32. Проектирование панелей минимальной массы

В упрощенном виде решение вопроса оптимизации панелей сводится к тому, что при заданных материале (рабочая температура конструкции), форме в плане, величине и виде нагружения -находят параметры панели: толщину обшивки, площадь стрингеров, их высоту и расположение (или объемную плотность заполнителя), обеспечивающие минимальную массу панели.Наиболее простым, хотя и трудоемким методом нахождения оптимальных параметров является перебор всех возможных вариантов параметров панели, удовлетворяющих условиям прочности, и выбор из них тех, кото­рые имеют при этом наименьшую массу.

При расчете параметров панели рассматривают зависимость критических напряжений общей устойчивости от так называемого коэффициента напряженности q, равного отношению распределенной сжимающей нагрузки к длине панели, что позволяет исключить влияние размеров панели на критическое напряжение и выполнить условие равенства действующих и критических напряжений. Панель будет иметь минимальную массу в случае, когда общие критические напряжения одновременно с местными критическими напряжениями элементов панели будут равны действующим напряжениям. Также минимальную массу панели можно получить при определенном соотношении действующих и критических напряжений общей и местной устойчивости.

У реально спроектированных и изготовленных панелей условие равенства действующих и критических напряжений выполняется редко, поскольку при изготовлении берутся не теоретически рассчитанные толщины обшивок, стрингеров и другие размеры, а стандартные толщины и размеры, которые можно обеспечить технологически.

Поэтому правильнее было бы говорить не об «оптимально», а о «рационально» спроектированных панелях, у которых выпол­няется условие:

Исходными данными для определения параметров панелей являются: сжимающая нагрузка q = Р/В, длина сжатой панели L, материал панели, характеризуемый значениямии Е для заданной рабочей температуры

33.

Нервюры - это элементы поперечного набора крыла, масса ко­торых составляет 10 - 14 %, в бесстрингерных конструкциях -около 25% массы крыла. По конструктивному исполнению, назначе­нию и характеру восприятия нагрузок нервюры разделяются на два типа: нормальные и усиленные (силовые).

Нормальные нервюры сохраняют заданную форму про­филя крыла, снимают о панели аэродинамическую нагрузку и пере­дают ее на стенки лонжеронов и обшивку, служат опорами для стрингеров и подкрепляют обшивку, повышая их критические напря­жения потери устойчивости в сжатой зоне.

Основными нагрузками для нормальных нервюр являются рас­пределенное аэродинамические силы (рис. 2.2)г

(2.1)

где - коэффициент эксплуатационной перегрузки; - масса самолета; - площадь крыла;- ускорение свободного

падения. .

Р асчетная схема нервюры представляется как балка, уп­руго опертая на стенки лон­жеронов и об­шивку. Ее на­ грузками явля­ются реакции стенок лонжеронов от изгиба крыла и обшивки крыла и стенок лонжерона от кручения . В общем случае задача определения этих усилий статически неопределима. На этапе проектировочных расчетов допустимо принимать, что рав­нодействующая нагрузка .воспринимая нервюрой уравновешивается реакциями в стенках лонжеронов пропорциональными жесткостям лонжеронов при изгибе, т.е.

, (2.2)

где • - площади полок переднего и заднего лонжеронов;

- расстояния между центрами масс полок лонжеронов;

- хорда крыла; - расстояние между нервюрами. Крутящий момент крыла вызывает поток касательных усилий , определяемых по выражениям:

(2.3)

где - площадь -го контура; - крутящий момент крыла; - крутящий момента контура.

Определив реакции стенок лонжеронов и обшивки, строим для нервюры эпюры изгибающих моментов и перерывающих сил и подбираем полки нервюры и толщину отенкв по ус­ловиям прочности.

П лощадь пояса нормальной нервюры при проектировочном расчете подбираем по наибольшему изгибающему моменту в нечетном сечении (dho.2.3):

где - расстояние между центрами масс поясов

нервюры; - изгибающий момент в расчетном i -м сечении нервюры; - площадь пояса нервюры и полоски

обшивки шириной, равной поясу; - предел прочности материала растянутого пояса нервюры или разрушающее напряжение в этой зоне.

Толщину стенки определяем по наибольшей перерезывающей силы , действующей в плоскости нервюры

где - предел прочности материала стенки или разрушающее напряжение при сдвиге.

Конструктивно нормальные нервюры могут быть балочными, ферменными и рамными. В балочных и рамных нервюрах изгибающий мо­ей? воспринимаете, поясами совместно с полоской обшивки, к ко­брой крепится пояс.

Типовые нормальные нервюры выполняют балочной конетрук-ций в виде сплошных стенок из листового материала (рис. 2.4),

Изгибающий момент, как правило, незначительный, и полка такой нервюры це~ лесооь'раано делать отбор-товкама стенок путем хо­лодной штамповки из лис­тового дюралевого сплава, Стенки нервюр по услови­ям прочности оказываются очень тонкими, но по технологическим соображени­ям они должны быть толщи­ной не менее 0,6 мм - для облегчения лишний матери­ал убирают выштамповками. отверстие! в стенках. Для новыаения шетжости от­верстий его края отборто-вывают. Специальные стоики-или зиговки повышают критические напряжения стенок при сдвиге, i мес­тах прохождения стринге­ров выполняют просечнш.

Рис. 8.5. составные части нормальной нервюры

Из условия технологичности и облегчения сборки в крыльях с работающей обшивкой нервюры обычно выполняют из нескольких частей (например, для двухлонжеронного крыла - носок, средняя часть и хвостик. рис.2.5). Вследствие небольших нагрузок,

д ействующих на нормальную нервюру, нет необходимости связывать к единое целое пояса всех ее частей - функцию свяви поясов ча­стей и передачи изгибающего момента в месте присоединения к лонжеронам выполнит обшивка. Поперечные силы носка, средней части и хвостика передаются на стенки лонжеронов крыла черва заклепки, присоединяющие к ним стенки нервюр.

В ферменных нервюрах (рис. 2.6) перерезывающая сила воспринимается стой­ками и раскосами. Усилия в элементах фермы опреде­ляют по' обычной методике расчета ферм. Ферменные нервюры отличаются много-детальностью, сложностью узлов, трудоемкостью из­готовления. Они могут вы­полняться методом холод­ной штамповки вместе с поя­сами из одного листа с от-бортовками в месте просеч­ки стенки и рекомендуются для изготовления крыльев большой строительной высо­ты.

Рио, 2.6, Ферменная нервюра

В панелированных кры­льях, собирающихся из верх­ней и нижней панелей, нервюр ы выполняют с разъемом по хорде. Иногда в целях упрощения сборки панелированных крыльев применяют нервюры, пояса которых не связаны друг о другом.Та-кие нервюры называют рамными (рис. 2.?). Каждая половина та­кой нервюры работает на изгиб самостоятельно как двухпоясная балка с малой строительной высотой, и поэтому в оравнании с балочными она проигрывает в массе. К тому же балочные нервюры загружены меньше, так как обычно нагружаются разностью распре-

Рис. 2.7. Рамная нервюра

деления аэродинамических сил, приходящихся иг отдельные половины рамных нервюр. Рамные нервюры применяю в случае когда верхняя и нижняя панели собираются отдельно, а внутри находится топливный бак.

Усиленные нервюры дополнительно к функциям нормальных нервюр воспринимают значительные сосредоточенные на грузки от крепления различных агрегатов (шасси, двигателей, узлов навески элеронов и закрылков и т.п.), участвуют в перераспределении сил между элементами крыла в местах преломления продольных элементов в стреловидных и треугольных крыльях, в местах изменения поперечного V , у краев больших, вырезов, 1 разъемов и т.д. Так как воздушная нагрузка значительно меньше действующих на нервюру сосредоточенных сил, то при проектировочном расчете силенных нервюр ею обычно пренебрегают.

Пояса силовых нервюр выполняют из прессованных профилей тавровых или уголковых течений, соединенных со стенкой заклепками или точечной сваркой. Сечения поясов принимают постоянный и выбирают в расчетном сечении по максимальному изгибающему моменту. Стенки нервюр, воспринимающие большие поперечные силы, выполняют без отверстий облегчения. В месте прохождения стрингеров силовые нервюры просечек, как правиле не имеют.