3.5. Конструктивно-силовые схемы крыльев
При рассмотрении общей силовой работы крыла особое значение имеет его работа на изгиб. Изгибные деформации процентов на 50-70 определяют массу конструкции крыла. Практика самолетостроения выработала большое разнообразие конструктивных вариантов крыла и способов восприятия изгибающего момента. Все их можно классифицировать по нескольким конструктивно-силовым схемам, каждая из которых отличается принципом работы на изгиб. Обычно выделяют три основные силовые схемы - лонжеронную, кессонную и моноблочную (Рис. 3.28.). На схеме цифрами обозначено: 1 - лонжерон, 2 - стенка, 3 - стрингер, 4 - обшивка.
Рис. 3.28. Конструктивно-силовые элементы крыльев
3.5.1. Лонжеронная схема крыла
В любом сечении крыла лонжеронной схемы практически весь изгибающий момент воспринимается поясами лонжеронов. Пояса при этом работают на осевые нагрузки растяжения-сжатия, образуя пару сил, уравновешивающую момент изгиба. Материал поясов в лонжеронном крыле используется весьма полноценно, т.к. общая потеря устойчивости сжатых поясов исключается из-за связи их с вертикальными стенками лонжеронов и с горизонтальной панелью обшивки, а местную потерю устойчивости сжатых поясов легко можно исключить рациональным подбором параметров его сечения - толщины и высоты полок. В результате, разрушение сжатых поясов будет происходить при напряжениях, близких к пределу прочности материала. Разрушающие напряжения растянутых поясов лонжерона также равны пределу прочности материала. В них следует лишь учесть ослабление поясов отверстиями под крепежные элементы.
По количеству лонжеронов различают одно-, двух-, трех- и многолонжеронные крылья. В разъеме лонжеронного крыла основные стыковые узлы устанавливаются по поясам лонжеронов, т.е. в отдельных точках сечения крыла (Рис. 3.29). Такой стык получил название точечного стыка.
Рис.3.29. Типовые стыки по поясам лонжерона
В этом случае каждый лонжерон через стыковые узлы поясов передает весь изгибающий момент, подошедший к разъему, на ответные узлы. Этот способ крепления лонжерона обычно называют моментным узлом. Стыковые узлы по лонжеронам передают и часть перерезывающей силы, пришедшей по его стенке, а также могут передавать и составляющее усилие от крутящего момента. Кроме основных узлов стыка по лонжеронам в разъеме крыла могут устанавливаться дополнительные, обычно шарнирные, узлы на продольных стенках или просто на усиленной нервюре, которые обеспечивают передачу крутящего момента.
3.5.2. Кессонная схема крыла
Кессонная силовая схема крыла (Рис. 3.30.) предусматривает использование ослабленных поясов лонжерона, которые воспринимают небольшую часть изгибающего момента, а большая его доля передается на силовые панели, установленные между лонжеронами.
Рис. 3.30. Кессонная схема крыла
Силовые панели также имеют различное конструктивное исполнение (см. Рис. 3.31.):
А)
Б) прессованная панель
В) панель с сотовым заполнителем
Рис. 3.31. Конструктивное исполнение силовых панелей
Панели можноклассифицировать по следующим типам:
сборные панели из толстой обшивки и мощного стрингерного набора;
монолитные панели с оребрением, изготовленные штамповкой или фрезерованием;
трехслойные панели с сотовым заполнителем;
клееные панели из композиционных материалов.
При изгибе крыла аналогично поясам лонжеронов одна панель растягивается, а вторая - сжимается осевыми нагрузками. Разрушение сжатой панели определяется критическими напряжениями общей или местной потери устойчивости, которые всегда ниже предела прочности материала. Разрушение растянутой панели лимитируется усталостными характеристиками конструкции.
Кессонная схема крыла требует принципиально иной схемы стыковки в разъеме по сравнению с лонжеронными крыльями. Для полноценной передачи изгибающего момента силовые панели в разъеме должны стыковаться не в отдельных точках, а по всему контуру этой панели. Конструктивно такой контурный стык (Рис. 3.32.)может выполняться по-разному - уголками, стыковыми фитингами, накладками и т.п.
Рис. 3.32. Фитинговый и срезной стык панелей крыла