Назначение, конструкция и работа

СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРЫЛА.

Лонжероны по конструкции делятся на балочные и ферменные (рис. 2.13). На современных самолетах в основном применяются балочные лонжероны, состоящие из верхнего и нижнего поясов и стенки. Пояса выполняются чаще всего из алюминиевых сплавов, реже из титановых сплавов и легированных сталей. К концу крыла сечение поясов уменьшается по мере изменения усилий, действующих от изгибающего момента в сечениях крыла.

Стенка к поясам приклепывается, в наиболее нагруженных местах может крепиться болтами. К стенке для подкрепления приклепываются стойки, которые одновременно служат для крепления нервюр. По длине лонжерона стенка также имеет переменную толщину. Встречаются лонжероны с двумя стенками.

Рис. 2.13. Лонжероны крыла:

а –балочный; б –ферменный клепаный; в –ферменный сварной;

1 — верхний пояс; 2 — нижний пояс; 3 — стенка; 4 — стойка; 5 — раскос

Ферменные лонжероны вместо стенки имеют стойки и раскосы, работающие на усилия растяжения и сжатия. В стальных лонжеронах пояса со стойками и раскосами свариваются, в лонжеронах из алюминиевых сплавов соединяются заклепками и болтами. Ферменные лонжероны применяют иногда на тяжелых самолетах с большой строительной высотой крыла, где такой лонжерон может оказаться более выгодным в массовом отношении.

Встречаются составные лонжероны: в корневой части ферменной конструкции, а к концу крыла - балочной. Лонжероны крыльевое большой удельной нагрузкой и малой строительной высотой могут выполняться монолитными.

Стрингеры участвуют в работе крыла на изгиб и подкрепляют обшивку при ее работе на сжатие и кручение. Для стрингеров используют профили из алюминиевых сплавов, получаемые методом прессования или прокатки, а также гнутые профили, выполненные из листового материала. Типовые формы сечений стингеров показаны на (рис. 2.14.)

Стрингеры крепят к обшивке обычно заклепками с потайными или полупотайными головками. Для повышения вибростойкости и ресурса все более широкое применение находят клееклепаные и клеесварные соединения и особенно стрингеры из композиционных материалов, склеиваемые с обшивкой, также выполненной из КМ.

Рис. 2.14. Типовые формы сечений стрингеров.

Рис. 2.15. Типовые конструкции нервюр:

а — балочная; б —ферменная; а –рамная; г, д –соединение нервюры со стрингером язычком (г) и уголком (д)

Нервюры служат для сохранения профиля крыла и передачи воздушных нагрузок с обшивки на стенки лонжеронов. По конструкции нервюры могут быть балочными, ферменными и рамными (рис. 2.15). По месту прохождения лонжеронов нервюры разрезают. Нервюры делятся на нормальные и усиленные.

Нормальная балочная нервюра выполняется обычно холодной штамповкой из листового дюралюминия. Она имеет просечки для прохождения стрингеров и соединяется с ними язычком или отдельным соединительным уголком посредством заклепки. Толщина стенки нервюры выбирается в зависимости от наибольшей поперечной силы, действующей в плоскости нервюры. В стенке выполняются отверстия облегчения с от бортовками по краям для повышения жесткости стенки.

Ферменная нервюра состоит из верхнего и нижнего поясов, соединенных между собой стойками и раскосами. Такие нервюры применяются сравнительно редко. Они могут быть выгодными в отношении массы при большой толщине крыла и в местах действия больших сосредоточенных нагрузок (от двигателей, шасси и др.).

Рамная нервюра состоит из верхней и нижней частей, не связанных друг с другом. Каждая из частей нервюры работает самостоятельно от нагрузок, действующих на верхнюю и нижнюю панели крыла. Рамные нервюры устанавливаются обычно в местах расположения топливных баков, где необходимо убирать стенки нервюр для размещения бака.

Усиленные нервюры устанавливают в местах действия на крыло больших сосредоточенных нагрузок, например от шасси, двигателей, закрылков, элеронов, топливных баков. В отличие от нормальных нервюр они воспринимают значительные изгибающие моменты и поэтому имеют усиленные пояса, выполненные из гнутых или прессованных профилей. Усиленные нервюры нагружаются большими поперечными силами, поэтому их стенки выполняют без отверстий облегчения. Устойчивость стенки повышают нанесением рифтов или креплением к ней стоек.

В стреловидном крыле нервюры обычно устанавливают перпендикулярно одному из лонжеронов - чаще заднему - из технологических соображений. Это связано с тем, что установка нервюр по направлению потока приводит к увеличению их длины и, следовательно, массы.

Обшивка образует поверхность крыла и воспринимает воздушные нагрузки, передавая их на стрингеры и нервюры. Работающая обшивка участвует в работе крыла на изгиб и кручение. Неработающая (полотняная) обшивка в настоящее время встречается лишь изредка на тихоходных ВС, так как она не способна выдерживать значительные воздушные нагрузки.

Обшивка выполняется чаще всего из листов дюралюминия Д16. В сжатых зонах применяется более прочный алюминиевый сплав - В95. Обшивка, подвергающаяся значительному нагреву, в частности на сверхзвуковых самолетах, выполняется из титановых сплавов и жаропрочных сталей. Толщина обшивки достигает 6 мм и более.

На современных ВС все более широкое применение находит слоистая обшивка из сотовых и гофровых панелей и обшивка из композиционных материалов. Слоистая обшивка имеет толщину 15-20 мм и высокую жесткость, что позволяет значительно облегчить стрингерный набор, отказаться от него полностью, увеличить расстояние между нервюрами, уменьшить число заклепочных швов и получить более легкую конструкцию с высоким качеством поверхности. Из композиционных материалов для обшивки применяют обычно стекло- и углепластики. На тяжелых ВС наряду с обычными сборно-клепаными панелями крыла применяют монолитные, в которых обшивка и стрингеры, а иногда и нервюры выполняются как одно целое. Монолитные панели позволяют улучшить поверхность крыла, повысить его жесткость, значительно уменьшить число деталей и снизить трудоемкость сборки, а также улучшить усталостные характеристики конструкции вследствие отсутствия отверстий под заклепки. Однако монолитная панель дороже сборной, поскольку ее изготовление требует значительного количества оснастки. На монолитных панелях сложно выполнять доработки и модификации конструкции; в эксплуатации монолитные панели требуют повышенного внимания, так как возникшие усталостные трещины распространяются значительно быстрее, чем в сборной конструкции.

Вырезы в крыле выполняют для подхода к размещенному в нем оборудованию, а также в технологических целях. Вырезы в обшивке моноблочного (кессонного) крыла приводят к снижению его прочности и жесткости, поэтому их закрывают силовыми панелями и крышками, закрепленными по контуру большим числом винтов. Такие крышки и панели участвуют в работе силовой схемы крыла, передавая усилия через зону выреза.

Силовые панели и крышки применяют для люков больших размеров или же для небольших люков, которыми редко пользуются в процессе эксплуатации. В других случаях применяют не силовые крышки, закрепленные небольшим числом винтов или легко открывающимися замками. При не силовых крышках нагрузки, которые должны передаваться через вырезанный участок обшивки, обтекают вырез, дополнительно нагружая силовые элементы вблизи выреза. Поэтому дополнительно нагруженные элементы в зоне выреза усиливают. Усиление достигается установкой по краям выреза рам, усиленных или дополнительных профилей, накладок из листового материала на обшивку.

В лонжеронных крыльях обшивка работает в основном на. кручение и вырезы в ней мало сказываются на общей силовой схеме крыла. Поэтому здесь не требуется установки силовых крышек или значительного усиления конструкции по контуру выреза.