Рис. 3.7. Расчетная схема крыла для определения критической скорости дивергенции Максимальный угол упругого закручивания будет на конце крыла

L Мкр , О J кр

Пусть закон изменения углов закручивания по длине крыла при дивергенции имеет вид

= Avmax. ,

ге А - какая-то функция, зависящая от z. .

Подставив значение Мкр с учетом принятого закона изменения угла закручивания в выражение для ipmax, после, несложньус преобразований получим -

max -

1 ----cos

кр L

Отсюда видим, что максимальный угол упругого закручивания увеличивается с ростом скорости полета. При скорости полета, равной критической скорости дивергенции, угол упругогб закручивания достигает бесконечно больших значений. Из формулы следует, что-щ = огда знаменатель обращается в нуль;

1 --4- cosx (-- /Су Аг bdz = 0.

igjkp l

Из этого условия и определяем значение критической скорости дивергенции;

,Уаив -

pcosx

IgJkp l

arbdz

Анализ полученной формулу позволяет сделать следующие вьшоды.

1. Критическая скорость дивергенции Уд в не зависит от первоначального угла атаки,

2. Увеличение жесткости крыла на кручение GJ кр ведет к росту Уди . Увеличенивается крутильная жесткость крьша при уменьшении его удлинения и увеличении его сужения и относительной толщины.

3. Уворичение угла стреловидности также повышает Удив-

4. Увеличение высоты полета ведет к росту Удив

5. Сжимаемость воздуха влияет на величину Удив через параметры с и г . На сверхзвуковом режиме с ростом числа М падает Су и уменьшается величина г из-за смещения назад фокуса, что приводит к увеличению Удив

§ 3. РЕВЕРС ЭЛЕРОНОВ

При недостаточной жесткости крьша его упругие деформации, вызванные отклонением, элеронов, могут при определенной скорости полета привести к потере эффективности поперечного управления. На рис. 3.8 показано сечение прямого крыла с элероном. Отклонение элерона, допустим, вниз вызовет появление дополнительной аэродинамической силы АУдд, направленной вверх, которая и создает кренящий момент. В то же время крыло под действием силы АУ , приложенной позади его оси жесткости, закрутится на какой-то отрицательный угол Да, что вызовет появление дополнительной силы ДУдефНО уже направленной вниз и приложенной впереди оси жесткости. СилаДУдефв свою очередь, вызовет дальнейшее закручивание крьша. Аналогичная картина будет и на другой консоли крьша, где элерон отклонен вверх. В стреловидном крьше необходимо еще учесть и влияние прогибов на величину Да., Когда при отклонении элеронов суммарный момент от-сил АУэл и АУдеф относительно продольной ош самолета станет равньш йулю, наступит полная потеря поперечной управляемости самолета. Скорость полета, соответствующая этому случаю, называется критической скоростью реверса. На скоростях полета, больших критической сасорости реверса, наступает обратное действие элеронов. Это явление носит название реверса элеронов.

Для качественной оценки влияния различных параметров на критическую скорость реверса определим ее~приближенно, исходя из следующих допущений:

1) дополнительная аэродинамическая сила АУэл, возникающая при отклонении элерона, приложена в точке О (рис. 3.9), положение которой остается постоянным как при изменении угла отклонения элерона, так и при изменении углов атаки вследствие деформации крыла;

2) дополнительная аэродинамическая сила АУдеф, возникающая при деформации крьша, приложена в точке Oj, положение которой также не зависит от угла отклонения элерона и угла атаки;

Рис. 3.8. Деформация крьша при отклонении элерона

Рис. 3.9. Расчетная схема крьша определения критической скорости реверса элеронов

2 Гребеньков

Ось жесткости

3) силы AYgn и АУдеф направлены перпендикулярно жорости набе-. гающего потока и точки их приложения находятся в одном и том же поточном сечении (сечение 1~2 на рис. 3.9). В этом случае реверс элеронов наступит тогда, когда

деф-.

Величина дополнительной аэродинамической силы

-СуДаЗ

где Да - изменение угла атаки поточного сечения, в котором приложены дополнительные аэродинамические силы. ~ . -

Силы Дэл и ДУдеф относительно оси жесткости создадут закручивающий момент

- Мкр = ДУдеф bcosx + ДУэлСcosx = ДУдефа cosx. Под действием этого момента сечение 3-4 закрутится на угол

V = dz = ДУдеф а cosxj -р,-- dz.

OGJ кр * О GJ кр

Эти же-силы загрузят крыло изгибающим моментом, величина которого на участке от рассматриваемого сечения до-заделки будет постоянной и равной

М = Дэ1,(г1 - Z +csmx) - ДУдефСи - Z - bsinx) = ДУдеф а sinx.

Под действием этого момента ось жесткости крыла прогнется.При этом угол зе наклона в сечении 3-4 будет .

Изменение угла атаки поточного сечения 1-2 вследствие кручения и Изгиба крыла будет

Да = V? cosx +

df dT

sinx

или, после подстановки значении и

df dT

Да= ДYдeфa(cosxУ prf-dz+sinXi-pdz).

0 gJkp . :0 bj

Подставив значение Да в выражение для ДУдеф, получимследующую формулу для критической скорости реверса-.

Су Spa (cosx/-;:rj--dz +slnx/

0 GJkp 0

Эта формула позволяет дать качественный анализ влияния различных фжторов на критическую, скорость реверса..

1. Увеличение жесткости крыла на кручение и изгиб ведет к росту критической скорости реверса Vpee- Крутильная и йзгибная жесткости крыла повышаются при уменьшении его удлинения и увеличении сужения и относительной толщины.

2. С увеличением угла стреловидности растет li, что приводит к снижению Vpes-

3. Увеличение длины элерона при неизменной хорде уменьшает ti, что

ведет к росту VpeB-

4. Увеличение хорды элерона при неизменной его длине уменьшает величину а , что также ведет к росту Уръ

5. Vpee не зависит от положения оси жесткости.

6. VpeB не зависит от угла атаки крьша и угла отклонения элеронов.

7. С ростом высоты полета увеличивается Vpee.

8. Сжимаемость воздуха влияет На величину с и на а . С ростом числа М смещается назад и фбкус крьша и точка приложения силы ДУдл, что не приводит к существенному изменению а . Большее влияние на VpgB оказывает величина Су . Наиболее опасным являются околозвуковые скорости полета, которым соответствуют- максимальные значения Су . Увеличение Су° приводит к уменьшениею VpeB-

ГЛАВА4 КОНСТРУЮГИВНО-СИЛОВЫЕ СХЕМЫ И ПРОЕКТИЮВОЧНЫЙ РАСЧЕТ КРЫЛЬЕВ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КРЫЛА И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

В силовых схемах крьшьев современных самолетов широкое распространение нашли так называемые тонкостенныеконетрукщш. Такое крьшо состоит из обшивки, продольного набора -лонжеронов и стрингеров - и поперечного набора - нервюр (риС. 4.1)

Лонжероном назьшается элемент продольного набора, состоящий из двух поясов, верхнего и нижнего,.и соединяющих их либо стенки, либо стоек и раскосов. Лонжерон воспринимает часть изгибающего момента крьша и часть перерезьшающей силы. В поясах лонжерона от изг1бающего момента возникают нормальные напряжения, а в стенке лонжерона от перерезывающей силы дей(твуют касательные напряжения. Кроме того, стенка лонжерона как элемент замкнутого контура, образованного ею и обшивкой, участвует в работе на кручение. От действия крутящего момента в стенке лонжерона также возникают касательные напряжения.

Стрингеры служат для подкрепления обшивки крьша с целью повышения ее критических касательных и нормальных напряжений и воспринимают вместе с ней изгибающий моминт. В стрингерах при этом возникают осевые усилия, вызьшающиепоявление в них нормальны-х напряжений. От аэродинамической нагрузки стрингеры такле совместно с обшивкой работают на поперечный изгиб.

Нервюры обеспечивают заданную форму профиля крьша, связывают в единое целое элементы конструкции крьша, что обеспечивает включение в работу лонжеронов, стрингеров и обишвки, и воспринимают нагрузки от крепящихся к ним агрегатов.

Обшивиа

Стрингеры

Лонжероны

рис. 4.1. конструктивная схема крьша

Обшивка крыла образует его поверхность, передает азродинамическую нагрузку на продольный и поперечный набор и участвует в работе кЪыла на кручение и изгиб. При кручении крыла в обшивке, являющейся частью замкнутого контура, возникают касательные напряжения, а при изгибе в ней от изгибающего момента действуют нормальные напряжения и от перерезывающей силы - касательные напряжения.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ КРЫЛЬЕВ ПО КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВОЙ СХЕМЕ

Консгруктивно<иловая схема крьша определяется количеством, размещением, степенью участия в силовой работе отдельных элементов конструкции.

По количеству лонжеронов крьшья подразделяются на одно-, двух- и многолонжеронные.

По степени участия обшивки в силовой работе крьша все крылья можно разделить на две группы: крьшья с неработающей полотняной обшивкой и крьшья с жесткой работающей, обшивкой. Полотняная обшивка, имея меньшую массу, чем жесткая, не обеспечивает, однако, получения потребного с точи зрения аэродинамики качества поверхности. Деформация по-, лотняной обшивки при увеличении скорости полета ведет к сильному росту лобового сопротивления. По этой причине полотняная обшивка в настоящее время применяется весьма редко и лишь на крьшьях самолетов с небольшой скоростью полета. Конструкция таких крьшьев рассматриваться не будет.

Жесткая обшивка дает возможность получить гладкую поверхность крьша и обеспечивает при достаточной толщине и надлежащем подкреплении стрингерами и нервюрами хорошее сохранение обводов при действии воздушной нагрузки. Кроме того, жесткая работающая обшивка позволяет ттроще обеспечить требуемую прочность и жесткость крьша. Крылья с жесткой обшивкой по степени участия ее в работе крьша .можно разделить на лонжеронные и моноблочные. , -

Лонжеронным будем назьшать такое крьшо, у которого сравнительно тонкая обшивка, подкрепленная очень слабым стрингерным набором, вос-36 . V . .

прини1йает лишь крутящий момент и небольшую часть леререзьшающей силы. Изгибающий момент в этом крьше почти весь воспринимается лонжеронами.

Моноблочным крьшом будем называть тавгую конструкцию, у которой обшивка является основньпи конструктивно-силовым элементом. Сравнительно толстая обшивка моноблочного крьша воспринимает не только крутящий момент и перерезьшающую силу, но и большую часть изгибающего момента. Моноблочные крьшья можно разделить на крьшья с листовой обшивкой,-подкрепленной частым стридгерным набором, крьшья со сло- истой обшивкой и крьшья с монолитными панелями.

Выбор конструктивно-силовой схемы крьша определяется удельной йагрузкой на него, его внешними формами, способом крепления к фюзеляжу, компоновочными соображениями и т.п. Так как конструктивно-силовая схема крьша в значительной степени зависит от формы его в плане, целесообразно отдельно рассмотреть схемы и проектировочный расчет прямых, стреловидных и треугольных крьшьев.

В проектировочном расчете для упрощения крьшо рассматривается как балка, закрепленная на фюзеляже и нагруженная распределенными и сосредоточенными силами, под действием которых она испытьшает поперечный изгиб и кручение. В каждом сечении крьша действует изгибающий момент, перерезьшающая сила и крутящий момент.

Огьемная часть крьша крепится к узлам на центроплане либр к узлам, установленным на усиленных шпангоутах фюзеля?ка. В поверочных расчетах на прочность должна быть обязательно учтена податливость заделки. В проектировочных расчетах заделку отъемной части крьша будем считать жесткой.

При вьводе формул, иепользуемых в проектировочном расчете в зависимости от конструктивно-силовой схемы крьша делается целый ряд упрощающих допущений. Получающиеся при этом погрешности в расчете для основны) силовых элементов должны идти, как правило, в запас прочности.

§ 3. ПРЯМЫЕ КРЫЛЬЯ

лонжегонные крылья

В однолонжеронном крыле (рис. 42) лонжерон располагается в месте мак.симальной строительной высоты профиля, что выгодно в весовом отношении. К продольному набору крьша относятся один или несколько вспомогательных лонжеронов. Задний вспомогательный лонжерон служит также Для крепления элеронов и средств механизации крьша. Такое крьшо может иметь и слабый стрингерный набор.

Поперечный набор крбша состоит из нервюр, расстояние между которыми у бесстрингерных крьшьев обычно небольшое - 120...200 мм, у стрингерных крьшьев оно может быть несколько большим. Крыло имеет относительно тонкую обшивку.

Лон>керон отъемной части крьШа жестко крепится к центроплану или фюзеля5ку, а вспомогательные лонжероны имеют шарнирные крепления, что исключает их работу на изгиб в местах заделки.

Почти весь изгибающий момент в этом крьше воспринимается лонжероном. Стрингеры, вьшолненные из профилей с малой площадью поперечного сечения, служат лишь для подкрепления обшивки. Перерезывающая сила воспринимается в основном стенкой лонжерона, а крутящий момент -замкнутыми контурами, образованными обшивкой и стенками лонжеронов.