Балочные нервюры

Нормальная балочная нервюра изготовляется штамповкой из листового материала (рис. 5.20). По лонжеронам нервюра имеет вертикальные разъемы. Функции поясов в такой нервюре выполняют отогнутые края стенок вместе с приклепанной к ним обшивкой. Толщина листа, из которого штампуется нервюра, выбираемая, как правило, из конструктивных соображений, обеспечивает большие запасы прочности в стенке нервюры. Для облегчения нервюры в ее стенке делаются вырезы. Для повышения устойчивости стенок края отверстий отбортовываются, а на больших по высоте нервюрах устанавливаются стойки и иногда делаются зиги.

Рис. 5.20. Нормальная балочная нервюра

Усиленная нервюра (рис. 5.21) состоит из поясов и соединяющей их стенки. Пояса выполняются из профилей, которым придается форма, требуемая для обеспечения обводов крыла. Если по нервюре осуществляется стык листов обшивки крыла, то пояса могут выполняться так, как показано на рис. 5.22.

Рис. 5.21. Усиленная нервюра

Рис. 5.22. Типовые сечения поясов нервюры, по которым осуществляется стык обшивки

Соединение нервюры со стрингерами осуществляется различными способами.

В нервюре под стрингер делается вырез. Соединение нервюры со стрингером в этом случае может осуществляться с помощью образованной при вырезе лапки (рис. 5.23, а) или с помощью уголковых накладок (рис. 5.23, б и в). Первый способ конструктивно более простой и выгоден в весовом отношении, но требует более высокой точности изготовления.

Рис. 5.23. Соединение нервюры со стрингером

Очень часто встречаются конструкции, когда нервюры не соединяются со стрингерами непосредственно. Если на сборку крыла обшивка поступает с прикрепленными стрингерами (в настоящее время преимущественно так и делается, так как в этом случае можно применять высокопроизводительную прессовую клепку), то нервюра может не крепиться непосредственно к стрингеру, а соединяться с ним лишь через обшивку, с которой склепывается и пояс нервюры.

В моноблочных крыльях с частым и мощным стрингерным набором нервюры иногда не склепываются с обшивкой и не доходят до нее. Крепление нервюр в этом случае осуществляется только со стрингерами или непосредственно (рис. 5.24, а), или с помощью уголковых накладок (рис. 5.24, б и в). При такой конструкции нет вырезов в поясах нервюр, уменьшающих их жесткость, и сокращается объем клепки.

Рис. 5.24. Соединение стрингеров с поясом нервюры

Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона осуществляется с помощью уголковых профилей, приклепанных к стенке лонжерона (рис. 5.25). Крепление можно осуществлять и непосредственно с помощью отогнутой стенки нервюры (рис. 5.26). Такое соединение выгодно в весовом отношении, но значительно снижает точность сборки или требует повышенной точности изготовления нервюры.

Рис. 5.25. Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона при помощи уголка

Рис. 5.26. Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона

Пояса нервюр крепятся к поясам лонжеронов. Это крепление осуществляется через обшивку и может быть усилено путем подсечки пояса нервюры (рис. 5.27, а) или при помощи вспомогательных промежуточных деталей (рис. 5.27, б). Такие детали применяются, как правило, при креплении к лонжерону усиленных нервюр.

Рис. 5.27. Крепление пояса нервюры к поясу лонжерона

У современных скоростных самолетов точность внешних обводов крыла должна быть очень высокой. Наибольшую точность обводов можно получить при сборке крыла в специальных приспособлениях с базированием по внешней поверхности обшивки. При таком методе сборки обшивка устанавливается в приспособлении, ограничивающие элементы которого (рубильники и ложементы) имеют контур, соответствующий теоретическими обводам крыла. Затем устанавливаются нервюры и подгоняются по обшивке. Чтобы облегчить этот процесс, выбирается соответствующая конструкция нервюр. Широкое распространение при сборке с базированием по обшивке получили разрезные по хорде нервюры и нервюры с компенсаторами – элементами, служащими для соединения нервюры с обшивкой.

Рассмотрим примеры сборки крыльев с разрезными по хорде нервюрами.

На рис. 5.28 изображено сечение крыла, сборка которого осуществляется следующим образом. Обшивка, которой предварительно придается необходимая форма, устанавливается в точно изготовленном приспособлении, и к ней затем присоединяются стрингеры, половинки лонжеронов и нервюр. Собранные таким образом верхняя и нижняя панели крыла соединяются в специальном стапеле, причем погрешности в вертикальных размерах легко могут быть исправлены путем подбора прокладок соответствующей толщины. Отъемный носок присоединяется к носовой части крыла при помощи винтов и анкерных гаек.

Рис. 5.28. Сечение крыла, разрезанного по хорде

Для сборки крыла, сечение которого изображено на рис. 5.29, в приспособлении устанавливаются лонжероны и точно отформованная верхняя панель обшивки с присоединенными к ней стрингерами и верхними половинками нервюр. После этого в специальном стапеле с учетом толщины обшивки приклепываются нижние половинки нервюр, а затем присоединяется нижняя панель обшивки с закрепленными на ней стрингерами. Носок устанавливается, как и в предыдущем случае.

Рис. 5.29. Сечение крыла с разрезанной по хорде нервюрой

Для получения точных обводов носка крыла также можно использовать разрезные по хорде нервюры. Отформованная обшивка устанавливается в приспособлении, и к ней приклепываются верхние и нижние половинки нервюр. После точной подгонки обшивки по ложементам верхняя и нижняя половинки нервюр склепываются (рис. 5.30). Точность обводов носка будет определяться в этом случае в основном точностью изготовления
ложементов.

Рис. 5.30. Сечение носка крыла с разрезанной по хорде нервюрой

Рис. 5.31. Соединение нервюры с панелями при помощи компенсаторов

Высокую точность обводов удается получить при применении нервюр с компенсаторами (рис. 5.31). В приспособлении устанавливаются и фиксируются лонжероны. К стойкам лонжеронов прикрепляются средние части нервюр. Затем устанавливаются и фиксируются точно изготовленные по контуру панели обшивки с прикрепленными к ней стрингерами и уголками-компенсаторами. По направляющим отверстиям компенсаторов сверлятся отверстия в нервюрах, затем с помощью заклепок нервюры соединяются с компенсаторами. К собранной таким образом средней части крыла присоединяется носок. Соединение нервюры с обшивкой при помощи компенсаторов одновременно повышает и жесткость конструкции.

Разновидностью балочной нервюры является так называемая панельная нервюра (рис. 5.32). Эта нервюра состоит из верхнего и нижнего поясов, стенка отсутствует. Такие нервюры ставятся в местах расположения баков для горючего Односторонние панельные нервюры, состоящие по существу из одного верхнего пояса, устанавливаются над люком убирающегося шасси.

Рис. 5.32. Панельная нервюра

При расчете на прочность балочную нервюру рассматривают как балку, упруго опертую на лонжеронах и обшивке, нагрузкой которой являются распределенные аэродинамические силы и силы тяжести конструкции, приходящие на нервюру с примыкающего к ней участка обшивки крыла (рис. 5.33).

Рис. 5.33. Расчетная схема и нагрузка нервюры

Результирующая этой нагрузки

(5.9)

где ta и tк – погонные аэродинамические силы и погонные силы тяжести конструкции;

Dz – ширина примыкающего к нервюре участка крыла.

Распределение нагрузки Р по хорде – p производится в соответствии с распределением по хорде аэродинамической нагрузки и нагрузки от сил тяжести конструкции.

У усиленной нервюры к этой нагрузке добавляется сосредоточенная нагрузка Р₁.

Задача расчета нервюры – задача статически неопределимая.

При проектировочном расчете будем считать, что нагрузки Р и Р₁ уравновешиваются реакциями в стенках лонжеронов и распределяются между ними пропорционально изгибным жесткостям лонжеронов:

(5.10)

Определив значения Ri, находим положение центра жесткости

(5.11)

Относительно центра жесткости подсчитываем момент Мн, стремящийся повернуть нервюру:

(5.12)

Этот момент уравновешивается потоком касательных сил в обшивке и стенках лонжеронов.

Распределение момента М_н между контурами производится пропорционально квадратам их площадей.

(5.13)

где W_i – площадь, ограниченная i-м контуром.

От момента М_i в контуре действует погонная касательная сила

(5.14)

Перерезывающая сила и изгибающий момент в сечении х нервюры определяются по аналогии с расчетом корневых нервюр стреловидного крыла по формулам

(5.15)

(5.16)

где Н(х) – высота нервюры в расчетном сечении; W(x)_i – площадь контура, ограниченная (i–1)-м лонжероном и расчетным сечением.

Эпюры Q(x) и M(x) приведены на рис. 5.34.

По величине M(x) определяются сечения поясов нервюры, а по величине Q(x) – толщина стенки. Расчет ведется по тем же формулам, что и расчет лонжерона. Если нервюра крепится к стенкам лонжеронов и к обшивке заклепками, то усилие на заклепку крепления к стенке лонжерона определяется по формуле:

(5.17)

а к обшивке – по формуле

(5.18)

где n – число заклепок крепления к стенке лонжерона;

n_п – число заклепок на панели i-го контура обшивки;

B_i – ширина обшивки между (i–1)-м и i-м лонжеронами.

Рис. 5.34. Эпюры Q(x) и M(x) нервюры