Конструктивно- силовые схемы крыльев

Крылья современных самолетов представляют собой тонкостенную балку, состоящую из обшивки и каркаса.

В свою очередь, каркас образуется из продольных элементов- лонжеронов, стенок, стрингеров и поперечного набора - нервюр.

Местная воздушная нагрузка крыла в виде сил давления и разряжения действуют на обшивку, отрывая или прижимая ее к каркасу.

Эта нагрузка передается с обшивки на стрингеры и нервюры и далее на лонжероны и узлы крепления крыла к фюзеляжу. При этом крыло нагружается изгибающимися моментами в вертикальной М_в и горизонтальной М_г плоскостях, поперечными силами Р_в и Р_г и крутящим моментом М_кр (4.2. а).

Исходя из восприятия и передачи нагрузок можно определить назначение элементов крыла.

Лонжерон (4.2. а) является основной силовой частью конструкции, воспринимающий изгибающий момент крыла. Представляет собой двухпоясную балку, состоящую из поясов и стенки пояса лонжеронов (4.2.в)

воспринимают продольные силы от изгибающего момента М_в, а стенки лонжерона- поперечную силу Р_в.

Стрингеры- продольные элементы, воспринимающие изгибающий момент вместе с поясами и обшивкой. Кроме того, они подкрепляют обшивку и передают с нее воздушную нагрузку на нервюры. Стрингеры представляют собой прессованные или гнутые профили различных сечений (рис 4.2.б) Нервюры являются элементами поперечного набора крыла. Они предают крылу заданный профиль, подкрепляют обшивку и передают местные нагрузки на лонжероны. Обычно они разрезаются в месте установки лонжеронов и состоят из нескольких частей: носика, средней части и хвостика (рис 4.3.).

Нервюра состоит из стенки и поясов, соединенных между собой заклепками. Стенки и пояса штампуются из листов. Для облегчения конструкции стенки имеют отбортованные отверстия. В местах приложения сосредоточенных сил устанавливаются силовые нервюры Обшивка придает крылу гладкую обтекаемую форму и воспринимает воздушную нагрузку. Изготавливается из металлических листов. Обшивка может быть выполнена за одно целое со стрингерами. Такая обшивка называется монолитными панелями. В последнее время в конструкции самолетов получила широкое применение трехслойная обшивка, состоящая из тонких листов, соединенных между собой сотовым заполнителем.

3.2. Конструктивно-силовая схема крыла

Рис. 3.3. Конструкция нервюр

1. вырезы для стрингеров; 2 – отверстия облегчения; 3 – зиговки;

4 – анкерные гайки; 5 – подсечки; 6 - пояса

В зависимости от степени участия элементов крыла в восприятии изгибающего момента различают следующие конструктивно- силовые схемы:

· лонжеронные,

· кессонные,

· и моноблочные.

К лонжеронным относятся крылья, у которых изгибающий момент воспринимается лонжеронами. Крыло характеризуется тонкой обшивкой, небольшим количеством слабых стрингеров, мощными лонжеронами с развитыми поясами.

Лонжеронные крылья могут быть одно-, двух- и многолонжеронными.

Лонжероны устанавливаются в месте максимальной высоты профиля.

В однолонжеронном крыле лонжерон располагается на расстоянии 25%-30% хорды,

у двухлонжеронных крыльев:

передний лонжерон располагается на расстоянии 18%-20 % хорды, а задний лонжерон - 65%-70 % хорды.

Стыковка крыла с фюзеляжем осуществляется моментными или шарнирными узлами, установленными на лонжеронах.

Кессонные крылья внешне не отличаются от лонжеронных и имеют те же элементы крыла.

Различия заключаются в том, что в кессонном крыле обшивка участвует в восприятии изгибающего момента. Она выполняется сравнительно толстой и подкреплена большим количеством стрингеров. Пояса лонжеронов кессонного крыла по площади сечения соизмеримы со стрингерами. Лонжероны в таком крыле потеряли свою самостоятельность и превратились в продольные стенки, воспринимающие, в основном, поперечную силу.

Кессонное крыло обладает большим весом в сравнении с лонжеронным и повышенной “живучестью”, поскольку при разрушении лонжерона или стрингера происходит небольшая потеря прочности и крыло продолжает работать.

В моноблочных крыльях большая часть изгибающего момента воспринимается растяжением- сжатием обшивки и стрингеров и лишь незначительная часть – лонжеронами.

Моноблочные крылья характеризуются толстой обшивкой, развитыми стрингерами и сравнительно слабыми поясными лонжеронами.

Моноблочные крылья обладают повышенной жесткостью и “живучестью”.

Стыковка крыла с фюзеляжем осуществляется с помощью специальных фитингов. Благодаря жесткой обшивке моноблочное крыло имеет гладкую поверхность.

Порядок выполнения работы

· Изучить формы крыльев и основных геометрических параметров, дать их определения.

· Для заданного образца измерить геометрические размеры. Вычертить крыло (оперение) в плане. Определить геометрические параметры: S, L, λ, χ, η.

· В 10-15 точках по хорде крыла (оперения) замерить толщину профиля. Вычертить профиль крыла, определить относительную толщину С и кривизну f.

· Оформить отчет и предъявить преподавателю.

4.6. Вопросы для самопроверки

1. Какие внешние формы имеют крылья в зависимости от скорости полета? Каковы их достоинства и недостатки?

2. Какими геометрическими параметрами характеризуется форма крыла в плане и форма профиля?

3. Что представляет собой конструктивно- силовая схема крыла?

4. Чем отличаются лонжеронные, кессонные и моноблочные крылья?

5. Каково назначение основных элементов крыла: лонжеронов, нервюр, стрингеров, обшивки?

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ШАССИ САМОЛЕТА

Цель работы: изучить компоновочные и конструктивно- силовые схемы шасси, его основные элементы.

Компоновка шасси

Шасси самолета представляют систему опор, необходимых для маневрирования по аэродрому, разбега и пробега самолета при взлете, посадке и стоянки. Во время взлета и посадки шасси поглощает и рассеивает кинетическую энергию ударов и поступательного движения.

Шасси должно обеспечивать устойчивое движение самолета во время пробега, заданную проходимость по грунту и иметь минимальный вес и габариты.

По количеству и взаимному расположению шасси различают следующие компоновочные схемы.

Трехопорные шасси с хвостовой опорой (рис. 4.1 а) характеризуется посадочным углом φ между осью самолета и касательной к главной и задней опорам; противокапотажным углом γ между вертикалью при взлете и прямой, соединяющей центр тяжести самолета и точку касания главной опоры; углом выноса шасси λ= γ+ φ., колеей шасси В_ш , представляющей расстояние между главными опорами.

Рассмотренная схема шасси обладает рядом недостатков – плохая путевая устойчивость, опасность капотирования при резком торможении, наклонный пол кабины при стоянке, возможность взмывания самолета при посадке.

С увеличением посадочных скоростей эти недостатки стали проявляться в большей степени. Поэтому схема шасси с хвостовой опорой, обладающая минимальным весом, применяется на легких самолетах с поршневыми двигателями.

Рис.4.1. Схемы шасси

Основной схемой шасси современных самолетов является трехопорная схема с носовым колесом (рис. 4.1 б).

Она характеризуется следующими параметрами: посадочным углом φ между осью фюзеляжа и касательной к главным опорам и нижней точки хвостовой части фюзеляжа; стояночным углом φ_с между осью фюзеляжа и плоскостью земли; противокапотажным углом γ; высотой шасси Η; высотой главных опор e, относительно центра тяжести, колеей шасси B_ш и базой шасси в_ш, представляющей расстояние между носовой и главными опорами

Рассмотренная схема шасси обеспечивает хорошую путевую устойчивость, ухудшению проходимости по грунту, снижению безопасности при поломке носового колеса, возможности самовозбуждающихся колебаний типа шимми.

Велосипедная схема шасси (рис. 4.1. в) характеризуется наличием двух основных опор, расположенных под фюзеляжем, и подкрыльных опор, предохраняющий самолет от опрокидывания на крыло. Шасси характеризуется теми же параметрами, что и предыдущая схема и отличается лишь большим выносом шасси относительно центра тяжести. Велосипедная схема шасси является вынужденной и применяется для истребителей- бомбардировщиков с высоко - расположенным тонким крылом.

Из-за сравнительно большой нагрузки на носовую опору затруднен отрыв самолета при взлете. Для облегчения взлета применяются механизмы «вздыбливания» передней опоры или «приседания» задней опоры. Это значительно утяжеляет вес шасси и усложняет технику пилотирования.

Многоопорные шасси применяются на тяжелых самолетах, эксплуатирующихся на грунтовых аэродромах. Для повышения проходимости самолета требуется большое количество колес или дополнительные опоры. Дополнительная центральная опора смещается относительно основных для удобства уборки шасси в фюзеляж. Для улучшения маневренности самолета задняя стойка может выполняться управляемой.