69155

СТРЕЛОВИДНЫЕ КРЫЛЬЯ

Лекция

Астрономия и авиация

Нормальные нервюры могут устанавливаться перпендикулярно к оси крыла рис. вдоль хорд фактического обтекания крыла потоком рис. Если они поставлены по потоку то форма профиля в плоскости фактического обтекания крыла выдерживается лучше.

Русский

2014-09-30

740.5 KB

12 чел.

PAGE  209

Министерство образования и науки Украины

Национальный авиационный университет

Аэрокосмический институт

Кафедра конструкции летательных аппаратов

 

ЛЕКЦИЯ № 15 (3)

по дисциплине "Конструкция и прочность летательных аппаратов"

15. СТРЕЛОВИДНЫЕ КРЫЛЬЯ

Составитель проф. Радченко А.И.

 

Киев  2009

15. СТРЕЛОВИДНЫЕ КРЫЛЬЯ

Стреловидные крылья выполняют по тем же силовым схемам, что и прямые. Они включают те же элементы: лонжероны (или продольные стенки), панели (обшивка и стрингеры) и нервюры. Особенности конструкции стреловидных крыльев проявляются в их корневой части.

15.1. Схемы стреловидных крыльев

В зависимости от силовой схемы корневой части различают крылья с переломом осей стрингеров и лонжеронов (рис. 15.1) и с подкосной балкой.

Особое место занимают крылья изменяемой стреловидности, у которых силовая схема корневой части определяется конструкцией поворотного узла.

 В крыльях, изображенных на рис. 15.1, перелом осей стрингеров и лонжеронов   может   осуществляться у борта фюзеляжа (рис.  15.1, а)  или   в   плоскости симметрии самолета (рис. 15.1, б).

Рис. 15.1. Конструктивные схемы стреловидных крыльев

 Для таких схем характерно наличие силовых нервюр, которые устанавливаются в плоскости перелома осей продольного набора. Обшивка и стрингеры могут проходить внутрь фюзеляжа или прерываться у его борта.

Крылья с переломом осей продольного набора применяют преимущественно на тяжелых самолетах, у которых шасси убирается в гондолы двигателей, специальные обтекатели или фюзеляж, и поэтому в крыле нет больших вырезов.

Нормальные нервюры могут устанавливаться перпендикулярно  к оси крыла (рис. 15.1, а) или по потоку, т. е. вдоль хорд фактического обтекания крыла потоком (рис. 15.1, б). За   ось   обычно   принимают   среднюю линию между лонжеронами или ось одного из лонжеронов

На работу силовой схемы расположение нервюр практически не влияет. Если они поставлены по потоку, то форма профиля в плоскости фактического обтекания крыла выдерживается лучше.  Однако критические напряжения сдвига у косоугольного элемента обшивки ниже, чем напряжения у равновеликого прямоугольного элемента. Это объясняется тем, что при нагружении косоугольного элемента по схеме рис. 15.1, б его критические напряжения определяются работой на сжатие длинной диагонали.

Нервюры, расположенные по потоку, имеют длину и вес, большие, чем нервюры, ориентированные по нормали к оси крыла. С точки зрения изготовления крыла проще нервюры, ориентированные по нормали к его оси. Поэтому такое их расположение применяют чаще.

Вдали от заделки элементы стреловидных крыльев нагружаются так же, как и соответствующие элементы прямого крыла. Обычно считают, что полная аналогия в работе имеет место на удалении z > В от корневой
нервюры, где
В — расстояние между лонжеронами. В сечениях, удаленных от заделки, напряжения определяют так же, как и для прямого крыла. Поэтому ниже рассматривается лишь нагружение и работа элементов корневых частей стреловидных крыльев.

18.2. Моноблочное крыло

Силовая схема крыла (рис. 15.2) состоит из двух лонжеронов 1—5 и
24, обшивки, подкрепленной стрингерами, усиленной бортовой нервюры
12 и набора обычных нервюр.

Ниже работой носка и хвостика крыла будем пренебрегать и примем, что вся нагрузка крыла воспринимается его межлонжеронной частью, сечение которой будем считать прямоугольным.

В бортовом сечении крыло опирается на силовые шпангоуты 11, 22 фюзеляжа и крепится по контуру к боковым стенкам фюзеляжа. Чтобы определить опорные реакции, нужно раскрыть статическую неопределимость системы. Эпюры нагрузок на участке консоли крыла (до сечения 23) имеют такой же вид, как и эпюры прямого крыла.

Рис. 15.2.Распределение нормальных напряжений в стреловидном крыле

Действие изгибающего момента в сечениях крыла приводит к возникновению нормальных напряжений. Для сечений, отстоящих от корневой нервюры на расстоянии z > В, их определяют также как и в прямом крыле. В крыле прямоугольного сечения они распределяются равномерно по ширине панели (рис. 15.2).

В корневой части крыла напряжения перераспределяются. Из-за
стреловидности крыла продольные элементы панелей, расположенные
вблизи задней стенки, например элемент
0—2, оказываются более короткими и, вследствие этого, более жесткими, чем элементы у передней стенки, например элемент 013

В результате, полагая, что здесь также справедлив закон плоских сечений, обнаруживаем, что при одних и тех же перемещениях относительные деформации, а, следовательно, и напряжения, в элементах, расположенных у задней стенки, будут больше, чем в элементах панели, находящихся вблизи передней стенки.

Таким образом, продольные элементы, расположенные у задней стенки, догружаются, а находящиеся у передней,— разгружаются. В зависимости от соотношения жесткостей элементов крыла и стреловидности нормальные напряжения σ2-3 в панели вблизи задней стенки могут на 40…50% превысить напряжения σ2-3, определенные без учета стреловидности.

Нормальные напряжения в сечении 23 можно определить по формуле

  (15.1)

Здесь     М2-3 — изгибающий момент в сечении 2—3;

               - эквивалентная толщина обшивки панели;

          - редуцированная площадь сечения панели;

              - редукционный   коэффициент, характеризующий распределение   напряжений   по   сечению   панели, который может быть вычислен по формуле

,  (15.2) 

где

;

и = u/В - относительная координата, отсчитываемая от точки 2 (рис. 15.2);

  D - диаметр фюзеляжа;

  ф - эквивалентная  толщина обшивки фюзеляжной части крыла.

Приближенно для крыла с угломстреловидности   = 40…50° величину ф  можно определить по графику рис. 15.3.

Рис. 15. 3. Зависимость редукционного коэффициента  оти

Пример. Определить нормальные напряжения в точках 2 и 3 панели
(рис. 15.2), если
= 45°; = ф = 0,6 см; Н = 20 см; В = 100 см; d/2В = 0,7;
М2_3 = 40 000 кгсм.

Согласно формуле (15.2)

 По графику рис. 15.3 соответственно

и .

По формуле (15.1) найдем, что

;

Если конструкция работает за пределом упругости, напряжения в
сечении по корневой нервюре выравниваются. Однако, несмотря на это, разрушение элементов, расположенных у задней стенки крыла, наступает раньше.

Чтобы повысить несущую способность конструкции, задний лонжерон иногда выполняют более массивным, чем передний, а обшивку изготовляют переменной толщины по хорде, утолщая ее от носка профиля к задней стенке. На некоторых выполненных конструкциях толщина обшивки у задней стенки в 2…3 раза превышает толщину обшивки у передней стенки.

Треугольная панель 12—3 (рис. 15.4) нагружается нормальными
напряжениями
σ2_3.  

Уравновешивается панель на борту фюзеляжа погонными касательными усилиями q'1-2 бортовой нервюры и нормальными напряжениями σ'1-2 фюзеляжной части крыла. Можно считать, что напряжения σ2-3 остаются
постоянными вдоль стрингеров корневого треугольника. При этом сила в элементе шириной
Δи равна Δn = σ2-3 Δu∙.

Рис. 15.4. нагружение треугольной панели стреловидного крыла

Панель фюзеляжной части крыла и бортовая нервюра. Сила в сечении 12 (рис. 15.4) раскладывается на две составляющие, одна из которых нагружает стрингеры и обшивку фюзеляжной части крыла, а   другая — бортовую   нервюру.   Нормальные  напряжения   в элементах фюзеляжной части

погонные касательные усилия бортовой нервюры

Дополнительные напряжения.  Нормальные напряжения,  действующие в корневом сечении, можно представить в виде двух слагаемых:

,    (15.3)

где  - нормальное напряжение, определяемое по формуле (15.1) при
х = 1;

       - дополнительные напряжения в сечении 2—3.

Дополнительные напряжения Δσ образуют систему самоуравновешенных сил. Это следует из того, что основная система сил σ02—3В, действующих в панелях крыла (рис. 15.5), уравновешивает внешнюю нагрузку — изгибающий момент М.

По мере удаления от корневого сечения к концам крыла напряжения Δσ уменьшаются, и в сечении 45 они практически равны нулю.

Рис. 15.5. Дополнительные нормальные напряжения
                           в корневом сечении кр
ыла

Нормальным напряжениям Δσ сопутствуют дополнительные касательные усилия Δq, возникающие в обшивке и стенках. В сечении 23 усилия в стенках можно определить по формуле

 (15.4)

или приближенно по графику рис. 15.6.

Рис. 15.6. Дополнительные касательные усилия
                           в корневом сечении кр
ыла

15.2.1.  Действие поперечной силы и крутящего момента. 

На участке консоли крыла поперечная сила Q распределяется между стенками лонжеронов пропорционально их жесткостям при изгибе, крутящий момент Мк воспринимается замкнутым контуром, образованным обшивкой и стенками.

В сечении по корневой нервюре 2—3 в результате действия дополнительных касательных усилий Δq поперечная сила заднего лонжерона возрастает, а переднего — уменьшается:

  (а)

Здесь Q02 и Q03 - поперечные силы переднего и заднего лонжеронов, определенные без учета стреловидности.

Сила Q2 на 40…50% может превышать значение силы Q02.

Перераспределение нагрузки между передним и задним лонжеронами происходит за счет обшивки и корневой нервюры, а если последняя отсутствует — за счет нескольких обычных нервюр, расположенных вблизи сечения 23.

Нагружение элементов корневого отсека (рис. 15.7). Поперечная сила Q2 заднего лонжерона в узле 2 передается непосредственно на силовой шпангоут фюзеляжа. Поперечная сила Q3 переднего лонжерона может быть передана на опорные узлы крыла изгибом корневой нервюры 23 и лонжерона 1—3 или же сдвигом элементов корневого отсека.

рис. 15.7

. Нагружение элементов корневого отсека

Если считать, что она передается сдвигом элементов корневого отсека по схеме рис. 15.7, б, то на основании закона парности касательных напряжений, действующих в треугольной панели, можно заключить, что погонные касательные усилия в стенках лонжерона и нервюры равны между собой: qл = qн = qq. При этом qл = Qн = 0,5Q3 и  qQ = q3 /.

Крутящий момент Мк воспринимается сдвигом элементов корневого
отсека. Касательные усилия
qк = Мк /2ВН (рис. 15.7, в).

Таким образом, треугольная панель 123 и стенка лонжерона 1—3
нагружаются погонными касательными усилиями

q = qк + qq

а корневая нервюра 2—3 - усилиями qQ.

 Панель уравновешивается (рис. 15.8) погонными касательными усилиями q"1-2 со стороны бортовой нервюры и нормальными напряжениями σ"1-2 со стороны фюзеляжной части крыла.

Рис. 15.8. Уравновешивание треугольной панели и стенки лонжерона

Условие равенства нулю проекций всех сил, действующих на панель, на направление, перпендикулярное к бортовой нервюре, дает

,

на направление 12 -

.

Суммарные напряжения в элементах корневой части крыла найдем, алгебраически просуммировав соответствующие напряжения,   возникающие  в   них  от действия М, Q, Mк.

Бортовая нервюра (рис. 15.9) является сильно нагруженным элементом корневой части стреловидного крыла. на нее действуют погонные касательные  усилия

                 

Уравновешивается нервюра на боковых стенках фюзеляжа и опорных шпангоутах крепления крыла к фюзеляжу реакциями Rб и Rш.
Рис. 15.9. нагружение       Жесткость опорных  шпангоутов   больше жестксти бортовой нервюры        боковых стенок фюзеляжа, поэтому приближенно  можно  считать,  что  нервюра  опирается  только  на  шпангоуты,  a Rб = 0.

В этом случае расчет приводит к некоторому завышению нагрузок на нервюру и, следовательно, идет в запас прочности.  От указанных сил нервюра

работает на сдвиг. Если ее контур отличается от прямоугольного, то она работает также и на изгиб, но последние деформации обычно малы, и учитывать их нет необходимости. Такие нервюры обычно выполняют в виде сплошной толстой стенки.

ВОПРОСЫ

  1.  Какие бывают силовые схемы корневой части крыла?
  2.  на каких самолетах применяют крылья с переломом осей продольного набора?
  3.  Как устанавливаются нервюры в стреловидных крыльях?
  4.  Опишите особенности нагружения и работы элементов корневых частей стреловидных моноблочных крыльев.
  5.  Какие имеются конструктивные особенности корневых частей стреловидных моноблочных крыльев?
  6.  Как нагружается треугольная панель корневой части стреловидного крыла?
  7.  Какие дополнительные нормальные напряжения возникают в корневом сечении крыла?
  8.  Какие дополнительные касательные усилия возникают в корневом сечении крыла?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17325. Язык LINQ 145.16 KB
  Лекция 11. Язык LINQ План 1. Основы языка LINQ 2. LINQ: обобщения и интерфейсы 3. Основные операции запроса 4. Преобразования данных с LINQ 5. Связи типов в операциях запроса 6. Синтаксис запроса или синтаксис метода 1. Основы языка LINQ Language Integrated Query LINQ – проект Microsoft по ...
17326. LINK to SQL 251.7 KB
  Лекция 11. LINK to SQL 10.1.2.1. Общие сведения После ознакомления с основными аспектами работы с запросами в C можно рассмотреть конкретный тип поставщика LINQ – LINQ to SQL. Отображение реляционных данных на объектную модель всегда было одной из наиболее сложных проблем при построе...
17327. ПАРАДИГМИ ПРОГРАМУВАННЯ 3.17 MB
  ПАРАДИГМИ ПРОГРАМУВАННЯ Конспект лекцій 8.080401: Інформаційні управляючі системи та технології Освітньокваліфікаційний рівень – магістр ТЕМА 1. ПАРАДИГМА ІМПЕРАТИВНОГО ПРОГРАМУВАННЯ Лекція 1. Огляд парадигм програмування 1.1 Базові поняття і визначення Перш ...
17328. ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ КУРСУ ПОЛІТЕКОНОМІЇ 85.5 KB
  ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ КУРСУ ПОЛІТЕКОНОМІЇ 1. Предмет курсу Економічне життя суспільства є надзвичайно багатогранним. Його вивчає система економічних наук які включають науки про загальні закони економічного розвитку галузеві економічні науки науки що розглядають конкр...
17329. ЕКОНОМІЧНА ДУМКА СТАРОДАВНЬОГО СВІТУ ТА СЕРЕДНЬОВІЧЧЯ. МЕРКАНТИЛІЗМ 263.5 KB
  ЕКОНОМІЧНА ДУМКА СТАРОДАВНЬОГО СВІТУ ТА СЕРЕДНЬОВІЧЧЯ. МЕРКАНТИЛІЗМ Історія економічної думки бере свій початок у глибокій давнині. Уже первісні люди мали якісь зачатки господарських знань котрі були результатом осмислення виробничого досвіду. З розвитком сус
17330. КЛАСИЧНА ШКОЛА ПОЛІТИЧНОЇ ЕКОНОМІЇ 220 KB
  КЛАСИЧНА ШКОЛА ПОЛІТИЧНОЇ ЕКОНОМІЇ Розвиток капіталістичних відносин спричинив занепад меркантилізму передовсім в Англії найбільш економічно розвинутій країні. Інтереси буржуазії переміщуються зі сфери обігу у сферу виробництва. На перший план виходить проми
17331. ЕВОЛЮЦІЯ КЛАСИЧНОЇ ПОЛІТИЧНОЇ ЕКОНОМІЇ В ПЕРШІЙ ПОЛОВИНІ ХІХ СТОЛІТТЯ. ЗАВЕРШЕННЯ КЛАСИЧНОЇ ТРАДИЦІЇ 309 KB
  Еволюція класичної політичної економії в першій половині ХІХ століття. завершення класичної традиції Класична школа політичної економії започаткована Адамом Смітом і Давидом Рікардо справила великий вплив на дальший розвиток економічної науки та формуванн...
17332. КРИТИЧНИЙ НАПРЯМ ПОЛІТИЧНОЇ ЕКОНОМІЇ. ФОРМУВАННЯ СОЦІАЛІСТИЧНИХ ІДЕЙ 97 KB
  КРИТИЧНИЙ НАПРЯМ ПОЛІТИЧНОЇ ЕКОНОМІЇ. ФОРМУВАННЯ СОЦІАЛІСТИЧНИХ ІДЕЙ Початок XIX ст. ознаменувався бурхливим розвитком капіталізму що був прискорений промисловим переворотом. Розвиток капіталістичних відносин супроводжувався занепадом і розкладом дрібного виро
17333. ЕКОНОМІЧНІ ВЧЕННЯ ЗАХІДНОЄВРОПЕЙСЬКИХ СОЦІАЛІСТІВ-УТОПІСТІВ 150 KB
  ЕКОНОМІЧНІ ВЧЕННЯ ЗАХІДНОЄВРОПЕЙСЬКИХ СОЦІАЛІСТІВУТОПІСТІВ Економічна теорія особлива форма переосмислення дійсності з метою її вдосконалення. Вона завжди виходила з того що економічне життя суспільства є базовим щодо інших сторін суспільного буття і виз...