Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Выбор конструктивно силовых схем элементов лонжеронных крыльев

Читайте также:
  1. A) определение спроса на товар, оценка издержек производства, выбор метода ценообразования, установление окончательной цены
  2. C. Число элементов в операции
  3. I. ВЫБОРКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА О ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ.
  4. I. Методы выбора инновационной политики
  5. I.ВЫБОР ТЕМЫ
  6. IV. Выбор и проектирование инновационных образовательных технологий
  7. IV. По знаку элементов: 1) стандартный (расходы предшествуют доходам); 2) нестандартный
  8. V. Выбор средств воздействия на целевые аудитории.
  9. А) Аутентичность - полное осознание настоящего момента, выбор способа жизни в данный момент, принятие ответственности за свой выбор
  10. А) Свободу самоопределения каждого потенциального избирателя в своей позиции по отношению к выборам

Выбор продольного набора крыла

Основными элементами продольного набора лонжеронного крыла, воспринимающими до 75 ... 80 %

изгибающего мо­мента, являются его лонжероны.

При выборе количества лонжеронов, помимо компоновочных соображений, учитываются следующие требования.

Требования минимальной массы. Лонжерон однолонжеронного крыла располагается в месте наибольшей строительной высоты (рис.4,а), что соответствует расстоянию а = 30 ... 45 % Ь\ задняя стенка — на расстоянии с = 65 ... 75 % b (где b — хорда).

Окончательно размер с зависит, в значительной степени, от по­ложения элеронов и закрылков. До определенных строительных высот крыла и значений изгибающего момента М данное крыло будет выгодным, обладая минимальной массой. Это объясняется наибольшим разносом массы пояса относительно нейтральной оси. При этом мы получаем наибольший момент инерции и наи­меньшие напряжении. . При уменьшении относитель­ной толщины крыла и росте нагрузок на крыло потребные сече­ния поясов чрезмерно увеличиваются по высоте и расстояние между центрами полок становится малым (рис.4,б), момент инерции уменьшается и весовое преимущество крыла пропадает.

 

 

 

а — лонжеронное крыло большой относительной толщины; б — увеличение высоты пояса однолонжеронного крыла при уменьшении относительной толщины; в — переход на двухлонжеронное крыло

Рис. 4

 

С какого-то момента может оказаться более выгодным двухлонжеронное крыло (рис.4,в), хотя лонжероны в таком крыле располагаются не в местах наибольшей относительной толщины, а на расстояниях а — 15 ... 25 % b и с — 60 ... 70 % b (такое расстояние лонжеронов объясняется более равномерным распре­делением между ними нагрузок). Наивыгоднейшее решение можно найти методом оптимизации.

Требования надежности и живучести. С учетом этих требова­ний выгоднее многолонжеронная конструкция, так как при выходе из строя одного лонжерона усилия перераспределяются между остальными, и конструкция может продолжать нести на­грузки в режимах полета с незначительными перегрузками.

Требования жесткости. Многолонжеронная конструкция крыла имеет наибольшую жесткость. При этом крыло менее склонно к деформациям изгиба и кручения, и характеристики его будут отвечать основным требованиям аэроупругости.

Конструктивное оформление элементов лонжерона

При выборе конструкции лонжерона стремятся в ос­новном применять одностеночные конструкции, так как это вы­годнее в отношении минимальной массы и из условий технологии (рис.5). Конструкция, приведенная на рис.5,а, требует только одного заклепочного шва соединения пояса со стенкой. Для конструкции, показанной на рис.5,б, необходимо допол­нительное соединение, что дает увеличение массы, кроме того, осложняет подход при клепке второй стенки.

 


а – с одной стенкой; б – с двумя стенками. Рис. 6

Рис. 5

 

При выборе толщины пояса необходимо учитывать, что чем толще пояс, тем больше неравномерность распределения по нему напряжений (рис.6). При работе на изгиб только наи­более удаленные от нейтральной оси элементы пояса будут рабо­тать с максимальными допускаемыми напряжениями, равными . При этом чем больше толщина пояса, тем ближе к нейтральной оси располагается его основная масса, тем меньше момент инер­ции пояса и тем хуже используется его материал. Последнее приводит к увеличению массы конструкции.

Отсюда следует, что желательно выполнять пояс тоньше и шире, но в данном случае надо учитывать возможность местной потери устойчивости сжатым поясом.

Соотношение bn/(2h) надо выбирать таким, чтобы . Кроме того, кривизна пояса будет лимитироваться кривизной профиля крыла, так как при чрезмерно широком поясе понадо­бятся дополнительные накладки по обводу во избежание наруше­ния качества поверхности крыла. При этом пояс опускается, и расстояние его центра масс от нейтральной оси уменьшается.

При проектировании пояса лонжерона необходимо для растя­нутого пояса учитывать его ослабление отверстиями под заклепки, т. е. уменьшение несущей способности пояса на величину 0,9 ( ). Но помимо ослабления пояса отверстия под заклепки ухудшают также его усталостные характеристики за счет концентрации напряжений в зоне отверстия. Поэтому ра­ционально выполнять пояс с дополнительными усиками для его крепления с обшивкой (рис.7).

 

 

 

Рис. 7

 

Наличие усиков может незна­чительно увеличить массу, но при этом сам пояс не ослабляется, а работает до , кроме того повышаются его усталостные харак­теристики. Необходимо предусмотреть изменение сечения пояса по размаху, а также его малковку в целях получения требуемого угла наклона к профилю без закручивания пояса. Лучше всего применять для этого заранее отштампован­ные или прокатанные профи­ли переменного сечения и с переменной малкой, выпол­ненные в соответствии с теоретическим чертежом пояса. Можно изготовлять лонжерон путем фрезерования исходного профиля по размаху. Но у поясов, изготовленных этим методом, несколько снижается сопротивление усталости, так как при фрезеровании несколько нарушается структура материала. Кроме того, задиры, которые могут оставаться после фрезерования, приводят к концен­трации напряжения, что ухудшает сопротивление усталости пояса, В отдельных случаях для крыльев легких самолетов применяют сборную конструкцию пояса из нескольких элементов, часть которых постепенно удаляют по размаху. Но при этом сечение лонжерона изменяется по размаху не плавно, а скачками, что отрицательно сказывается на сопротивлении усталости конструк­ции и ее ресурса. При проектировании крыла необходимо стре­миться к такому решению, при котором пояса лонжеронов рас­полагаются с открытой малкой. Выполнение поясов с закрытыми малками представляет ряд технологических трудностей.

Загрузка...

Выбор конструкции стрингеров

В конструкциях крыльев современных самолетов в ка­честве стрингеров обычно применяют прессованные профили постоянного сечения по размаху. На рис.8. приведены виды типовых про­филей, чаще всего применяемых для стрингеров крыла.

 

 

Рис. 8

Для лонжеронных крыльев обычно используются профили типа приведен­ных на рис.8,а. Недостатком этих профилей является склон­ность к закручиванию при потере устойчивости, что создает в об­шивке незначительные изгибные деформации. В этом отношении выгоднее профили, главная ось инерции которых проходит через ось заклепочного шва, тогда стрингер не закручивается под осе­вой нагрузкой

(рис.8,б,в). Но такие профили редко исполь­зуются в лонжеронном крыле, где не требуется большой несущей способности стрингерного набора, и находят применение в кес­сонных крыльях.

Закрытый профиль (рис.8,б) имеет наиболее высокие характеристики устойчивости (из-за образования совместно с об­шивкой замкнутого контура). Его недостатком являются наличие двух рядов заклепочных швов, что утяжеляет конструкцию.

Изменять площадь сечения стрингеров вдоль размаха приходится скачками, путем уменьшения количества стрингеров в сечении. При этом надо стремиться к постепенному уменьшению указанного количества стрингеров с тем, чтобы не было резкого перепада жесткостей.

Как правило, из компоновочных соображений не удается устанавливать стрингеры по линии постоянного процента хорд в разных сечениях. Поэтому стрингеры подходят к сечениям с переменными малками. Проводить специальную малковку стрингерного на­бора технологически трудно. В связи с этим в процессе сборки панелей крыла со стрингерами последние закручивают на сответствующие углы так, чтобы обеспечить их переменную малку в разных сечениях крыла. Обычно в большинстве крыльев стрингеры ставят на равном расстоянии друг от друга. Расстояние определяется потребными несущими свой­ствами панели.

Из соображения технологии сборки стрингеры выгоднее располагать параллельно одному из лонжеронов (чаще это бывает задний лонжерон или стенка). По размаху стрингеры выполняют из целых профилей, разъемы осуществляют только у усиленных нервюр и в случаях излома продольного набора.

Проектирование конструкции стенки лонжерона

Потребная толщина стенки определяется при проекти­ровочном расчете. При проектировании стенки необходимо учи­тывать, что она может разрушиться от чистого сдвига и потерять устойчивость при значении напряжений . В этом случае в стенке возникнут волны (рис.9), вдоль которых возникают растягивающие напряжения, определяемые выражением

.

Эти напряжения вызывают в поясах лонжерона поперечный изгиб. Стойки, подкрепляющие стенку, при этом работают на сжатие. Так как сжатый пояс лонжерона в этом случае работает на про­дольно-поперечный изгиб, то допускать потерю устойчивости стенки нецелесообразно. Поэтому за разрушающее напряжение для стенки принимают ее критическое напряжение, т. е. считают, что . Для повышения критического напряжения стенки, не меняя ее толщины, можно варьировать расположением подкреп­ляющих ее стоек. Конструктивно стенку вы­полняют постоянной толщины по размаху. Ее сечение меняют пу­тем перестыка со стенкой меньшей толщины. Отверстий облегчения в стенке не выполняют. Если требуется провести через стенку какие-либо элементы управления (тяги), то эти отверстия оканто­вываются и усиливаются.

При работе конструкции в условиях высоких температур воз­можно возникновение температурных напряжений. Последнее может быть вызвано тем, что удлинению нагретого пояса будет препятствовать стенка. Особенно ярко это будет выражено при разных материалах пояса и стенки, имеющих разные коэффи­циенты линейного расширения. Наличие температурных напря­жений может привести к поводке и разрушению конструкции. Одним из выходов в данном случае является применение гофри­рованной стенки (рис.9). Как показано на рисунке, стенка сваривается в вершинах гофра с ножкой пояса точечной электро­сваркой. Материалы стенки и полки при этом должны быть оди­наковыми.

Стенка, выполненная с вертикальным гофром, хорошо работает на вертикальные срезающие усилия и не мешает линейному расширению пояса лонжерона.

 

Рис. 9

 

Вторым возможным решением, позволяющим избежать тем­пературных напряжений, является применение вместо стенки статически определимой ферменной конструкции. Такое решение бывает целесообразным при больших строительных высотах крыла. В этом случае узлы фермы занимают малый процент массы кон­струкции и в весовом отношении она может оказаться выгоднее, чем стенка с гофром.

Проектирование конструкции нервюр

Нормальные нервюры сохраняют аэродинамическую форму профиля крыла и снимают с панели обшивки аэродинами­ческую нагрузку, передавая ее на стенки лонжеронов. Каждая нервюра принимает нагрузку от полоски шириной z (рис.10). Суммарная сила, действующая на нервюру, будет следующая:

,

гдеnmg/S— удельная нагрузка на крыло; S — площадь крыла; — текущая хорда крыла.

 

 

Рис. 10

Распределение нагрузки на нервюру по хорде крыла рассчи­тывают по нормам прочности или пользуясь кривыми распределе­ния давлений по верхней и нижней поверхностям крыла. При расчете на прочность нервюра рассматривается как балка, упруго опертая на стенки и обшивку. Практически эта задача статически неопределимая.

Конструктивно нормальные нервюры могут иметь балочную, ферменную или рамную схему. Из условия технологичности для облегчения сборки нервюра выполняется из нескольких частей с разъемами у стенок лонжерона и моментных стенок (рис.11).

 

 

Рис. 11 Рис. 12

 

В балочных и ферменных нервюрах изгибающий момент воспри­нимается поясами совместно с полоской обшивки, к которой крепится пояс. При проектировочном расчете нервюры сечения пояса можно подбирать по наибольшему моменту, действующему на нервюру (рис.12). При этом

где — осевое усилие в поясе нервюры; — наибольший изгибающий момент в -й нервюре;

- площадь пояса нервюры и полоски обшивки шириной, равной поясу.

Изгибающий момент, действующий по нормальной нервюре, как правило, незначительный. Поэтому можно не делать на нер­вюре отдельный пояс, а получать всю нервюру из материала одной толщины

(для стенки и пояса) путем холодной штамповки из листового материала. Обычно в нормальных нервюрах производятся просечки для прохождения стрингеров (рис.13).

 

 

 

Рис. 13

Форма просечек стандартизована. Нервюра соединяется со стрин­гером или отогнутым уголком нервюры (язычком), или дополни­тельным соединительным уголком. Крепление нервюры со стрин­гером осуществляется одной заклепкой, т. е. стрингер свободно оперт на нервюру. При постановке двух заклепок нервюра при изгибе стрингера будет догружаться моментом, стремящимся повернуть ее из плоскости, что нежелательно, так как ее жесткость в этом направлении чрезвычайно мала.

В месте, где прорезан пояс нервюры, изгибающий момент воспринимается пояском обшивки. Поэтому желательно утолщать обшивку в местах крепления нервюры, учитывая при этом ослаб­ление обшивки отверстиями под заклепки крепления пояса нер­вюры.

Толщина стенки нервюры выбирается по наибольшей пере­резывающей силе Q, действующей в плоскости нервюры, т. е.

,

где — среднее значение высоты стенки.

Так как перерезывающая сила по стенке нервюры — величина переменная, а толщина нервюры — постоянная, то для облег­чения конструкции можно убрать лишний материал, сделав отверстия облегчения (рис.14).

 

 

Рис. 14 Рис.15

 

Для повышения жесткости стенки отверстия облегчения выполняют с отбортовками. Из условий технологии отбортовку выполняют в ту же сторону, что и пояс. При установке нервюры в крыле ее положение выбирается так, чтобы ее пояс имел положительную или нулевую малку. Выполнение нервюр с отрицательной малкой представляет значи­тельную технологическую сложность. Крепление нервюры к стенке осуществляется уголком, прикрепленным к стенке нервюры, или уголком, образованным отгибом стенки нервюры (рис.15, а, б). Расчет заклепок крепления нервюры к стенке лонжерона проводится с учетом передачи на стенку реакций и касательных сил от потока Так, для крепления нервюры к стенке первого лонжерона сила на заклепку определяется как

где — число заклепок.

При применении ферменной нервюры перерезывающая сила воспринимается элементами фермы. Пояса работают так же, как при балочной нервюре, воспринимая осевые усилия при изгибе. Расчет ферменной стенки проводится от перерезывающей силы по обычной методике расчета ферм. Желательно, чтобы стойки фермы работали на сжатие, а подкосы — на растяжение, тогда можно достичь минимальной массы.

Ферменные конструкции нормальных нервюр, так как они проигрывают в массе балочным, применяют весьма редко.

Рамная нервюра представляет собой конструкцию, в которой нервюры разрезаны по хорде и соединены

только со своими панелями. В такой нервюре верхний и нижний элементы работают самостоятельно. Верхняя часть нервюры воспринимает срез и изгиб от нагрузки на верхнюю панель обшивки, нижняя — от нагрузки на нижнюю панель обшивки, в то время как балочная нервюра работает на разность этих нагрузок. Масса рам­ной нервюры значительно больше ба­лочной, поэтому рамная нервюра при­меняется весьма редко, только в слу­чаях, когда верхняя и нижняя панели собираются отдельно и стыкуются пу­тем соединения двух половинок стенки лонжерона.


Дата добавления: 2015-04-26; просмотров: 9 | Нарушение авторских прав

<== 1 ==> | 2 |


lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2019 год. (0.026 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав