Читайте также: |
|
Усиленные шпангоуты предназначены главным образом для восприятия сосредоточенных сил и моментов и передачи их на обшивку.
Рис. 5
. Идеальная в этом смысле схема нагружения предполагает действие нагрузок в плоскости шпангоута, при этом ониполностью уравновешиваются потоком касательных сил на обшивке. Если силы и моменты действуют не вплоскости шпангоута, задача проектирования и расчета усложняется, так как приходится рассматривать комбинированную систему — отсек, состоящий из рам (в том числе как минимум одной усиленной), соединенных с панелями (балками), на которые надо передать значительную долю нагрузки. Окончательноеуравновешивание всех нагрузок, независимо от конструктивной сложности схемы отсека, всегда должно производиться на обшивке.
В связи с этим необходимо подчеркнуть отличительную особенность усиленных шпангоутов — наличие обязательной непосредственной связи с обшивкой. Поэтому схемы с компенсаторами или без непосредственной связи нерациональны и не применяются.
Как уже отмечалось ранее, большое число усиленных шпангоутов существенно снижает сопротивление усталости фюзеляжа, поэтому по возможности следует стремиться к уменьшению их числа. Это можно сделать путем установки усиленных диафрагм неполной длины по контуру (на протяжении полусвода или боковины) или сближением смежных нормальных шпангоутов. Усиленные шпангоуты влияют на работу обшивки из-за большой разницы в собственных жесткостях.
Все многообразие конструктивных форм шпангоутов (рис. 5) можно свести к следующим трем схемам — рамные, глухие (со сплошной стенкой) и комбинированные (рамно-стержневые, стеночно-рамные).
Точные расчеты при проектировании вызывают основные трудности из-за необходимости производить трудоемкие вычисления, связанные с решением статически неопределимых систем. Поэтому для проектировочных целей желательно иметь упрощенные методы определения основных нагрузок и выявления наиболее нагруженных мест (сечений).
Стенки усиленных шпангоутов независимо от их конструктивного исполнения (сборные, монолитные с поясами, двойные) не делают тоньше 1,0 мм, так как они обладают низкими несущими свойствами и требуют подкрепления стойками. Стенки толще 8 мм имеют слишком большую массу, поэтому следует искать другие конструктивные или технологические решения.
Изготовление цельноштампованных стенок вместе с поясами является целесообразным при небольших строительных высотах. Для высоких стенок удается получить приемлемые толщины, как правило, за счет увеличения трудоемкости изготовления и обработки вместе с одновременным усложнением их формы. Но
надо иметь в виду, чтопреимущества высоких стенок часто теряются из-за ограничений в применении материалов и технологических процессов: по габаритным размерам изделия, толщинам необработанных стенок, высотам и форме ребер и т. п.
Усиление и подкрепление стенок стойками — широко распространенное мероприятие. Стойки, так же как и ребра, должны быть установлены в местах действия максимальных изгибающих моментов, больших прогибов (на некоторой длине сектора), в зонах перестыковок стенок и поясов, если шпангоут составной. Стойки располагают либо с одной стороны, либо с двух—симметрично. В последнем случае величина допускаемых касательных напряжений увеличивается на 22... 25 %.
Следует отметить, что рассчитанный или выбранный шаг стоекtCTили ребер, как правило, не постоянен по длине стенки шпангоута, он должен уменьшаться в местах больших деформаций, в местах приложения сил и на участках действия Мшах.
Подбор сечения и формы поясов не вызывает затруднений и производится по методике определения параметров поясов лонжеронов крыла. Влияние кривизны поясов при расчете сечений (особенно для фюзеляжей больших диаметров) мало, и оно незначительно отразится на проектировочных результатах.
На этапе предварительных конструкторских разработок для простоты рассматривают шпангоут с постоянным шагом стоек (ребер) и с постоянной изгибной жесткостью. Но при уточнении параметров целесообразно, прежде всего для уменьшения массы, жесткость шпангоутов делать переменной. Так же иногда поступают и с нормальными шпангоутами, увеличивая, при прочих неизменных параметрах, например, высоту стенок верхних и нижних полусводов и уменьшая—на боковинах.
Классическая конструкция шпангоута — рама переменной жесткости с оребренной стенкой. Технологически он может изготавливаться целиком штампованным, из нескольких штампованных деталей из одного материала, сборным из разнообразных элементов, выполненных из различных материалов.
Рис. 6
На рис.6а боковины шпангоута, выполненные из стальных поковок, соединены со штампованнымиполусводами из алюминиевого сплава. Шпангоут, показанный на
рис. 6б, состоит из четырех частей: двух стальных кованых боковин со стыковыми консолями, нижнего стального полусвода и комбинированной верхней панели, состоящей из плиты из алюминиевого сплава большой строительной высоты и стальной толстой полосы, присоединенной к нижней ее полке.Обе схемы позволяют рационально и дифференцированно распределять нагрузки между элементами).
Общим для всех составных шпангоутов является наличие дополнительных соединений отдельных частей. Но, несмотря на некоторое очевидное увеличение из-за этого массы конструкции, такие шпангоуты могут оказаться более выгодными при всестороннем анализе их преимуществ и особенно с компоновочной точки зрения.
Шпангоуты данного типа часто пересекаются лонжеронами — балками центроплана крыла (рис.7). Такая форма передачи нагрузок от крыла на фюзеляж является наиболее рациональной, поскольку изгибающий момент можно замкнуть по кратчайшему пути в плоскости симметрии фюзеляжа, избежав нагружения арок - полусводов. Тогда шпангоут выполняется разрезанным на две части — верхнюю и нижнюю, — соединенные непосредственно на узлах пересекающей балки. Или вдругом варианте — связанным с лонжероном, проходящим спереди (сзади) него, или между сдвоенными шпангоутами. В обоих случаях происходит разделение нагрузок — момент направляется по лонжерону, а в стыках со шпангоутом распределяется пропорционально их изгибным жесткостям.
Рис.7 Рис. 8
К шпангоуту практически невозможно приложить силу непосредственно в плоскости обшивки. Необходимо предусмотреть место для узла, передающего с крыла сосредоточенную силу. Поэтому всегда существует эксцентриситет, величина которого определяется габаритными размерами самого узла и конструкцией фитингов(рис.8).
При проектировании подобного узла надо стремиться к уменьшению эксцентриситета путем получения наиболее компактной конфигурации соединения. Это понятно, поскольку при малом эксцентриситете или в идеальном случае при е = 0 нагрузки кратчайшим путем передаются на обшивку, где уравновешиваются, а боковины шпангоута в основном будут работать на сжатие и растяжение. При этом возможна реализация наиболее легкой конструкции шпангоута.
Шпангоуты с глухой стенкой могут быть выполнены в различных вариантах: от сплошного подкрепленного листа до частично зашитых. Они просты по конструкции и имеют малую массу, но большое их число создает трудности при компоновке (Рис. 9).
Эти шпангоуты, так же как и рамно-стержневые, которые будут рассмотрены ниже, характеризуются тем, что в них наиболее полно можно реализовать принцип восприятия оболочковой конструкцией в целом и подкрепленной мембраной сосредоточенных сил. Шпангоуты, зашитые полностью или частично стенкой, допускают большое число вариантов конструктивных схем, так как в них существуют различные возможности распределения нагрузок между основными частями — подкрепленной стенкой в зоне действия силы и ободом шпангоута, работающего совместно с прилегающей к нему частью стенки.
Рис. 9
Нагружение изгибающим моментом сводов шпангоута между стойками при условии, что стенка между ними отсутствует, связано с проявлением результирующего воздействия потоков распределенных сил в боковых сегментах. Уравновешивание сил Р на стенках происходит аналогично одностоечной схеме, но именно отсутствие стенки между стойками (рис.9а) вынуждает каждый боковой сегмент работать как самостоятельную балку на изгиб, опертую на нижнюю и верхнюю части сводов шпангоутов.
Схемы шпангоутов, приведенные на рис. 9,в,г, могут быть трансформированы в схему комбинированной системы рамно-стержневого типа (рис. 10).
В таких шпангоутах внешние нагрузки главным образом уравновешивается осевыми усилиями в раскосах, распорках- ригелях и частично в элементах рам, практически не вызывая в них значительных изгибных напряжений. (исключая местные, см. рис.9в). На рис.10апоказана работа стержней, которые нагрузят боковины и передадут нагрузку на обшивку панелей на длине Таким образом, вертикальная сила Р
уравновесится распределенными силами, вызывающими сжатие раскосов, растяжение ригеля
(с незначительными деформациями) и сдвиг обшивки.
Рис. 10
Дата добавления: 2015-04-11; просмотров: 47 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |