Расчет фюзеляжа на прочность

Так же как и для крыла, расчет фюзеляжа на прочность заключается в определении нормальных и касательных напряжений в элементах его конструкции. Рассмотрим приближенные методы определения этих напряжений.

У фюзеляжа стрингерного типа изгибающий момент воспринимается стрингерами и обшивкой. При приближенном расчете сечение фюзеляжа условно заменяется двухпоясной балкой (рис.22). В этом случае силы, действующие на обшивку и стрингеры, приводятся к двум равнодействующим силам Р, величина которых может быть найдена по формуле:

.

Величина Н _ср обычно принимается равной .

Рис. 22. Схематизация фюзеляжа: 1 – верхний свод, 2 – нижний свод

Для расчета нормальных напряжений берется площадь сечения элементов, находящихся в зоне наибольшего растяжения и сжатия, т.е. в верхнем и нижнем сводах.

Эта площадь определяется по формуле

.

Здесь n и f – число стрингеров в своде и площадь сечения одного стрингера соответственно;

F _обш и j - площадь обшивки в своде и редукционный коэффициент соответственно.В растянутой зоне j = 1, в сжатой j£ 1.

Таким образом, нормальные напряжения в своде находятся по формуле

.

Очевидно, что для бесстрингерного фюзеляжа

.

Касательные напряжения t в обшивке фюзеляжа возникают от действия Q и М _кр(рис. 23).

Рис. 23. Касательные напряжения в фюзеляже

Сила Q воспринимается боковыми стенками фюзеляжа с высотой Н _ср=2/3 Н. Считаем условно, что верхний и нижний своды касательные напряжения не воспринимают.

Следовательно,

,

где d_обш – толщина обшивки фюзеляжа.

Касательные напряжения кручения фюзеляжа могут быть найдены по формуле:

Здесь F – площадь сечения, ограниченная контуром фюзеляжа.

На практике фюзеляж рассчитывают также на общую устойчивость, температурные напряжения от нагрева.

При расчете герметических отсеков для проверки прочности каркаса кабины в первую очередь определяются напряжения от разности давлений. При проверке прочности на первый вариант нагрузок эти напряжения рассматриваются сами по себе, при расчете на второй вариант нагрузок — в сумме с наряжениями от нагрузок, действующих на фюзеляж в полетных случаях нагружения. При определении напряжений от разности давлений обшивка отсека рассматривается как безмоментная оболочка — тонкостенный сосуд со стенками, нежесткими на изгиб.

Рис. 24. К расчету герметичных отсеков: а – напряжения от избыточного давления в безмоментной оболочке; б – схема соединения герметичной кабины с другими частями фюзеляжа; в – схема передачи погонных нагрузок (q) от днища на подкрепленную обшивку (q ₂) и шпангоут (q ₁); 1 – обшивка; 2 – днище; 3 – шпангоут.

Для безмоментной оболочки, имеющей форму тела вращения (рис. 24, а), нормальные напряжения имеют зависимость

,

где r₂, r₁ – соответственно радиусы кривизны в меридиональном и кольцевом сечениях;

s₂, s₁ – соответствующие нормальные напряжения;

D р – расчетное избыточное давление, определяемое по нормам прочности;

d - толщина обшивки.

В частном случае для сферического участка кабины (например, сферического днища) r₁=r₂=r и s₁=s₂=s, поэтому

.

Для участка конструкции, представляющего собой круговой цилиндр, r₂=¥, поэтому

(окружное).

Из условия равновесия отсеченной части кабины

(продольное).