Моноблочные крылья

С увеличением скорости полета самолетов повышались аэродинамические требования к качеству поверхности крыла и требования к жесткости конструкции. Все это потребовало постановки более толстой обшивки, усиленной стрингерами.

Основным конструктивно-силовым элементом моноблочного крыла является обшивка. Рассмотрим конструкцию с листовой обшивкой, подкрепленной мощным стрингерным набором (рис. 4.6), наи6олее часто встречающуюся у моноблочных прямых крыльев. Площади поперечного сечения поясов лонжеронов в таком крыле одного порядка с площадью поперечного сечения стрингера.

Рис. 4.6. Схема моноблочного крыла.

В таких конструкциях лонжерон часто отличается от стрингеров только тем, что имеет стенку. Имеются примеры осуществления моноблочных конструкций с одним, двумя, тремя и реже с большим количеством лонжеронов.

Поперечный набор моноблочного крыла состоит из нервюр, расположенных одна от другой на расстоянии 250...400 мм,
т.е. большем, чем у лонжеронных крыльев. Крепление моноблочных крыльев осуществляется по всему контуру.

В моноблочном крыле изгибающий момент воспринимается обшивкой совместно со стрингерами и поясами лонжеронов. Перерезывающая сила в моноблочном крыле воспринимается стенками лонжеронов и частично обшивкой. Крутящий момент воспринимается замкнутыми контурами, образованными обшивкой и стенками лонжеронов. Обшивка, подкрепленная достаточно частым продольным и поперечным набором, обеспечивает высокую жесткость крыла на кручение.

При проектировочном расчете моноблочного крыла делается допущение, что перерезывающая сила воспринимается стенками лонжеронов, а изгибающий момент воспринимается панелями подкрепленной стрингерами и поясами лонжеронов обшивки межлонжеронной части крыла (рис. 4.7).

Рис. 4.7 Схема сечения моноблочного крыла

Работой на изгиб носка крыла из-за близкого расположения их стрингеров к нейтральной оси пренебрегают. Это допущение идет в запас прочности. Крутящий момент воспринимается замкнутым контуром, образованным обшивкой и стенками лонжеронов.

Для определения положения центра жесткости сечения и величин перерезывающих сил в лонжеронах используют формулы (4.15) и (4.16) для двухлонжеронного и формулы (4.21) и (4.22) – для многолонжеронного крыла. Соединив центры жесткости линией, получают ось жесткости, относительно которой подсчитывают крутящий момент.

От изгибающего момента М панель нагружается силой

(4.24)

где k – коэффициент использования строительной высоты профиля. В проектировочных расчетах обычно принимают k = 0, 8...0, 9; Hср – средняя высота межлонжеронной части;

(4.25)

Здесь – площадь межлонжеронной части сечения крыла (рис. 4.8); a – расстояние между лонжеронами.

Рис.4.8 Средняя часть межлонжеронной части крыла

Тогда площадь поперечного сечения панели

(4.26)

Для растянутой панели s_разр= s_в, для сжатой s_разр= s_кр. В первом приближении можно принять s_кр= 0, 9s_в.

Панели состоят из поясов лонжеронов, стрингеров и обшивки:

(4.27)

Здесь F_л – площадь сечения поясов лонжеронов в соответствующей панели;
Sf_стр – площадь сечения стрингеров панели; F_об – площадь сечения обшивки.

Для растянутой панели

(4.28)

где dоб – толщина обшивки; 0, 9 – коэффициент, учитывающий ослабление обшивки заклепочными швами.

Для сжатой панели

(4.29)

где 30dоб – присоединенная ширина обшивки; n – количество стрингеров и поясов лонжеронов сжатой панели.

При этом всегда должно быть соблюдено условие n30d_об £ a, т.е. присоединенная ширина обшивки не может быть больше действительной ширины обшивки. Если n30d_об > a, то нужно брать F_об = аd_об.

Учитывая компоновочные и конструктивные соображения, задаются теми или иными двумя составляющими площади поперечного сечения панели и определяют сечения третьего составляющего. Можно определить либо площадь сечения поясов лонжеронов, либо тип и количество стрингеров, либо толщину обшивки.

При выборе типов стрингеров и их количества в сжатой панели необходимо, чтобы критическое напряжение стрингера было не меньше взятого при расчете: s_кр = 0, 9s_в.

Если это окажется нерациональным из конструктивных соображений или вообще не удастся обеспечить такое критическое напряжение, то необходимо соответственно снизить s_кр при определении площади сечения сжатой панели.

Выбранную при расчете на изгиб толщину обшивки необходимо проверить расчетом на кручение.

Погонная касательная сила в обшивке от крутящего момента определяется по формуле

(4.30)

Касательное напряжение в обшивке не должно превышать разрушающего

(4.31)

Если это условие не выполняется, то необходимо увеличить толщину обшивки и провести заново расчет на изгиб.

Толщины стенок лонжеронов определяются по формулам

,

(4.32)

где

,

(4.33)

где

Если моноблочное крыло имеет монолитные панели, то его проектировочный расчет может быть произведен по тем же формулам, что и крыла с листовой обшивкой, только площади верхней и нижней панелей следует подсчитывать по формуле

(4.34)

где sF_м.п – суммарная площадь сечения всех монолитных панелей, образующих соответствующую поверхность крыла.