8.3. Расчёт шпангоутов
Нормальные шпангоуты в фюзеляже выполняют те же функции, что и нервюры в крыле. Основной деформацией для шпангоута является изгиб (растяжение-сжатие), в то время как для нервюры – сдвиг. Усиленные шпангоуты обеспечивают передачу на обшивку или другие элементы каркаса сосредоточенных сил от прикреплённых к ним грузов и агрегатов. Шпангоут представляет собой плоскую замкнутую раму клёпаной, штампованной или смешанной конструкции. В качестве поясов силовых шпангоутов применяются прессованные профили уголкового или таврового сечения. Стенки выполняются из листового материала и подкрепляются в радиальном направлении для повышения их жёсткости. Касательные усилия в обшивке, уравновешивающие нагрузку, действующую на шпангоут, определяются формулой
,
где
- сила, действующая на шпангоут;
и - статический момент, и момент инерции редуцированного сечения фюзеляжа.
Расчёт шпангоута производится по методике рам. В общем случае шпангоут представляет трижды статически неопределимую раму. Неопределимость можно раскрыть методом сил. За счёт симметрии конструкции при прямой и обратной симметрии действующей нагрузки, задача становится дважды и единожды статически неопределимой. Величины изгибающих моментов , поперечных сил и осевых сил , возникающих в сечении кольца при различных случаях нагружения берутся из справочной литературы. Имея эпюры ,
и
,
по формулам сопромата можно определить
напряжения в поясах
и в стенке
.
Порядок расчёта усиленного шпангоута:
Вычерчивается в масштабе схема и на неё наносятся нагрузки.
Нагрузки шпангоута уравновешиваются реактивным потоком, действующим по наружному обводу.
Выбирается основная система.
Шпангоут разбивается на произвольные участки.
Определяются моменты инерции во всех сечениях шпангоута графоаналитическим методом, строится линия центров тяжести сечений.
Строятся эпюры от изгибающих моментов в основной и единичной системах
.Вычисляются перемещения и определяются основные неизвестные, с помощью решения системы канонических уравнений.
Строятся эпюры , и по шпангоуту.
Вычисляются и во всех участках шпангоута.
9. Расчёт оперения
Рассмотренные принципы проектирования и расчёта конструкции крыла полностью применимы к конструированию и расчёту хвостового оперения. Стабилизатор и киль обычно представляют собой тонкостенные консольные балки, схемы которых аналогичны схемам крыла. Вдоль задней кромки стабилизирующей поверхности шарнирно подвешивается руль – многоопорная тонкостенная балка. Нагружение задней части стабилизатора и киля сосредоточенными силами в узлах навески рулей, отличает расчёт оперения от расчёта крыла. Распределённая нагрузка с обшивки руля передаётся на нервюры, а с нервюр в виде сосредоточенных сил и моментов на лонжерон руля, с которого передаются на кронштейны навески. От воздушной нагрузки и реакций опор руль работает на изгиб как многоопорная балка и на кручение – как балка, защемлённая в плоскости тяги.