10.4. Подкрепленные тонкостенные оболочки - основа конструкции планера летательных аппаратов

Характерной особенностью конструкции планера современного ЛА является применение подкрепленных тонкостенных оболочек, подверженных действию разнообразных внешних нагрузок и уравновешенных внутренними перерезывающими силами, изгибающими и крутящими моментами. Применение пустотелых конструкций, тонкостенных оболочек, подкрепленных продольным и поперечным набором, дает возможность целесообразно использовать компоновочные объемы, обеспечивает высокие несущие свойства (прочность и жесткость) конструкции при минимально возможной массе.

Рис. 10.25. Деформация обшивки крыла	Рис. 10.26. Деформация обшивки фюзеляжа

   Разрежение Δp на поверхности крыла (рис. 10.25) стремится деформировать обшивку крыла, а избыточное давление Δp в кабине (рис. 10.26) - обшивку фюзеляжа. Искажение формы (особенно несущих частей ЛА) крайне неблагоприятно отражается на аэродинамических, летно-технических характеристиках и характеристиках устойчивости и управляемости ЛА.

Рис. 10.27. Подкрепленная тонкостенная оболочка

Основными формообразующими элементами тонкостенных оболочек1 (рис. 10.27) являются поперечные тонкостенные элементы 3. В несущих частях ЛА это нервюры (франц. nervure, от лат. nervus - жила, сухожилие), в ненесущих частях - шпангоуты (от гол. spanthout, от spant - балка и hout - дерево).
Продольные элементы 2, подкрепляющие сравнительно слабоизогнутую обшивку несущих и ненесущих частей ЛА (см. также рис. 10.14) - это стрингеры (англ. stringer, от string - привязывать, скреплять).
Обладая минимальной массой по сравнению со всеми возможными конструкциями, нагружаемыми крутящим моментомМ_кр, подкрепленные продольным и поперечным силовым набором замкнутые тонкостенные оболочки, имеющие один (рис. 10.28) или несколько (рис. 10.29) замкнутых контуров ω_i, обеспечивают высокую прочность и жесткость конструкции.

Рис. 10.28. Однозамкнутый контур тонкостенной оболочки	Рис. 10.29. Трехзамкнутый контур тонкостенной оболочки

   Воспринимая кручение, такая оболочка хорошо работает на изгиб и сдвиг от поперечных нагрузок и может рассматриваться как пустотелая коробчатая балка - кессон (от франц. caisson - ящик).    При нагружении перерезывающей силой Р и изгибающим моментом М_изг удаленные от нейтральной оси верхний и нижний своды кессона (рис. 10.30),

Рис. 10.30. Нагружение крыла перерезывающией силой и изгибающим моменто	Рис. 10.31. Лонжероны: а - балочный; б - ферменный

представляющие собой слабоизогнутые листы обшивки, подкрепленные стрингерами, работают (как и в балке, см. рис. 10.23) на растяжение и сжатие.    Продольные боковые стенки кессона от перерезывающей силы работают на сдвиг.    Конструкция типа кессон с работающей на растяжение-сжатие (воспринимающей изгиб) обшивкой в конкретных условиях нагружения может оказаться более рациональной, чем конструкция с так называемой неработающей обшивкой - обшивкой, не воспринимающей изгибающий момент, а работающей только на сдвиг при кручении.    В конструкции с неработающей обшивкой изгибающий момент воспринимают продольные силовые элементы - лонжероны (франц. longeron, от longer - идти вдоль), которые представляют собой либо балку (рис. 10.31,а), либо плоскую ферму (рис. 10.31,б), все конструктивные элементы которой ( пояса 1 и 2, стойки 3 и подкосы 4) при нагружении изгибом и сдвигом работают только на растяжение-сжатие, обеспечивая необходимую прочность и жесткость ферменной конструкции. Как и лонжероны, поперечные подкрепляющие тонкостенную оболочку элементы - нервюры и шпангоуты - могут представлять собой конструкции балочного или ферменного типа.    Подбором различных комбинаций подкрепляющих оболочку элементов конструкции - стрингеров, лонжеронов, нервюр, шпангоутов - формируется наиболее рациональная конструктивно-силовая схема (продольный и поперечный силовой набор) проектируемого агрегата ЛА, обеспечивающая минимально возможную массу агрегата при необходимой прочности и изгибно-крутильной жесткости.