Стыковые соединения крыла

Соединения, с помощью которых осуществляется крепление отъемных частей крыла к центроплану или к борту фюзеляжа или одной части крыла к другой, называются стыковыми. Стыковое соединение – соединение разъемное, поэтому его конструкция должна обеспечивать простоту монтажа и демонтажа крыла.

В крыльях с заделкой по лонжеронам стыковое соединение осуществляется с помощью узлов, монтирующихся на лонжеронах.

Рис. 5.51. Шарнирный узел на вспомогательном лонжероне

Вспомогательный лонжерон имеет шарнирный стыковой узел, соединительным элементом которого является стыковой болт. Узел состоит, как правило, из вилки и ушка (рис. 5.51). Зазор между вилкой и ушком, между соединительным болтом и отверстием в узле должен быть по возможности меньшим. При отсутствии зазоров болт будет работать на срез. При больших же зазорах болт будет работать и на изгиб, что потребует увеличения его диаметра. Последнее нежелательно с точки зрения размеров и массы узла. Конструкция крепления такого узда на лонжероне различная и зависит от действующих на узел нагрузок, конструкции лонжерона, монтажных условий и т.п. Крепление узла к лонжерону осуществляется при помощи болтов и заклепок.

Основной лонжерон, передающий изгибающий момент, имеет жесткий стыковой узел, элементы которого закреплены на верхнем и нижнем поясах. В жестком узле стыковые болты могут располагаться как вертикально, так и горизонтально. При горизонтальном расположении болта его ось может быть параллельной плоскости стыковой нервюры или перпендикулярной к ней.

При конструировании жесткого узла для уменьшения его массы необходимо стремиться к выполнению следующих двух условий:

1) для уменьшения усилий на стыковые болты расстояние между верхним и нижним болтом должно быть по возможности большим;

2) центр масс сечения пояса лонжерона должен совпадать с точкой приложения передаваемой силы на стыковом болте. Если это условие выполняться не будет, пояс лонжерона и сам узел будут загружаться местными изгибающими моментами, что приведет к увеличению массы. С точки зрения аэродинамики желательно, чтобы стыковые узлы вписывались в габаритные размеры крыла.

На рис. 5.52 показана схема жесткого узла, в котором стыковые болты расположены горизонтально и их ось параллельна плоскости стыковой нервюры. Жесткое соединение лонжерона осуществляется здесь с помощью двух узлов вильчатого типа. Стыковой болт в этом соединении работает на срез в двух плоскостях. В узлах гребенчатого типа (рис. 5.53) благодаря увеличению плоскостей среза диаметр стыкового болта получается меньше. Такой узел легче вписывается в габаритные размеры крыла, но он значительно сложнее с технологической точки зрения.

Рис. 5.52. Стыковой узел с горизонтальными болтами, ось которых параллельна плоскости нервюры

Рис. 5.53. Узел гребенчатого типа

На рис. 5.54 приведена схема жесткого узла, в котором стыковые болты расположены горизонтально и их ось перпендикулярна плоскости нервюр. Желательно, чтобы ось болта совпадала с осью пояса лонжерона. Большим преимуществом этой конструкции является более простое обеспечение взаимозаменяемости, так как может быть допущен зазор между отверстием и болтом.

Рис. 5.54. Стыковой узел с горизонтальными болтами, ось которых перпендикулярна плоскости нрервюры

Рис. 5.55. Стыковой узел с вертикальными болтами

Рис. 5.56. Стыковой узел с вертикальными болтами на лонжероне малой строительной высоты

На рис. 5.55 изображена схема жесткого узла со стыковыми болтами, расположенными вертикально. Вертикальное расположение оси болта диктуется эксплуатационными и монтажными соображениями.
На самолетах со складывающимися крыльями нижние узлы могут делаться с вертикальными легкосъемными стыковыми болтами, а верхние
узлы – с горизонтальными болтами, параллельными плоскости стыковой нервюры и являющимися осью, относительно которой происходит поворот крыла при складывании.

Осевые усилия. Если ставить обычный вильчатый узел, потребовался бы стыковой болт большого диаметра, а следовательно, были бы и большими габаритные размеры стыкового узла. Постановка двух или трех вертикальных стыковых болтов позволит соответственно.уменьшить их диаметр и вертикальные габаритные размеры стыкового узла.

Крепление моноблочных крыльев осуществляется по всему силовому контуру. Конструктивно стыковое соединение моноблочных крыльев может быть выполнено различными способами.

Наиболее простой конструкцией является соединение при помощи уголковых профилей (рис. 5.57). Снаружи по всему силовому контуру отъемной части крыла приклепываются уголки. Такие же уголки приклепываются к ответной части конструкции. В стенках уголков делаются отверстия, в которые вставляются стыковые болты. Недостатком такого крепления является выступание его за габаритные размеры крыла, что даже при постановке обтекателя ухудшает аэродинамику. Кроме того, несовпадение осей болтов с линией действия силы в панели приводит к возникновению местных изгибающих моментов в стыковом угольнике и в панелях крыла. С аэродинамической точки зрения выгоднее ставить стыковой угольник внутрь крыла (рис. 5.58). Но такое соединение несколько хуже в эксплуатации, так как подход к болтам осуществляется через лючки в крыле. Общим недостатком стыковых соединений при помощи стыковых угольников является плохая передача усилий со стрингеров, особенно если стрингеры имеют сложную форму поперечного сечения. Поэтому такие конструкции не нашли применения.

Рис. 5.57. Стыковка по контуру с помощью уголковых профилей

Рис. 5.58. Схема стыковки по контуру с угольниками, установленными внутри крыла

Контурное крепление осуществляется при помощи специальных стыковых профилей, обеспечивающих хорошую аэродинамику, малую массу стыка и удобный подход к стыковым болтам.

В таком креплении стыковые болты могут располагаться либо горизонтально
(рис. 5.59, а), либо вертикально (рис. 5.59, б).

Рис. 5.59. Стыковка по контуру с помощью специальных профилей

При горизонтальном расположении болтов они работают в нормальном полете на срез от кручения и перерезывающей силы, а на нижней поверхности – и на растяжение при изгибе крыла. При отрицательных перегрузках, меньших чем перегрузки в нормальном полете, на растяжение работают болты на верхней поверхности. По этой причине площадь сечения болтов на нижней поверхности больше, чем на верхней. Достигается это постановкой болтов большего диаметра или увеличением их количества.

Стык с вертикальными болтами сложнее технологически, так как требует высокой точности обработки по контуру соприкасающихся поверхностей стыковых профилей. Нагрузка стыковых болтов на нижней и верхней поверхностях здесь одинаковы. Болты работают на срез при изгибе и кручении крыла.