Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Проектирование конструкций летательных аппаратов

Предисловие

При проектировании элементов конструкции самолетов качество проектов при возрастающей их сложности можно улучшить, совершенствуя методы конструирования на основе автоматизации процессов конструирования.

Автоматизация конструирования предопределяется возможностью алгоритмизации задач конструирования. От качества алгоритма зависит не только эффективность использования ЭВМ, но и оптимизация конструкции.

В соответствии с учебным планом и типовой программой курса «Проектирование конструкций самолетов», предусмотрено проведение практических занятий по 4-м темам. Методическое указание содержат введение, исходные и необходимое справочные данные, варианты заданий и алгоритмы конструирования и проектирования по каждому практическому занятию.

Реализованные на базе составленных алгоритмов программы содержат большой числовой материал, что позволяет использовать их для решения многих вариантов заданий. Из-за ограниченности объема в пособии приводятся алгоритмы задач конструирования и обращение к программам. Программы хранятся на кафедре «Конструкция и проектирование самолетов» в библиотеке прикладных программ. Не все конструктивные решения и методы расчета следует рассматривать как единственно возможные, поскольку авиационные конструкции и методы их расчета постоянно совершенствуются.

Методические указания можно использовать при курсовом и дипломном проектировании.

Методические указания будут способствовать выработке у студентов навыков конструирования при применении как ручных, так и автоматизированных способов конструирования.

Практическое занятие №1

Тема: «Конструирование однорядных и двухрядных заклепочных швов»

Заклепочные соединения

Заклепочные соединения широко принимаются в самолетостроении, для неразъемных соединений. Соединение должно быть спроектировано так, чтобы заклепка работала на срез. В случае, если действующая нагрузка вызывает отрыв головки, заклепки заменяют болтами. Заклепочное соединение может быт одно- и двухсрезным. Двухсрезный заклепочный шов по характеристикам усталостной прочности лучше, чем односрезный, в котором заклепка работает не только на срез, но и на изгиб.

Основными параметрами заклепочного шва являются:

шаг заклепок - t (мм)

расстояние ряда заклепок от края листа - е (мм)

диаметр заклепок - d (мм)

толщина листа - (мм)

толщина пакета - S (мм)

Выбор параметров шва и размеров заклепок проводится в соответствии с условием равно прочности заклёпок и листа обшивки. Как правило, соединения должны выполняться прессовой клёпкой. Ударная ручная клёпка пневмомолотками допускается для заклёпок диаметром до 4 мм включительно. Наиболее распространённые типы заклёпок с двухсторонним подходом для плёнки приведены в таблице I. Заклёпки из В65 применяются для клёпки деталей, работающих при температурах до 100^оС. Для конструкций, подвергающихся нагреву до 250^оС, применяются заклёпки из материала Д19П.

Для силовых швов, не находящихся в потоке, целесообразно применять заклёпки с полукруглыми и плоскими головками. Для основной части внешней поверхности обшивки целесообразно применять потайные заклёпки двух типов: с углом раствора головки 90^о и 120^о. При толщине обшивки, меньшей высоты головки, применяются заклёпки только с углом 120^о.

Недостатком потайных заклёпок является низкая усталостная прочность соединения при работе на знакопеременные циклические нагрузки. Заклёпки потайные с компенсатором и заклёпки с потайной замыкающей головкой (ПЗГ) применяются для клёпки обшивок, обеспечивая соединение с повышенным техническим ресурсом и его герметизацию.

Расчёт однорядных заклёпочных швов

По заданной внешней нагрузке и конструктивному виду заклёпочного соединения определяются усилия среза и смятая, действующие на заклёпку и соединяемые элементы. Эти усилия по условию прочности должны быть не больше, чем соответствующие разрушающие усилия.

Расчётная схема представлена на рис. 1. Исходные данные для расчёта выбираются в соответствии с вариантом задания из таблицы №2.

Общие условия: материал листа - D16Т

материал заклёпок - В65;

Рис. 1. Расчётная схема заклепочного шва

Таблица №1. Заклёпки с двухсторонним подходом

Вид заклепок	Обозначение	Материал	Эскиз
С плоско - скругленной головкой для ручной клепка: для автоматической клепки:	3501А 3504А 3508А ОСТI-34035-78	В65 Д19П 1Х18Н9Т В65
с компенсатором	ОСТI-34040-79 ОСТI-34045-79	В65 В65
С потайной головкой 90о для ручной клепки: для автоматической клепки с компенсатором: для ручной клепки: для автоматической клепки	3531А 3534А 3539А ОСТI-34037-78 ОСТI-12020-75 ОСТI-34039-79	В65 Д19П 1Х18Н9Т В65 В65 В65
С потайной головкой 120о для ручной клепки: для автоматической клепки: с компенсатором: Универсальные: Стержневые:	3547А 3550А 3552А ОСТI-34038-78 ОСТI-34047-80 ОСТI-34043-80 ОСТI-34044-80 ОСТI-34012-76	В65 Д19П 1Х18Н9Т В65 В65 В65 В65 В65

Порядок расчёта:

1.1. Определяется сила среза приходящаяся на одну заклепку:

P_ср=qt

1.2. Определяется диаметр заклепки из условия среза:

; откуда

где n - число плоскостей среза

_вз - допустимое напряжение среза материала заклепки;

_вз = (0,6…0,65)_в.

1.3. Определяется расстояние заклепки от края листа.

Рассматривая срез листа по двум плоскостям (Iи2 на рис I) и смятые листа заклепкой, имеем:

;

; откуда

где _см = (1,1…1,4)_в-допустимое напряжение смятия.

Из условия обеспечения равнопрочности листа на срез и смятие находим:

При:

При:

Из двух значений выбирается большее.

По полученному значению потребного диаметра заклепки выбирается вид заклепки в соответствии с таблицей №I.

Таблица №2. Исходные данные для расчета однорядных заклепочных швов

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	0,5	0,6	0,8	1	1,2	1,2	1,5	1,5	1,6	1,8	2	2
t	10	15	12	14	16	15	15	16	15	18	20	25
q	6	8	12	15	18	20	22	24	20	22	24	26
№	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
	0,8	1	1,2	1,2	1,5	1,5	1,6	1,8	2	2	2,5	2,5
t	14	16	15	15	16	15	18	20	25	25	30	35
q	18	20	24	20	20	22	24	26	30	35	50	56

В исходных данных задаются:

распределенная погонная нагрузка - q (ДаН/мм)

шаг заклепок - t (мм)

толщина листа - (мм)

Двухрядный заклепочный шов.

Расчетная схема двухрядного заклепочного шва представлен на рис. 2.

Порядок расчета:

Определяется сила среза заклепок на длине одного шага:

2.2. Диаметр заклепок определяется исходя из того, что на длине шага на срез работают две заклепки:

откуда:

2.3. Расстояние от края листа до оси заклепок определяется с учетом среза листа по четырем плоскостям (1,2,3,4 по рис. 2.).



Рис. 2. Расчетная схема двухрядного заклепочного шва

Из условия получим

2.4. Расстояние между рядами заклепок - h, можно определить в зависимости от диаметра заклепок и шага заклепок следующими выражениями:

где: коэффициент концентрации напряжений.

Из двух значений h выбирается большее значение.

Таблица №3. Исходные данные для расчета двухрядных заклепочных швов

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	0,5	0,6	0,8	1	1,2	1,2	1,5	1,5	1,6	1,8	2	2
t	10	15	12	14	16	15	15	16	15	18	20	25
q	10	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	55
№	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
	0,8	1	1,2	1,2	1,5	1,5	1,6	1,8	2	2	2,5	2,5
T	14	16	15	15	16	15	18	20	25	25	30	35
q	35	40	50	45	45	45	50	55	60	65	70	75

В исходных данных задаются:

распределенная погонная нагрузка - q (ДаН/мм)

шаг заклепок - t (мм)

толщина листа - (мм)

Программа расчета заклепочных соединений.

Приведенные в разделах 1 и 2 алгоритмы расчета однорядных и двухрядных заклепочных швов были реализованы в виде программы Rivet для вычислительной машины ПЭВМ на алгоритмическом языке Delphi 5.

В числовом материале программы используются характеристики алюминиевых сплавов Д16, В95 и др.

Решение задач по конструированию и проектированию заклепочных швов с использованием программы Rivet производится в диалоговом режиме позволяющим задать исходные данные с помощью клавиатуры или из файла, отправить программу на решение и получить ответ на экране дисплея либо на бумаге в виде распечатки или чертежа.

Практическое занятие №2

Тема: «Проектирование и расчет проушин неподвижных и подвижных соединений»

В большинстве разъемных соединений, применяемых в конструкции самолета, широко используются разного рода проушины. При проектировании надо учитывать, что любой стык является критическим местом и сделать его равнопрочным регулярному полотну без значительного увеличения массы очень сложно. К увеличению массы проушины ведет наличие концентрации напряжений в зоне отверстия, а масса проушин подвижных соединений увеличивается из-за снижения напряжения смятия под болтом и соответствующего увеличения размеров проушины.

Алгоритм проектировочного расчета проушины неподвижного соединения.

Расчетная схема проушины неподвижного соединения представлена на (рис. 2.1). Пусть задана сила Р, вызывающая разрыв проушины.

Рис. 2.1. Проушина

Расчет соединения типа «ухо-вилка» осуществляется по следующему алгоритму:

1. Определение площади сечения болта. Определяется площадь сечения болта из условия работы на срез:

где: - расчетная нагрузка на проушину;

_вб - предел прочности материала болта на срез;

_вб=(0,6…0,65)_вб

- число плоскостей среза болта, .

2. Определение диаметра соединительного болта из условия среза. Диаметр болта определяется по следующей формуле:

где:-диаметр соединительного болта, уточняется по справочникам согласно отраслевых стандартов или нормалям.

3. Определение толщины проушины.

Толщина средней проушины уха или суммарная толщина двух крайних проушин вилки определяется из условия работы проушины на смятие, определяется ее толщина:

где _см - допустимое напряжение смятия проушины может быть определено по формуле:

- коэфициент зависящий от типа соединения, =1…1,3

4. Определение остальных размеров проушины.

Осчтальные размеры проушины определяются из условия разрыва по сечению А- Необходимо учитывать, что из-за наличия отверстия в сечении А-А проушины, напряжения будут изменяться неравномерно. За разрушающее напряжение в этом случае принимается величина [],

где k - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений.

Приближенно k можно определить по эмпирической зависимости:

Более точное значение k можно определить по справочникам. Обычно, отношение параметров и выбирают в следующих пределах:

=c=1…1,4 и = 2…3

Тогда, площадь сечения проушины по сечении А-А из условия разрыва будет равна:

где _вп - допустимое временное напряжение материала проушины.

Учитывая, что площадь сечения проушины можно определить:

; У=1,2Х;

Ширину перемычки (У) необходимо проверить из условия среза по плоскостям (У₁-У₂)

;

где _ВП - предел прочности материала проушины на срез.

Необходимо соблюдение условия У<У;

Площадь сечения за проушиной определяют по выражению:

6. Программа расчета проушин неподвижного соединения.

Приведенный в разделе 2.1 алгоритм расчета проушины неподвижного соединения был реализован в виде программы PROUSH для вычислительной машины ПЭВМ на алгоритмическом языке ПАСКАЛ 7.0

В числовом материале программы используются характеристики алюминиевого сплава Д16 и стали 30ХГСА.

Решение задач по конструированию проушина с использованием программы PROUSH производится с помощью терминального комплекса автоматизированного программирования (ТЕКАП), разработанного на кафедре КиПЛА. ТЕКАП позволяет с помощью клавиатуры дисплея ПЭВМ задать исходные данные, отправить программу на решение и получить ответ на экране дисплея либо на бумаге в виде распечатки.

Для работы программы PROUSH необходимо ввести исходные данные (табл. 2.1).

Таблица 2.1

N п/п	Наименование величины	Еди- ница	Обозна- чение	Иденти- фикатор
1 2 3 4	Расчетная нагрузка на проушины Коэффициент, зависящий от типа соединения Отношение параметров Отношение параметров	Н - - -	P у/х в/d	Р MS C N

В результате расчета получаются следующие параметры проушина (табл. 2.2).

Таблица 2.2

N п/п	Наименование величины	Еди- ница	Обозна- чение	Иденти- фикатор
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Площадь сечения болта Диаметр болта Толщина проушины Площадь сечения проушины по сечении А-А Площадь сечения за проушины Ширина перемычки из условия разрыва проушины по плоскостям Потребная ширина проушины Ширина перемычки из условия среза проушины по плоскостям Коэффициент концентрации напряжений Ширина перемычки из условия среза проушины по плоскостям	мм2 мм мм мм2 мм2 мм мм мм - мм	Fб dб а Fn F1 x в У k У	SB DB A SP S1 X B Y KH Y1

Таблица 2.3. Таблица вариантов задания исходных данных

N:зад	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Р(кН)	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40	42
N:зад	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Р(кН)	44	46	48	50	21	23	25	27	29	31	33	25

Практическое занятие №3

Тема: «Проектирование кронштейна узла навески управляющей поверхностей»

Управляющие поверхности самолета (элероны, рули высоты и направления, интерцепторы, триммеры и т.п.), некоторые виды механизации крыла (поворотные щитки, закрылки и т.п.) створки шасси, грузовые люки соединяются с неподвижными частями конструкции самолета с помощью узлов навески, основными элементами которых являются кронштейны. (Приложение №2)

Кронштейны чаще всего изготавливаются штамповкой из алюминиевых сплавов (АК-4, АК-6 и т.п.). Кронштейны, на которые действуют большие расчетные нагрузки, изготавливаются из титановых сплавов (BT3-1, ВТ-22 и т.п.) и сплавов стали (45, 30ХГСА и т.п.).

Несмотря на различную конфигурацию, применяемые материалы и размеры кронштейны имеют следующие основные элементы: проушину (вилку), стенку с поясами, основание, которым кронштейн крепится к конструкции. В узлах навески соединение кронштейнов между собой осуществляется подвижным соединением типа «ухо-вилка».

Алгоритм расчета кронштейна на прочность.

В силовом отношении кронштейны представляют собой консольные балки или рамы с защемленными или шарнирно закрепленным основанием, нагруженные сосредоточенными нагрузками в виде сил и моментов.

Характерной особенностью кронштейна балочной конструкции является передача перерезывающей силы стенкой. Для снижения массы в стенке делают отверстия с таким расчетом, чтобы действующие в стенке касательные напряжения были не более допустимого. При этом максимальный размер отверстия не должен превышать половину высоты стенки. В противном случае кронштейн в силовом отношении будет представлять рамную конструкцию.

В кронштейне рамной конструкции изгибающий момент и перерезывающая сила передаются растяжением-сжатием поясов, а стенка вырождается в элементы поясов, подкрепляющие их от местной потери устойчивости. Силовой анализ показывает, что рамные кронштейны в весовом отношении выгоднее использовать в тех случаях, когда длина кронштейна достаточна велика, а действующие нагрузки небольшие.

Рассмотрим расчет типового кронштейна балочной конструкции узла навески управляющей поверхности, например элерона (рис. 2.1).

1. Расчет проушины кронштейна. Размеры проушины кронштейна (В_пн, D_пн) Зависят от устанавливаемых в них подшипников. Обычно используются шарикоподшипники радиальные сферические однорядные с двумя защитными шайбами и выступающим внутренним кольцом. Подшипник, устанавливаемый в кронштейне, подбирается с учетом заданной нагрузки по каталогу. (Приложение №3)

Ширина проушины кронштейна в соответствии с ОСТ1-03841-76 определяется следующей зависимостью:

В_пн = В_п +2*а;

где: В_п - ширина внешней обоймы подшипника;

а - расстояние от края проушины до внешней обоймы подшипника.

Эта величина зависит от наружного диаметра подшипника. При

D_п = (20***30) мм рекомендуется брать а=0,2 мм, а при

D_п = (30***40) мм рекомендуется брать а=0,25 мм.

Внутренний диаметр проушины D_вн равен наружному диаметру подшипника, т.к. подшипник устанавливается в проушину по глухой, напряженной или плотной посадке и кернится или завальцовывается. Наружный диаметр проушины D_пн определяется из условия ее прочности при запрессовке подшипника. В зависимости от материала кронштейна рекомендуются следующие значения наружного диаметра проушины:

D_пн = D_п + 2 *

Для кронштейнов, изготовленных из алюминиевых сплавов, имеющих _в=320…360 H/мм:

- при нагрузке до 10000Н =7 мм;

- при нагрузке от 10000Н до 36000Н =14 мм;

Для кронштейнов, изготовленных из стали 30ХГСА и титановых сплавов:

- при нагрузке до 10000Н =3,5 мм;

- при нагрузке от 10000Н до 25000Н =4 мм;

- при нагрузке от 25000Н до 30000Н =5 мм;

- при нагрузке от 30000Н до 36000Н =6 мм;

- при нагрузке от 36000Н до 50000Н =7 мм.

Для кронштейнов, изготовленных из магниевых сплавов:

- при нагрузке до 10000Н =6 мм;

- при нагрузке от 10000Н до 36000Н =14 мм;

Следует отметить, что в ОСТ1-12915-77 «Соединения узлов навески руля направления, руля высоты, элеронов, элевонов, киля, стабилизатора, крыла» даны конструкция и размеры шести типоразмеров проушины кронштейна киля и 24 типоразмера вилки кронштейна руля.

2. Расчет сечения кронштейна в зоне перехода от проушины к телу кронштейна. Сечение I-I (рис. 2.1) находится в зоне перехода от проушины к телу кронштейна.

Расстояние от точки приложения нагрузки до сечения I-I можно принимать:

X₁ =(0,5***1) *D_пн + (0***15)

Изгибающий момент в сечении: М^I = P₁*X₁

Ширина сечения I-I В принимаем равной ширине проушины кронштейна минус 0…6 мм. В == В_пн - (0…6);

Нормальное напряжение в сечении определяется зависимостью:

= М^I * Y/I;

где: М - изгибающий момент в сечении I-I;

; Н_min - высота сечения;

- момент инерции сечения.

;

Так как условию прочности сечения _в, то

3. Расчет толщины пояса. По технологическим соображениям толщина пояса по длине кронштейна принимается постоянной. Пояса кронштейна воспринимают осевые усилия от изгибающего момента. Так как нагрузка может быть направлена противоположные стороны, то каждый пояс будет подвергаться как растяжению, так и сжатию от изгибающего момента:

М^II =Р * Х₂

где: Х₂ - расстояние от точки приложения нагрузки Р до сечения, где сплошное сечение I-I переходит в сечение, имеющее конфигурацию двутавра

Значение X₂, рекомендуется принимать:

X₂ =(0,75***1,2) *D_пн

Площадь поперечного сечения пояса определяем из условия сохранения им общей устойчивости при сжатии.

Напряжение, действующее в поясе:

где: Н - высота сечения II-II, НН_min

Первым членом, входящим в это выражение можно пренебречь ввиду ею малости. Тогда:

Критическое напряжение общей потери устойчивости

где: C - коэффициент заделки, C=1;

Е - модуль упругости;

- длина пояса от сечении II-II до основания.

Для получения рациональной конструкции кронштейна принимаем:

_кр=(0,70,8)_в

Тогда, для (X₂ = 0,75 * D_пн) можно записать:

4. Расчет ширины пояса кронштейна у основания. Учитывая, что у основания

X₂ == L_p, Н=(Н_к - С_п) и В_пн = В_по

5. Расчет толщины стенки кронштейна. Стенка воспринимает перерезывающую силу, поэтому о на рассчитывается из условия среза

где: Н_ст - высота стенки кронштейна. Для сечения II-II (рис. 2.1) рекомендуется принимать: Н_ст Н Н_min;

_в0,6_в-допускаемое касательное напряжение.

Так как перерезывающая сила остается постоянно по длине кронштейна, а высота стенки увеличивается по направлению к основанию, то напряжения, действующие стенки уменьшаются. Для уменьшения массы кронштейна в стенки делают отверстия с таким расчетам, чтобы в оставшихся частях стенки действовали касательные напряжения не более допускаемого.

6. Расчет болтов крепления кронштейна. Болты крепления подбираются из условия работы на разрыв и на срез. На срез работают все болты. Максимальные усилия растяжения возникают в крайних верхних или нижних болтах в зависимости от направлении заданной нагрузки. Размеры Н_б и B_б определяются силовой увязкой конструкции в соответствии с размерами Н_к и В_по. При этом - минимальное расстояние от стенки кронштейна до оси болта определяется по ГОСТ 13662 - 66 «Места под ключи гаечные».

Растягивающая нагрузка на болт

где: n_б - количество болтов крепления (n_б=4).

Из условия

определяем:

где: _вб - предел прочности материала болта;

D_бр - диаметр болта из условия разрыва.

Из условия работы болтов на срез по одной плоскости:

где: D_бcp - диаметр болта из условия среза:

_вб - напряжение среза болта, _вб == 0,7 * _вб

Следовательно,

Из двух значений диаметров выбираем наибольшую из них и, как это указано выше, определяем действующее в болт суммарное напряжение от среза и растяжения:

Суммарное напряжение должно быть меньше предела прочности материала болта

_вб

7. Расчет толщины основания кронштейна. Потребную толщину основания кронштейна определяем, из условия смятия ее под болтом крепления к конструкции от срезающей нагрузки:



где: _см - напряжения смятия, _см=1,3_в;

Толщину основания необходимо проверить на местный изгиб под отдельным болтом. Контакт основания с конструкцией осуществляется через выступы (бобышки) в зоне болта, если не требуется контактировать основание с конструкцией по всей плоскости. В этих случаях изгиб основания будет стесненным. Напряжение изгиба в сечении I-I на рис. 1. определяется по формуле

Рис. 1. Места крепления кронштейна.

где Р_б - осевое усилие болта; W - момент сопротивления;

;

[] - допустимое напряжение для материала болта

где b - ширина полки, эффективно работающей на изгиб.

Для случая, показанного на рис 1, a - b=S+3,5L; где S - размер под ключ см. приложение 4.

Для случая, показанного на рис 1, б - b= 2с₁+0,5 с₂.

Программа расчета кронштейна.

Приведенный в предыдущем разделе алгоритм расчета кронштейна реализован в виде программы KRON на языке ПАСКАЛ 7.0.

Решение задач по конструированию кронштейна с использованием программы КRON производится с помощью терминального комплекса автоматизированного программирования. Он позволяет с помощью клавиатуры дисплея задать исходные данные, отправить программу на решение и получить ответ на экране дисплея либо на бумаге в виде распечатки.

Практическое занятие №4

Тема: «Проектирование усиленных нервюр»

нервюра кронштейн заклепочный проушина

Усиленные (силовые) нервюры устанавливают в местах действия больших сосредоточенных сил (крепление рулевых поверхностей, элементов механизации крыла, установка узлов крепления стоек, шасси, крепление двигателей и т.п.).

По конструктивной схеме различают нервюры балочные, рамные и ферменные. В силовом отношении усиленная нервюра представляет собой плоскую балку с высокой жёсткостью в своей плоскости, нагруженную внешними сосредоточенными нагрузками, распределённой воздушной и массовой нагрузкой и уравновешенную потоками касательных усилий в обшивке крыла и стенках лонжеронов.

В данной работе рассматривается работа усиленной балочной нервюры кессонного крыла с двумя лонжеронами, к которой крепится элерон.

Лабораторно-практическое занятие проводится в учебной лаборатории кафедры под руководством преподавателя и выполняется каждым студентом самостоятельно в соответствии с вариантом задания.

После выполнения задания, работа защищается перед преподавателем и сдаётся.

Задание на ЛПЗ

Сконструировать среднюю часть усиленной нервюры навески элерона, расположенную между лонжеронами.

В соответствии с геометрией сечения крыла и заданными нагрузками произвести проектировочный расчет на прочность.

Разработать конструктивный чертеж межлонжеронной части нервюры, выполненный на миллиметровой бумаге формат 594х297.

При проектировочном расчете определить:

площадь сечения поясов нервюры;

толщину стенки;

необходимость подкрепления стенки стойками;

размеры крепежа кронштейна навески элерона к нервюре.

На конструктивном чертеже в масштабе 1:1 проработать следующие элементы конструкции:

пояса нервюры и стыковку их со стенкой и панелями крыла;

подкрепление стенки нервюры (стойки, зиги);

стык нервюры с передним лонжероном;

стык нервюры с задним лонжероном и кронштейном навески элерона.

Исходные данные

Форма поперечного сечения.

Геометрические характеристики профиля определить в соответствии с таблицей №I.

Таблица №I.

Х %	0	2,5	5	10	15	20	30	40	50	70	90	100
Ув%	0	3,11	4,31	5,68	6,89	7,54	8	7,77	7,14	5,02	2	0
Ун%	0	-2,16	-2,85	-3,52	-3,82	-3,94	-4	-3,84	-3,45	-2,31	-0,91	0

Положение лонжеронов и оси вращения элерона принять в соответствии с рис. 1.

Расчетную схему нагружения усиленной нервюры принять в соответствии с рис. 2, 3а, 3б.

Значения расчетной разрушающей распределенной по размаху воздушной нагрузки, - расчетной нагрузки в узле навески элерона, - шаг нервюр - t_н принять в соответствии с вариантом задания из таблицы №2.

Конфигурация силовых элементов представлена на рис. 4.

Геометрические размеры их определить из таблицы №2 в соответствии с вариантом задания.



Рис. 4. Конфигурация силовых элементов

Таблица №2

№ Зад
		Н/мм
1	1600	40	4	200	10	25	15	1	1	100
2	1700	50	6	205	12	26	16	1,2	1	110
3	1800	55	8	210	14	30	20	1,32	1	115
4	1900	60	10	215	15	32	21	1,4	1,2	120
5	2000	65	12	220	16	34	22	1,4	1,2	125
6	2100	70	14	230	17	35	22	1,5	1,2	130
7	2200	75	16	240	18	36	23	1,6	1,4	135
8	2300	80	18	250	20	38	24	1,6	1,5	140
9	2400	85	20	260	20	40	24	1,8	1,6	150
10	2500	90	21	270	21	41	25	1,8	1,6	160
11	2600	95	22	280	22	42	26	1,8	1,6	170
12	2700	100	23	290	22	43	26	2	1,8	175
13	2800	105	24	300	23	44	27	2,2	2	180
14	2900	110	25	310	24	45	26	2,2	2	185
15	3000	120	26	320	25	46	28	2,2	2	190
16	3100	125	27	330	25	47	28	2,4	2,2	200
17	3200	130	28	340	26	48	29	2,4	2,2	210
18	3400	135	29	350	26	49	29	2,5	2,2	220
19	3600	140	30	360	27	50	30	2,5	2,4	230
20	3800	145	31	370	28	51	30	2,6	2,2	240
21	4000	150	32	380	30	52	32	2,6	2,4	250
22	4200	155	33	390	31	54	32	2,8	2,5	260
23	4400	160	34	400	32	55	32	2,8	2,6	270
24	4600	165	35	410	34	56	34	3	2,6	280
25	5000	170	36	420	34	58	35	3	2,8	300

Построение эпюры перерезывающей силы (Q) и изгибающего момента (М_изг) действующих на усиленную нервюру

Расчетная схема сечения крыла в зоне элерона представлена на рис. 2. Распределенная аэродинамическая нагрузка принята по закону трапеции.

При этом принято допущение, что:

;

тогда:

В свою очередь, среднее значение распределенной по нервюре воздушной нагрузки q_ср можно определить по заданному расчетному значению распределенной по размаху крыла аэродинамической нагрузки -:

; [Н/мм]

где: t_н - шаг нервюр;

- распределенная расчетная погонная нагрузка;

b_н - хорда нервюры.

Для упрощения задачи определение реакций опор и построения эпюр нагрузок, представим расчетную схему в виде двух схем:

а) нервюра нагружена распределенной воздушной нагрузкой и расчетной нагрузкой в узле навески элерона - , (рис. 3а).

б) нервюра нагружена распределенной по треугольному закону воздушной нагрузкой с .

Рассматривая, для каждой схемы отдельно, статическое равновесие балки определим реакции опор.

Для расчетной схемы - I:

;

;

Откуда:

;

;

Рис. 1. Схема сечения крыла в зоне элерона



Рис. 2. Расчетная схема нагружения нервюры

Рис. 3. Расчетные схемы: а) схема - 1; б) схема - 2

Эпюры «Q» и «М» строим по отдельным участкам:

I - участок:

; ;

II - участок:

при

при

при

III - участок

при

при

Аналогично для расчетной схемы - 2.

;

Эпюры «Q» и «М» строим по отдельным участкам

I - участок:

; ;

II - участок:

при

при

при

при

III - участок

; при ; ;

; при ;

;

Для построения суммарных эпюр «Q» и «M» необходимо сложить их значения для двух расчетных схем.

; ;

I - участок:

; ;

при

; ;

при

; ;

II - участок:

;

;

при

;

;

при

;

;

III - участок

;

;

при

; ;

при

; ;

На рис. 5 и рис. 6 представлены эпюры нагрузок для расчетных схем №1 и №2, а на рис. 7 эпюры суммарных перерезывающей силы - «Q» и изгибающего момента - «М», действующих на усиленную нервюру.



Рис. 5. Эпюры «Q» и «М» для расчетной схемы 1

Рис. 6. Эпюры «Q» и «М» для расчетной схемы 2

Эпюра суммарных нагрузок «Q» и «М»

Алгоритм проектировочного расчета усиленной нервюры

Сечения поясов нервюры определяются по наибольшему действующему изгибающему моменту:

где: - площадь пояса и элемента обшивки, прилагающему к нему;

- расстояние между центрами масс полок;

- коэффициент, учитывающий ослабление пояса отверстиями под заклепки (только для растянутого пояса).

Сжатый пояс необходимо проверить на местную потерю устойчивости по выражению:

где: - ширина элемента полки;

- толщина элемента полки;

E - модуль упругости;

К - коэффициент, зависящий от размеров и условий закрепления элементов полки;

К=0,9 - для элементов полки с открытым краем;

К=3,6 - для элементов заделанными сторонами.

Значение не должно превышать - условного предела текучести материала.

Толщина стенки нервюры рассчитывается на сдвиг от максимальной перерезывающей силы -

где: - толщина стенки;

- высота стенки;

- местное критическое напряжение стенки:

где: а - длинная сторона стенки;

b - короткая сторона стенки.

Если толщина стенки большая, необходимо ставить стойки (рис. 8.).

Шаг стоек можно принять:

Потребная толщина стенки, при наличии стоек:

где: b=H_ст; a=t_ст если

или b= t_ст; a=H_ст если

Толщина стенки - округляется до стандартной толщины по каталогу сортамента листового материала.

Определение параметров стоек, подкрепляющих стенку нервюры.

В первом приближении можно принять:

;

где: -момент инерции стойки относительно оси Х-Х (рис. 9).

- момент инерции стенки

где: а - длинная сторона стенки между стойками или поясами.

F_стенк и F_стой - соответственно площадь поперечного сечения стойки и участка стенки нервюры.

Подбираем сечение стойки по каталогу профилей.

Программа расчета заклепочных соединений.

Приведенный выше алгоритм расчет усиленных нервюр был реализованы в виде программы Rib для вычислительной машины ПЭВМ на алгоритмическом языке Delphi 5.

В числовом материале программы используются характеристики алюминиевых сплавов Д16, В95 и др.

Решение задач по конструированию и проектированию усиленных нервюр использованием программы Rib производится в диалоговом режиме позволяющим задать исходные данные с помощью клавиатуры или из файла, отправить программу на решение и получить ответ на экране дисплея либо на бумаге в виде распечатки или чертежа.

Литература

1. Войт Е.С., Ендогур А.И. и др. «Проектирование конструкций самолетов. М.: Маш-е, 1987 г.

Гиммельфарб А.Л. «Основы конструирования в самолетостроении». М.: Маш-е. 1980 г.

Егер С.М., Мишин В.Ф. и др. «Проектирование самолетов». М.: маш-е, 1983 г.

Г.В. Новожилова. «Проектирование гражданских самолетов». М.: Маш-е, 1991 г.

Бирюк В.И. и др. «Методы проектирования конструкций самолетов». М.: Маш-е, 1977 г.

Размещено на Allbest.ru