Конструктивно-силовые схемы. И проектировочный расчет крыльев
Основные элементы крыла и их назначение
В силовых схемах крыльев современных самолетов широкое распространение нашли так называемые тонкостенные конструкции. Такое крыло состоит из обшивки, продольного набора — лонжеронов и стрингеров — и поперечного набора — нервюр.

Лонжероном называется элемент продольного набора, состоящий из двух поясов, верхнего и нижнего, и соединяющих их либо стенки, либо стоек и раскосов. Лонжерон воспринимает часть изгибающего момента крыла и часть перерезывающей силы.

В поясах лонжерона от изгибающего момента возникают нормальные напряжения, а в стенке лонжерона от перерезывающей силы действуют касательные напряжения. Кроме того, стенка лонжерона как элемент замкнутого контура, образованного ею и обшивкой, участвует в работе на кручение. От действия крутящего момента в стенке лонжерона также возникают касательные напряжения.

Стрингеры служат для подкрепления обшивки крыла с целью повышения ее критических касательных и нормальных напряжений и воспринимают вместе с ней изгибающий момент. В стрингерах при этом возникают осевые усилия, вызывающие появление в них нормальных напряжений. От аэродинамической нагрузки стрингеры также? совместно с обшивкой работают на поперечный изгиб.

Нервюры обеспечивают заданную форму профиля крыла, связывают в единое целое элементы конструкции крыла, что обеспечивает включение в работу лонжеронов, стрингеров и обшивки, и воспринимают нагрузки от крепящихся к ним агрегатов.

Обшивка крыла образует его поверхность, передает аэродинамическую нагрузку на продольный и поперечный набор и участвует в работе на кручение и изгиб. При кручении крыла в обшивке, являющейся частью замкнутого контура, возникают касательные напряжения, а при изгибе в ней от изгибающего момента действуют нормальные напряжения и от перерезывающей силы — касательные напряжения.

Классификация крыльев по конструктивно-силовой схеме
Конструктивно-силовая схема определяется количеством, размещением, степенью участия в силовой работе отдельных элементов конструкции. По количеству лонжеронов крылья подразделяются на одно-, двух- и многолонжеронные.

Читайте также  Прямые крылья

По степени участия обшивки в силовой работе крыла все крылья можно разделить на две группы: крылья с неработающей полотняной обшивкой и крылья с жесткой работающей обшивкой. Полотняная обшивка, имея меньшую массу, чем жесткая, не обеспечивает, однако, получения потребного с точки зрения аэродинамики качества поверхности. Деформация полотняное обшивки при увеличении скорости полета ведет к сильному росту лобового сопротивления.

По этой причине полотняная обшивка в настоящее время применяется весьма редко и лишь на крыльях самолетов с небольшой скоростью полета. Конструкция таких крыльев рассматриваться не будет. Жесткая обшивка дает возможность получить гладкую поверхность и обеспечивает при достаточной толщине и надлежащем подкреплении стрингерами и нервюрами хорошее сохранение обводов при действии воздушной нагрузки.

Кроме того, жесткая работающая обшивка позволяет проще обеспечить требуемую прочность и жесткость крыла. Крылья с жесткой обшивкой по степени участия ее в работе можно разделить на лонжеронные и моноблочные. Лонжеронным будем называть такое крыло, у которого сравнительно тонкая обшивка, подкрепленная очень слабым стрингерным набором, воспринимает лишь крутящий момент и небольшую часть перерезывающей силы.

Изгибающий момент в этом крыле почти весь воспринимается лонжеронами. Моноблочным крылом будем называть такую конструкцию, у которой обшивка является основным конструктивно-силовым элементом. Сравнительно толстая обшивка моноблочного крыла воспринимает не только крутящий момент и перерезывающую силу, но и большую часть изгибающего момента.

Моноблочные крылья можно разделить на крылья с листовой обшивкой, подкрепленной частым стрингерным набором, крылья со слоистой обшивкой и крылья с монолитными панелями. Выбор конструктивно-силовой схемы крылья определяется удельной нагрузкой на него, его внешними формами, способом крепления к фюзеляжу, компоновочными соображениями и т.п.

Так как конструктивно-силовая схема крыла в значительной степени зависит от формы его в плане, целесообразно отдельно рассмотреть схемы и проектировочный расчет прямых, стреловидных и треугольных крылья. В проектировочном расчете для упрощения крыло рассматривается как балка, закрепленная на фюзеляже и нагруженная распределенными и сосредоточенными силами, под действием которых она испытывает поперечный изгиб и кручение.

Читайте также  Расчет стыковых узлов

В каждом сечении крылья действует изгибающий момент, перерезывающая сила и крутящий момент. Отъемная часть крылья крепится к узлам на центроплане либор к узлам, установленным на усиленных шпангоутах фюзеляжа. В поверочных расчетах на прочность должна быть обязательно учтена податливость заделки.

В проектировочных расчетах заделку отъемной части крылья будем считать жесткой. При выводе формул, используемых в проектировочном расчете, в зависимости от конструктивно-силовой схемы крылья делается целый ряд упрощающих допущений. Получающиеся при этом погрешности в расчете для основных силовых элементов должны идти, как правило, в запас прочности.