Разъёмные соединения. Стыковой узел лонжеронного крыла

§ 3. Разъёмные соединения

(по материалам уч. Канн С.Н.,  Свердлов И.А., стр. 462-475)

Лекция № 15.

Наиболее типичными узлами самолёта являются узлы стыковки крыла с центропланом. На примере этих соединений можно понять и правильно рассчитать любое другое соединение частей планера самолёта. Поэтому рассмотрим лишь узлы соединения крыла с центропланом применительно  к лонжеронным и моноблочным конструкциям.

Стыковой узел лонжеронного крыла. Стыковые узлы лонжеронного крыла применяются двух типов (рис 14.14). Отличаются они расположением и характером работы стыковых болтов: узлы с болтами, работающими на срез (стыковой болт перпендикулярен оси пояса лонжерона – рис 14.14, а), и узлы с болтами, работающими главным образом на растяжение (ось болта совпадает с осью пояса или параллельна ей –рис. 14.14, б). Узлы первого типа больше распространены, так как они могут быть выполнены конструктивно проще и имеют меньший вес.

Узел лонжерона с тавровым поясом.  Этот узел представляет собой фрезерованную вилку с проушиной из стали. Узел соединён с полочкой и стенкой таврового пояса, а также со стойкой лонжерона (рис. 14.15). Болты, крепящие узел к полочке таврика, могут быть односрезными или двухсрезными (рис. 14.16, а и б). В некоторых конструкциях узел выполняется за одно целое с поясом (рис. 14.17).

На рис. 14.18 и 14.16, а показаны нагрузки, действующие на узлы стыковки двухлонжеронного крыла и на верхний узел переднего лонжерона.

,                  и  , где М₁ и R₁ – изгибающий момент и реакция переднего лонжерона;

      М_у и Q_x – изгибающий момент и поперечная сила, действующие в плоскости хорд крыла.

Сила  воспринимается стойкой лонжерона, создавая изгибающий момент

,          где е – плечо силы Р = R₁ / 2.

Для уравновешивания этого момента  целесообразно стыковой болт располагать по высоте лонжерона таким образом, чтобы сила N_B создавала момент т₂ относительно линии центров тяжести сечения пояса лонжерона, равный моменту т₁ и направленный в противоположную сторону:

т₂ = - т₁.

Отсюда находим эксцентриситет f силы N_B относительно линии центров тяжести сечения пояса (рис. 14.16) по выражению

.

Так как сила R₁ / 2 значительно меньше силы N_B, то эксцентриситет f будет малым.

Болты, соединяющие узел с полкой лонжерона, следует располагать так, чтобы центр их жёсткости лежал на линии центров тяжести пояса лонжерона (таврика). Это уменьшит нагрузку на болты.

Расчёт стыкового болта производится от силы

     на срез   , где  2 – число плоскостей среза.

Толщина проушины δ проверяется на смятие

И на разрыв по сечению  1 – 1  (см. рис. 14.16, а)  ,

где k подсчитывается по уравнению (14.2) : или принимается приближённо равным 0,8.

Нижняя проушина рассчитывается на разрыв для расчётного случая А´, а верхнее – для случая D. Поэтому верхнее ухо обычно имеет меньшие размеры, чем нижнее (рис. 14.19).

Вилку узла (см. рис. 14.16, а и 14.20) следует проверить в сечении т – т на растяжение силой N_н (для нижнего уха), а также на изгиб от моментов силы R₁ / 2 на плече с, от силы N_н  на плече ε и от силы Т на плече с/2 (считая при этом проушину защемлённой в вилке и лонжероне):

, где  F – площадь сечения т – т  с учётом ослабления  отверстиями под болты;

ε – эксцентриситет силы N_н относительно центра тяжести сечения т – т;

W_x иW_y – моменты сопротивления сечения ушка относительно осей х и у.

Перейдём к расчёту болтов, соединяющих узел с поясом лонжерона и стойкой. Рассмотрим общий случай, когда относительно точки О (рис. 14.21 и 14.22) пересечения линий центров тяжести пояса и стойки действует момент

                                              .

Приближённо можно принять, что этот момент распределяется между поясом и стойкой лонжерона пропорционально их жёсткостям изгиба (EJ) и обратно пропорционально их длинам. Такое распределение получается из условия равенства при изгибе углов поворота сечений стойки и пояса в месте их взаимного опирания  ( у точки О  на рис. 14.22). Для стойки приведенной длиной будет Н/2  так как по середине высоты стойки изгибающий момент равен нулю. Для пояса это будет длина l, равная расстоянию между ближайшими стойками лонжерона.