Размещено на http://www.Allbest.ru/

Проектирование нормальных (типовых) и силовых нервюр кессонных крыльев

План

1. Нагрузка на нервюру

2. Проектировочный расчет нервюры

3. Проектирование усиленных нервюр

1. Нагрузка на нервюру

Нормальные нервюры сохраняют аэродинамическую форму профиля крыла и снимают с панели обшивки аэродинамическую нагрузку, передавая ее на стенки лонжеронов. Каждая нервюра принимает нагрузку от полоски шириной z. Суммарная сила, действующая на нервюру, будет следующая:

где nmg/S - удельная нагрузка на крыло;

S - площадь крыла;

b_i - текущая хорда крыла.

При расчете на прочность нервюра рассматривается как балка, упруго опертая на стенки и обшивку. Практически эта задача статически неопределимая. При проектировочном расчете нервюры принимаем, что равнодействующая нагрузка Р_н уравновешивается реакциями в стенках лонжерона пропорционально жесткостям лонжерона на изгиб:

; R₁ + R₂ = P_н,

где R₁ и R₂ - реакции в стенках лонжерона; E и J - соответственно модуль упругости и момент инерции лонжерона; l - длина лонжерона.

При равных длинах и одинаковых материалах стенок лонжерона получаем:

,

где F - площадь пояса лонжерона;

Н - расстояние между центрами масс верхнего и нижнего поясов.

Если Р_н не приложена в центре жесткости сечения, то возникает момент М_н, стремящийся повернуть нервюру. Этот момент в сечении уравновешивается реакциями S₁ и S₂, вызывающими поток касательных сил в обшивке и стенках лонжерона. Для крыла этот момент является крутящим, для нервюры - изгибающим. Значения потока касательных сил определяется выражением

,

где - площадь контура.

По точной (т.е. применяемой в курсе «Сопротивление материалов») формуле момент между контурами распределяется в соответствии с выражением

,

где .

При проектировочном расчете принимаем

; ,

где - момент, действующий по первому контуру; ₁ - площадь первого контура.

При проектировочном расчете нервюры сечения пояса можно подбирать по наибольшему моменту, действующему на нервюру. При этом

; ,

где S_нi - осевое усилие в поясе нервюры;

M_i - наибольший изгибающий момент в i-й нервюре;

F_нi = F_п.н+F₀ - площадь пояса нервюры и полоски обшивки шириной, равной поясу.

Изгибающий момент, действующий по нормальной нервюре, как правило, незначительный. Поэтому можно не делать на нервюре отдельный пояс, а получать всю нервюру из материала одной толщины (для стенки и пояса) путем холодной штамповки из листового дюралевого сплава. Обычно в нормальных нервюрах производится просечки для прохождения стрингеров. Просечки выполняются по ГОСТу.

В месте, где прорезан пояс нервюры, изгибающий момент воспринимается пояском обшивки. Поэтому желательно утолщать обшивку в местах крепления нервюры, учитывая при этом ослабление обшивки отверстиями под заклепки крепления пояса нервюры.

Толщина стенки нервюры выбирается по наибольшей перерезывающей силе Q, действующей в плоскости нервюры, т.е.

где Н_ср - среднее значение высоты стенки.

Так как перерезывающая сила по стенке нервюры - величина переменная, а толщина нервюры _ст - постоянная, то для облегчения конструкции можно убрать лишний материал, сделав отверстия облегчения. Для повышения жесткости стенки отверстия облегчения выполняют с отбортовками. Из условий технологии отбортовку выполняют в ту же сторону, что и пояс. При установке нервюры в крыле ее положение выбирается так, чтобы ее пояс имел положительную или нулевую малку. Выполнение нервюр с отрицательной малкой представляет значительную технологическую сложность. Крепление нервюры к стенке осуществляется уголком, прикрепленным к стенке нервюры. Расчет заклепок крепления нервюры к стенке лонжерона проводится с учетом передачи на стенку реакций R_i и касательных сил от потока q_iH_i. Так, для крепления нервюры к стенке первого лонжерона сила на заклепку определяется как

где n - число заклепок.

2. Проектирование усиленной нервюры

аэродинамический воздушный нагрузка нервюра

Усиленные нервюры помимо сохранения аэродинамического контура и восприятия воздушной нагрузки предназначены для восприятия больших сосредоточенных нагрузок от шасси, двигательных установок, баков, узлов подвески элеронов и закрылков и т.д. Кроме того, усиленные нервюры применяются для восприятия касательных сил с контура обшивки и передачи их или на другой контур, или в виде сосредоточенных сил в месте крепления нервюры. Так как воздушная нагрузка значительно меньше действующих на нервюры сосредоточенных сил, то при проектировочном расчете ею обычно пренебрегают. Рассмотрим на примерах основные функции, выполняемые усиленными нервюрами.

Пример. Рассмотрим сечение крыла по узлу подвески элерона (рис. 1). Нагрузка Р_э с кронштейна подвески элерона через стенку нервюры распределяется между стенками лонжерона пропорционально жесткости последних на изгиб:

(считаем длины лонжерона одинаковыми).

R₁+R₂ = P_э.

Рис. 1. Эпюры по усиленной нервюре

Изгибающий момент кронштейна P_эа добавляется к моменту R₁B, воспринимается поясами нервюр и передается на обшивку в виде потока распределенных касательных сил, трансформируясь в крутящий момент для крыла:

M_кр = P_эа + R₁B.

Поток распределенных касательных сил определится выражением

где Н_ср - средняя высота контура.

Перерезывающую силу в сечении х стенки нервюры можно рассчитать по формуле:

Q_x = R₁q_крН_х,

где Н_х - высота стенки в сечении х.

Выражение для изгибающего момента будет следующее:

М_х = R₁х2Н_х.срх,

где Н_х.ср - средняя высота контура до сечения х.

Эпюры Q и М строим отдельно от действия внешних сил и от потока q_кр. Для эпюры Q_р от внешних сил в опоре 2 получаем

Q_р2 = R₁+R₂ -Р_э.

Для эпюры М_р в опоре 2 момент равен

M_р2 = P_эа + R₁B,

где P_эа - момент в опоре 2 от действия силы Р_э на плече а.

Эпюра Q_q от потока повторяет конфигурацию нервюры, так как Q_q= q_крН_i.

Эпюра М_q в опоре 2 имеет ординату

M_q = q_кр2 = -R₁B+R_эа.

Суммарный момент в опоре 2 от внешних сил и потока равен нулю, т.е.

М_р2+М_q2 = 0

При проектировании необходимо в зоне крепления кронштейна установить фитинги, которые будут передавать нагрузку Р_э на пояса и стенку нервюры.

Конструктивно усиленные нервюры, так же как и нормальные, могут быть балочной, ферменной и рамной конструкции. В отличие от нормальных нервюр, пояса усиленных нервюр обычно выполняют в виде отдельного профиля, соединяемого со стенкой заклепками или точечной сваркой. Сечения поясов нервюр постоянные и при проектировочном расчете их можно определить по наибольшему изгибающему моменту, действующему в плоскости нервюры.

Нервюры, несущие большие нагрузки, желательно выполнять без просечек для стрингеров, разрезая и перестыковывая стрингеры у нервюры или при помощи накладки между обшивкой и нервюрой (рис. 2 а), или при помощи фитингов (рис. 2 б).

Рис. 2. Стык стрингеров у усиленной нервюры: а - с помощью накладок; б - уголками

Если по условиям работы конструкции или из технологических соображений пояс усиленной нервюры прорезается отверстиями под стрингеры, то для компенсации вырезов место просечки усиливается (рис. 3). Усиление может осуществляться в виде дополнительного пояса-уголка (рис. 3, а, б), устанавливаемого параллельно основному. Возможно применение усиливающих накладок (рис 3, а), устанавливаемых на поясе нервюры в зоне просечки.

Рис. 3. Усиление поясов нервюры в зоне вырезов под стрингеры: а - вторым поясом; б - дополнительным поясом, расположенным ниже вырезов; в - места выреза накладкой

Стенки усиленных нервюр воспринимают большие поперечные силы, и поэтому их обычно приходится выполнять без отверстий облегчения. Для повышения устойчивости стенки при работе на сдвиг на ее поверхности наносят рифты, или приклепывают дополнительные уголковые профили-стойки (рис. 4). Расстояние между стойками выбирается примерно равным их высоте. Более точно это расстояние можно определить из условия потери устойчивости стенкой. При проектировании крыла необходимо устанавливать нервюры так, чтобы их пояса были с открытой малкой (т.е. пояс должен быть повернуть в сторону к бортовой нервюре). В стреловидном крыле нервюры обычно устанавливают перпендикулярно одному из лонжеронов, чаще заднему. Это удобнее из технологических соображений. По направлению потока нервюры устанавливают редко, так как они будут длиннее, а следовательно работая на изгиб, обладать большей массой. Кроме того, при такой установке удлиняется полоска обшивки между нервюрами, что неблагоприятно сказывается на ее работе на сдвиг и также приводит к увеличению массы. Расстояние между нервюрами целесообразно выбирать из условия обеспечения устойчивости панели обшивки, подкрепленной стрингерами. Для получения панели минимальной массы при проектировочном расчете необходимо обеспечить условие

,

где ;

z - расстояние между нервюрами;

- радиус инерции;

J_{стр+общ} - момент инерции стрингера с присоединенной обшивкой;

,

где b - наибольшее значении (рис. 4);

k - коэффициент, учитывающий опорные условия; для стенки со свободным краем k = 0,45; - толщина лапки стрингера. Окончательно для прикидочных расчетов

Рис. 4. Нервюра, ограничивающая бак-кессон

Рис. 5. Местная потеря устойчивости стрингером

Как правило, расстояние между стрингерами крыла принимается равным 100….150 мм, где наименьшая величина соответствует кессонному и моноблочному крыльям.

Ключевые слова и выражение

Нервюра, силовая нервюра, типовая нервюра, аэродинамическая форма, пояс, стенка, просечки, изгибающий момент, перезывающая сила.

Контрольные вопросы

1. Для чего служат нормальные нервюры?

2. Для чего служат силовые нервюры?

3. Какие нагрузки воспринимаются нервюрами?

4. Как определяются размеры поясов нервюры?

5. Как определяются размеры стенки нервюры?

Литература

1. Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. Стр. 161-165.

Размещено на Allbest.ru