Конструкция и конструктивно-силовые схемы крыла

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”

 

кафедра 103

 

 

КОНСТРУКЦИЯ И КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВЫЕ СХЕМЫ КРЫЛА

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

 

Конструкция крыла самолёта

по дисциплине

КОНСТРУКЦИЯ САМОЛЁТОВ И ВЕРТОЛЁТОВ

(для студентов заочного отделения)

 

Направление подготовки: 511 – Авиационная и ракетно-космическая техника

Специальность–6.051101 Авиа- и ракетостроение

Технология самолёто - и вертолётостроения

 

Автор: ст. преподаватель Данов А. С.

 

 

Киев 2016

 

3. КРЫЛО. Общие сведения. 1

 

3.1. Внешние формы крыльев……………………………………………………………….. 2

 

3.2. Нагрузки крыла…………………………………………………………………………. 4

 

3.3. Основные силовые элементы крыла…………………………………………………. 5

3.3.1. Обшивка. 6

2.3.2. Лонжероны.. 6

3.3.3. Продольные стенки. 8

3.3.4. Стрингеры.. 8

3.3.5. Нервюры.. 9

3.4. Силовая работа крыла. 10

3.5. Конструктивно-силовые схемы крыльев. 14

3.5.1. Лонжеронная схема крыла. 15

3.5.3. Моноблочная схема крыла. 18

3.5.4. Сравнительная оценка силовых схем крыла. 18

3.5.5. Подкосные схемы крыльев. 19

3.6. Органы управления на крыле. 19

3.7. Механизация крыла. 21

3.8. Стреловидные крылья. 23

3.9. Треугольные крылья. 24

3.10. Крылья с изменяемой в полете стреловидностью.. 25

3.11. Вопросы для самоконтроля и тренинга. 27

3.12. Конструктивные примеры выполнения крыльев на различных самолётах. 28

3.12.1. КРЫЛО САМОЛЕТА А-20С «БОСТОН». 28

3.12.4. КРЫЛО САМОЛЕТА МИГ-15. 47

3.12.5. КРЫЛО САМОЛЕТА ЯК-25. 55

3.12.6. Крыло самолета Ил-28. 75

3.12.7. Конструкция крыла самолета ТУ – 154М... 95

3.12.8. Крыло самолета Су - 15. Характеристики самолета. 125

3.12.9. Самолёт Ан-28…………………………………………………………………… 144

 

КРЫЛО

Общие сведения
Крыло – основная несущая поверхность самолёта, которая создает аэродинамическую подъемную силу, обеспечивающую полёт, а также поперечную устойчивость, балансировку и управляемость самолета. Крыло может использоваться для крепления мотогондол двигателей (Рис. 3.1) и шасси, для размещения топлива, оборудования, пилонов вооружения (Рис. 3.2) и другой полезной нагрузки. Крыло должно обладать высокой несущей способностью, минимальным аэродинамическим сопротивлением и высоким качеством на основных режимах полета, иметь достаточную прочность и жесткость при наименьшей массе конструкции, а также хорошие технологические и эксплуатационные качества.

Рис. 3.1. Крепление мотогондол двигателей

ТВД и пилонов подвески на крыле Рис. 3.2. Крепление пилонов вооружения и воздухозаборника на крыле штурмовика Су-25

 

3.1. Внешние формы крыльев

Внешний вид крыла характеризуется видом крыла в плане, профилем поперечного сечения и углом поперечного V на виде спереди. Форма крыла в плане определяется его удлинением l= l ²/S (l - размах крыла, S - площадь крыла), сужением h=b₀/b_к (b₀ - центральная или корневая хорда, b_к - концевая хорда крыла), углом стреловидности c. Угол стреловидности - угол между линией, проходящей через переднюю кромку, либо линию четверти хорд крыла и перпендикуляром к плоскости симметрии самолета. Для треугольных крыльев этот угол измеряется по передней кромке крыла. Наиболее распространены следующие формы крыльев в плане (Рис. 2.3. а) б)):

а) б)

Рис.3.3. Стреловидность и разные формы крыла на виде в плане

· прямое (прямоугольное а), трапециевидное б), овальное и их комбинации),

· стреловидное; при этом, прямая стреловидность – когда концевая часть крыла сдвинута назад по полету г), обратная стреловидность – когда конец крыла сдвинут вперед (На самолёте СУ-47 "Беркут"), существуют также крылья двойной стреловидности;

· треугольное в), и его разновидности: двойная дельта, оживальное крыло,

· крыло с изменяемой в полете стреловидностью (целиком поворотная консоль, как на Миг-23.

Рис. 3.4. Схема самолёта Миг-23

· либо поворотная часть консоли, как на самолёте Су-17).

Рис. 3.5. Схема самолёта Су-17

В поперечном сечении крыло представляет собой аэродинамический профиль, характеризуемый его относительной толщиной:

с_max - максимальная толщина профиля, b - хорда крыла.

3.2. Нагрузки крыла

В полете, при взлете и посадке на крыло действуют следующие нагрузки (Рис. 3.4.):

Рис. 3.4. Основные аэродинамические силы крыла

· аэродинамические силы разряжения или избыточного давления, распределенные по поверхности крыла (q_в),

· массовые инерционные нагрузки от массы конструкции крыла, в том числе и его сила тяжести, распределенные по объему конструкции крыла (q_кр),

· сосредоточенные нагрузки от инерционных сил и сил тяжести агрегатов и грузов, приложенных в узлах их крепления к крылу (P_агр.).

Упрощённая схема нагружения крыла показана на Рис.3.5.

Рис. 3.5. Упрощённая схема нагружения крыла

Все нагрузки, приложенные к крылу, уравновешиваются реакциями в узлах его крепления к фюзеляжу (R_Ф) (Рис. 3.6.).

Рис. 3.6. Крыло обычное и с подкосом

На стоянке на крыло действуют массовые нагрузки (Рис. 3.7.)

 

Рис. 3.7. Крыло на стоянке Рис. 3.8. Изгиб крыла в полёте

В результате воздействия воздушной нагрузки крыло испытывает деформацию изгиба (Рис. 3.8.)

3.3. Основные силовые элементы крыла

Основными элементами крыла являются Рис. 3.9.:

· обшивка, а также продольные элементы

·:лонжероны,

· продольные стенки,

· стрингеры;

· панели, состоящие из обшивки и стрингеров;

· поперечные элементы:

· нервюры,

Рис. 3.9. Основные силовые элементы крыла

Обшивка

Внешняя поверхность крыла образуется обшивкой. У самолетов с небольшими скоростями полета может использоваться полотняная обшивка из хлопчатобумажных или синтетических тканей. На большинстве современных самолетов используется металлическая обшивка из алюминиевых сплавов. На сверхзвуковых скоростях полета находят применение обшивки из стали или титановых сплавов. В последнее время все шире начинают использоваться обшивки из композиционных материалов (КМ) - стекло-, угле-, боропластики.

Конструктивно обшивка может изготавливаться из металлических листов постоянной или переменной толщины. В качестве обшивки могут использоваться монолитные оребрёные панели, получаемые фрезерованием, штамповкой или прессованием, клееные или сварные панели с сотовым заполнителем, клееные панели из КМ. Поверхность обшивки должна быть очень гладкой, допустимая шероховатость не более 5 мкм. С этой целью на обшивку наносится лакокрасочное покрытие с последующей полировкой.

Обшивка должна обеспечивать герметичность конструкции. Перетекание воздуха через щели в стыках обшивки увеличивает сопротивление крыла и ухудшает его аэродинамические качества.

Одна обшивка, как правило, не может обеспечить необходимой прочности и жесткости крыла, поэтому ее изнутри приходится подкреплять каркасом, состоящим из продольного и поперечного набора. К продольному набору относятся лонжероны, продольные стенки и стрингеры. Поперечный набор состоит из нервюр.

Лонжероны

Лонжероны представляют собой тонкостенные силовые балки, состоящие из поясов и связывающих их стенок (Рис. 3.10.).

 

в)

Рис. 3.10. Типовой вид а), б) в) и сечения лонжерона крыла с)

Рис. 3.11. Балочный а) и ферменный б) лонжерон

По конструктивно-силовой схеме лонжероны бывают ферменными (Рис. 3.11 б), балочными (Рис. 3.11 а) и и ферменно-балочного типа. Балочные лонжероны состоят из поясов, стенок и подкрепляющих стоек. Лонжероны могут быть составными, собираемыми из отдельных элементов, или монолитными, изготавливаемыми штамповкой либо фрезерованием в виде одной детали. Силовые элементы лонжеронов изготавливаются из высокопрочных алюминиевых сплавов, сталей, титановых сплавов, КМ. При изгибе крыла пояса лонжерона работают на растяжение - сжатие, а стенка воспринимает касательные усилия. Для снижения массы конструкции материал поясов должен располагаться на наибольшем удалении от нейтральной оси сечения лонжерона (Рис. 3.10.).

Типовые сечения лонжеронов показаны на Рис. 3.12.

Рис. 3.12. Типовые сечения лонжеронов крыла

В крыльях с большой строительной высотой вместо балочных лонжеронов применяются ферменные лонжероны.

Продольные стенки

Продольные стенки – это такие типы лонжеронов (Рис. 3.12.), которыеставятся для получения замкнутого контура крыла в случае, когда его хвостовая часть вырезана под элероны или закрылки, а также для увеличения жесткости крыла в вертикальном направлении. От лонжеронов стенки отличаются отсутствием силовых поясов, а также наличием шарнирных, а не моментных узлов крепления. Слабые пояса в виде прессованных или гнутых уголков могут использоваться для удобства приклепывания к стенке обшивки.

Рис. 3.13. Лонжероны в форме продольных стенок

Стрингеры

Стрингеры – это продольные элементы. которые используются для подкрепления обшивки (Рис. 3.14.). Конструктивно выполняются в виде гнутых или прессованных профилей различного сечения. Стрингеры крепятся к обшивке и к нервюрам.

Рис. 3.14. П оперечные сечения стрингеров крыла

Нервюры

Нервюры – элементы продольного набора крыла. которые обеспечивают сохранение в полете заданной формы профиля и восприятие местной воздушной нагрузки крыла. Обычно нервюры разрезаются в местах пересечения с лонжеронами и продольными стенками и стыкуются с ними по всей высоте с помощью отбортовок или уголков-стоек. Также в нервюрах могут выполняться вырезы под стрингера.

 

Рис. 3.15. Внешний вид нервюры крыла

Иногда нервюры разрезаются в плоскости хорд для улучшения технологических свойств крыла (Рис. 3.15.).

Рис. 3.15. Разрез нервюры в плоскости хорд

Наибольшее распространение получили нервюры, изготавливаемые штамповкой из листа. Края нервюр отгибаются для приклепывания к вертикальным стенкам и к обшивке (Рис. 3.16.). Избыточная прочность нервюры позволяет вырезать в ней отверстия облегчения. Для повышения устойчивости отверстия облегчения отбортовываются, а в стенке нервюры штампуются глухие канавки - зиги.

Рис. 3.16. Нервюры, изготавливаемые штамповкой, зиги и отверстия облегчения

В местах приложения больших сосредоточенных нагрузок устанавливаются усиленные нервюры, имеющие усиленные пояса 1 и толстые стенки 2 с отверстиями облегчения 3 и подкрепляющими рёбрами 4..

Рис. 3.17. Усиленная монолитная нервюра

1 – пояс нервюры; 2 – стенка нервюры; 3 – отверстие облегчения; 4 – усиливающие рёбра-стойки

Силовая работа крыла

С точки зрения строительной механики крыло представляет собой консольно закрепленный брус, загруженный аэродинамическими и массовыми нагрузками (Рис. 3.18.), которые вызывают деформации сдвига, изгиба и кручения (Рис. 3.19.).

 

Рис. 3.18. Нагрузки, действующие на крыло

Величина действующих сил, их распределение по размаху и хорде определяются при проведении прочностного расчета крыла. Отдельно рассматривается общая силовая работа крыла как бруса и работа его элементов при восприятии местной воздушной нагрузки.

 

Рис. 3.19. Нагрузки на крыло

С помощью этих эпюр проверяется прочность основных элементов крыла во всех расчетных сечениях. В первом приближении вполне допустимо полагать, что в любом сечении крыла вся перерезывающая сила воспринимается работающими на сдвиг вертикальными стенками, крутящий момент - потоком касательных усилий в элементах замкнутого контура сечения, а изгибающий момент - осевыми усилиями в наиболее удаленных от нейтральной оси сечения элементами - поясами лонжеронов или силовыми панелями крыла (Рис. 3.20, Рис. 3.21.).

Рис. 3.20. Изгиб и кручение крыла Рис.3.21. Нагружение крыла силами и моментами

В каждом сечении крыла действуют: поперечная сила, Q, изгибающий момент

M _изг., крутящий момент, M _крут..

Поперечная сила – это равнодействующая аэродинамических сил, с учётом разгрузки, приведенная к центру жёсткости (Рис. 3.20.). Поперечная сила в сечении крыла воспринимается потоком касательных усилий,возникающих в обшивке, стенках лонжеронов и нервюр.

Изгибающий момент образуется за счёт поперечной силы и воспринимается растяжением-сжатием (пара сил – N, Рис. 3.23.)поясов лонжеронов и панелей, образованных работающей обшивкой и стрингерами.

Крутящий момент возникает из-за несовпадения центра давления и центра жёсткости и воспринимается потоком касательных усилий, возникающих в замкнутом контуре, образованном работающей обшивкой и стенками лонжеронов.

В тех местах, где стоят нервюры, крутящий момент воспринимается изгибом нервюр, а значит, растяжением-сжатием поясов нервюр.

Рис. 3.22. Уравновешивание Рис. 3.23. Нагрузки в сечении крыла

крыла в сечении

По известным нагрузкам строятся эпюры изменения по размаху крыла перерезывающих сил Q, изгибающих M и крутящих M_z моментов (Рис. 3.24.).

Рис. 3.24. Эпюры нагрузок, действующих на крыло

Рис. 3.25. Нагружение тонкостенной балки крыла

Местная воздушная нагрузка в виде избыточного давления или разряжения создает поперечную нагрузку для обшивки и вызывает в ней изгибные деформации (Рис. 3.26.).

 

Рис. 3.26. Нагрузки, действующие на обшивку, стрингер и крепёжные элементы крыла

Уравновешивающие реакции возникают по стыковым швам, соединяющим обшивку со стрингерами, нервюрами, поясами лонжеронов и стенок (рис. 3.26.). Эти реакции для стрингеров являются поперечной нагрузкой и заставляют их работать на изгиб. Опорами для них служат нервюры. Вертикальная нагрузка, передаваемая с обшивки и стрингеров на нервюру уравновешивается реакциями стенок, с которыми связана нервюра, а также потоком касательных усилий со стороны замкнутого контура, на который опирается нервюра.

Рис. 3.27. Замкнутые контуры крыла при работе на кручение

Напряжения в элементах крыла от местной нагрузки обычно невелики и часто не учитываются. Исключением являются нервюры, для которых местная нагрузка является основной. При рассмотрении местного нагружения элементов крыла обычно определяющим для них является не прочность, а жесткость, т.е. их деформации, от которых зависит искажение внешних обводов крыла под нагрузкой.

Лонжеронная схема крыла

В любом сечении крыла лонжеронной схемы практически весь изгибающий момент воспринимается поясами лонжеронов. Пояса при этом работают на осевые нагрузки растяжения-сжатия, образуя пару сил, уравновешивающую момент изгиба. Материал поясов в лонжеронном крыле используется весьма полноценно, т.к. общая потеря устойчивости сжатых поясов исключается из-за связи их с вертикальными стенками лонжеронов и с горизонтальной панелью обшивки, а местную потерю устойчивости сжатых поясов легко можно исключить рациональным подбором параметров его сечения - толщины и высоты полок. В результате, разрушение сжатых поясов будет происходить при напряжениях, близких к пределу прочности материала. Разрушающие напряжения растянутых поясов лонжерона также равны пределу прочности материала. В них следует лишь учесть ослабление поясов отверстиями под крепежные элементы.

По количеству лонжеронов различают одно-, двух-, трех- и многолонжеронные крылья. В разъеме лонжеронного крыла основные стыковые узлы устанавливаются по поясам лонжеронов, т.е. в отдельных точках сечения крыла (Рис. 3.29). Такой стык получил название точечного стыка.

 

Рис.3.29. Типовые стыки по поясам лонжерона

В этом случае каждый лонжерон через стыковые узлы поясов передает весь изгибающий момент, подошедший к разъему, на ответные узлы. Этот способ крепления лонжерона обычно называют моментным узлом. Стыковые узлы по лонжеронам передают и часть перерезывающей силы, пришедшей по его стенке, а также могут передавать и составляющее усилие от крутящего момента. Кроме основных узлов стыка по лонжеронам в разъеме крыла могут устанавливаться дополнительные, обычно шарнирные, узлы на продольных стенках или просто на усиленной нервюре, которые обеспечивают передачу крутящего момента.

Кессонная схема крыла

Кессонная силовая схема крыла (Рис. 3.30.) предусматривает использование ослабленных поясов лонжерона, которые воспринимают небольшую часть изгибающего момента, а большая его доля передается на силовые панели, установленные между лонжеронами.

 

Рис. 3.30. Кессонная схема крыла

Силовые панели также имеют различное конструктивное исполнение (см. Рис. 3.31.):

А)

Б) прессованная панель

В) панель с сотовым заполнителем

Рис. 3.31. Конструктивное исполнение силовых панелей

Панели можноклассифицировать по следующим типам:

· сборные панели из толстой обшивки и мощного стрингерного набора;

· монолитные панели с оребрением, изготовленные штамповкой или фрезерованием;

· трехслойные панели с сотовым заполнителем;

· клееные панели из композиционных материалов.

При изгибе крыла аналогично поясам лонжеронов одна панель растягивается, а вторая - сжимается осевыми нагрузками. Разрушение сжатой панели определяется критическими напряжениями общей или местной потери устойчивости, которые всегда ниже предела прочности материала. Разрушение растянутой панели лимитируется усталостными характеристиками конструкции.

Кессонная схема крыла требует принципиально иной схемы стыковки в разъеме по сравнению с лонжеронными крыльями. Для полноценной передачи изгибающего момента силовые панели в разъеме должны стыковаться не в отдельных точках, а по всему контуру этой панели. Конструктивно такой контурный стык (Рис. 3.32.)может выполняться по-разному - уголками, стыковыми фитингами, накладками и т.п.

 

Рис. 3.32. Фитинговый и срезной стык панелей крыла

Моноблочная схема крыла

В крыле моноблочной конструкции весь изгибающий момент воспринимается только силовыми панелями. Пояса лонжеронов значительно слабее, лонжероны через стенки связывают между собой верхнюю и нижнюю силовые панели. В разъеме крыла силовые панели обязательно должны иметь контурный стык.

Подкосные схемы крыльев

Существуют также схемы самолётов с подкосными крыльями: АН-14, АН-28 (Рис. 3.33), ЯК-12.

Рис. 3.33. Многоцелевой грузо-пассажирский самолёт с подкосным крылом, АН-28

 

Органы управления на крыле

На концах крыла в хвостовой его части шарнирно подвешиваются элероны (Рис. 3.34.), которые обеспечивают устойчивость, управление и балансировку самолета по крену.

 

Рис. 3.34. Схема крепления элеронов к крылу

Правый и левый элероны отклоняются в противоположные стороны и за счет разницы в подъемной силе крыльев создают момент крена. У самолетов, имеющих крылья большого удлинения и высокие околозвуковые скорости полета, эффективность элеронов падает из-за проявления аэроупругого явления, получившего название реверс (обратная работа) элеронов. Суть его связана с тем, что изменения подъемной силы, вызванные отклонением элеронов, закручивают крыло и изменяют его угол атаки, что приводит к появлению новых приращений подъемной силы, которые направлены в противоположные по отношению к силам, создаваемым элеронами, сторону. В результате уменьшается кренящий момент самолета, что летчиком ощущается как снижение эффективности элеронов с ростом скорости полета. В конечном счете при определенной скорости полета, называемой критической скоростью реверса, элероны полностью перестают работать, а на более высоких скоростях создают кренящий момент обратного знака. Устранить обратную работу элеронов и уменьшить деформации кручения крыла при их отклонении можно или переносом элеронов с конца крыла в среднюю его часть, или сокращением размеров, прежде всего размаха, элеронов. В том и другом случае эффективность элеронов снижается. Компенсировать падение эффективности можно установкой дополнительных поверхностей управления по крену – интерцепторов (Рис. 3.35.). Интерцептор представляет собой щиток, шарнирно закрепленный на верхней поверхности крыла, который дополнительным приводом синхронно с идущим вверх элероном отклоняется также вверх и, вызывая интенсивный срыв потока на крыле, увеличивает кренящий момент самолета. При отклонении элерона вниз интерцептор прижат к крылу и не работает. Такие интерцепторы принято называть элеронными или элерон-интерцепторами. Их не следует путать с тормозными интерцепторами (спойлерами) - гасителями подъемной силы, которые отклоняются синхронно на левом и правом крыльях и служат для симметричного срыва подъемной силы, что в полете может использоваться для увеличения крутизны траектории снижения, а на пробеге для увеличения нагрузки на колеса шасси и более интенсивного их торможения.

А)

Б)

Рис. 3.34. Крепление интерцепторов на крыле

Механизация крыла

Улучшение взлетно-посадочных характеристик самолета и, прежде всего, снижение его посадочной скорости и скорости отрыва на взлете обеспечивается применением средств механизации крыла (Рис. 3.35.).

А)

Б)

Рис. 3.35. Механизация крыла

А) 1 – предкрылки; 2 – элероны; 3 – интерцепторы элеронов; 4 - внешний закрылок; 5 – внутренний закрылок; 6 - дефлектор

Б) 1 - предкрылки, 2 - закрылки, 3 - гасители подъемной силы, 4 - тормозной щиток, 5- элерон.

К этим средствам относятся устройства, позволяющие изменять несущую способность и сопротивление крыла. Они могут устанавливаться по передней кромке крыла - предкрылок (Рис. 3.36.), отклоняемый носок, по задней кромке - щитки, закрылки (одно-, двух– (Рис. 3.37.), трехщелевые) и на верхней поверхности крыла - тормозные щитки и гасители подъемной силы.

Рис. 3.36. Предкрылок и закрылок с дефлектором на крыле

Рис. 3.37. Двухщелевой закрылок

Закрылки, щитки, предкрылки перед посадкой отклоняются (и выдвигаются) на максимальные углы, обеспечивая прирост несущей способности крыла (С_yаS) за счет увеличения кривизны профиля, некоторого увеличения площади крыла и за счет щелевого эффекта. Рост несущей способности крыла уменьшает посадочную скорость самолета. На взлете эта механизация отклоняется на меньшие углы, обеспечивая некоторое увеличение несущей способности при незначительном росте сопротивления, в результате чего сокращается длина разбега самолета. Тормозные щитки и гасители подъемной силы обычно отклоняются на пробеге, обеспечивая резкое падение подъемной силы крыла, что позволяет более интенсивно использовать тормоза колес и сокращать длину пробега. На величину посадочной скорости и скорости отрыва они не влияют. Тормозные щитки и гасители подъемной силы также могут использоваться в полете для уменьшения аэродинамического качества и увеличения угла планирования при снижении.

Стреловидные крылья

Стреловидность крыла используется для уменьшения волнового сопротивления на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета.

А)

Б)

Рис. 3.38. Силовые схемы стреловидных крыльев А); Б)

Особенности силовой работы стреловидных крыльев при передаче нагрузок связаны с конструкцией их корневых частей, непосредственно прилегающих к фюзеляжу (участки 1-2-3) (Рис.3.38 а) – ж)). За пределами этих участков, в направлении к концам крыла, конструкция и силовая работа стреловидных крыльев практически не отличается от крыльев прямых.

Нервюры в стреловидных крыльях могут располагаться по потоку или перпендикулярно к одному из лонжеронов, к оси жесткости или просто к средней линии крыла. С точки зрения силовой работы крыла это безразлично. Расположение нервюр по потоку дает некоторые аэродинамические преимущества, но сильно усложняет их конструкцию, увеличивает массу за счет большей длины и снижает критические напряжения обшивки за счет увеличения длины диагонали элемента обшивки между нервюрами и стрингерами. Поэтому чаще нервюры располагают перпендикулярно к одному из лонжеронов. Различают стреловидные крылья с переломом осей продольных элементов по борту фюзеляжа (схемы а,б,ж) и с переломом в плоскости симметрии самолета, а также крылья без перелома осей силовых элементов - крылья с внутренней подкосной балкой (схема в).
Особенность силовой работы корневой части стреловидного крыла выражается в следующем:

· при переломе осей продольных элементов у борта фюзеляжа необходимо устанавливать силовую нервюру-балку 1-2 (Рис. 3.38. а,б,ж);

· для передачи крутящего момента необходима постановка силовой нервюры 2-4 (Рис. 3.38. г);

· в корневой части крыла происходит перераспределение усилий из-за большой податливости переднего лонжерона и участка силовой панели в зоне этого лонжерона, в результате чего передний лонжерон и панель в его зоне разгружаются, а задний лонжерон и прилегающий участок силовой панели - догружаются (Рис. 3.38. г);

· при переломе осей продольных элементов в плоскости симметрии самолета необходимо устанавливать силовую нервюру-стенку для восприятия сдвиговых потоков в этой плоскости от неуравновешенной составляющей изгибающих моментов левой и правой частей крыла;

· в схеме с внутренней подкосной балкой отпадает необходимость в бортовой усиленной нервюре 1-2, а в точке 1 можно использовать шарнирный стыковой узел, что обеспечивает разгрузку лонжерона на участке 1-3 (Рис. 3.38. в).

Треугольные крылья

У треугольных крыльев за счет использования малых относительных толщин и малого удлинения можно до минимума свести волновое сопротивление, что особенно важно для сверхзвуковых скоростей полета. В то же время, большие хорды в корневой части крыла обеспечивают получение в этой зоне больших строительных высот, что уменьшает массу конструкции и дает большие объемы для размещения топлива и другой полезной нагрузки. Треугольные крылья обладают большой жесткостью и менее подвержены явлениям аэроупругости. С другой стороны, большая стреловидность по передней кромке и малый размах этих крыльев уменьшают его несущую способность и снижают эффективность механизации, что отрицательно сказывается на взлетно-посадочных характеристиках самолета. Наиболее распространенные конструктивно- силовые схемы треугольных крыльев(Рис. 3.39. а) – д):

· многолонжеронное крыло с лонжеронами, перпендикулярными плоскости симметрии самолета (а);

· однолонжеронное крыло с дополнительными стенками (б);

· многолонжеронное крыло с лонжеронами, расположенными по образующим крыла (в);

· кессонное крыло с вспомогательными стенками (г);

· лонжеронное крыло с подкосной балкой (д).

 

 

Рис. 3.39. Силовые схемы треугольных крыльев

Особенности силовой работы треугольных крыльев заключаются в следующем.
Лонжероны, силовые панели, стенки, поставленные перпендикулярно плоскости симметрии самолета, обеспечивают наименьшую массу конструкции за счет передачи нагрузки с крыла на фюзеляж по кратчайшему пути. Однако в технологическом отношении такая схема сложна, т.к. пояса лонжеронов, отбортовки продольных стенок в этом случае криволинейны и имеют переменные по размаху малки.
Расположение лонжеронов по образующим линиям крыла обеспечивает прямолинейность и постоянство малок указанных элементов по размаху, что значительно упрощает их изготовление, но масса крыла такой схемы увеличивается за счет большей длины лонжеронов и необходимости постановки силовой бортовой нервюры.
Схема с подкосной балкой обеспечивает конструктивную простоту создания в крыле ниши для размещения стойки шасси.

Вопросы для самоконтроля и тренинга

А) Б)

Рис.3.46. Стык нервюры с лонжероном

В корневой части ОЧК к поясам лонжерона болтами крепятся хвостовики стыковых фитингов. В месте стыка пояса лонжерона и хвостовики фитингов фрезеруются "на ус". Стенка лонжерона заклепками крепится к вертикальным ребрам хвостовиков фитингов.

Стенка. Задняя стенка замыкает вырез в обшивке под элерон. Стенка выполнена из дюралюминия толщиной 0,8 мм сверху и снизу соединена заклепочными швами с гнутыми уголками, к которым приклепывается обшивка (Рис. 3.47.). Стенка работает на сдвиг. Поток касательных усилий в ней складывается из касательных усилий от перерезывающей силы и крутящего момента. Между нервюрами стенка подкреплена вертикальными стойками из прессованных уголков.

 

Рис. 3. 47. Задняя продольная стенка крыла

Стрингеры. Стрингеры представляют собой бульбообразные прессованные профили постоянного по размаху сечения, количество которых к концу крыла постепенно уменьшается (Рис. 3.48). Стрингеры расположены по образующим крыла, что обеспечивает их прямолинейность и отсутствие закручивания их по размаху.

 

Рис. 3.48. Бульбообразные в сечении стрингера крыла

Нервюры. Нервюры балочного типа изготовлены штамповкой из листового дюралюминия толщиной 1 мм и состоят из носка и средней части. Обе части по наружному контуру имеют отбортовки для приклепывания обшивки. В отбортовках сделаны прорези под стрингеры. Соединение нервюры со стрингерами выполнено заклепками через уголковые накладки (Рис. 3.49.).

 

Рис. 3.49. Соединение нервюры со стрингерами через уголковые накладки (кницы)

Для облегчения в стенках нервюр вырезаны отверстия, края которых отбортованы с целью повышения жесткости стенки. С этой же целью между отверстиями облегчения выштампованы "зиговки" - профилированные канавки. Носки нервюр усилены прессованными бульбообразными уголками, приклепанными сверху и снизу к стенке нервюры над стрингерами.

Рис. 3.50. Общий вид нервюры крыла в соединении с каркасом.

Крепление нервюр к стенке лонжерона и задней продольной стенке выполнено с помощью вертикальных гнутых уголков (стоек), закрепленных на этих стенках (Рис. 3.50., Рис. 3.51.). Бортовая нервюра имеет большую толщину и усилена поясами по верхнему и нижнему контуру обшивки. В местах крепления кронштейнов навески элерона нервюры крыла усилены поясами из прессованных уголков, к которым с помощью фитингов крепятся кронштейны.

Рис. 3.51. Стык нервюры со стенкой лонжерона

3.12.1.4. Стыковые узлы крыла

Крыло имеет пять стыковых точек для соединения ОЧК со средними частями крыла (Рис. 3.52.). Два основных стыковых узла, передающих весь изгибающий момент, расположены по поясам лонжерона.

Рис. 3.52. Фитинговый стыковой узел по поясу лонжерона

Они представляют собой стыковые фитинги, отштампованные из алюминиевого сплава, хвостовики которых соединяются болтами с поясами лонжерона и заклепками со стенкой лонжерона. Хвостовики фитингов и пояса лонжеронов в месте их стыка сфрезерованы на «ус».
Стыковые фитинги соединяемых частей крыла стягиваются болтами из высокопрочной стали (верхний болт диаметром 40 мм, нижний - 36 мм), оси которых совпадают с осями поясов лонжерона. Эти болты закладываются в специальные гнезда в стыковых фитингах. Каждый болт снабжен двумя гайками с шестигранными углублениями под торцевые ключи. После затягивания стыковых гаек гнезда в фитингах закрываются крышками, которые крепятся винтами на анкерных гайках.

При передаче изгибающего момента стыковые болты работают на осевые нагрузки. В основных случаях нагружения крыла, когда аэродинамическая нагрузка направлена вверх, нижний болт растягивается, а верхний болт не работает, т.к. сжимающая сила верхнего пояса лонжерона передается давлением стыкового фитинга ОЧК на ответный фитинг средней части крыла. Верхний болт передает и перерезывающую силу крыла, приходящую со стенки лонжерона. Чтобы разгрузить нижний стыковой болт, работающий на растяжение при максимальных нагрузках крыла, он в отверстии фитинга установлен с зазором, что обеспечивает передачу всей перерезывающей силы лонжерона только через верхний болт.

Задняя стенка стыкуется двумя болтами диаметром 12 мм, оси которых параллельны осям стыковых болтов лонжерона (Рис. 3.53.). Стыковые болты стенки стягивают два стыковых фитинга, закрепленных на этой стенке. Срезом стыковых болтов передается пере