|
Конструкция крыла за время развития авиации претерпела большие изменения. Крыло самолета А. Ф. Можайского имело деревянный каркас с расчалками, обтянутый с верхней выпуклой стороны материалом. Продолжительное время строились самолеты с бипланными деревянными крыльями и полотняной обшивкой. Позднее стали строить самолеты с цельнометаллическими монопланными крыльями, имеющими первоначально ферменные, а позднее балочные лонжероны и нервюры.
В настоящее время на самолетах ГА в основном применяются свободнонесущие монопланные крылья с гладкой работающей обшивкой, моноблочной (кессонной) силовой схемы.
Моноблочное крыло — цельнометаллическое тонкостенное сооружение, оболочка которого подкреплена внутренними продольными и поперечными элементами: лонжеронами, стрингерами и нервюрами (рис. 7). Силовой частью крыла является моноблок, расположенный между крайними лонжеронами крыла. Моноблок образуют верхняя и нижняя панели стенки лонжеронов и нервюр. Каждая панель состоит из обшивки, стрингеров, полок лонжеронов и нервюр.
Обшивка крыла выполнена из гладких плакированных листов (материал Д16АТ, В95), толщина которых увеличивается по мере приближения к корневой части от 0,6 до 6 мм. Масса обшивки достигает 60% массы моноблочного крыла. Листы обшивки соединяются встык и крепятся к внутреннему набору клепкой, сваркой, клейкой.
На современных самолетах широко используются монолитные панели: обшивка и внутренние силовые элементы выполнены «из одного куска». Такие панели изготовляют литьем, прессованием, фрезерованием, химическим травлением. Их подвергают механической обработке стальными шариками, что обеспечивает им заданную форму и выносливость.
Обшивка придает крылу аэродинамическую форму; воспринимает воздушную и массовую нагрузки залитого в бак-отсек топлива; нагрузку от обшивки боковин фюзеляжа, мотогондол, шасси и работает в общей силовой схеме крыла.
Воздушная нагрузка и нагрузка топлива действуют на обшивку нормально ее поверхности. Сохранение внешней формы крыла обеспечивается внутренними силовыми элементами: лонжеронами, стрингерами, нервюрами. Каждый прямоугольник обшивки, ограниченный смежными продольными и поперечными элементами и работающий на поперечный изгиб, передает на эти элементы поперечную нагрузку. Обшивка работает на растяжение, заклепки — на растяжение и срез.
В перспективе развития крыла самолета ГА — применение многослойной обшивки, выполненной из внутреннего и наружного тонких металлических листов, между которыми расположен легкий заполнитель. Заполнитель в хвостовой части лопастей несущих винтов вертолетов Ми-6 и Ми-8 имеет сотовое строение.
Рис. 7.
Перспективными материалами для обшивки крыла являются композиционные материалы, состоящие из высокопрочных тонких нитей (нити бора, стекловолокно, графитовое волокно), заключенных в связующую основу (пластмассы, алюминиевые и другие матрицы).
Лонжероны – продольные балки (рис. 8), образованные двумя поясами 1, стенкой 2 и подкрепляющими стойками 3 (изготовлены из материала Д16АТ и В95). Масса лонжеронов составляет 6-10% массы крыла.
Пояса выполняются из прессованных и катаных профилей с последующим фрезерованием, обеспечивающим равнопрочность по размаху и наименьшую массу. Пояса со стенкой и обшивкой соединяются с помощью лапок и заклепочных швов. Съемная передняя часть крыла соединяется с полками переднего лонжерона с помощью винтов и свободноплавающих гаек.
Лонжероны воспринимают местные нагрузки от обшивки, нервюр, агрегатов, топлива и работают и общей силовой схеме крыла.
Пояса лонжерона воспринимают изгибающий момент Мz. В них появляются осевые силы сжатия-растяжения N и соответствующие нормальные напряжения σ (рис. 8).
Рис. 8. Конструкция балочного лонжерона:
1 – пояс; 2 – стенка; 3 – стойка.
Стенка лонжерона выполнена из листового дюралюминия толщиной от 3 (Ан-24) до 12 мм (Ту-154). Она воспринимает вертикальную поперечную силу Qz и участвует в восприятии крутящего момента Mкр z. В стенке появляются касательные напряжения Q и Mкр (см. рис. 8).
Стрингеры — продольные профилированные силовые элементы, прессованные или катаные из брусков, гнутые или катаные из листов дюралюминия. В корневой части моноблочного крыла, как правило, применяют профили закрытого сечения (рис. 9,а) с высокими критическими напряжениями местной и общей потери устойчивости. В концевой части крыла используют менее прочные открытые профили (см. рис. 9,б). Масса стрингеров составляет около 20% массы моноблочного крыла.
Стрингеры жестко связаны с обшивкой (заклепочным или клеесварным швом) и нервюрами (с помощью лапок и накладок). Они воспринимают местные погонные воздушные и массовые нагрузки со стороны обшивки, работают как многоопорные балочки на поперечный изгиб и, в свою очередь, нагружают нервюры. В общей силовой схеме крыла стрингеры воспринимают продольные силы сжатия и растяжения. Стрингеры и обшивка взаимно увеличивают устойчивость друг друга.
Рис. 9. Профиль стрингеров: а – закрытого сечения;
б – открытого сечения.
На перспективных самолетах широко применяют монолитные панели, где стрингеры выполняются «из одного куска» с обшивкой. На крыльях с многослойной обшивкой стрингеры отсутствуют.
Нервюры — поперечные балки, образованные двумя поясами, стенкой и стойками. Состоят из трех частей; передней, средней и хвостовой. Масса нервюр составляет 10—14% массы крыла. Они имеют форму профиля крыла и размещаются по потоку (=0°) или перпендикулярно переднему лонжерону (>0°). Расстояние между нервюрами зависит от толщины обшивки, шага и мощности стрингеров, удельной нагрузки крыла и составляет 150—400 мм.
По назначению и конструкции нервюры делятся на нормальные и усиленные.
Нормальные нервюры обычно штампуют из листового дюралюминия толщиной 0,8—1,5 мм. Отогнутые края стенки образуют полки нервюр, которые склепываются с обшивкой или стрингерами. Такие полки иногда усиливают дополнительным уголковым профилем. Стенки нервюр приклепывают к стенкам лонжеронов.
Нормальные нервюры устанавливаются по всему размаху крыла. В топливных баках-отсеках стенки предотвращают волнообразование и гидроудары, а отверстия стенок обеспечивают перетекание топлива и выравнивание давления газов над топливом (см. рис. 7). В местах размещения мягких резиновых баков с контейнерами устанавливают поясные нервюры. Верхний и нижний пояса состоят из наружной и внутренней полок и невысокой стенки.
Нормальные нервюры обеспечивают выдерживание аэродинамического профиля крыла. Каждая из них воспринимает нагрузку обшивки и стрингеров на шаге нервюр (рис. 10).
Поперечная сила  вызывает касательные напряжения в стенке и уравновешивается силами реакции R1 и R2 лонжеронов (см. рис. 10, в):
 .
Несовпадение Pн с плоскостями стенок лонжеронов сопровождается появлением изгибающего момента Мн который уравновешивается парой нормальных сил Nн в полках нервюры: Мн = Nн H.
Рис. 10. Схема нагружения и работы нормальной нервюры:
а — внешняя нагрузка; б — равнодействующая внешней нагрузки;
в — равновесие нервюры.
Несовпадение Рн с ЦЖН приводит к появлению крутящего момента Мкр.н = Рне (см. рис. 10, б), который уравновешивается потоком касательных усилий τМкр в замкнутом контуре крыла, образованном обшивкой верхней и нижней панелей и стенками крайних лонжеронов (см. рис. 10, в).
В общей силовой схеме нервюры увеличивают устойчивость сжатой обшивки и стрингеров.
Усиленные нервюры выполняют функции нормальных нервюр, обеспечивают стыковку частей крыла, крыла с фюзеляжем, подкрепляют крыло в местах излома моноблочной части, воспринимают сосредоточенные нагрузки от прикрепленных к крылу двигателей.
Достарыңызбен бөлісу: |
