 2 – з попереднього підрозділу) Р_роз = 4159,32 даН = 40789 Н;

• крутний момент, що діє у перерізі елерона по нервюрі №16 (отримано з побудованої у попередньому підрозділі епюри) M_кр = 745 даН·м = 7305,954 Н·м;

• товщина одного слою вуглетканини δ_сл = 0,24 мм = 0,0024 м.

На рис. 2.7 зображено умовний переріз елерона по силовій нервюрі №16

(теоретичний контур), та діючі на неї навантаження: розподілене навантаження від аеродинамічних сил (q_пов) і напруження (q_кр) у теоретичному контурі нервюри від крутного моменту M_кр .

Площа теоретичного контуру:

Напруження у теоретичному контурі нервюри від крутного моменту M_кр:

Питоме навантаження на елерон:

Розподілене навантаження від аеродинамічних сил:

Зосереджене навантаження від аеродинамічних сил:

Нервюра елерона, розглянута як защемлена на лонжероні балка (рис. 2.8).

Згинальний момент, що діє на нервюру елерона №16 (умовно балку), викликаний аеродинамічними силами:

Сумарний момент, що діє на нервюру елерона у перерізі по осі лонжерона:

Основним метою розрахунку на міцність є визначення коефіцієнту запасу міцності η, тобто відношення границі міцності матеріалу σ_в (у даному випадку пакету певної кількості слоїв вуглетканини) до діючого напруження у його перерізі σ_д , і визначається по наступній формулі:

де k_дег – коефіцієнт деградації, що враховує виробничі та експлуатаційні фактори, тобто властивості волокон вуглетканини (для подальших розрахунків прийнято k_дег = 0,76); σ_в – границя міцності або граничне напруження руйнування матриці (пакету вуглетканини), Па; σ_д – діюче (прикладене) напруження у перерізі матриці, Па.

Умова міцності виглядає наступним чином:

де m ≥ 1 – попередньо прийнятий коефіцієнт запасу міцності, значення якого варіюється в залежності від області використання виробу.

У авіабудівництві, у зв’язку з специфікою галузі і підвищеними вимогами до безпеки польотів, при розрахунках на міцність прийнято використовувати завищені значення коефіцієнту запасу міцності. Оскільки у розрахунок коефіцієнту запасу міцності вже включений додатковий коефіцієнт деградації, що передбачає деякий додатковий запас міцності матриці пакету нервюри, то вище наведена вимога цілком задовольняється.

Діюче напруження у перерізі поясу нервюри визначається наступним чином:

де Р_п – навантаження, що діє (прикладається) на пояс нервюри, Н; S_п – площа відповідного перерізу поясу нервюри, м².

Розрахунок міцності проводиться для визначених перерізів нервюри елерона, а саме для перерізу по вісі лонжерона елерона і 120, 160, 240, 297,5 мм від неї (див. рис. 2.9).

Площі відповідних перерізів поясу нервюри елерона визначаються за допомогою схеми, зображеній на рис. 2.10 і по наступній формулі:

де n = 5 – кількість слоїв; n₁ = 4 – кількість слоїв; δ_сл = 0,24 мм – товщина одного слою; b_п = 60 мм – ширина поясу нервюри; b_ст = 2,06 мм товщина стінки нервюри; Н₁ = 20 мм – висота поясу нервюри; i – кількість додаткових слоїв (див. рис. 2.9).

Переріз 297,5 мм від вісі лонжерона елерона (i = 0):

Переріз 240 мм від вісі лонжерона елерона (i = 1):

Переріз 160 мм від вісі лонжерона елерона (i = 2):

Переріз 120 мм від вісі лонжерона елерона (i = 3):

Переріз по осі лонжерона елерона (i = 4):