Проектирование монолитной панели крыла

В кессонном типе крыла широкое распространение получили силовые элементы, называемые панелью.

Под монолитной конструкцией панели подразумевают вариант, когда обшивку и подкрепляющие элементы выполняют заодно из одной заготовки материала. Монолитные панели из алюминиевых сплавов могут быть изготовлены механической обработкой, химическим фрезерованием, штамповкой, прессованием

Панель представляет собой обшивку с подкреплением, опирающуюся на нервюры. Панель является одним из самых распространенных силовых конструктивных элементов планера самолета. Основным назначением подкрепленных обшивок является придание планеру самолета аэродинамической формы. Другая не менее важная функция панелей заключается в восприятии и передаче сил в пространстве. Поскольку панели составляют 25-30% массы агрегата, задача проектирования панелей с минимальной массой является важной и актуальной.

Основные преимущества монолитных панелей по сравнению со сборными следующие.

- Меньшая масса (за счет меньшего количества концентраторов напряжений, заклепок).

- Лучшие аэродинамические показатели.

- Большая технологичность.

Недостатки,

- При наличии металлургических дефектов и внутренних напряжений возникает угроза преждевременного усталостного разрушения.

- Возникающие усталостные трещины распространяются быстрее, чем у сборных панелей.

Расчетная схема монолитной панели.

Поперечное сечение монолитной панели с простым оребрением имеет следующий вид (см. рис. 6.1).

Задачу на проектирование панели ставят следующим образом.

Для заданных расстояний между опорами (нервюрами, шпангоутами) L, и приведенной толщины панели δ₀, полученной в результате оптимального распределения материала по поверхности силового агрегата, определить рациональные параметры панели, имеющей максимальную несущую способность, с учетом реальных ограничений.

Принимается допущение, что общая потеря устойчивости панели может произойти только в направлении, перпендикулярном плоскости панели, а жесткостью панели на изгиб в поперечном направлении можно пренебречь. Возможны две формы потери устойчивости: местная, при которой выпучиваются стенки ребер (стрингеров), или обшивка между стрингерами; общая изгибная, при которой между нервюрами выпучивается вся панель по всей ширине со всеми подкреплениями.

Рис. 6.1.

В общем случае приведенную толщину δ₀ панели определяют по выражению: . Вводятся безразмерные параметры – соотношения геометрических размеров панели: ; .

Радиус инерции сечения монолитной панели с простым оребрением определяется по формуле: .

Критические напряжения местной потери устойчивости σ₂ и общей σ₀ находят по зависимостям: ;

, где k₂ - коэффициент местной формы потери устойчивости, μ, Е = коэффициент Пуассона и модуль упругости материала панели, - коэффициенты пластичности, соответствующие напряжениям σ₂ и σ₀. k₀ – коэффициент, учитывающий опирание панели, k₀ = 1.

Возможные соотношения напряжений при расчете:

1. σ₂ > σ₀ тогда σ_р = σ₀.

2. σ₂ = σ₀ = σ_р.

3. σ₂ < σ₀. тогда .

Рассмотрим примеры выполнения расчётов монолитных панелей для двух вариантов заданий.

Проектирование монолитной панели из материала В95.

Необходимо спроектировать монолитную ребристую панель, имеющую в расчетном сечении

приведенную толщину . Длина панели L=300мм.

По [9] стр. 19 определяем параметры оптимальной панели:

Учитывая компоновочные, конструкторские особенности крыла назначаем требуемое значение

шага стрингеров: =60мм.

Для проектирования панели с ограничением, наложенным на шаг стрингеров =60мм,

принимаем и =40мм и вычисляем новое отношение

По [9] стр. 20 определяем геометрические параметры панели:

вычисляем .

вычисляем .

.

Для определения критических напряжений вычисляем отношения:

По [9] стр. 21 определяем напряжение общей и местной потери устойчивости:

По [9] стр. 22 определяем разрушающее напряжение :

Так как толщина обшивки вновь спроектированной панели , что трудно осуществимо на практике, то наложим ограничение на толщину обшивки .

Для =60мм рассмотрим следующие варианты:

а) ; .

б) ; .

в) ; .

а) Аналогично вышеописанной методике определяем:

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

,

б)

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

Так как , то разрушающими напряжениями являются напряжения общей потери устойчивости:

.

в)

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

Так как , то разрушающими напряжениями являются напряжения общей потери устойчивости:

.

В результате расчетов мы получили, что максимальные разрушающие напряжения будут в варианте “а”, значит для панели из материала В95 принимаем такие параметры:

=60мм, , , .

Проектирование монолитной панели из материала Д16Т.

Необходимо спроектировать монолитную ребристую панель, имеющую в расчетном сечении

приведенную толщину . Длина панели L=300мм.

По [9] стр. 19 определяем параметры оптимальной панели:

Учитывая компоновочные, конструкторские особенности крыла назначаем требуемое значение

шага стрингеров: =60мм.

Для проектирования панели с ограничением, наложенным на шаг стрингеров =60мм,

принимаем и =40мм и вычисляем новое отношение

По [9] стр. 20 определяем геометрические параметры панели:

вычисляем .

вычисляем .

.

Для определения критических напряжений вычисляем отношения:

По [9] стр. 21 определяем напряжение общей и местной потери устойчивости:

По [9] стр. 22 определяем разрушающее напряжение :

Так как толщина обшивки вновь спроектированной панели , что трудно осуществимо на практике, то наложим ограничение на толщину обшивки .

Для =60мм рассмотрим следующие варианты:

а) ; .

б) ; .

в) ; .

а) Аналогично вышеописанной методике определяем:

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

,

б)

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

,

в)

вычисляем ,

вычисляем ,

,

,

,

,

,

Так как , то разрушающими напряжениями являются напряжения общей потери устойчивости:

.

В результате расчетов мы получили, что максимальные разрушающие напряжения будут в варианте “а”, значит для панели из материала Д16Т принимаем такие параметры:

=60мм, , ,

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: