Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

I— длина выреза;

т— коэффициент, зависящий от жесткости промежуток-, ных незамкнутых шпангоутов, определяемый мето­

дами строительной механики.

Кроме того, элементы бимса необходимо проверить на мест­ ную устойчивость.

Рассмотренные условия работы и определяют в основном кон­

f =0. При этом нормальные напряжения согласовываются с со­

теория длинных оболочек с открытым контуром, основанная на гипотезе депланаций, наиболее полно была развита проф. В. 3. Власовым в 1935—1940 гг.

В коротких оболочках с открытым контуром (участок с ко­ ротким вырезом), наоборот, нормальные напряжения невелики, ибо длина выреза мала, а сдвиг играет основную роль в на­ пряженном и деформированном состоянии оболочки. Поэтому за основу берутся касательные напряжения, которые согласовыва­ ются с деформациями сдвига (т = Gf). Нормальные напряжения при этом определяются из условия равновесия выделенного уча­ стка оболочки. Деформация сдвига определяется из условия, что поперечные сечения не могут депланировать, т. е. при нагруже­ нии оболочки кручением все ее сечения сохраняются плоскими. Это условие точно выполняется в абсолютно жесткой заделке и близко соответствует действительности в сечениях, не сильно удаленных от нее. Гипотеза плоских сечений тем более право­ мерна, чем короче оболочка и чем жестче подкрепляющие стрин-1

164

геры. Она может широко использоваться для определения остав­ шейся прочности при боевых повреждениях конструкции фюзеля­ жа. Указанная схема расчета впервые была предложена В. Н. Беляевым в 1933 г., а затем развита В. А. Марьиным и Р. А. АдаДуровым.

167.Как показывает анализ, для фюзеляжа с коротким вы­

резом при поперечном изгибе силой QB или Qr касательные и нормальные напряжения практически мало отличаются от соот­ ветствующие напряжений в сечениях фюзеляжа с длинным вы­ резом (см. п. 164). При кручении фюзеляжа с коротким вырезом

получается более существенное отличие напряженного состояния как за счет разницы величины крутящего момента, так и за счет иного закона распределения напряжений в сечениях открытого контура.

Погонные касательные усилия в поперечных сечениях на ос­ нове гипотезы сдвигов выражаются по формуле (фиг. 6,38,а):

где /с — направленный полярный момент инерции сечения обо­ лочки относительно центра сдвига;

80б— толщина обшивки; г — расстояние от центра сдвига до касательной в теку­

щей точке (фиг. 6.38,6).

Слёдует заметить, что здесь для вычисления касательных усилий в обшивке площади стрингеров в расчет не принимаются.

Положение центра определяется координатой уц.Сдв. Зависи­

165

представлена на графике фиг.6.39. Пунктиром показана зави­

симость у а.м от угла ? в оболочке, имеющей длинный вырез. Как видим, начиная с углов <р =90° и больше, положение цент­ ров жесткости и сдвига в оболочках типа фюзеляжа существенно отличается, а следовательно, и величины крутящих моментов так­ же отличаются на участках длинных и коротких вырезов фюзеля­ жа.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180<р°

Фиг. 6.39

В реальных конструкциях фюзеляжа с длинным вырезом в результате влияния рамного эффекта окантовки выреза положе­ ние центра жесткости отличается от показанного на фиг. 6.39 и приближенно можно считать, что центр жесткости лежит в точке целого свода .у,,.* = —/?(см. фиг. 6.34).

168. Обычно на участке короткого выреза при кручении нор­ мальные напряжения в элементах поперечного сечения несуще­ ственны в силу малости длин х (см. фиг. 6.35) и ими можно пре­ небречь.

Ограничительные шпангоуты как длинных, так и коротких вырезов выполняют роль, аналогичную ограничительным нервю­ рам в двухлонжеронном крыле с большим вырезом межлонжеронной части. Они снимают крутящий момент с замкнутого кон­ тура обшивки в виде потока касательных усилий и трансформи­ руют его в пару сил в виде потоков в боковинах обшивки в рай­ оне выреза. Ограничительные шпангоуты передают также часть горизонтальной поперечной силы (подошедшей по обшивке сво­ да к вырезу) на противоположный целый свод. При этом добав­ ляется соответствующий момент Q6oк// г(см. фиг. 6.34 и 6.40). Та-

166

ким образом, можно грубо считать, что на участке выреза вся го­ ризонтальная поперечная сила передается по оставшемуся нена­ рушенным своду (панели).

1

-к-О,..

Фиг. 6.40

Для выполнения этих задач ограничительные шпангоуты обычно делаются в виде сплошного листа, подкрепленного про­ филями. Иногда роль ограничительных шпангоутов выполняют целые участки фюзеляжа, включающие несколько шпангоутов.

§ 6.5. ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА КОНСТРУКЦИЮ ФЮЗЕЛЯЖА

Температурное поле в элементах конструкции фюзеляжа оп­ ределяется по правилам, изложенным в гл. 1, § 1.3. Рассмотрим характерные случаи возникновения температурных напряжений из-за неравномерности нагрева или неоднородности материала элементов конструкции фюзеляжа.

169. В цилиндрическом отсеке фюзеляжа (корпуса), частич­ но заполненном топливом (фиг. 6.41), при аэродинамическом нагреве температура t обшивки будет резко переменной по вы­ соте сечения, а по длине отсека ее можно принять постоянной. По торцам этот отсек опирается на достаточно жесткие ограничи­ тельные замкнутые цилиндрические участки оболочки. Примем

Скачкообразное изменение напряжений ях обусловлено подоб­ ным же изменением температуры. В действительности они ме­

167

няются по сечению плавнее, чему соответствует пунктирная ли­ ния на эпюре. Напряжения <зх затухают на довольно коротких участках дл.ин L„еред и /.зад (ам. фиг. 6.41). Изменение нор­ мальных напряжений вдоль замкнутых частей фюзеляжа вызы­ вает касательные напряжения в обшивке на этих участках, кото­ рые, как правило, малы и в расчет могут не приниматься.

170.В кольцевом шпангоуте двутаврового сечения (фиг. 6.42

при значительных перепадах температуры по высоте его сечения (вдоль радиуса г*) могут возникнуть опасные темпера­ турные напряжения в поясах. Рассмотрим шпангоуты круговой

Фиг. 6.42

формы. Допустим, что температура t по высоте сечения шпангоу­ та меняется по линейному закону (фиг. 6.42), а на одинаковых удалениях от центра температура постоянна (осесимметричное

168

температурное поле). При этом любое поперечное сечение шпан­ гоута. после нагрева, переместившись вдоль радиуса, останется, естественно, в той же плоскости. Тогда очевидно, что при одина­

ные напряжения при значительном градиенте температуры t по ее толщине.

Будем считать температурное поле осесимметричным, линей­ ным по толщине обшивки и постоянным в направлении образу­ ющей оболочки (оси х). Выделим, мысленно, элемент обшивки фюзе­ ляжа в виде кольца шириной, рав­ ной единице (фиг. 6.43). Его мож­ но рассматривать как кольцевой шпангоут.

В отличие от изолированного кольца (шпангоута) в обшивке (ли­ стовой или двухслойной с заполни­ телем) возникают нормальные на­ пряжения как в направлении дуги Ор, так и в направлении обра­ зующей ах. Эти напряжения рав­

ны по величине и отличаются от нормальных напряжений в се­

чении простого кольца коэффициентом------ (р — коэффи- 1- Р

циент относительной поперечной деформации).

Для внутреннего слоя обшивки при постоянных (или мало отличающихся) величинах Е и а, а также §Н= 2В (У двух­ слойной обшивки) нормальные напряжения приближенно мож­ но определять по формуле, аналогичной (6.5),

- _ Е а (*н ~ *в)

Обычно принятые выше условия в реальных конструкциях как двутавровых кольцевых шпангоутов, так и двухслойной обшивки.

169