Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Путь сил и работа элементов в силовой схеме крыла
|
|
СИЛОВЫЕ СХЕМЫ, КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА КРЫЛЬЕВ
Составитель проф. Радченко А.И.
Киев 2009
СИЛОВЫЕ СХЕМЫ, КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА КРЫЛЬЕВ
Крыло представляет собой сложное инженерное сооружение. При проектировании и расчете на прочность выделяются силовая схема и
силовые элементы.
В обычной конструкции крыла силовыми элементами являются
(рис. 14.1):
- обшивка;
- лонжероны и стрингеры (продольный наборкрыла);
- нервюры (поперечный наборкрыла);
- соединения (заклепочные, болтовые, сварные или клеевые).
Рис. 14.1. Конструкция крыла
1 — обшивка; 2 — лонжерон; 3 — стрингер; 4 — нервюра; 5 — соединения
Крыло самолета-моноплана можно рассматривать как балку, которая под действием нагрузок работает на изгиб, сдвиг и кручение.
Часть балки крыла, ограниченная передним и задним лонжеронами, называется кессоном.
ПУТЬ СИЛ И РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ В СИЛОВОЙ СХЕМЕ КРЫЛА
Рассмотрим напряженно-деформированное состояние (НДС) крыла, проследив последовательность передачи сил в силовой схеме.
Основная нагрузка на крыло — воздушная.
Массовые нагрузки от сил тяжести и инерции конструкции распределяются по каждому ее элементу. Дальше эти нагрузки передаются совместно с приходящимися на элемент силами от воздушной нагрузки.
Рассмотрим последовательность передачи сил по элементам силовой схемы прямого двухлонжеронного крыла с малой конусностью.
1. Воздушная нагрузка (рис. 14.2) непосредственно воспринимается обшивкой, опертой на стрингеры, нервюры и лонжероны. При этом обшивка нагружается избыточным давлением, которое является разностью внутреннего (оно практически равно атмосферному) и наружного, определяемого условиями обтекания крыла,
ризб = рнар - рвн. (14.1)
Рис. 14.2. Распределение нагрузки от избыточного давления по поверхности крыла
Обшивка в соответствии с направлением ризб прижимается к опорам или отрывается от них. При этом она работает на поперечный изгиб и как мембрана на растяжение цепными напряжениями (при наличии прогиба).
2. Нагрузка от обшивки передается на нервюры и стрингеры в виде распределенной по их длине погонной нагрузки qн и qстр (рис. 14.3, а).
Это происходит при непосредственном контакте при прижатии или через соединения (заклепки, сварные или клеевые соединения) при отрыве.
Рис. 14.3. Нагрузки на силовые элементы крыла
а - нагрузки от обшивки на нервюры и стрингеры;
б - нагружение и уравновешивание нервюры;
в - нагружение и уравновешивание стенки и поясов лонжерона
1 - стрингер, 2 – нервюра.
3. Стрингеры работают на поперечный изгиб как многоопорные балки. Они передают приходящую к ним нагрузку на нервюры в виде сосредоточенных сил Rн. На нервюры передаются также нагрузки от креплений грузов и конструкций, установленных на крыле.
4. Схема нагружения и уравновешивания нервюры показана на
рис. 14.3, б. Здесь Δ YН — равнодействующая нагрузок, приходящихся на нервюру от обшивки и стрингеров. Она приложена в центре нагрузок сечения крыла и уравновешена реакциями Δ Q1 + Δ Q2 = Δ Q. Эти реакции вызывают погонные касательные усилия q1 и q2, которые возникают от заклепочных швов соединений нервюры со стенками лонжеронов.
Момент Δ YН · а стремится повернуть нервюру относительно центра жесткости сечения крыла. Он уравновешен крутящим моментом Δ Мкрут от потока касательных усилий Δ qкрут, возникающего в замкнутом контуре соединения нервюры со стенками лонжеронов и с верхней и нижней обшивкой.
Под действием указанных нагрузок и реакций нервюра работает на изгиб и сдвиг в своей плоскости.
5. От нервюры на стенки лонжеронов и обшивку действуют потоки
Δ q1, Δ q2, Δ qкрут, равные потокам, идущим на нервюру от стенок и обшивки, и в сумме эквивалентные нагрузке на нервюру Δ Yн.
Рассмотрим нагружение и уравновешивание стенки лонжерона
(рис. 14.3, в и 14.4).
Рис 14.4 Схемы возникновений осевых сил в панелях Рпан, поперечной
силы Q в стенках кессона (а) и нагружения контура крутящим
моментом Мкрут (б)
Свободный конец лонжерона находится у нервюры Н1, лонжерон крепится к центроплану у нервюры Н4.
От нервюр Н1, Н2, Н3, Н4 на стенку передаются потоки касательных усилий Δ q11, Δ q12, Δ q13, Δ q14.
Стенка уравновешивается потоками усилий q1-2 = Δ q11, q2-3 = q1-2 + Δ q12, q3-4 = q2-3 + Δ q13, которые возникают в соединении стенки с поясами лонжерона и потоком q4 = q3-4 + Δ q14, который действует в соединительном шве крепления стенки к центроплану.
По закону парности касательных напряжений погонные касательные усилия q и напряжения τ = q/δ в вертикальном и горизонтальном сечениях, проходящих через определенную точку стенки, равны.
Значения q и τ скачкообразно возрастают при переходе от нервюры к нервюре и движении в направлении от конца к корню крыла.
Также скачкообразно меняется и эпюра поперечных сил Q
(рис. 14.4, а), но при построении ее расчетным путем (без учета дискретного приложения нагрузок к стенкам) она имеет вид, показанный на рисунке штриховой линией.
При непараллельности поясов на стенки передаются дополнительные нагрузки от Мизг.
Стенка, которая нагружена потоками погонных касательных усилий Δ q и q, работает на сдвиг.
6. Потоки усилий qi (см. рис. 14.3, в)передаются от стенки через заклепочные швы (или соединения другого типа) на пояса лонжерона и нагружают пояса осевыми усилиями. Их величина увеличивается от конца к корню крыла.
Пояса входят в состав панелей. Поэтому определенная доля осевых нагрузок снимается с них обшивкой и передается на стрингеры за счет работы обшивки на сдвиг.
Осевые нагрузки вызывают растяжение или сжатие элементов панелей. На рис. 14.3, в верхний пояс сжимается, а нижний растягивается усилиями Рп1.
На рис. 14.4, а показана эпюра осевых сил в панели Рпан вдоль размаха крыла.
Внутренние усилия растяжения и сжатия панелей Рпаи в каждом сечении крыла образуют пару сил, момент которой и является изгибающим моментом крыла в данном сечении Мизг.
Поперечная сила Q = Q1 + Q2.
У борта фюзеляжа усилия Q и изгибающий момент Мизг передаются на узлы крепления консоли крыла к фюзеляжу или центроплану.
Крутящие моменты Δ Мкрут, которые передаются нервюрами на замкнутый контур в виде потоков касательных усилий Δ qкрут, скачкообразно накапливаются от конца к корню крыла (см. рис. 14.4, б). Они уравновешиваются в сечениях крыла крутящим моментом Мкрут, распределенным по контуру сечения в виде погонных касательных усилий Δ qкрут.
Под действием касательных усилий обшивка работает на сдвиг.
На рис. 14.4, б штриховой линией показана эпюра крутящих моментов, построенная без учета дискретной передачи нагрузок на замкнутый контур.
Выше была рассмотрена схема передачи сил от обшивки к стенкам. Она справедлива для крыла с обшивкой, которая имеет невысокую изгибную жесткость.
В крыле с более жесткой обшивкой возможна передача воздушной нагрузки от обшивки к стенкам, как через нервюры, так и минуя их.
Сделаем краткие выводы о назначении и работе силовых элементов, которые образуют основную силовую схему крыла. Она обеспечивает общую прочность балки крыла.
Обшивка:
- придает крылу обтекаемую форму;
- воспринимает воздушную нагрузку. При этом она работает на поперечный изгиб. При наличии прогиба обшивка работает также и на растяжение (цепные напряжения);
- при изгибе и кручении балки крыла обшивка работает также на растяжение (или сжатие) и на сдвиг.
Лонжероны.
Пояса лонжеронов, работают на растяжение или сжатие. Они воспринимают часть изгибающего момента.
Стенки лонжеронов воспринимают поперечную силу и совместно с обшивкой воспринимают крутящий момент. Они работают на сдвиг.
Стрингеры:
- воспринимают вместе с обшивкой часть изгибающего момента. При этом они работают на растяжение или сжатие;
- передают воздушную нагрузку от обшивки на нервюры, работая на поперечный изгиб.
- стрингеры, являются опорами обшивки, они повышают ее критические напряжения и уменьшают местные деформации.
Нервюры:
- сохраняют заданную форму профиля крыла;
- передают на лонжероны и обшивку нагрузки от воздушных и массовых сил;
- повышают критические напряжения обшивки и стрингеров, так как они являются опорами обшивки и стрингеров.
Соединения связывают между собой основные силовые элементы и передают силы от одних частей силовой схемы к другим.
В конструкцию крыла входит также ряд деталей, не относящихся к силовой схеме (законцовки крыла, зализы, ленты или крышки, закрывающие щели в плоскостях разъемов крыла, вспомогательные стенки перед элеронами и др.). Эти детали воспринимают приходящиеся на них местные нагрузки, передают их на основные силовые элементы, для чего они должны обладать необходимой прочностью.