Сравнительная оценка конструктивно-силовых схем прямых крыльев

Конструкция крыла должна обеспечивать наилучшее использование материала для получения наименьшей массы, удовлетворять требованиям аэродинамики в отношении гладкости поверхности и правильности обводов профиля, исключать возможность возникновения вибраций во всем диапазоне летных скоростей самолета, обеспечивать удовлетворение эксплуатационных и производственных требований.

Сравнительную оценку конструктивно-силовых схем будем производить исходя из перечисленных выше соображений.

Наименьшей массой будет обладать то крыло, у которого наилучшим образом используется материал для работы на изгиб и кручение. Поэтому рациональное размещение силовых элементов конструкции крыла является основной задачей конструктора. При прочих равных условиях масса однолонжеронного крыла с лонжероном, расположенным в месте максимальной толщины профиля, будет меньше массы двух- и многолонжеронных
крыльев.

Весовые преимущества моноблочной конструкции начинают сказываться с уменьшением относительной толщины крыла и ростом нагрузок, когда размеры поперечного сечения стрингеров и толщина обшивки, воспринимающих изгибающий момент, обеспечивают получение высоких критических напряжений при сжатии. В этом случае удается наиболее полно использовать материал конструкции.

В местах вырезов, особенно больших, моноблочная конструкция теряет свои весовые преимущества. Потребное из условий прочности усиление выреза наряду с усложнением конструкции ведет к увеличению массы крыла.

Аэродинамическим требованиям в отношении гладкости поверхности и сохранения точности обводов наиболее полно удовлетворяет толстая обшивка. Поэтому с этой точки зрения лучшими являются моноблочные крылья, имеющие сравнительно толстую подкрепленную обшивку, несмотря даже на то, что увеличение количества продольных заклепочных швов несколько ухудшает качество поверхности. Однако применение толстой обшивки в лонжеронных крыльях приведет к утяжелению конструкции.

Конструкция крыла должна исключить возможность возникновения реверса элеронов, дивергенции и вибраций типа флаттера на всех режимах полета самолета. Повышение жесткости крыла на кручение ведет к росту критических скоростей реверса элеронов, дивергенции и флаттера. Поэтому с этой точки зрения наиболее выгодной является моноблочная конструкция.

Большое влияние на величину критической скорости флаттера оказывает положение центра масс крыла. Смещение центра масс к передней кромке крыла ведет к росту критической скорости. Поэтому из лонжеронных крыльев при прочих равных условиях предпочтение следует отдать однолонжеронному.

Монтаж и демонтаж лонжеронных крыльев и их ремонт проще, чем моноблочных, но живучесть моноблочных крыльев выше лонжеронных.

В производственном отношении моноблочные крылья сложнее лонжеронных.

Из сказанного следует вывод, что для скоростного самолета, имеющего большую нагрузку на квадратный метр крыла и малую относительную толщину профиля, наиболее выгодной является моноблочная конструкция, обеспечивающая получение потребной прочности и жесткости крыла при наименьшей его массе и выгодная в аэродинамическом отношении.

Для крыла нескоростного самолета, особенно если в нем имеются большие вырезы (например, вырез под шасси), моноблочная конструкция теряет свои преимущества и здесь выгодной может оказаться лонжеронная схема.

Часто из соображений силовой компоновки крыла и фюзеляжа, необходимости уборки шасси в крыло, простоты монтажа и демонтажа крепление моноблочного крыла производится не по всему крылу, а лишь в нескольких точках по поясам лонжеронов. Такое крыло в сечениях вблизи заделки имеет по существу лонжеронную схему. Но так как оно на большей части размаха выполнено по моноблочной схеме, его следует относить к моноблочным крыльям. В зависимости же от крепления эти крылья можно разделить на моноблочные крылья с моментной заделкой по одному, по двум или по нескольким лонжеронам. Проектировочный расчет таких крыльев в сечениях заделки производится так же, как и расчет соответствующих лонжеронных крыльев.