Особенности конструкции и работы корневых участков стреловидного крыла

Лекция № 12

5.2. Расчёт напряжений и деформаций при стеснённом кручении.

(По материалам уч. Конструкция и прочность самолётов и вертолётов. Воскобойник М.С.,

Лагосюк Г.С., Миленький Ю.Д., Миртов К.Д. и др. Изд. «Транспорт», 1972 г. , стр. 1-440.).

Глава 3. Общие вопросы конструкции и прочности крыла… стр. 115 …

§ 10. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И РАБОТЫ КОРНЕВЫХ УЧАСТКОВ  

СТРЕЛОВИДНОГО КРЫЛА

Конструкции стреловидных крыльев выполняются на основе тех же силовых схем, что и конструкции прямых крыльев.

Для сечений, отстоящих достаточно далеко от корневого участка, работа и расчёт на прочность силовой схемы стреловидного крыла ничем не отличаются от работы и расчёта прямого крыла. Конструкция и силовая схема стреловидного крыла имеют особенности по сравнению с прямым крылом лишь в корневом участке.

К о р н е в ы м   у ч а с т к о м   с т р е л о в и д н о г о   к р ы л а   называется участок, непосредственно примыкающий к фюзеляжу и входящий в фюзеляж.

На распределении напряжений в сечениях корневых участков сказывается влияние переломов (в плане) и разницы в длине продольных элементов (лонжеронов, стрингеров и участков работающей на нормальные напряжения обшивки).

Силовая схема корневого участка стреловидного крыла зависит в основном от условий внутренней компоновки крыла и фюзеляжа (размещение грузов, кабин, уборка шасси и др.).

На рис. 3.41 представлено несколько примеров силовых схем стреловидных крыльев с различной структурой корневых участков:

а) однолонжеронное крыло с переломом оси лонжерона по бортам фюзеляжа: 1-2 – бортовая и 2-3 – корневая усиленные нервюры; 2-5 – вспомогательный лонжерон;

б) двухлонжеронное крыло с переломом осей лонжеронов по бортам фюзеляжа: 1-2 – бортовая и 2-3 – корневая усиленные нервюры;

в) двухлонжеронное крыло с переломом осей лонжеронов по оси симметрии: 2-3 – корневая и 0-0 – осевая усиленные нервюры;

г) моноблочное крыло с переломом оси панели, осей лонжеронов и стрингеров по бортам фюзеляжа: 1-2 – бортовая усиленная нервюра;

д) моноблочное крыло с переломом оси панели по оси симметрии: 0-0 осевая усиленная нервюра;

е) однолонжеронное крыло с подкосной балкой (внутренним подкосом): 2-3 – подкосная балка, 3-4 – корневая усиленная нервюра, 2-5 – вспомогательный лонжерон.

На рис. 4.1 а, б (уч. КиПРС-тов [З] стр.136), перелом осей стрингеров и лонжеронов у борта фюзеляжа или в плоскости симметрии самолёта, как на рис. 3.41 г, д. Для таких схем крыльев характерно наличие силовых нервюр, устанавливаемых в плоскости перелома осей продольного набора. Обшивка и стрингеры могут проходить внутрь фюзеляжа или прерываться у его борта, если это диктуется компоновочными соображениями, например, при размещении в этой части фюзеляжа двигателя или воздушного канала его. Крылья с переломом осей продольного набора применяют преимущественно на тяжёлых самолётах, у которых шасси убирается в гондолы двигателей, специальные обтекатели или фюзеляж и поэтому в крыле нет больших вырезов.

На рис. 4.2. (уч. КиПРс-в [З]) приведены возможные схемы крыльев с подкосной балкой 4-3 в схеме а и 2-5 в схемах б и в.

Подкосная балка может принадлежать  фюзеляжу (рис. 4.2, а) или крылу (рис. 4.2, б, в). В первом случае её не связывают с обшивкой крыла и делают неразъёмной у борта фюзеляжа. Это несколько упрощает изготовление крыла и подкоса. Консоль крыла при этом опирается на фюзеляж и на покосную балку в узлах 1, 2 и 3, которые обычно выполняют шарнирными, т.е. передающими силу и не передающими момента. Эпюра изгибающих моментов для такого крыла имеет вид, аналогичный виду эпюры для крыла с внешним подкосом (рис. 4.3). Разгрузка корневой части крыла от изгиба способствует уменьшению деформаций изгиба крыла и, таким образом, повышению жёсткости. Крыло сравнительно легко снимается и навешивается на узлы крепления к фюзеляжу. По такой схеме иногда выполняют крылья на сравнительно небольших самолётах с ограниченным ресурсом, а также конструкции килей и стабилизаторов..

Чаще подкосную балку соединяют с обшивкой, а узел 5 сочленения балки с лонжероном и нервюрой (рис. 4.2, б, в) делают моментным. Балка при этом органически входит в конструкцию крыла. Разъём её выполняют у борта фюзеляжа или в плоскости симметрии самолёта. Схема крыла с подкосной балкой удобна при размещении шасси в крыле. В этом случае развилка, образуемая подкосной балкой 2-5 и лонжероном 1-5, используется для крепления узла стойки, а объём между подкосной балкой и лонжероном – для размещения её в убранном положении (рис. 4.2, в).

Ось подкосной балки стремятся направлять перпендикулярно к оси фюзеляжа, чтобы разгрузить бортовую нервюру от изгиба. Если крыло имеет большую стреловидность, а узел 5 крепления стойки шасси далеко отнесён от борта фюзеляжа, то для получения приемлемой высоты подкосной балки в корневом сечении её могут выполнять с переломом у борта фюзеляжа (рис. 4.2, в). В этом  случае бортовая нервюра нагружается значительным изгибающим моментом.

Нормальные нервюры могут устанавливаться перпендикулярно (рис. 4.1, а) к оси крыла (за ось обычно принимают среднюю линию между лонжеронами или ось одного из лонжеронов) или по потоку, т.е. вдоль хорд фактического обтекания крыла потоком (рис. 4.1, б). На работу силовой схемы расположение нервюр практически не влияет. Если они поставлены по потоку, то форма профиля в плоскости фактического обтекания крыла выдерживается лучше. Однако, критические напряжения сдвига у косоугольного элемента обшивки оказываются ниже, чем у равновеликого прямоугольного. Это объясняется тем, что при нагружении косоугольного элемента по схеме рис. 4.1, б его критические напряжения определяются работой на сжатие длинной диагонали. Нервюры, расположен-ные по потоку, имеют длину и вес, большие, чем нервюры, ориентированные по нормали к оси крыла. С точки зрения изготовления крыла проще нервюры, ориентированные по нормали к его оси. Поэтому такое расположение их применяют чаще.

Вдали от заделки элементы стреловидных крыльев нагружаются так же, как и соответствующие элементы прямого крыла. Обычно считают, что полная аналогия в работе имеет место на удалении z ≥ В от корневой нервюры, где В – расстояние между лонжеронами. В сечениях, удалённых от заделки, напряжения определяют так же, как и для прямого крыла, - по формулам  § 4-7 гл.3. уч.[З].

…………………………………………………………………………………………..

(продолжение уч.КиПРс-в [В/М]. стр. 117122.

Работа элементов корневых участков в каждой из рассматриваемых схем отличается своими особенностями. Одна из них – работа усиленных нервюр, стоящих на переломе осей элементов продольного набора – лонжеронов и стрингеров у стыка стреловидной части крыла.

Рассмотрим схему на рис. 3.42. Усилия  Р_л, передаваемые от поясов лонжерона стреловидного крыла, разбиваются на составляющие Р_н, нагружающие нервюру в её плоскости, и Р_ф, передаваемые на лежащие за переломом пояса лонжеронов центральной части крыла, входящей в фюзеляж.

Нагрузки вида Р_н, действующие на нервюры, стоящие на границе перелома осей продольных элементов, весьма значительны – по величине близки к усилиям в поясах лонжеронов.