Выбор рациональных параметров монолитных панелей

При выборе параметров монолитных панелей определяют шаг ребер , толщину обшивки , высоту и толщину ребер (рис. 7.57).

Монолитные панели, как правило, применяются в панелях с высокими уровнями напряженностей , например, в зонах крыла с максимальными изгибающими моментами, и имеют обшивку толще, чем у стрингерных сборных панелей, поскольку условием выбора толщины обшивки для них является не только действие крутящего момента в контуре агрегата, но и необходимость работать совместно с ребрами жесткости (стрингерами) на сжатие с высокими уровнями разрушающих (критических) напряжений, обеспечивающими минимальную массу панели.

Для упрощения расчетов примем, что коэффициент закрепления нагруженных кромок для сжатой пластины-обшивки между ребрами в формуле , а для ребра со свободным краем (меньший размер сжатой пластины равен , см. рис. 7.57), а оптимальное значение критиче­ских напряжений равно

Рис. 7,57

Получено, что у оптимальных монолитных панелей отношение , а толщина обшивки панели может быть определена из формулы:

тогда с учетом принятых допущении:

Следует учесть, что значение , подсчитанное по формуле (7.25), должно быть больше требуемого из условия работы обшивки на сдвиг при кручении агрегата.

Шаг ребер жесткости Ь получим из формулы:

Тогда высоту ребер можно определить так:

а толщину ребер — из соотношения:

51. Принцип а/д совершенства. Основные правила его реализации.

Требования а/д состоят в выборе внешних форм и взаимного расположения агрегатов ЛА, к-ые позволяют получить заданные х-ки при мин. энергозатрат (топлива).

1. По возможности не выносить в поток не несущие элементы конструкциям.

2. Обеспечивать мин. площади не несущих деталей, выступающих в поток

3. Устанавливать,обтекателя по потребности.

4. Тщательно выбирать места для размещения заборников дренажа и наддува.

5. Устранять перетекания между подвижными и неподвижными частями агрегатов, между навесными агрегатами и планером. Зазор между рулевыми пов-ми и агрегатами, должны быть мин. из допустимых, обеспечивающих нормальную работу.

6. Обеспечивать соответствующие качество пов-й, смываемых потоком, как по точности обвод, так и по шероховатости.

7. Обеспечивать жесткость агрегатов. При этом следует иметь в виду как местную жесткость агрегатов, так и обшивку.

8. Нарушение сплошности пов-ти элементы следует располагать по возможности на нижних пов-тях агрегатов.

9. Тщательно подгонять люки, крышки к обшивке. Это же требование относятся к элементам механизации и управления в нерабочем положении.

52. Заклепочные соединения

Заклепочные соединения широко применяются в самолетостроении для образования неразъемных прочных и прочноплотных швов. В конструкциях самолетов из алюминиевых сплавов заклепочные соединения составляют около 60 % от общего числа соединений. В самолетах, изготавливаемых из титановых и стальных сплавов, более широко применяются сварные соединения. Выбор вида соединения определяется назначением и условием работы агрегата или узла, нагрузками, действующими на конструкцию, толщиной соединяемых элементов, применяемыми материалами. Заклепочное соединение должно быть спроектировано так, чтобы заклепка работала на срез. Если действующая нагрузка вызывает отрыв головки, заклепки заменяют болтами. Конструкция агрегатов должна обеспечивать выполнение заклепочных соединений на клепальных прессах. Ручная клепка пневмолотками допускается для не более 8— 10 % заклепок диаметром до 4 мм. Клепка стальных заклепок проводится только прессовым способом. В качестве материалов для заклепок применяются алюминиёвые сплавы Д18П, В65, Д19П, В94, АМг5П; стальные сплавы 15А, 1Х18Н9Т, 20ГА, 30ХГСА. Заклепки из В65 устанавливают в местах, где требуется повышенная прочность, в основном в конструкциях из В95. Заклепки из Д18П применяют для клепки обшивки и каркаса. Для клепки конструкции из магниевого сплава и алюминиевого литья применяют заклепки из АМг5П. Клепка теплонагруженных конструкций осуществляется свежезакаленными заклепками из Д19Г1. При выборе типа заклепок руководствуются следующими соображениями:

1. Для силовых швов, не выходящих на аэродинамический обвод, рекомендуется применять заклепки с плоской головкой, позволяющие проводить их групповую клепку на прессах. Для ручной клепки внутреннего набора применяют заклепки с полукруглой головкой. Такие заклепки иногда можно применять и для элементов внешней поверхности, так как они дешевле потайных, прочнее, не требуют дополнительной операции зенкования гнезд в обшивке.

2. Для внешней поверхности обшивки целесообразно применять потайные заклепки двух типов — с углом раствора головки 90 и 120°. При толщине обшивки меньше высоты головки заклепки применяют заклепки только с углом 120°.

3. В местах с односторонним подходом устанавливают заклепки с сердечником (рис. 3.4, а), состоящие из двух частей: пистона с потайной или полукруглой головкой (из материала Д18П или 1Х18Н9Т) и стержня из Д16П или 20X13. Для односторонней клепки высоконагруженных швов применяют заклепки с высоким сопротивлением срезу из конструкционной стали (рис. 3.4, б), состоящие из корпуса, винта и кольца.

В настоящее время особое внимание уделяется увеличению ресурса самолета и его систем. Ресурс пассажирского самолета должен с 30 тыс. быть увеличен до 40—60 тыс. ч. Установлено, что длительность безаварийной эксплуатации планера, его надежность зависят прежде всего от его способности противостоять усталостным разрушениям. Опыт эксплуатации показал, что 75—80 % всех усталостных разрушений планера самолета происходит в местах соединения элементов конструкции. Отсюда очевидна необходимость повышения ресурса заклепочных соединений. Это касается в первую очередь швов с потайными заклепками, основным недостатком которых является низкое сопротивление усталости при работе на повторные и циклические нагрузки. Это объясняется концентрацией напряжений в точках (рис. 3.5) на границе зенкованного отверстия, что особенно опасно для тонких обшивок с 6 = 1 ... 2 мм, у которых высота гнезда под головку почти равна толщине листа, и в обшивке заклепка сидит без всякого натяга. В результате в зоне концентрации напряжений часто возникают трещины. Кроме этого, сопротивление усталости потайного соединения снижается из-за некоторого несовпадения углов наклона головки и отверстия ас и bd, приводящего к недостаточной затяжке соединения и неравномерному давлению головки на поверхность.

Рис. 3.6. Виды заклепок, обеспечивающих повышенную надежность соединения: а — заклепка с компенсатором; б — заклепка с ПЗГ; в — заклепка-стержень

Наиболее действенными методами повышения сопротивления усталости заклепочного соединения являются: создание больших диаметральных натягов, вызывающих сжимающие напряжения в зоне отверстия и уменьшающих концентрацию напряжений в точках а и Ь от основного растягивающего усилия; увеличение осевой затяжки пакета, приводящей к росту сил трения между листами обшивки и уменьшению нагрузок на заклепки. При этом материалом заклепки также заполняется зенкованное гнездо под головкой потайных заклепок. При обычном методе клепки заклепок с потайной головкой радиальный натяг возникает только в стержне со стороны замыкающей головки и не доходит до места соприкосновения склепываемых листов. Отсутствие натягов головки заклепок в обшивке требует внутришовной герметизации, что резко усложняет и удлиняет цикл сборки.

Одним из методов, обеспечивающих осевой и диаметральный натяги, является клепка заклепками с потайной замыкающей головкой (ПЗГ), при которой расклепывается замыкающая потайная головка (рис. 3.6, б). Излишек материала, выступающий над обшивкой, сфрезеровывается. При этом методе усталостная долговечность увеличивается примерно в восемь раз. Клепка заклепками с ПЗГ не требует внутришовной герметизации и применяется в тех случаях, когда высота цилиндрического отверстия под заклепку составляет 25 % толщины листа обшивки, иначе обшивка при клепке коробится и герметизация нарушается. Толщина обшивки при этом должна быть не менее 1,8 мм. Для тонких обшивок (6 = 1,2 ... 1,8 мм) применяют заклепки с компенсатором (рис. 3.6, а), которые в настоящее время получили широкое распространение. При клепке обшивок толщиной мм заклепки с ПЗГ уже не обеспечивают осевой натяг, создается только диаметральный натяг со стороны замыкающей головки. Для таких толщин обшивок в последние годы стали применять клепку стержнями, при

Рис. 3,7. Типичные заклепочные соединения:

а — односрезное; б — двухсрезное; в — соединение листов, работающих на сдвиг

которой одновременно осаживаются обе головки. В этом случае во всем соединении создается и осевой, и диаметральный натяги. Опыты показали, что наибольшее повышение усталостной долговечности (до 10 раз) достигается при создании на стыке соединяемых деталей натяга не менее 0,7 % диаметра заклепки, что соответствует напряжению, примерно равному пределу пропорциональности.

Если в процессе клепки обеспечить еще и затяжку пакета, то можно получить большие усилия осевой затяжки, что еще более повысит выносливость соединения. Типичные заклепочные соединения приведены на рис. 3.7. На рис. 3.7, а показано соединение заклепками двух обшивок, работающих на растяжение. При этом заклепки работают на срез от силы Р, действующей поперек шва. Сила среза, действующая на одну заклепку, будет Р_ср = Р/т, где т — число заклепок в соединении.

Для двухсрезного шва (см. рис. 3.7, б) сила среза, действующая на заклепку, Р_ор = Р/(2т).

На рис. 3.7, в показано соединение двух листов, работающих на сдвиг, нагруженных распределенными касательными усилиями . В этом случае сила среза одной заклепки будет Р_ср = — qt/n, где t — шаг заклепок в одном ряду; п — число рядов. Основными параметрами заклепочного соединения являются: t — шаг заклепок; d — диаметр заклепки; а — расстояние от заклепки до края листа; δ — толщина склепываемых листов; S — толщина пакета (рис. 3.8). При многорядном шве расстояние между осями швов принимают равным 3d, что создает удобство подхода при сверлении, зенковании и клепке.

Заклепочное соединение может быть односрезным, реже двух-срезным. Параметры шва и размеры заклепок выбирают из условия равнопрочности заклепок и листа обшивки. Из этого условия и с учетом возможных производственных неточностей получаем следующие зависимости:

(3.1)

Для односрезных заклепок t — 3d; для двухсрезных заклепок t - 5d. При выборе диаметра заклепок надо учитывать, что напряжение среза с увеличением диаметра снижается, поскольку

Рис. 3.8. Параметры заклепоч­ного соединения

толстый стержень при расклепывании увеличивается меньше, чем несколько тонких. Стандартные диаметры заклепок и шаг выбирают по ГОСТу. Для повышения технологичности следует стремиться к тому, чтобы в пределах одного отсека или панели по возможности применялись заклепки одного типоразмера. Шаг заклепок в шве при соединении элементов каркаса берется по ГОСТу равным — 40δ. При клепке узлов, косынок и подобных деталей шаг не норми­руется, а определяется конструкцией узла. В таких узлах не ре­комендуется ставить в направлении силы более 6—8 заклепок в ряд, поскольку при большом числе заклепок силы между ними распределяются неравномерно.

При проектировании заклепочного соединения необходимо проверить лист обшивки под заклепкой на смятие. Площадь смятия листа вычисляют по следующей формуле:

,

где d — диаметр заклепки; —толщина листа обшивки; Р_э — сила, воспринимаемая заклепкой; — допускаемое напряжение смятия листа, равное _.

Значения разрушающих нагрузок смятия листов под заклепкой приводятся в соответствующих стандартах.

Напряжение разрыва листа между заклепками определяется полной силой, действующей на лист, на длине t, шагом заклепочного шва и толщиной листа:

где — напряжение разрыва; Р — полная сила разрыва листа на длине t, F — площадь разрыва; k = 0,94 — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений около отверстий.

В отдельных случаях, например при клепке обшивок, заклепки подвергаются действию незначительных растягивающих усилий, направленных на отрыв головки. Такие заклепки следует проверять на разрыв, принимая допускаемое напряжение на разрыв равным При этом условие прочности заклепки при растяжении запишется в виде