4.5. Соединение стенки лонжерона с поясом

В сборных лонжеронах стенка крепится к поясам с помощью заклепок или болтов.

Сила, действующая на одну заклепку:

(15);

где m- число рядов;

t- шаг заклепок.

Примем m=2. Шаг заклепок t необходимо выбрать из стандартных значений так, чтобы выполнялось условие:

, где d - диаметр заклёпки.

Приняв, например, t = 5d и подставив P_з = πd²/4 в формулу (15), получим:

d_з = (20 /π m )Q / h

Можно также определить диаметр крепежа, задав значение шага крепежа. t = 0,02м.

.

Подбираем заклепку

d=6мм, материал: 15A, Р_р=9900Н.

Поскольку по условиям соединения выбрана заклёпка из стали, которая соединяет детали из алюминиевых сплавов, то необходимо ограничить деформацию пакета при клепке стальных заклёпок путём применения специальных мероприятий, например, ограничивающих шайб под замыкающую головку заклёпки.

Рис.4.2. Сечение лонжерона крыла

4. Проектирование силовой нервюры

4.1. Расчётная схема силовой нервюры

Расчетная схема силовой нервюры представляется как балка упруго опертая на стенки лонжеронов и обшивку (рис. 5.1). Ее нагрузками являются реакции стенок лонжеронов от изгиба крыла и и обшивки крыла и стенок лонжерона от кручения , а также сосредоточенная сила Р, действующая от закрылка, один из узлов навески которого крепится к внутреннему кронштейну данной нервюры. В общем случае задача определения этих усилий статически неопределима.

В целях облегчения расчетов форму нервюры упрощаем и приближенно заменяем трапецией, одна из сторон которой имеет наклон под углом . Реакции взаимодействия стенок лонжеронов , и силовых нервюр с сосредоточенной нагрузкой найдем из соотношений (5.1),

; ; (5.1)

где , [кН] - реакции взаимодействия стенок лонжеронов;

, [мм] - расстояние между центрами масс полок лонжеронов;

[кН] - равнодействующая нервюры от усилия, действующего на внутренний кронштейн;

Силу P_з действующую на закрылок можно найти по формуле:

_з (5.2)

где =5,5 – аэродинамический коэффициент, взятый по НЛГС 3;

[Н/м²] - скоростной напор;

_з [м²]- площадь закрылка;

=2 - коэффициент безопасности;

=1,25 - дополнительный коэффициент безопасности для особо ответственных деталей.

Скоростной напор равен:

(5.3)

где =1.225 кг/м³ - плотность воздуха у Земли;

Типовая скорость взлёта-посадки у современных турбореактивных самолётов составляет: =300 км/ч - скорость полёта самолёта у Земли.

Подставив значения: скорости 300 км/ч и плотности у земли получим значение скоростного напора :

=4018,6 (кг/м·с²)

Рассмотрим расчёт силовой нервюры для навески закрылка современного пассажирского самолёта. S_з = 2,36 м².

Сила, действующая на закрылок из формулы (3.2.) равна:

Так как закрылок крепится к лонжерону по двум узлам навески при помощи кронштейнов, то его расчетная схема представляет собой балку на двух опорах. Погонная сила действующая на закрылок, распределена симметрично по длине, поэтому реакция на этих кронштейнах равна половине действующего усилия 65,202 кН. Зная величину реакций в опорах, определим величину поперечной силы, действующей на стенки заднего и переднего лонжеронов:

;

;

Рис. 5.1

Реакцию обшивки крыла определяем как погонную нагрузку . Реакции , и можно найти также с учетом понятия о центре жесткости и поперечного сечения крыла. Положение центра жесткости можно определить по соотношению (3.4)

; (5.4)

где - расстояние между лонжеронами;

;

Крутящий момент уравновешивается потоком касательных усилий, определяемым по зависимости (3.5):

(5.5)

где - расстояние от точки приложения силы до второго лонжерона;

- координата центра жесткости;

, - высота нервюры у первого и второго лонжеронов;

;

Дальнейшая задача заключается в построении эпюр изгибающих моментов и поперечных сил. При построении эпюр используем формулы (5.6) и (5.7):

(5.6)

(5.7)

Эпюры представлены на рис. 5.2.

Анализируя эпюру делаем вывод что общая сила, действующая на стенку лонжерона и на нервюру равна 65,2 кН, максимальный момент, удалённый на расстоянии 0,56 м и составляет 10,23 кНм.

Проведём сравнительный анализ конструктивных вариантов нервюры из различных материалов: традиционного алюминиевого сплава Д16АТ, модернизированного алюминиево-литиевого сплава О1420, О1450 и композиционного материала (углепластика на основе углеродных волокон и эпоксидного связующего).

Рис. 5.2.