Краткие теоретические ведомости. Крыло является самой важной частью самолета и служит для

Крыло является самой важной частью самолета и служит для

создания подъемной силы. Кроме того, крыло обеспечивает поперечную, а на самолетах бесхвостовой схемы и продольную устойчивость и управляемость. К крылу часто крепятся стойки шасси, могут крепиться двигатели. Внутренние его объемы используются для размещения топлива. Под внешней формой крыла имеют в виду его вид в плане и спереди, а также форму его поперечного сечения (профиль). Для современных самолетов характерно использования крыльев разных внешних форм. Внешние формы влияют не только на аэродинамические, весовые и прочностные характеристики крыла, но и на характеристики самолета в целом.

В полете, при взлете и посадке на крыло действуют такие нагрузки (рис. 2.1):

• аэродинамические силы растяжения и избыточного давления, распределенные по поверхности крыла (q_в),
• массовые и инерционные нагрузки от массы конструкции крыла, в том числе и его сила притяжения, распределенная по объему конструкции крыла (q_кр),
• сосредоточенные нагрузки от инерционных сил и сил притяжения агрегатов и грузов, приложенных в узлах их крепления к крылу (P_агр.).

Все нагрузки, приложенные к крылу, уравновешиваются реакциями в узлах его крепления к фюзеляжу (R_Ф).

К основным элементам конструктивно-силовой схемы крыла относят лонжероны, стрингеры, продольные стенки (продольный набор), нервюры (поперечный набор) и обшивку.

Основным назначением лонжеронов является восприятие изгибающего момента и поперечной силы, действующей на крыло при изгибе. При этом пояса лонжеронов нагружаются осевыми силами, а его стенки или ферма – поперечными силами от изгиба и кручения крыла. Для обеспечения минимальной массы лонжерона, при заданной высоте, расстоянии между центрами тяжести поясов лонжерона должен быть максимальным, т. е. площади поясов необходимо сосредоточить как можно дальше от нейтральной оси сечения. С этой точки зрения из двух форм поперечного сечения одинаковых по площади поясов лонжерона, следует отдать предпочтение поясу, так как в этом случае строительная высота сечения лонжерона будет больше. При большей высоте получаем меньшие осевые усилия, а это потребует меньшего количества материала для поясов лонжерона, в результате чего конструкция будет легче. По конструкции элементов лонжероны делятся на балочные, ферменные и смешанной конструкции, когда одна часть лонжерона имеет стенку, а другая – решетку.

Рис. 2.1. Эпюра нагрузок на крыло самолета

Лонжероны могут быть сложенными, собранными из отдельных элементов, либо монолитными, изготовленными штамповкой или фрезерованием в виде одной детали. Силовые элементы лонжеронов изготавливаются из высокопрочных алюминиевых сплавов, сталей, титановых сплавов, КМ. При изгибе пояса лонжерона работают на растяжение-сжатие, а стенка воспринимает касательные усилия. Для снижения массы конструкции материал поясов должен располагаться на наибольшем отдалении от нейтральной оси сечения лонжерона.

В крыльях с большой строительной высотой вместо балочных лонжеронов используют лонжероны ферменные (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Конструкция лонжеронов

Нервюры – это балки или фермы, имеющие форму профиля крыла и расположенные вдоль хорды крыла. Нервюры сохраняют форму профиля, воспринимают и распределяют усилия между обшивкой и продольными элементами, служат опорой для стрингеров, а также элементами местного усиления конструкции крыла, воспринимающими сосредоточенные нагрузки от шасси, силовых установок, вооружения и т. п. Нервюры с точки зрения строительной механики можно рассматривать как балки или фермы, нагруженные аэродинамическими и сосредоточенными силами от агрегатов, присоединенных к нервюрам. Воздушная нагрузка в виде распределенных сил приходит на нервюры от стрингеров и непосредственно от обшивки через заклепки крепления обшивки к нервюрам. Заменим распределенные силы равнодействующей Рц, которая двигает нервюру в направлении ее действия и стремится повернуть ее относительно некоторой точки О. Перенесем далее силу Рн в точку О и добавим крутящий момент Мкр, равный произведению силы Рп на плечо переноса. Сдвигу нервюры силой Рп противодействуют стенки, на которых возникнут реакции Rt і Rг. Повороту нервюры от Мкр противодействуют верхняя и нижняя обшивки и стенки, в которых возникнут реакции в виде погонных касательных сил. Суммарные реакции в стенках будут обусловлены сдвигом и поворотом нервюры. В результате нервюра будет нагружаться изгибом в ее плоскости и движением. Так же как лонжероны, у нервюр есть полки, воспринимающие изгиб в виде осевых сил (сжатие, растягивание), и стенку, воспринимающую поперечную силу.

Нервюры обеспечивают сохранение в полете заданной формы профиля и восприятие местной воздушной нагрузки крыла. Обычно нервюры разрезают в местах пересечения с лонжеронами и продольными стенками и стыкуются с ними по всей высоте при помощи отбортовок или стоек (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Конструкция нервюры

Иногда нервюры разрезают в плоскости хорд для улучшения технологических свойств крыла.

Наибольшее распространение получили нервюры, изготовляемые штамповкой из листа. Края нервюр отгибаются для приклепывания к вертикальным стенкам и к обшивке. Избыточная прочность нервюры позволяет вырезать в ней отверстия облегчения. Для повышения устойчивости отверстия облегчения отбортовываются, а в стенке нервюры штампуются глухие канавки – зиги (рис. 2.4, 2.5).

Рис. 2.4. Сечения нервюры

Рис. 2.5. Технология изготовления нервюр

В местах приложения больших сосредоточенных усилий устанавливают усиленные нервюры.

Собранный кессон крыла самолета изображен на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Собранный кессон крыла