Принципы стыковых соединений крыльев различных конструктивно - силовых схем

Крылья по размаху, как правило, имеют разъемы, которые выполняются при помощи стыковых соединений. Принципы соединения частей крыла, а также расположение и количество узлов крепления зависят от конструктивно-силовой схемы крыла. Соединения могут осуществляться шарнирными (передающими силу), моментными (передающими изгибающий момент и силу) и контурными узлами(передающими изгибающий момент).

Лонжеронное свободнонесущее крыло соединяется с фюзеляжем или центропланом по лонжеронам, на которых устанавливают моментные узлы, передающие усилия от изгибающего момента и поперечной силы, и по продольным стенкам, на которых устанавливают шарнирные узлы, передающие только усилия от поперечной силы. Крутящий момент передается в виде пары сил q_Мкр, возникающих в двух узлах лонжеронного крыла.

Рис.19 Нагружение стыковых узлов лонжеронного крыла	Рис. 20. Нагружение стыковых узлов кессонного крыла

Кессонное крыло соединяется с центропланом с помощью моментных узлов на лонжеронах и контурного узла, так как изгибающий момент воспринимают и пояса лонжеронов и обшивка, подкрепленная стрингерами. Поперечная сила и крутящий момент передаются так же, как и в лонжеронном крыле.

Рис. 21. Нагружение стыковых узлов моноблочного крыла	Рис. 22. Соединение крыла с фюзеляжем

Моноблочное крыло соединяется с центропланом контурным стыковым соединением, для передачи изгибающего момента и шарнирными узлами на продольных стенках для передачи поперечной силы и крутящего момента.

Соединение крыла с фюзеляжем осуществляется двумя способами:

1. отъемная часть крыла (ОЧК) крепится непосредственно к рамным силовым шпангоутам фюзеляжа (Рис. 22, а), через которые происходит уравновешивание изгибающих моментов от правой и левой консолей крыла. Масса конструкции получается значительной, но внутренние объемы фюзеляжа свободны;

2. центральную часть крыла (центроплан) в виде балки (лонжеронное крыло) или отсека (кессонное и моноблочное крыло) пропускают через фюзеляж (Рис. 22, б). Масса конструкции получается меньшей по сравнению с предыдущим вариантом, но часть внутреннего объема фюзеляжа занята центропланом.

Конструкция элементов крыла

Лонжероны бывают ферменной, балочной и смешанной конструкции.

Ферменные лонжероны (Рис. 23) применяются при большой строительной высоте крыла. Масса конструкции получается небольшой, поскольку все элементы фермы (стойки, пояса, раскосы) работают на растяжение - сжатие. Косынки, необходимые для связи стоек, поясов и раскосов, увеличивают массу и усложняют технологию сборки.

Балочные лонжероны применяют при сравнительно малой строительной высоте крыла, поскольку при больших строительных высотах его стенка, работающая на сдвиг, требует увеличения толщины и частого подкрепления стойками для обеспечения ее жесткости, что значительно увеличивает массу лонжерона (Рис. 24). Балочные лонжероны могут иметь монолитную и сборную конструкцию.

Лонжероны смешанной конструкции иногда применяют в случае существенного изменения строительной высоты крыла по размаху. Часть лонжерона по размаху имеет ферменную (большая строительная высота), а часть - балочную (малая строительная высота) конструкцию.

Рис. 23. Конструкция ферменного лонжерона: 1 - пояс; 2 - раскос; 3 - стойка; 4 - косынка	Рис. 24. Конструкциябалочноголонжерона:1 - пояс; 2 - стенка; 3 – стойка

Продольные стенки крыла (Рис. 25) имеют балочную конструкцию. Сечения поясов продольных стенок по размеру мало отличаются от сечений стрингеров крыла.

Стрингеры крыльев металлических конструкций представляют собой профили с сечениями самой разнообразной формы. Размеры и форма сечения стрингера зависят от требований прочности и жесткости конструкции, а также от простоты соединения стрингерного набора с обшивкой и нервюрами.

Нервюры по конструкции бывают ферменные, балочные и ферменно-балочные (Рис. 26). Ферменные нервюры применяются при больших строительных высотах крыла, балочные - при малых. Конструкция их аналогична конструкциям балочного и ферменного лонжеронов, но балочные нервюры вследствие малых нагрузок изготавливают с отверстиями облегчения в стенках (стеночные нервюры) или вообще без стенок (рамные нервюры). Стеночные нервюры состоят из листа - стенки, подкрепленного уголками для повышения допустимых критических напряжений, и двух полок (поясов), выполненных либо в виде отбортовки стенки, либо в виде специального профиля.Рамные балочные нервюры позволяют размещать грузы внутри крыла, но тлеют несколько большую массу, чем стеночные нервюры.

Нервюры по назначению бывают нормальными, служащими для подкрепления обшивки, стрингеров и придания формы крылу, и усиленными, воспринимающими поперечные сосредоточенные нагрузки от шасси, элеронов, двигателя и т.д. и передающими их на лонжероны.

Усиленные нервюры отличаются от нормальных мощностью полок и толщиной стенки. Для стыковки нормальных нервюр со стрингерами, в поясах рядовых нервюр делаются подсечки, а пояса усиленных нервюр не режутся. Усиленные нервюры, как правило, сборной конструкции, нормальные изготавливают из одной заготовки. Иногда усиленные нервюры изготавливают горячей штамповкой.

Рис. 25. Конструкции продольных стенок: 1 - пояс; 2 - стенка; 3 - стойка	Рис. 26. Конструкции нервюр: а - ферменная; б - балочная; в – балочная рамная; 1 - полка; 2 - раскос; 3 - стоика; 4 - стенка

Нервюра в однолонжеронном крыле работает на изгиб и срез как консольная балка, а в крыльях других конструктивно-силовых схем - как многоопорная балка. Изгиб нервюры создает поток касательных напряжений в замкнутом контуре, т.е. момент кручения. Сечение полок, стенок и других элементов нервюр зависит от действующих нагрузок.

Обшивка может быть листовой, прессованной или катаной заодно с продольным набором, штампованной заодно с продольным и поперечным набором, трехслойной с сотовым и другими заполнителями. Изготавливается обшивка из алюминиевых и титановых сплавов, сталей, композитных материалов и сочетаний этих материалов, выбор типа и материала обшивки зависит от условий эксплуатации.

Стыковые узлы бывают моментными, шарнирными и контурными.

Моментные узлы служат для передачи изгибающих моментов и могут также передавать поперечные нагрузки (силу).

По передаче усилий от М_изг они бывают: I) с болтами, работающими на срез и разнесенными по вертикали (Рис. 27,а) при большой строительной высоте лонжерона или по горизонтали (Рис. 27,6) при малой строительной высоте лонжерона; оси болтов перпендикулярны оси лонжерона; 2) с болтами, работающими на растяжение (Рис. 27,в) и расположенными параллельно оси лонжерона.

Шарнирные узлы служат для передачи силы с одного элемента конструкции на другой (Рис. 29). Ось болта шарнирного узла перпендикулярна оси продольного элемента и, как правило, расположена горизонтально.

Рис. 27. Конструкции моментных узлов	Рис. 28. Конструкция шарнирного узла

Контурные узлы выполняются как с болтами, работающими на растяжение, так и с болтами, работающими на срез. Болты, работающие на растяжение, могут вставляться в отверстие стыка и закладываться в прорезь на стыке.

Стыковые узлы чаще всего изготавливают из высокопрочных сталей ЗОХГСА или ЗОХГСНА.

Вопросы для самопроверки

1. Нагрузки, действующие на крыло, и виды деформаций крыла.

2. Элементы конструкции крыла, их назначение и воспринимаемые ими нагрузки.

3. Конструктивно-силовые схемы крыла, их характерные особенности, принцип классификации.

4. Передача сил и моментов на центроплан или фюзеляж с крыльев различных конструктивно-силовых схем.

5. Стыковые узлы лонжеронных, кессонных и моноблочных крыльев.

Задание для самостоятельной работы

1. Начертить эскиз крыла (по указанию преподавателя). На чертеже показать размещение продольного и поперечного наборов.

2. Подписать основные силовые элементы крыла.

3. Дать характеристику конструктивно-силовой схемы крыла.

4. Объяснить назначение, виды и конструкцию основных силовых элементов крыла.

Работа№4.

Конструкция фюзеляжа

Основные понятия

Фюзеляж самолета служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудования. К фюзеляжу крепят крыло, оперение, опоры шасси (переднюю или заднюю, а иногда ж главные), часто двигатели.Являясь строительной основой конструкции самолёта, он объединяет в силовом отношении в единое целое все его части.

Форма и конструкция фюзеляжа должны удовлетворять требованиям аэродинамики, строительной механики, технологии, эксплуатации и экономики.

На фюзеляж самолета (Рис. 29), находящегося в полете, действуют:

а. распределенная аэродинамическая нагрузка q_a;

б. распределенная нагрузка - вес конструкции фюзеляжа q_ф;

в. распределенная нагрузка от избыточного давления в гермокабине q_изб ;

г. сосредоточенные аэродинамические нагрузки Y_во,Y_го, Y _кр;

д. сосредоточенные нагрузки G_i - вес конструкции крыла, шасси, оборудования и т.п.

Внешние нагрузки, действующие на фюзеляж, рассматривают в вертикальной и горизонтальной плоскостях самолета. В установившемся горизонтальном полете внешние нагрузки, действующие на самолет в вертикальной плоскости, симметричны, т.е. их равнодействующая лежит в вертикальной плоскости симметрии и под их действием в фюзеляже возникают внутренние нагрузки: поперечная сила Q_срез и изгибающий момент M_изг. Крутящим моментом фюзеляж нагружается при отклонении руля направления, поскольку на вертикальное оперение начинает действовать сила Р_во на плече I относительно оси жесткости фюзеляжа,а также от несимметричных нагрузок при скольжении при отклонении элеронов. В горизонтальной плоскости изгибающий момент M_изг возникает при отклонении руля направления и от боковой нагрузки на переднюю ногу шасси.

Рис. 29. Нагружение фюзеляжа и эпюры нагрузок