2.2 Конструктивная схема

На рисунке 6 представлена конструктивная схема киля:

Рисунок 6 - Эскиз киля

2.3 Материал

Материал для элементов киля выбирается на основании главного требования ресурс - масса. Для них наиболее целесообразно применять сплав Д16Т (или другие пластичные материалы), мало­чувствительный к концентрации напряжений и внутренним напря­жениям, возникающим при сборке. Многие отечественные и зарубежные фирмы используют для пассажирских самолетов высокопрочный сплав на алюминиево-цинковой основе (В95). Применение этого сплава, имеющего и на 20 % выше, чем Д16Т, дает при расчете на статическую прочность значитель­ную экономию в массе и должно быть согласовано с требованиями ресурса, так как показатели выносливости и характеристики живучести В95 значительно ниже, чем у Д16Т.

Вывод: температурные условия позволяют использовать для всех элементов алюминиевый сплав Д16Т, который хорошо обрабатывается давлением и резанием, имеющего физико-механические характеристики =400 МПа , =240 Мпа, Е=72 гПа.

2.4 Проектирование элементов кессона

2.4.1 Выбор продольного набора

Конструкция делается с двумя лонжеронами с расположенным между ними кессоном (рисунок 6). В этом случае повышение сопротивления усталости и, соответ­ственно, живучести конструкции достигается путем снижения напряжений в силовых элементах конструкции. По такой схеме выполнено большинство крыльев отечественных пассажирских самолетов.

Конструктивное оформление элементов лонжерона

При выборе конструкции лонжерона стремятся в ос­новном применять одностеночные конструкции, так как это вы­годнее в отношении минимальной массы и из условий технологии (рисунок 7). Конструкция, приведенная на рисунке 7, а, требует только одного заклепочного шва соединения пояса со стенкой. Для конструкции, показанной на рисунке 7, б, необходимо допол­нительное соединение, что дает увеличение массы, кроме того, осложняет подход при клепке второй стенки.

Рисунок 7- Типовые лонжероны крыла

а- с одной стенкой; б-с двумя стенками

Рисунок 8- Выбор высоты пояса лонжерона

При выборе толщины пояса необходимо учитывать, что чем толще пояс, тем больше неравномерность распределения по нему напряжений (рисунок 8). При работе на изгиб только наи­более удаленные от нейтральной оси элементы пояса будут рабо­тать с максимальными допускаемыми напряжениями. При этом, чем больше толщина пояса, тем ближе к нейтральной оси располагается его основная масса, тем меньше момент инер­ции пояса и тем хуже используется его материал. Последнее приводит к увеличению массы конструкции. Отсюда следует, что желательно выполнять пояс тоньше и шире, но в данном случае надо учитывать местную потерю устойчивости сжатым поясом, так как лапка пояса будет иметь местное критическое напряжение.

Проектирование конструкции стенки лонжерона

Потребная толщина стенки определяется при проекти­ровочном расчете. При проектировании стенки необходимо учи­тывать, что она может разрушиться от чистого сдвига и потерять устойчивость. В этом случае в стенке возникнут волны (рисунок 9), вдоль которых возникают растягивающие напряжения.

Рисунок 9 - Потеря устойчивости стен­кой лонжерона

Эти напряжения вызывают в поясах лонжерона поперечный изгиб. Стойки, подкрепляющие стенку, при этом работают на сжатие. Так как сжатый пояс лонжерона в этом случае работает на про­дольно-поперечный изгиб, то допускать потерю устойчивости стенки нецелесообразно. Поэтому за разрушающее напряжение для стенки принимают ее критическое напряжение. Для повышения критического напряжения стенки, не меняя ее толщины, можно варьировать расположением подкреп­ляющих ее стоек. Конструктивно стенку вы­полняют постоянной толщины по размаху. Ее сечение меняют пу­тем перестыка со стенкой меньшей толщины. Отверстий облегчения в стенке не выполняют. Если требуется провести через стенку какие-либо элементы управления (тяги), то эти отверстия оканто­вываются и усиливаются.

Вывод: анализируя, подобные конструкции мы можем сделать вывод, что наиболее удачным решением будет одностеночная двупоясная балка, выполненная фрезерованием из плиты.