ПУТЬ СИЛ И РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ В СИЛОВОЙ СХЕМЕ КРЫЛА

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,

р_изб = р_нар- р_вн. (14.1)

Рис. 14.2. Распределение нагрузки от избыточного давления по поверхности крыла

Обшивка в соответствии с направлением р_изб 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 q_ни q_стр (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 R_н. 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 ΔY_Н — равнодействующая нагрузок, приходящихся на нервюру от обшивки и стрингеров. Она приложена в центре нагрузок сечения крыла и уравновешена реакциямиΔQ₁ + ΔQ₂ = ΔQ. Эти реакции вызывают погонные касательные усилия q₁и q₂, которые возникают от заклепочных швов соединений нервюры со стенками лонжеронов.

Момент ΔY_Н·а стремится повернуть нервюру относительно центра жесткости сечения крыла. Он уравновешен крутящим моментом ΔМ_крут от потока касательных усилий Δq_крут, 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
Δq₁, Δq₂, Δq_крут, равные потокам, идущим на нервюру от стенок и обшивки, и в сумме эквивалентные нагрузке на нервюру ΔY_н.

Рассмотрим нагружение и уравновешивание стенки лонжерона
(рис. 14.3, в и 14.4).

Рис 14.4 Схемы возникновений осевых сил в панелях Р_пан, поперечной
силы Q в стенках кессона (а) и нагружения контура крутящим
моментом М_крут (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 Δq₁₁, Δq₁₂, Δq₁₃, Δq₁₄.

Стенка уравновешивается потоками усилий q_1-2 = Δq₁₁, q_2-3 = q_1-2 + Δq₁₂, q_3-4 = q_2-3 + Δq₁₃, которые возникают в соединении стенки с поясами лонжерона и потоком q₄ = q_3-4 + Δq₁₄ , который действует в соединительном шве крепления стенки к центроплану.

По закону парности касательных напряжений погонные касательные усилия qи напряжения τ = q/δв вертикальном и горизонтальном сечениях, проходящих через определенную точку стенки, равны.

Значения qи 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 М_изг.

Стенка, которая нагружена потоками погонных касательных усилий Δq и q,работает на сдвиг.

6. Потоки усилий q_i(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 Р_п1.

На рис. 14.4, а показана эпюра осевых сил в панели Р_пан вдоль размаха крыла.

Внутренние усилия растяжения и сжатия панелей Р_паи в каждом сечении крыла образуют пару сил, момент которой и является изгибающим моментом крыла в данном сечении М_изг.

Поперечная сила Q = Q₁ + Q₂.

У борта фюзеляжа усилия Q и изгибающий момент М_изгпередаются на узлы крепления консоли крыла к фюзеляжу или центроплану.

Крутящие моменты ΔМ_крут, которые передаются нервюрами на замкнутый контур в виде потоков касательных усилий Δq_крут, скачкообразно накапливаются от конца к корню крыла (см. рис. 14.4, б). Они уравновешиваются в сечениях крыла крутящим моментом М_крут, распределенным по контуру сечения в виде погонных касательных усилий Δq_крут.

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.

Соединениясвязывают 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.

Дата добавления: 2015-12-22; просмотров: 5621;