Учебное пособие 1329
.pdf6. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЁТ НА СДВИГ ТОНКОСТЕННЫХ БАЛОК МИНИМАЛЬНОГО ВЕСА
При проектировании стеночной балки с уголковыми поясами (лонжерона, нервюры и т.д.) удобно и практически выгодно пользоваться системой зависимостей параметров балки от нагрузки, полученной в работе [5]. Считается, что
нагрузка Q и высота балки H заданы. Расчётным сечением является сечение с максимальной нагрузкой. Расчёт начинается с подбора поясов уголкового сечения и
определения эффективной высоты балки hЭФФ , равной
расстоянию между центрами тяжести поясов. Для выбора наиболее эффективной конструкции определяется коэффициент напряжённости, равный
Q
hЭФФ .
Балка минимального веса должна обладать максимальной весовой отдачей, которая оценивается полезным приведённым допускаемым напряжением сдвига.
|
ПОЛЕЗН, |
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|||
h |
|
F |
|
|||
|
|
|
|
CT |
|
|
|
|
|
ЭФФ |
|
|
tCT |
70
Рис. 22
Рис. 23
71
По рис. 22 находится напряжение ПОЛЕЗН. , которое
можно получить в случае равнопрочной конструкции (стенка и стойки разрушаются одновременно).
Далее по рис. 23 определяется отношение hЭФФ ФАКТ , по которому находится минимальная
потребная толщина стенки ФАКТ .
Толщину листа стенки следует выбирать по нормам с учётом минусового допуска, например, при номинальной толщине листа Д16Тл2.0, фактическая толщина листа достигает 1,83 мм.
Рис. 24
Зная h ЭФФ , по рис. 24 находят шаг стоек t .
По рис. 25 определяются коэффициент затрат материала на стойки и стенку и минимальная площадь стойки.
fСТОЙКИ t
72
Рис. 25
Рис. 26
По рис. 26 находится значение отношения толщины стойки к толщине стенки и определяется потребное значение толщины лапки, прикреплённой к стенке.
73
СТЕНКИ' 0,6 СТЕНКИ .
Площадь стойки и её толщины СТЕНКИ и СТЕНКИ' дают возможность определить профиль по каталогу. Наиболее эффективны профили типа Д16ТПр и Д16ТПр. После выбора профиля следует определить фактический шаг стоек:
tФАКТ
FСТОЙКИ ФАКТ.
ФАКТ.
Рис. 27
Чтобы стойка не была с заниженным моментом инерции
i, следует пользоваться графиком, приведённым на рис. 27. Аналогичным образом может рассчитываться на сдвиг
лонжерон балочного типа.
74
7. РАСЧЁТ ЛОНЖЕРОНА С ТРЁХСЛОЙНОЙ ОБШИВКОЙ
Силовые панели такого крыла состоят из внешних слоёв,
соединённых пенопластовым (уд. вес 0,2 – 0,5 гсм3 ) или
сотовым (из металлической фольги толщиной 0,2 – 0,5 мм ) заполнителем. Трёхслойные панели не нуждаются в подкреплении, так как имеют большую поперечную жёсткость. Заполнитель воспринимает поперечные силы и обеспечивает совместную работу несущих слоёв при изгибе от нормальных и касательных сил, лежащих в срединной поверхности. Сам заполнитель на изгиб не работает, так как его жёсткость мала по сравнению с внешними несущими слоями.
При расчёте крыла на изгиб, сдвиг и кручение влияние пенопластового наполнителя учитывается редукционным коэффициентом
З ЕЗ ,
Е
где ЕЗ - модуль упругости наполнителя в плоскости
обшивки.
Заполнитель с шестигранными сотами более несущий, чем с квадратными, но его изготовление более трудоёмко и сложно. Если грани сот (квадратных) параллельны размаху, то редукционный коэффициент растяжения – сжатия:
З.РАСТ. ЕС С .
Еt
Если соты направлены под углом 45 к размаху, то для сдвига:
75
З.СД. 0,5 ЕС C ,
G t
где G - модуль сдвига материала несущих слоёв;
ЕС - модуль упругости материала сот.
Модуль упругости заполнителя определяется формулой
ЕЗ |
|
С |
EC K , |
где K 2,7для шестигранных сот; |
|
||||
|
|
t |
K 4 для квадратных сот. |
|
|
|
|
|
При работе трёхслойных панелей на растяжение разрушающие нагрузки определяются временным сопротивлением несущих слоёв, а на сжатие и сдвиг соответствующими критическими напряжениями. Критические
напряжения местной Э.М. и общей потери устойчивости
КР при сжатии будут:
Э.М. |
ЕЕЗ |
ОБШ |
; |
КР |
|
1 |
||
3 1 2 |
|
h |
В |
1 2 |
, |
где h- расстояние между серединами толщин несущих слоёв;- коэффициент Пуассона;
|
В |
; |
' |
|
|
Э |
; |
|
Э |
2 |
ОБШ |
; |
|
|
|
m 2E |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
' |
|
Э |
1 |
|
|
|
G h |
|
Э |
4 . |
||||||||
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
76 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент принимает значение 1; 4; 2 соответственно для шарнирного опирания, защемления или полузащемления.
Модуль сдвига заполнителя
GЗ |
1,25 |
i |
G . |
|
|||
|
|
t |
Критическое напряжение общей и местной потери устойчивости при сдвиге определяется соответственно
|
|
|
|
2,7k E |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||
Э |
вh |
KP |
В 1 2 , |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
где в и h большая и меньшая стороны пластины; |
|||||||||||||||||||||
k |
в |
; |
5,4 |
E |
|
h ОБШ |
; |
|
В |
; |
|
|
0,6 0,65 |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 4 |
|
|
|
G |
|
в2 |
|
|
|
|
Э |
|
В |
|
В |
||||||
|
|
|
|
|
З |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
Расчётным напряжением будет меньшее из напряжений общей или местной потери устойчивости. Полученные
напряжения сравниваем с напряжениями М вН 2 и
q2 при редукционном коэффициенте, равном нулю.
77
8. РАСЧЁТ ФЮЗЕЛЯЖА
Фюзеляж – основная балка самолёта, связывающая между собой его отдельные части. Он является опорой для крыла, оперения, шасси, силовой установки и т.д. В нём размещаются экипаж, пассажиры, грузы и оборудование. По конструкции фюзеляж представляет собой тонкостенную каркасированную оболочку. По сравнению с крылом общая силовая схема фюзеляжа как тонкостенной балки проще. Обычно его сечение симметрично. В схеме фюзеляжа отсутствует заделка, вносящая усложнение в распределение напряжений. В фюзеляже чаще, чем в крыле, встречаются вырезы и узлы разъёма. Фюзеляжи бывают ферменные (в настоящее время ферменные фюзеляжи применяются редко) и балочные. Конструкция балочного фюзеляжа состоит из обшивки, подкреплённой продольным (стрингеры, лонжероны, бимсы) и поперечным (нормальные и усиленные шпангоуты) набором.
Основными нагрузками фюзеляжа являются силы, передаваемые ему от агрегатов (крыла, оперения, шасси и т.д.), а также грузов. Фюзеляж нагружается массовыми силами собственной конструкции и поверхностной аэродинамической нагрузкой, которая на отдельных участках может достигать значительной величины и оказывать влияние на местную прочность конструкции и, обычно не влияет на работу конструкции в целом. Существенным может быть внутреннее давление в гермокабине. При расчёте общей силовой схемы местные нагрузки не учитываются.
Внешнее нагружение фюзеляжа во всех полётных и посадочных случаях определяется нормами прочности. Нагрузки могут быть симметричными и асимметричными. К симметричным относятся нагрузки в криволинейном полёте без скольжения и крена, и при посадке, когда стойки шасси
78
одинаково нагружены. Асимметричное нагружение фюзеляжа возникает от действия вертикального оперения, при посадке со сносом, при скольжении на крыло и т.д.
Зная внешние нагрузки R1 ,R2 ,R1' ,R2' , передающиеся на фюзеляж от крыла и оперения, и уравновесив фюзеляж
массовыми силами |
P G n |
i |
и qФ GФНФ |
S |
от |
|
i |
|
БОК |
грузов и веса конструкции, строят эпюры нагрузок для фюзеляжа, где GФ ,SБОК ,НФ - вес, площадь боковой
проекции и высота в сечении фюзеляжа. Перегрузки ni при
симметричном и асимметричном нагружении определяются формулами:
n |
i |
n |
KP |
Y |
Г.О. УР |
Р |
НОС |
|
Z |
x |
i и |
|||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
||||||||
n |
i |
|
PВ.О.УР РВ.О. РНОС |
|
Y |
x |
i . |
|||||||||
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
q |
|
|
где YГ.О.УР и PВ.О.УР - уравновешивающие силы на горизонтальном и вертикальном оперении;
PВ.О. - приращение нагрузки за счёт возмущений;
Z и Y - угловые ускорения;
PНОС PВ.О.УР LВ.О. - воздушная нагрузка носовой
LНОС
части фюзеляжа.
79