8.1. Проектировочный расчёт фюзеляжа

При проектировании конструкции фюзеляжа для грубой оценки потребных сечений основных продольных элементов и обшивки, можно производить расчёт по схеме двухпоясной балки, принимая в качестве поясов верхний и нижний своды сечения, а в качестве стенок – боковины. Тогда нормальные напряжения в сводах будут

,

где - потребная площадь редуцированного сечения свода;

- расстояние между центрами тяжести площадей сечения сводов

,

где - количество стрингеров в одном своде;

- площадь сечения одного стрингера;

- площадь обшивки одного свода;

- редукционный коэффициент, показывающий, какая часть обшивки работает полноценно (в сжатой зоне <1, а в растянутой - =1);

- расстояние между стрингерами;

- толщина обшивки.

Составляющие касательных усилий в обшивках:

.

Результирующее значение касательных усилий . Толщина обшивки .

Этот расчёт позволяет в первом приближении определить сечения элементов.

Фюзеляжи большинства пассажирских самолётов имеют стрингерную конструкцию с шагом стрингеров 150 – 200 и с шагом шпангоутов 450 – 500 .

8.2. Определение напряжений в элементах конструкции фюзеляжа

Расчёт фюзеляжа на прочность заключается в определении напряжений в элементах конструкции от внешних нагрузок и сравнении их с разрушающими. Фюзеляж может разрушиться в результате общей потери устойчивости при изгибе, сжатии и кручении. Наиболее опасен в этом случае изгиб. Причиной потери устойчивости чаще всего оказывается недостаточная жёсткость шпангоутов. Для конструкции существует критическое значение изгибающего момента, превышение которого приводит к общей потере устойчивости и разрушению фюзеляжа. Критические напряжения общей потери устойчивости фюзеляжа кругового сечения определяются по формуле

,

где - момент инерции шпангоута с присоединённой обшивкой;

- шаг шпангоутов;

- эквивалентная толщина обшивки.

Разрушающие напряжения стрингеров, работающих на сжатие, определяются критическими напряжениями общей или местной потери устойчивости. За критическое напряжение стрингера (в случае местной потери устойчивости) принимают критическое напряжение для наиболее слабого стрингера. Критические напряжения общей потери устойчивости в пределах упругости:

,

где - расстояние между нервюрами;

- радиус инерции стрингера с присоединённой обшивкой ( и - соответственно площадь сечения и момент инерции стрингера с присоединённой обшивкой);

- коэффициент, зависящий от условий опирания стрингера ( =1, когда стрингер свободно опёрт на нервюру и =2, когда стрингер приторцован).

Нормальные напряжения от изгибающего момента и осевых сил :

,

где - момент инерции редуцированного сечения фюзеляжа;

- площадь редуцированного сечения;

- расстояние от нейтральной оси редуцированного сечения до стрингера;

- площадь сечения стрингера;

- расстояние между стрингерами;

- толщина обшивки фюзеляжа.

Редукционный коэффициент обшивки для сжатой зоны определится формулой

,

где - напряжение в стрингере;

- радиус фюзеляжа;

.

Нормальные напряжения по вышеприведённой формуле можно определить методом последовательных приближений: задаются в сжатой зоне напряжения стрингеров , находят , , и, наконец, . По полученным значениям уточняют и находят новое значение . Расчёт ведут до тех пор, пока напряжения двух последовательных приближений будут отличаться не более, чем на 5 %, что удовлетворяет требованиям точности расчётов в курсовом проекте.

Касательные напряжения можно определить как напряжения для замкнутой оболочки:

,

где ;

- статический момент редуцированной части сечения;

- для кругового сечения фюзеляжа;

слагаемое учитывает часть силы , которая уравновешивается составляющей нормальных усилий, возникающих вследствие конусности фюзеляжа.