Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

Второй, третий и четвертый члены представляют собой нормаль­ ные напряжения сжатия и изгиба, обеспечивающие самоуравновешенность системы температурных напряжений в сечении (тем­ пературные напряжения являются самоуравновешенными, по­ скольку они не уравновешивают никаких внешних сил и момен­ тов) .

Из формулы следует, что температурные напряжения в кры­ ле равны нулю как в случае равномерного нагрева конструкции, выполненной из одного материала (al t l = const), так и в случае неравномерного нагрева конструкции из разнородных материа­ лов при условии, что 5^^= const для всех элементов конструк­ ции крыла.

При работе конструкции в пределах пропорциональности тем­ пературные напряжения необходимо суммировать с напряжени­ ями, возникающими в конструкции от внешней нагрузки. При этом, поскольку при эксплуатационных нагрузках остаточных деформаций в конструкции быть не должно, необходимо выпол­ нить условие

ла с учетом его температуры.

Выполнение этого условия требует увеличения площади по­ перечных сечений силовых элементов крыла при заданной вели­ чине эксплуатационной нагрузки, что ведет к увеличению веса крыла.

Основными путями уменьшения температурных напряжений являются: соответствующий выбор материала конструкции (см. п. 14), применение теплоизоляции и охлаждения конструкции и конструктивные мероприятия, обеспечивающие свободу теплово­ го расширения элементам конструкции. Следует заметить, что при действии на крыло разрушающей нагрузки, когда в конст­ рукции имеются пластические деформации, температурные на­ пряжения невелики и их практически можно не учитывать.

166

89. При наружной теплоизоляции (фиг. 4.37,а) теплоизоли­ рующий материал располагается с внешней стороны обшивки, а при внутренней (фиг. 4.37,6) — между обшивкой и остальной конструкцией крыла.

Наружная теплоизоляция обеспечивает снижение средней температуры конструкции и более равномерное ее распределе­ ние. Уменьшение градиентов температуры обусловливает умень­ шение температурных напряжений. Однако для обеспечения на­ дежной теплоизоляции конструкции в условиях ее интенсивного нагрева требуется достаточно большая толщина теплоизоляци­ онного слоя, что в свою очередь требует значительных весовых затрат. Поэтому применение наружной изоляции целесообразно только при высоких температурах нагрева, когда нельзя обеспе­ чить достаточные прочность и жесткость конструкции за счет использования жаропрочных материалов.

Внутренняя теплоизоляция обеспечивает более равномерный нагрев обшивки, снижение средней температуры остальной кон­ струкции крыла и более равномерное ее распределение, а так­ же может защитить от нагрева топливо, оборудование и т. д. Од­ нако она приводит к большим градиентам температуры между обшивкой и остальной конструкцией крыла, что может вызвать возникновение значительных температурных напряжений в об­ шивке и коробление ее. Поэтому внутренняя изоляция целесооб­ разна только в том случае, если будут предприняты специальные конструктивные меры, обеспечивающие свободу теплового рас­ ширения обшивки (например, за счет устройства специальных температурных компенсаторов).

90. При внутреннем конвективном охлаждении жидкий охла­ дитель по специальным каналам поступает к внутренней поверх­ ности обшивки (фиг. 4.38) и испаряется, отбирая при этом тепло от обшивки. Испарившийся охладитель в системах замкнутого типа конденсируется и охлаждается в специальных устройствах, после чего цикл повторяется. В системах незамкнутого (испари­ тельного) типа — после испарения охладитель выбрасывается в окружающее пространство.

При пористом охлаждении хладагент выдавливается в на­ бегающий поток через проницаемую силовую обшивку крыла,

107

благодаря чему уменьшается интенсивность теплообмена на

внешней поверхности и отводится часть тепла, поступившего в обшивку.

При блокирующем охлаждении хладагент подается в наибо­ лее теплонапряженные зоны на внешней поверхности крыла, вследствие чего уменьшается интенсивность внешнего теплооб­ мена.

Теплозащита конструкции путем охлаждения дает возмож­ ность поддерживать ее температуру строго в заданных пределах, но она менее надежна, чем теплозащита за счет теплоизоляции, так как ее работа связана со специальными устройствами на ле­ тательном аппарате, которые могут отказать.

91. Конструктивные мероприятия, обеспечивающие свободу теплового расширения элементам конструкции, позволяют умень­ шить величину температурных напряжений, а в некоторых случа­ ях полностью исключить возможность их возникновения. К чис­ лу таких мероприятий можно отнести:

— изготовление носков и хвостиков крыла из отдельных сек­ ций (фиг. 4.39,а), прикрепленных к средней части крыла на кар­ данных подвесках;

—применение гофрированных стенок лонжеронов, скреплен­ ных с поясами по полуволнам (фиг. 4.39,б);

—применение компенсаторов в поперечных стыках обшивки крыла (фиг. 4.39,в);

—применение на вспомогательных лонжеронах карданных узлов крепления крыла к фюзеляжу (фиг. 4.39,г) и др.

При нагреве крыла существенно уменьшается его эффектив­ ная жесткость, под которой понимают отношение момента внеш­ них сил, действующего в данном сечении крыла, к величине со­ ответствующей деформации. Уменьшение эффективной жестко­ сти крыла при нагреве объясняется снижением значений моду­ лей Е и G материала с повышением температуры и возникнове­ нием температурных напряжений.

108

Чем выше температура нагрева конструкции крыла,, тем меньше значения модулей Е и G и тем меньше становится же­ сткость крыла (см. гл. I, § 1.5).

Секции носка

Гофр

а)

Помимо общих деформаций крыла (изгиб, кручение), нерав­ номерность температур в процессе прогревания может привести

кпоявлению местных деформаций (см. п. 13).

§4.7. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КРЫЛЬЕВ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

92.Однолонжеронное стреловидное крыло с подкосной балкой

получило широкое применение на истребителях. Объясняется это следующими преимуществами его по сравнению с однолон-

жеронным и двухлонжеронным стреловидными крыльями с пе­ реломом лонжеронов у борта фюзеляжа. Во-первых, в этом кры­ ле удобно размещать и крепить основную стойку шасси. Во-вто­ рых, оно имеет меньший вес. Последнее объясняется отсутстви­ ем бортовой нервюры и разгрузкой корневой части лонжерона от изгиба в крыле с подкосной балкой, что дает выигрыш в ве­ се, превышающий затрату веса на подкосную балку.

Благодаря весовым преимуществам однолонжеронное стре­ ловидное крыло с подкосной балкой часто применяют и в тех слу­ чаях, когда выреза в крыле делать не надо. Благодаря компоно­

109

вочным преимуществам (удобство размещения шасси) эта схема нашла применение и на треугольных крыльях самолетов-ист­ ребителей.

С точки зрения боевой живучести концевые части стреловид­ ных крыльев не отличаются от прямых крыльев аналогичных си­ ловых схем. Боевая живучесть корневых частей этих крыльев по отношению к различным средствам поражения различна и зави­ сит от силовой схемы корневой части и особенностей ее конструк­ ции.

Корневая часть однолонжеронного стреловидного крыла с подкосной балкой является достаточно живучей. Мощные под­ косная балка и лонжерон, передающие с концевой части крыла на борт фюзеляжа все силовые факторы, трудно уязвимы для различных средств поражения. Однако сравнительно тонкая об­ шивка корневой части может быть сильно разрушена попавшим в нее снарядом ударного действия или плотным потоком оскол­ ков дистанционного снаряда, что может привести к искажению аэродинамических форм этой части крыла. Осколочный же поток малой плотности и стержневая боевая часть в большинстве слу­ чаев не могут вызвать поражения конструкции корневой части этого крыла ни по причине аэродинамики, ни по причине потери прочности и жесткости.

93. Моноблочное стреловидное крыло с переломом силовых панелей у борта фюзеляжа получило широкое применение на тя­ желых самолетах (ракетоносцы, военно-транспортные самолеты и др.). Объясняется это тем, что моноблочное крыло по сравне­ нию с лонжеронными имеет большие жесткости на изгиб и кру­ чение, а на тяжелых самолетах оно, кроме того, имеет и весовые

к сильному ухудшению условий компоновки фюзеляжа, так как объем фюзеляжа вблизи центра тяжести самолета, необходимый для размещения сбрасываемых в полете грузов (бомбы, раке­ ты), остается незанятым моноблочным центропланом.

Корневая часть такого моноблочного крыла наименее живуча по отношению к дистанционным снарядам с плотным потоком ос­ колков большой энергии. Плотный поток осколков, накрывая корневую часть такого крыла, может вызвать механические по­ вреждения продольного силового набора и обшивки корневой ча­ сти, приводящие к резкому снижению ее прочности, или полное разрушение корневой части крыла при наличии аэроудара (см. п. 422, 423). По отношению же к снарядам ударного действия и к дистанционным снарядам с осколочным полем малой плотно­ сти корневые части таких крыльев достаточно живучи (рикошет снарядов, малые площади разрушения и др.).

Такие же выводы по живучести могут быть сделаны и для

моноблочного стреловидного крыла с подкосной балкой.

Моноблочное стреловидное крыло с подкосной балкой ра­

но