Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

каждая проушина нагружена сосредоточенной силон 0,5 Q, при­ ложенной по оси шарнира О, то в сечении 1—2 проушина будет нагружена поперечной силой 0,5 Q и изгибающим моментом

ДЛ4 = 0,5 Q ■с.

Из сечения 1—2 сила Q передается на фюзеляж поперечным изгибом центроплана. При этом на участке центроплана 3—1—

—2—4 стенки работают на сдвиг, а панели на растяжение (сжа­ тие), сдвиг и поперечный изгиб. На участке 5—3—4—6 центро­ план работает как обычный моноблок прямого крыла: стенки — на сдвиг, а панели — на растяжение (сжатие) и сдвиг.

Фиг. 4.28

узла А центроплана (см. фиг. 4.28,6). Далее этот момент сжати­ ем—растяжением панелей моноблока передается к бортовому сечению. При этом нормальные напряжения а по ширине пане­ ли распределяются существенно неравномерно, особенно вблизи шарнира (фиг. 4.28,6). По мере удаления от оси шарнира рас­ пределение напряжений выравнивается. В сечении панели, уда­ ленном от оси шарнира на расстояние сл 0,75 В, нормальные на­ пряжения о распределяются уже практически равномерно.

Момент М г приложен в виде пары сил N (— —- к проушинам

Н

узла А центроплана (см. фиг. 4.28,6). Силы N x сдвигом и изги­ бом проушин передаются на моноблок и далее кручением моно­ блока и изгибом его панелей — к бортовому сечению.

Концевая нервюра 1—2 трансформирует крутящий момент M z из пары горизонтальных сил Nx в поток касательных усилий

фиг. 4.28,в).

Бортовая нервюра 5—6 трансформирует крутящий момент М г из потока касательных усилий qx по контуру моноблока в

М

пару вертикальных сил N v= —- , работая при этом на сдвиг (фиг.

В

4.28, г). Силы Ny передаются на борт фюзеляжа через узлы 5 и 6 крепления центроплана к фюзеляжу.

§ 4.5. ТРЕУГОЛЬНЫЕ КРЫЛЬЯ С ЛОНЖЕРОНАМИ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫМИ ОСИ ФЮЗЕЛЯЖА

Однолонжеронное крыло со многими вспомогательными лон­ жеронами. Силовая схема крыла (фиг. 4.29) состоит из одного основного и системы вспомогательных лонжеронов, передней стенки, обшивки, бортовой нервюры, имеющей сквозную стенку, и набора нормальных поясных нервюр.

ftiN

Vч Бортобая нерВюра

__ У \ Передняя стенка

Вспомогательный

лонжерон Оснобной лонжерон

i - й Вспомога­ тельный лон­

жерон

Фиг. 4.29

Вспомогательные лонжероны опираются на борт фюзеляжа шарнирно, а основной лонжерон — моментно. Все лонжероны расположены по нормали к оси фюзеляжа.

98

82. Местная воздушная нагрузка частично через нервюры и частично непосредственно от обшивки передается на лонжероны.

Будем приближенно считать, что лонжероны нагружены по­ гонной нагрузкой дл, равной:

Ял —

где q — суммарная погонная нагрузка крыла в произвольном сечении, параллельном плоскости симметрии самоле­ та;

b — хорда крыла в том же сечении;

t — шаг лонжеронов (расстояние между лонжеронами);

— — средняя нагрузка на 1 ж2 площади крыла в данном b

сечении.

стремящийся повернуть лонжерон относительно узла его креп­ ления. Так как нервюры крыла поясные, то можно считать, что от поворота лонжерон удерживается постоянным потоком каса­ тельных усилий A qt по замкнутому контуру, образованному обшивкой, бортовой нервюрой и передней стенкой крыла. Вели­ чина потока Aqt равна:

_ Рл i d,

При таком нагружении каждый вспомогательный лонжерон работает на изгиб и сдвиг (см. фиг. 4.30). В сечениях лонжеро­ на действуют поперечные силы и изгибающие моменты, причем наибольшего значения поперечная сила достигает у узла креп­ ления лонжерона к фюзеляжу, а изгибающий момент — в сред­ ней части лонжерона. Из характера работы вспомогательного лонжерона следует, что конструктивно он должен быть выпол­ нен в виде двухпоясной балки, имеющей наиболее мощные поя­ са в средней части.

84. Моменты ДЛ?; = Px idn передаваемые вспомогательны­ ми лонжеронами на замкнутый контур в виде потоков касатель­ ных усилий Aqt, кручением крыла относительно оси, перпенди­ кулярной лонжеронам, передаются на основной лонжерон (фиг. 4.31). Из характера передачи моментов ДУИг следует, что бор­ товая нервюра должна иметь сквозную стенку для обеспечения замкнутости контуров продольных сечений крыла. Так как бор­ товая нервюра работает на сдвиг, то мощные пояса ей не нужны. Потоки касательных усилий в обшивке и стенке бортовой нервю­

где ЕД/kf^— суммарный момент вспомогательных лонжеронов, действующий в рассматриваемом продольном се­ чении крыла;

F — площадь рассматриваемого продольного сечения. 85. Основной лонжерон (фиг. 4.32) нагружен своей местной

нагрузкой q„ и потоком касательных усилий по контуру

М

‘"сум

9сум = о р ’

100

где Л1сум — сумма моментов ЛЛ4, всех вспомогательных лон­

жеронов;

Fn— площадь продольного сечения крыла вдоль основ­ ного лонжерона.

Через моментный узел крепления основного лонжерона на фю­ зеляж передаются: местная нагрузка лонжерона (сила Рд), мо­ мент от местной нагрузки АМ = Рлй и момент от потока <7сум< равный Л4сум. Следовательно, момент, передаваемый основным лонжероном на фюзеляж, равен изгибающему моменту крыла в бортовом сечении.

Фиг. 4.32

Таким образом, в однолонжеронном крыле со многими вспо­ могательными лонжеронами поперечная сила крыла передается на борт фюзеляжа через узлы крепления всех лонжеронов (и ос­ новного, и вспомогательных), а изгибающий момент крыла — только через узел крепления основного лонжерона.

Основной лонжерон работает на изгиб и сдвиг (см. фиг. 4.32): в его сечениях действуют поперечные силы и изгибающие мо­ менты, причем наибольших своих значений они достигают вблизи узла крепления к фюзеляжу. Из характера работы основного лонжерона следует, что конструктивно он должен быть выполнен в виде двухпоясной балки, имеющей наиболее мощные пояса у борта фюзеляжа.

Многолонжеронное крыло с параллельными лонжеронами. Си­ ловая схема крыла (фиг. 4.33) состоит из системы лонжеронов, моментно закрепленных на борту фюзеляжа, передней стенки, обшивки, бортовой нервюры, имеющей сквозную стенку, и набо­ ра нормальных поясных нервюр.

101

Поясные нервюры служат для повышения местной жесткости обшивки и для передачи лонжеронам местной воздушной нагруз­ ки. Поэтому их влиянием на работу крыла можно пренебречь.

жероном на борт фюзеляжа, не равен этому моменту. Замкнутый контур, образованный обшивкой крыла, передней стенкой и бор­ товой нервюрой, связывает лонжероны между собой. Вследствие этого задние (более длинные и поэтому менее жесткие) лонже­ роны часть своих моментов передают кручением замкнутого кон­ тура (потоки Д^) на передние (более короткие и поэтому более

102

жесткие) лонжероны. Происходит таким образом перераспреде­ ление моментов между лонжеронами: передние лонжероны изги­ бающими моментами догружаются (фиг. 4.34,а), а задние — разгружаются (фиг. 4.34,6). Для выявления нагружения лон­ жеронов необходимо определить величины разгрузки задних и догрузки передних лонжеронов.

Если задача определения нагружения лонжерона в однолонжеронном крыле была статически определимой, то здесь она яв* ляется (п—1) раз статически неопределимой, где п — число лон­

денных из расчета двух крайних силовых схем крыла:

—схемы крыла, состоящей из изолированных лонжеронов и неработающей на сдвиг обшивки;

—схемы крыла с абсолютно жесткими на сдвиг обшивкой и нервюрами.

Опорные моменты лонжеронов для первой силовой схемы Л1„з1 определяются известными методами сопромата, так как каждый изолированный лонжерон представляет собой консоль­ ную балку, нагруженную погонной нагрузкой дя1 (фиг. 4.35). Ха­ рактер распределения изгибающих моментов изолированных лон­ жеронов Л4ИЗ в бортовом сечении крыла показан на фиг. 4.33.

Опорные моменты лонжеронов для второй схемы Мж( нахо­ дятся из условия, что изгибающий момент крыла М распреде­ ляется между лонжеронами пропорционально их изгибным же­ сткостям

(EJ),

Мх1=-М

£ (£ /), ‘

Характер распределения изгибающих моментов лонжеронов аб­ солютно жесткого на кручение крыла Мжв бортовом его сечении показан на фиг. 4.33.

103

Зная Л4ИЗ, и Мж/, находим приближенные значения изгиба­ ющих моментов лонжеронов М л1 в бортовом сечении крыла

(см. фиг. 4.33)

Мл j = (Л4ИЗ i + Мж|).

Зная величины Л4ИЗ(. и Мл1, можно определить потоки каса­ тельных усилий Дqt и выявить таким образом нагружение лон­ жеронов. Так как разность между значениями моментов Мл ,• и Л4ИЗ, должна быть равна моментам, создаваемым потоками ка­ сательных усилий Д<7,, то

_ДMj

Д ?/ =

2>л 1 ’

где

АМ{ — ЛГл1 — Л4ИЗ | «= 0,5 (Мж, - Жиз,).

Fni — площадь продольного сечения крыла вдоль t-того лонжерона.

Потоки касательных усилий в обшивке и стенке бортовой нер­ вюры находятся по формуле

£Д М,

Яоб

2F

где £ДM t — сумма разностей моментов, действующих в рас­ сматриваемом продольном сечении крыла;

F — площадь рассматриваемого продольного сечения крыла.

Следует заметить, что величины моментов, передаваемых кручением замкнутого контура, в многолонжеронном крыле су­ щественно меньше, чем в однолонжеронном, вследствие чего по­ токи <?о6 здесь невелики.

Из характера работы многолонжеронного крыла следует, что:

—лонжероны должны быть выполнены в виде тонкостенных двухпоясных балок, имеющих наибольшую площадь поперечно­ го сечения поясов у узлов крепления к фюзеляжу;

—бортовая нервюра должна иметь сквозную стенку для обе­ спечения замкнутости контуров продольных сечений крыла;

—обшивка крыла, при прочих равных условиях, может быть тоньше, чем в однолонжеронном крыле.

§4.6. ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА КОНСТРУКЦИЮ КРЫЛЬЕВ

Уменьшение разрушающих напряжений и модуля упругости конструкционных материалов с ростом температуры приводит к снижению величины разрушающих нагрузок конструкции и к изменению ее жесткостных и частотных характеристик.

Интенсивный рост деформаций ползучести при повышении

104

температуры приводит к изменению аэродинамических форм крыла и снижению его срока службы.

88.Температурные напряжения в элементах конструкции кры­

между отдельными элементами, выполненными из одинакового материала, так и в случае отсутствия градиента температур, если элементы крыла выполнены из материалов, имеющих разные ко­ эффициенты линейного расширения а.

Если предположить, что:

—температурное поле изменяется лишь в поперечных сече­ ниях крыла, оставаясь постоянным по его размаху:

—относительные деформации элементов конструкции крыла подчиняются закону плоскости;

—деформации конструкции происходят в упругой зоне,

то в сечениях крыла, достаточно удаленных от его концов, будут возникать лишь нормальные температурные напряжения, величина которых может быть определена по формуле

=— момент инерции редуцированного сече­ ния относительно главной центральной

оси Ох; »= — момент инерции редуцированного сечения

относительно главной центральной оси

Оу.

Первый член в скобках соответствует температурному напря­ жению элемента при условии полного отсутствия его удлинения.

105