5.3.3. Расчет на прочность сухого отсека летательного аппарата при действии осевых сил

Расчет на прочность летательных аппаратов с учетом неравномерности действия напряжений в различных плоскостях сечения довольно сложная инженерная задача. В процессе первоначального проектирования летательного аппарата и сравнения различных вариантов пользуются, как правило, приближенными зависимостями. Малыми силами при этом пренебрегают.

Наиболее простым считается расчет, если все силы действуют по схеме "растяжение-сжатие".

Рассмотрим суть расчета на прочность сухого отсека ЛА при действии осевых сил (см. рис.3).

Рис. 5.3. К расчету на прочность сухого отсека ЛА при действии осевых сил

I - обшивка, 2 - продольный силовой набор (стрингеры)

Пусть эксплуатационная нагрузка равна . Умножим ее на коэффициент безопасности f, получим расчетную нагрузку

.

Пусть площадь сечения обшивки и стрингеров равна F. Тогда напряжения, действующие в этом сечении будут

. (5.7)

Это напряжение должно быть меньше предельно допустимого напряжения (см. условие прочности):

.

Коэффициент запаса прочности определяется следующим образом. Определяем разрушающую нагрузку (или предельно допустимую)

(5.8) и далее

. (5.9)

5.3.4. Подбор геометрических сечений обшивки и профилей по заданной нагрузке

Для упрощения подбора сечений обшивки и профилей обычно выделяют из всего сечения один стрингер и обшивку длиной, равной расстоянию между стрингерами (см. рис. 5.4).

Эта длина при равномерном распределении стрингеров равна

, (5.10) где m - количество стрингеров;

D - диаметр отсека ЛА.

Далее приведем алгоритм подбора геометрических сечений обшивки и профилей.

Рис. 5.4. Схема для определения нагрузки на участке сечения, примыкающего х одному стрингеру

I - стрингер, 2 - обшивка, 3 - заклепка

1. Анализируется задание и выбираются исходные данные.

2. Рассчитывается осевая сжимающая сила по формуле (5.1), причем, давление наддува в баках считается равным нулю, так как в межбаковом отсеке это давление отсутствует:

.

Данная нагрузка принимается за эксплуатационную (см. верхний индекс «Э» у литеры N).

3. Определяется расчетная нагрузка:

, где f - коэффициент безопасности, который в данной работе следует принять студентам самостоятельно из следующего диапазона: f = 1,2...1,5.

4. Определяется длина части обшивки сухого отсека по образующей (окружности) , приходящейся на один стрингер (см. формулу (5.10))

.

5. Определяется продольгая нагрузка сухого отсека, приходящейся на один стрингер с примыкающей к нему обшивкой

.

6. Определяется потребная площадь поперечного сечения (стрингера и примыкающей к нему обшивки) для восприятия усилия

, где - допустимое напряжение.

7. Принимается (в первом приближении) допущение, что площадь сечения стрингера (профиля) и площадь примыкающей к нему обшивки равны, то есть

.

Откуда, учитывая, что

,

получаем

и .

Эти площади принимаются за расчетные.

8. Подбираем характеристики профиля стрингера по сортаменту (см. табл. 5.4), принимая во внимание, что принятая площадь профиля должна быть больше или равна расчетной

.

Напомним, что площадь профиля стрингера по сортаменту должна быть ближайшей к расчетной площади, иначе конструкция будет перетяжеленна.

9. Определяем потребную толщину обшивки

.

10. Принимаем толщину обшивки равной или ближайшей большей, чем толщина конструкционного материала, производимого промышленностью: 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 5; 6; 7; 8; 10 мм.

11. Определяется принятая площадь обшивки по формуле

.

12. Определяется полученная (принятая) общая площадь поперечного сечения стрингера с примыкающей к нему части обшивки

.

13. Определяется разрушающая нагрузка

.

14. Определяется коэффициент запаса прочности

.

Для случая нагружения конструкции по схеме «растяжение-сжатие» коэффициент безопасности можно рассчитать как отношение принятой площади поперечного сечения к расчетной площади. Покажем это, проведя следуюшие выкладки:

, где - потребная площадь сечения стрингера с примыкающей к нему обшивкой.

Полученный коэффициент запаса прочности должен незначительно превышать единицу. Если он превышает единицу значительно, то конструкция будет перетяжелена. Как правило, при проектировании конструкций стремятся значения коэффициента запаса прочности выдержать в следующем диапазоне: . Однако это не всегда удается обеспечить из-за ограничений по сортаменту производимых профилей и листов конструкционного материала.