Конструкция и проектировочные расчеты механизации хвостовой части крыла

Простой щиток (рис. 7.6). Продольный набор его состоит из лонжерона 1, переднего 3 и хвостового 4 стрингеров. Поперечный набор состоит из системы разрезных нервюр 2.
С нижней стороны к каркасу крепится на заклепках обшивка. Иногда для придания щитку большей жесткости ставится обшивка и с верхней стороны.

Основным силовым элементом щитка является лонжерон, расположенный вблизи центра давления. Под действием нагрузки лонжерон работает как многоопорная балка, опертая на тяги-тандеры. Лонжерон выполняется обычно из стандартного профиля.

Нервюры изготавливаются штамповкой из листового материала. Крепление к лонжерону осуществляется заклепками за отбортованную стенку или при помощи уголковой накладки. Хвостики нервюр прикрепляются к хвостовому стрингеру, выполненному, как правило, штамповкой из листового материала.

Навеска щитка на крыле осуществляется при помощи шомпола. Петли, выполненные из специального профиля 5, вклепываются в переднюю кромку. Такие же петли имеются и на заднем лонжероне крыла.

Управление щитком осуществляется посредством передвижения вдоль своей оси тяги, на которой шарнирно закреплены тяги-тандеры. Передвижение ее в одну сторону вызывает отклонение щитка, а в другую – уборку.

Реже встречаются простые щитки, навеска которых на крыле осуществляется при помощи двух или нескольких узлов вильчатого типа. На рис. 7.7 показана навеска простого щитка на трех таких узлах. Управление щитком осуществляется подъемником, усилие которого прикладывается к закрепленному на щитке в сечении узла навески рычагу.

В убранном положении простой щиток фиксируется на замках для предотвращения его отсоса в полете.

Лонжерон простого щитка, имеющего шомпольное крепление, нагружается реакциями нервюр, но так как последние расположены относительно часто, то можно рассматривать лонжерон нагруженным распределенными силами. Величина погонной нагрузки лонжерона (рис. 7.8) будет а величина погонной нагрузки шомпола

Рис. 7.6. Конструкция простого щитка

Рис. 7.7. Навеска простого щитка на узлах вильчатого типа

Лонжерон представляет собой многоопорную балку, опорами которой являются тяги-тандеры. Построение эпюр изгибающих моментов и перерезывающих сил производится с использованием теоремы о трех моментах.

Составив уравнение трех моментов для каждой промежуточной опоры и решив затем эти уравнения совместно, получают значения опорных моментов. Затем подсчитываются опорные реакции.

Рис. 7.8. Нагрузки, действующие на лонжерон и шомпол простого щитка

Рис. 7.9. Эпюры Q и М для лонжерона простого щитка

После определения опорных моментов и реакций строятся эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов по лонжерону (рис. 7.9). По величине перерезывающих сил и изгибающих моментов определяются размеры поперечного сечения лонжерона.

Рис. 7.10. Петли передней кромки

Шомпол, на котором навешен щиток, работает на срез. Нагрузка на одну плоскость среза (рис. 7.10)

Тогда диаметр шомпола

где tв – разрушающее напряжение среза материала шомпола.

Тяги-тандеры работают на сжатие. Усилие в тяге определяется по найденным реакциям лонжерона щитка:

где – угол между тягой-тандером и нормалью к щитку.

Выдвижной щиток. Конструктивно выдвижной щиток (рис. 7.11) сложнее простого. Продольный набор его состоит из одного или двух лонжеронов, переднего и хвостового стрингеров. Поперечный набор состоит из серии разрезных нервюр.
С нижней стороны к каркасу крепится обшивка. У относительно больших по размерам щитков иногда для поддержания обшивки ставятся стрингеры. Выдвижные щитки имеют и верхнюю обшивку, с помощью которой образуются замкнутые контуры, способные воспринять крутящий момент. Сечение лонжеронов щитка может быть двутавровым, швеллерным или Z-образным. У небольших по размеру щитков лонжерон может быть выполнен из одного профиля. Нервюры выполняются штамповкой из листа. Крепление их к лонжеронам осуществляется так же, как и у простого щитка. Передний и хвостовой стрингеры щитка могут быть гнутыми или выполняться из специальных профилей.

Рис. 7.11. Конструкция выдвижного щитка

Воздушная нагрузка с нижней обшивки передается на нервюры, вызывая их изгиб.
С нервюр нагрузка передается на лонжероны. Лонжерон представляет собой балку, опертую на узлы навески щитка и загруженную распределенной нагрузкой под действием которой он изгибается. С лонжеронов нагрузка передается на узлы навески щитка к крылу. Изгибающий момент воспринимают пояса лонжеронов совместно с примыкающей к ним обшивкой. Перерезывающая сила воспринимается стенками лонжеронов, а крутящий момент – замкнутыми контурами, образованными обшивкой и стенками лонжеронов.

Существует несколько схем навески выдвижного щитка на крыле. Наибольшее распространение получила схема навески на монорельсах (рис. 7.12). На монорельсы, закрепленные к крылу, щиток устанавливается на каретках. Прикрепленные к щитку каретки имеют ролики, которые катятся по внутренним и наружным поверхностям одной из полок монорельса.
Во избежание бокового смещения этих роликов на крайних каретках устанавливаются боковые ролики или специальные ограничители. У небольших по размерам щитков вместо кареток с роликами могут устанавливаться ползуны, которые при сдвижении щитка скользят по монорельсам. Небольшие по размаху щитки навешиваются на двух монорельсах, большие – на нескольких. При выдвижении щитка назад он одновременно отклоняется вниз. Передвижение щитка может осуществляться при помощи одной тяги, но лучше передвигать щиток при помощи двух тяг управления, усилия которых прикладываются к кронштейнам, закрепленным на лонжероне щитка.

Рис. 7.12. Схема навески выдвижного щитка на монорельсах

Рис. 7.13. Схема навески выдвижного щитка на четырехзвенном механизме

Тяги управления следует размещать в сечениях крайних узлов навески или вблизи их, чтобы не нагружать щиток изгибом от усилий в тягах.

Встречаются и другие схемы навески выдвижного щитка на крыле. Так, на рис. 7.13 показана схема навески выдвижного щитка на четырехзвенном механизме. Каждый щиток подвешивается на двух или нескольких таких механизмах.

В убранном положении выдвижной щиток фиксируется на замках с целью предотвращения его отсоса в полете.

Для того чтобы построить эпюры перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов для выдвижного щитка, необходимо вначале определить опорные реакции. Рассмотрим построение эпюр для выдвижного щитка с наиболее часто встречающейся схемой навески – навеска на монорельсах. Опорами щитка являются ролики кареток и тяги управления. Реакции роликов 1 и 2 (рис. 7.14) проходят через точку 3 пересечения нормалей к поверхности монорельса в точках касания роликов (силами трения в роликах можно пренебречь). Усилие в тяге управления определяется из уравнения моментов относительно точки 3:

Рис. 7.14. Определение сил реакций выдвижного щитка

Рассмотрим построение эпюр для щитка, имеющего одну тягу управления. По усилию Т и нагрузке щитка определяются его опорные реакции в точках 3 сечений навески. Сначала определяются реакции, нормальные плоскости щитка и от распределенной нагрузки tщ и силы Tsinb (рис. 7.15, а), а затем определяются реакции, параллельные плоскости щитка и от силы Тcosb (рис. 7.15, б). По реакциям Rn и Rt определяются cуммарные реакции в точках 3 (см. рис. 7.14): RA и RB.

По найденным реакциям определяются силы, действующие на ролики (рис. 7.14, б). Затем строятся эпюры в двух плоскостях (рис. 7.15, в и г).

Рис. 7.15. Эпюры Q, M и Мкр для выдвижного щитка

Чтобы построить эпюру крутящих моментов, необходимо определить положение оси жесткости. Если щиток выполнен по однолонжеронной схеме, то в проектировочном расчете принимают, что ось жесткости совпадает с осью лонжерона; если щиток выполнен
по двухлонжеронной схеме, положение оси жесткости определяют точно так же, как и в двухлонжеронном крыле. При подсчете
погонного крутящего момента погонная нагрузка tщ умножается на плечо d – расстояние от центра давления до центра жесткости. Сосредоточенные крутящие моменты на опорах и в сечении, где приложена сила Т, находятся как произведение сил реакций на плечи dR и силы Т на плечо dT (см. рис. 7.14, а). Затем строится эпюра крутящих моментов (см. рис. 7.15, д).

Если выдвижной щиток навешен на нескольких монорельсах и управляется при помощи двух тяг управления, то силу Т, определенную в сечении приложения результирующей силы Рщ, разносят по тягам по правилу рычага, а затем находят опорные моменты и реакции, используя теорему о трех моментах. В остальном расчет такого щитка ничем не отличается от приведенного выше расчета щитка навешенного на двух монорельсах.

По найденным значениям Q, М и Мкр производится подбор сечений силовых элементов выдвижного щитка.

Рис. 7.16. Схема навески выдвижного закрылка на рельсах, установленных вне обводов крыла

Закрылки. Конструкция поворотных и щелевых закрылков и их навеса на крыле аналогичны конструкции элерона и его навеске. Однощелевые выдвижные закрылки и последние звенья многощелевых выдвижных закрылков по конструкции также ничем не отличаются от элерона. Навеска выдвижных закрылков чаще всего осуществляется на монорельсах.

При большой величине и при малой строительной высоте разместить монорельсы в обводах крыла не удается. В этом случае рельсы располагаются вне обводов крыла в обтекателях на нижней его поверхности. Одна из таких схем показана на рис. 7.16. На балке 1 установлен прямой рельс 2, по которому перемещается каретка 3, шарнирно закрепленная на закрылке. Второй точкой крепления закрылка служит рычаг 4. При включении привода управления каретка 3 сдвигается назад, вызывая откат закрылка, а угол отклонения обеспечивается рычагом 3 и поворотом закрылка относительно каретки. Весь механизм навески закрывается обтекателем 5.

На стреловидных крыльях для обеспечения выдвижения закрылка по потоку необходимо либо делать монорельсы витыми, либо крепить каретки к закрылку на шкворнях. Для исключения возможности заклинивания закрылков витые рельсы необходимо выполнять с очень высокой точностью, что значительно усложняет их изготовление. Чаще применяется навеска с кареткой, установленной на закрылке с помощью шкворня. Схема такой каретки показана на рис. 7.17. Каретка 2, перемещающаяся по монорельсу 1, крепится на шкворне 5 вертикальным эксцентриновым валом 4. Эксцентриновый вал позволяет регулировать расстояние между каретками, что упрощает навеску закрылка. После навески закрылка эксцентриновый вал контрится стопорным винтом 3. Шкворень 5 устанавливается на роликовых подшипниках 7 на двух опорах. Передняя опора 6 расположена на лонжероне закрылка 6, задняя опора – на штампованном узле 8, установленном между двумя нервюрами закрылка 11. Шкворень соединен с задним узлом через упорный подшипник 9, закрытый резьбовой крышкой 10.

Рис. 7.17. Установка каретки на шкворне

Для упрощения навески закрылков и устранения перекоса крепление кареток
на шкворнях может применяться и тогда, когда закрылок навешивается на монорельсах, установленных в плоскостях, перпендикулярных оси цилиндра или конуса, по поверхности которых он перемещается при отклонении, т.е. и тогда, когда не нужны витые монорельсы.

Рис. 7.18. Схема навески выдвижного закрылка на выносных кронштейнах

Выдвижной закрылок можно навешивать и на выносных кронштейнах (рис. 7.18). В этом случае ось вращения закрылка находится вне обводов крыла. Такие выносные кронштейны, хотя и закрываются обтекателями, создают дополнительное сопротивление, но конструктивно эта схема навески проще навески на монорельсах.

На рис. 7.19 показана конструкция двухщелевого закрылка с дефлектором.

Рис. 7.19. Двухщелевой выдвижной закрылок

Нагрузки, действующие на закрылок, определяются аналогично нагрузкам щитка. У многощелевого закрылка нагрузка распределяется между его частями в соответствии с рекомендациями норм.

С учетом особенностей навески закрылка строятся эпюры Q, M и Мкр, а затем производится его проектировочный расчет. У многощелевого закрылка эпюры Q, M и Мкр строятся для каждой его части.