Выбор конструктивно- силовой схемы крыла

Выбор конструктивно силовой схемы (КСС) крыла.

а) Компоновкой крыла—наличием в обшивке люков для обслуживания,расположенных в крыле агрегатов оборудования,наличием внутри крыла бака для топлива,ниш для уборки шасси и т.д.;

б) Компоновкой фюзеляжа—наличием достаточных объемов для центральной части крыла в фюзеляже;

в) Требованиями жесткости.

Для приближённого выбора КСС крыла используется понятие условного лонжерона, ширина пояса которого составляет 0.6 хорды крыла в расчётном сечении. При расчётах используем корневую хорду b₀. Толщину условного пояса лонжерона определяем по формуле[4,c5]

(2.1.)

(2.2.)

где: – удельная нагрузка на крыло при взлете, Н\м²;

S –площадь крыла, м²;

Z_a – координаты средней аэродинамической хорды крыла по его размаху (от продольной оси), м;

m – масса груза, расположенного на крыле, кг;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м\с;

Z_I – координата центра масс груза, расположенного на крыле, от продольной оси самолета по размаху крыла, м;

n^р – коэффициент расчетной перегрузки (значения n^р для расчетного случая А приведены в таблице 2.1);

m_кр ­– масса крыла, кг;

- относительная толщина профиля крыла;

B₀ – корневая хорда крыла, м;

- разрушающее напряжение пояса лонжерона. Приближенно для поясов из алюминиевого сплава Д16-Т =330 МПа, из легированной конструкционной стали ЗОХГСА = 880МПа, из титанового сплава ВТ-6 = 800 МПа.

Для других конструкционных материалов можно определить приближенно по формуле = 0,8 , где - предел прочности материала при растяжении.

Если в результате расчета d_у получается меньше 3 мм, то обшивка крыла будет тонкой. При этом её критические напряжения потери устойчивости будет низким (в зоне сжатия). Материала (по выражению конструкторов) недостаточно, чтобы оформить обшивку со стрингерами, которые подкрепляют обшивку и повышают её критические напряжения. В таком случае более рациональным будет лонжеронное крыло. В таком крыле изгибающий момент в основном воспринимается лонжероном.

Если d_у больше 3 мм, то обшивку крыла можно сделать достаточно толстой и с высокими критическими напряжениями. В таком случае в массовом (весовом) отношении выгодно делать моноблочное или кессонное крыло.

Выражение 2m_igz_i +m_крgz_a можно опустить из-за малого значения. В результате получим:

d=

где Р₀=3500 даН/м² -удельная нагрузка на крыло при взлёте; S =85 м² - площадь крыла; z_а= 6,65 м - координата средней аэродинамической хорды от продольной оси самолёта по размаху крыла; g- ускорение свободного падения; n^р- коэффициент расчётной перегрузки; n^р=3,5 - для пассажирского самолёта;

с=0,11 - относительная толщина профиля крыла; b₀ =3,87 м - корневая хорда крыла; s_р=550 МПа- разрушающее напряжение пояса лонжерона.

d= = =0,031 мм.

Так как толщина условного лонжерона около 3 мм, то обшивка выполняется достаточно толстой, с высокими критическими напряжениями. В этом случае крыло может быть сконструировано с обшивкой и стрингерами, воспринимающими большую часть изгибающего момента, т.е. в массовом отношении выгодно делать кессонное или моноблочное крыло.

Конструктивно - силовую схему крыла можно выбрать также по критерию интенсивности моментной нагрузки, действующей на крыло. Величина интенсивности моментной нагрузки для корневого сечения крыла определяется по выражению:

(2.3.),

где Н=0.8*Н_max - расчётная высота профиля сечения.

[(5751,38*167-10718*9,81)*6,794-2*3384*9,81*6,5]/(1,03*(0,12*7,89)³)=23,076 МПа.

=0,739 мПа

(2.4.)

Так как 23,076МПа >15 МПа, то преимущество будет иметь моноблочное или кессонное крыло.

Разница между моноблочным и кессонным крылом состоит в том, что в моноблочном крыле нормальные силы при изгибе воспринимаются обшивкой и подкрепляющими её стрингерами по всему контуру поперечного сечения крыла, а в кессонном крыле - обшивкой и стрингерами лишь по части контура (обычно средней частью), остальная часть контура с тонкой обшивкой и слабее подкреплённая стрингерами в работе на изгиб участвует значительно меньше. В одной и другой схемах лонжероны с сильными поясами отсутствуют, а для восприятия перерезывающих сил служат стенки, скреплённые с обшивкой слабыми поясами.

Кессонная схема целесообразна для получения большой жёсткости крыла на кручение. При одинаковой массе крыло кессонной схемы будет обладать жёсткостью на кручение примерно на 10% большей, чем крыло однолонжеронное.

При выборе между моноблочной и кессонной схемой, выберем кессонную, так как эта схема позволяет разместить механизацию в крыле (предкрылки, закрылки).

Одним из элементов крыла является нервюра, предназначенная для сохранения формы и передачи местных воздушных нагрузок (а усиленные – сосредоточенных сил от шасси, двигателей, механизации крыла) на лонжероны и обшивку. Поддерживая обшивку и стрингеры, нервюры увеличивают их критические напряжения.

Конструктивно нормальные нервюры могут быть балочными, ферменными и рамными. В балочных и рамных нервюрах, изгибающий момент воспринимается поясами совместно с плоской обшивкой, к которой крепится пояс.

Типовые нормальные нервюры выполняют балочной конструкции в виде сплошных стенок из листового материала. Изгибающий момент, как правило, незначительный и полки такой нервюры обычно выполняются отбортовками стенок путем холодной штамповки из листового дюралевого сплава. Стенки нервюры по условиям прочности оказываются очень тонкими, но по конструктивным соображениям она должна быть толщиной не менее 0,6 мм – для облегчения лишний материал убирают выштамповками отверстий в стенках. Для повышения жесткости края отверстий отбортовывают. Специальные стойки или зиговки повышают критические напряжения стенки при сдвиге.

Из условий технологичности и облегчения сборки в крыле с работающей обшивкой нервюры обычно выполняют из нескольких частей (для двухлонжеронного крыла – носок; межлонжеронная часть, хвостик). Вследствии небольших нагрузок, действующих на нормальную нервюру, нет необходимости связывать в единое целое пояса всех ее частей – конструкцию связи поясов и передачи изгибающих моментов в месте присоединения к лонжеронам выполяет обшивка. Поперечные силы носка, межлонжеронной части и хвостика передаются на стенки лонжеронов крыла через заклепки, присоединенные к ним стенки нервюр.

Усиленные нервюры служат для восприятия сосредоточенных сил и моментов от агрегатов, крепящихся к крылу (стоек шасси, двигателей, узлов навески элеронов и других подвижных частей крыла) и передачи их на лонжероны и обшивки, а также для перераспределения сил между панелями и стенками у мест перелома осей продольного набора, для трансформации М_к в пару сил в местах разъема крыла и на границах больших вырезов. Усиленные нервюры одновременно выполняют и роль нормальных нервюр.

У усиленных нервюр большие площади поперечных сечений, пояса из прессованных профилей, стенки глухие, подкрепленные стойками. Стрингеры на таких нервюрах перестыковываются, не перерезая пояса нервюр. Иногда такие нервюры делают из поковок, используют и ферменные конструкции.

Конструкция нервюры представляет собой сборно-клепаную конструкцию (приложение А), состоящую из верхнего и нижнего поясов, стенки, стоек, книц и компенсаторов.

Пояса и стойки выполняются из стандартных профилей, стенка – из листового материала.

Правильный выбор материала элементов конструкции может существенно улучшить весовые и летно-тактические характеристики самолета, а также снизить материальные затраты на его производство и эксплуатацию. При выборе материала учитываются его механические свойства (предел прочности, текучести, сопротивления усталости, модуль упругости, износостойкость, вязкость и др.), плотность, стоимость и дефицитность сырья, степень освоения в производстве, технологические свойства (пластичность, свариваемость, литейные качества, обрабатываемость резанием), определяющие возможность применения наиболее производительных процессов – штамповки, прессования, литья, сварки и др. Однако наибольшее внимание при выборе материала уделяется удовлетворению требования обеспечения необходимой прочности и жесткости конструкции при наименьшей массе, наибольшей удельной прочности и обеспечению весовой выгодности или весовой эффективности материала.

В конструкции нервюр используются алюминиевые сплавы (Д16АТ, Д16АМ, В95пчТ1, О1420, О1450 и т.д.), так как алюминиевые сплавы отличаются высоким, сравнимым с легированными сталями, сопротивлением усталости и хорошими технологическими характеристиками, что позволяет применять при обработке штамповку, прокатку, ковку и резание, а к некоторым из них сварку; обладают низкой плотностью и высокой удельной прочностью при относительной дешевизне этих материалов.

Нервюры расположены перпендикулярно к передней кромке или коси лонжерона. Это улучшает технологичность процесса производства нервюр, экономию металла при раскройки листов обшивки, но придется поставить усиленные нервюры. В месте крепления механизации, изломов лонжерона и стрингеров.

Расстояние между нервюрами выбирают в зависимости от толщины обшивки и размеров сечения стрингера. Очень малое расстояние невыгодно из-за большого количества заклепок, которые приводят к ухудшению поверхности крыла и усложнению производства крыльев.

В современных кессонных крыльях с большой нагрузкой на 1м² ,при не особенно мощных сечениях стрингеров и обшивки расстояние между нервюрами берется равным 250─350 мм.

Расстояние между стрингерами в лонжеронных крыльях (один или два лонжерона) в_стр= 200 … 300 мм.

В кессонных крыльях расстояние между стрингерами необходимо брать небольшим (в_стр= 100 … 180 мм), так как в этом случае панель работает на сжатие лучше.

Поперечный силовой набор состоит из обычных и усиленных нервюр, выполненных с шагом a₁ =250 мм, а₂ = 300…500 мм, что рекомендуется при мощной обшивке и усиленных стрингерах: а =(300…700:900) мм. Выбираем среднее значение, а₁=250 мм, т.к. самолет по взлетной массе m = 32628 кг относится к типам средней тяжести самолетов. Всего на консоли крыла установлено 41 нервюра. Силовые нервюры № 3,7,14 выполнены для передачи нагрузок по узлам внутренних секций закрылка. Нервюры № 23,31,37 передают нагрузки от узлов крепления элерона. Нервюры расположены по потоку, что несколько хуже по технологическим соображениям и уменьшению жесткости при потере устойчивости за счет более длинной диагонали. Но такое выполнение нервюр позволяет более точно выполнять аэродинамическую форму и повысить жесткость при изгибе.

Поскольку верхняя панель кессона крыла работает в режиме сжатия, количество стрингеров на верхней панели выполним больше. Шаг стрингеров на нижней панели в =250 мм, на верхней в =200 мм. рис.2.1.

Рис.2.1 КСС крыла

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: