Несущие части самолета (крыло, горизонтальное и вертикальное оперение) в конструктивно-силовом отношении представляют собой тонкостенную пространственную балку, способную воспринимать действующие на нее внешние нагрузки: местную воздушную нагрузку, распределенные и сосредоточенные массовые силы - и передавать их на опору (фюзеляж) посредством внутренних силовых факторов: перерезывающих сил, изгибающих и крутящих моментов. Отметим здесь, что в отличие от внутренней перерезывающей силы соответствующая ей внешняя сила называется поперечной. Следовательно, в конструкции несущих частей самолета обязательно должны быть следующие силовые элементы:
- обшивка, подкрепленная набором продольных и поперечных элементов, воспринимающая местную воздушную нагрузку;
- балка с мощными поясами и тонкими стенками, подкрепленными стойками, передающая перерезывающую силу и изгибающий момент;
- тонкостенный замкнутый контур, передающий крутящий момент;
- узлы крепления, передающие эти усилия с крыла (горизонтального и вертикального оперения) на опору (фюзеляж).
Относительная масса крыла в среднем m кр= m кр/ m 0= 0,08 7¸0,14, что составляет 30-50% массы конструкции планера самолета.
Относительная масса оперения в среднем m оп= m оп/ m 0= 0,015 7¸0,025.
Рассмотрим конструкцию несущих поверхностей на примере простейшей конструкции крыла (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Простейшая конструкциякрыла (пример)
Тонкая" обшивка 1 подкреплена продольными элементами - стрингерами 6 и поперечными элементами - нервюрами 4.
Нервюры являются основными элементами, обеспечивающими форму крыла заданного профиля.
Усиленные (силовые) нервюры установлены в местах узлов навески элерона и закрылка. Усиленные нервюры располагаются также в местах установки на крыле стоек шасси, пилонов двигателей и т. д. Назначение силовых нервюр - передать (распределить) на тонкостенные элементы крыла (и прежде всего на обшивку и продольные стенки) большие сосредоточенныесилы, прикладываемые к нервюрам в узлах навески закрылков, элеронов и других агрегатов.Усиленные нервюры, как и обычные (нормальные) нервюры, работают на изгиб в своей плоскости. Конструктивно они могут быть выполнены как балки (с поясами, работающими на растяжение-сжатие (на нормальные напряжения), и стенкой, работающей на сдвиг) или как фермы.
Лонжерон 9 воспринимает поперечную силу стенкой 3, работающей на сдвиг (от внутренней перерезывающей силы), и изгибающий момент поясами (полками) 2, работающими на растяжение-сжатие.
Замкнутый контур, воспринимающий кручение, образован обшивкой на носке крыла 5 и стенкой лонжерона 3 (первый контур), стенкой лонжерона 3, верхней обшивкой 13, специальной задней стенкой 12 и нижней обшивкой 10 (второй контур).
Стенка 12, не имеющая мощных поясов, работает на сдвиг и способна передавать часть перерезывающей силы, действующей на крыло.
Для передачи нагрузок с крыла на фюзеляж служит моментный узел 8 на лонжероне 9 и шарнирный (безмоментный узел) 11 на стенке 12.
Усиленная бортовая нервюра 7 "снимает" крутящий момент с замкнутого тонкостенного контура и через узлы 8 и 11 передает на фюзеляж.
|
| Рис. 8.2. Схема передачи сил и моментов с крыла на фюзеляж |
Таким образом, внутренние силовые факторы, действующие в крыле, - перерезывающая сила Q, изгибающий момент М изг и крутящий момент М кр передаются на опору (фюзеляж) через стыковые узлы (моментные и безмоментные). Схема передачи сил и моментов в стыковых узлах представлена на рис. 8.2:
Р 1 + Р 2 = Q; NH = М изг;
Р 3 В = М кр.
Помня об условности понятий "внешняя нагрузка" и "опорная реакция", можно рассматривать силы Р 1, Р 2 и Р 3 как нагружающие крыло сосредоточенные силы, которые с помощью усиленной бортовой нервюры 7, лонжерона 9, стенки 12 и далее с помощью стрингеров и нормальных нервюр "распределяются" по обшивке и уравновешиваются распределенной аэродинамической и массовой нагрузкой.
|
| Рис. 8.3. Панель с сотовым заполнителем |
С помощью сварки, пайки, склейки получают также многослойные, чаще - трехслойные панели ("сандвичи", англ. sandwich - бутерброд), в которых (рис. 8.3) два разнесенных слоя силовой обшивки связаны легким заполнителем. Заполнителем служат пористые пенопласты или, чаще, - соты, выполненные из металлической или неметаллической фольги толщиной 30-100 мкм.
Сотовые заполнители имеют, как правило, шестигранные соты с размером ячейки 3-6 мм.Соты резко увеличивают несущую способность тонких обшивок при сжатии, предотвращая местную и общую потерю устойчивости, что позволяет сократить число продольных и поперечных подкрепляющих элементов.
Таким образом, выбор тех или иных конструктивно-технологических решений, с одной стороны, зависит от конструктивно-силовой схемы агрегата, определяющей, в основном, его прочность и жесткость, а с другой - оказывает существенное влияние на выбор конструктивно-силовой схемы.