Санкт-Петербург 2008 Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации Кафедра № 24 - «Авиационной техники»
Рис. Технологические разъемы крыла : а – длинный центроплан с установленными на нем турбовинтовыми двигателями; б – короткий центроплан; 1 – центроплан; 2 – средняя часть крыла (СЧК); 3 – концевая часть крыла (КЧК); 4 – вертикальная законцовка Крыло современного самолета, как правило, является составным и имеет технологические разъемы. Технологически крыло состоит из двух, трех, пяти или более частей (рис. ).
Рис. Конструктивные разъемы крыла по размаху : а – разъемное крыло с центропланом; б – крыло с разъемом у бортов фюзеляжа; в – крыло с разъемом в плоскости симметрии; г – неразъемное крыло
При решении вопроса о наиболее целесообразном расчленении крыла конструктор встречается с противоречиями, так как каждый лишний разъем увеличивает вес самолета не только из-за узлов, ушков, заклепочных швов, но и потому, что нормы прочности предусматривают для стыковых и разъемных узлов и ушков коэффициент безопасности 1,25 вместо 1,0.
Соединение элементов планера в одно целое (моноблок) осуществляется при помощи болтовых соединений (узлов стыковки) исполнение которых зависит от принятой силовой схемы конструкции Так, в лонжеронном крыле (Ан-2) обычно используются точечные стыковые соединения, в моноблочном (кессонном) – контурные и т. д.
Рис. Принципиальные схемы расположения стыковых узлов: а – однолонжеронное крыло (три точки крепления); б – двухлонжеронное крыло (четыре точки крепления); в – тонкое однолонжеронное крыло (четыре точки крепления); г – кессонное крыло (крепление по контуру); д – моноблочное крыло (крепление по контуру); е – крыло с трубчатым лонжероном (крепление по фланцу); ж – крыло с подкосами (крепление двумя шарнирными узлами)
Типовые конструкции стыковых узлов лонжеронных крыльев можно выделить пять : Рис. 1. Соединение вилка – ухо
Рис. 2. Соединение гребенка - вилка
Рис. 3. Соединение фитингами
Рис. 4. Соединение накладками
Рис. 5. Соединение на ус
Рис. 6. Стыковое соединение крыла с лонжероном круглого сечения: 1 – фланец; 2 – стыковые болты
Рис. Стыковочный узел сосредоточенной схемы с горизонтальными болтами, ось которых параллельна плоскости нервюры Стыков ы е соединения крыла 1. Сосредоточенные узлы
Рис. Стыковой узел сосредоточенной схемы с горизонтальными болтами, ось которых параллельна плоскости нервюры : 1 – гребенка; 2 – стойка; 3, 6 – вилка; 4, 5 – башмак; 7 – ушк о (отверстие)
Стыковые узлы обычно выполняют из стали хромансиль - 30ХГСА.штамповкой, а затем механической обработкой доводят до требуемых размеров. Обработке подлежат поверхности сопряжения узла с поясами лонжеронов, боковые поверхности проушин. Сверлятся отверстия под стыковочный болт и под элементы крепления башмака к лонжерону. С целью уменьшения массы конструкции башмака и элементов его крепления к лонжерону соединение целесообразно выполнять двухсрезным. Нижняя проушина рассчитывается на разрыв в случае А ( А ’ ), верхняя работает на растяжение при обратном нагружении крыла ( случай D ( D’)) с половинной нагрузкой. Поэтому нижняя проушина выполняется больших размеров, чем верхняя.
Рис. Стык «ухо - вилка» крепления ОЧК с центропланом: а – ушк о без подшипника качения; б – ушк о с подшипником качения
Рис. Конструкция трехточечного разъема крыла: а – собственно конструкция; б – эпюры погонной воздушной нагрузки и изгибающих моментов Изгибающий момент при трехточечном стыковом креплении воспринимается срезом болтов, соединяющих соответствующие пояса основного лонжерона. Нижнее ухо обычно выполняется массивнее, так как оно работает на разрыв (расчетные случаи А и А ’ ) при большей нагрузке, чем верхние (расчетные случаи D и D’ ). Стыковой узел на дополнительном лонжероне представляет собой обычно шарнирное соединение и может обеспечивать восприятие горизонтального изгибающего момента и поперечной силы вертикального изгиба. Однако при такой конструкции узла (шарнир) дополнительный лонжерон в разъеме не воспринимает изгиба в вертикальной плоскости. По мере удаления от разъема за счет сдвигов в обшивке он постепенно включается в изгиб и на некотором расстоянии от разъема практически работает полноценно (см. рис., б).
Рис. Конструкция четырехточечного разъема крыла Иногда применяют разъемы при четырехточечном и большем числе узлов крепления. Применение разъемов с вертикально расположенными болтами (рис.) позволяет в ряде случаев облегчить монтаж и демонтаж, а главное уменьшить габариты стыковых узлов. Последнее особенно важно при малых относительных толщинах крыла.
Рис. Конструкция разъема крыла, в котором применены вертикальные и горизонтальные болтовые соединения Иногда конструкция разъема предусматривает комбинацию как вертикально, так и горизонтально расположенных болтов (см. рис.). Это объясняется стремлением за счет горизонтально расположенных болтов улучшить в разъеме восприятие вертикальной поперечной силы.
Рис. Стыковой узел сосредоточенной схемы с фитинговым соединением лонжерона в виде башмаков: 1 – пояс лонжерона; 2 – стенка лонжерона; 3 – стыковочный угольник; 4 -- – фитинг или башмак
Рис. Стыков ы е узлы сосредоточенной схемы безмоментные
Рис. Стыковка крыла самолета Як-40: 1 – носовая балка правой консоли; 2, 3 – верхний и нижний стыковочные болты; 4, 5 – нижняя и верхняя стыковочные ленты; 6 – носовая балка левой консоли; 7 – верхняя полка переднего лонжерона; 8 – правый гребенчатый кронштейн; 9 – верхний стыковочный болт; 10 – левый верхний гребенчатый кронштейн; 11 – верхняя полка переднего лонжерона; 12 – осевая балка; 13 – нервюра № 1 крыла Узел гребенчатого типа Стык ухо вилка Стыковые кронштейны консоли крыла располагаются на носовой балке, переднем и заднем лонжеронах. Верхние и нижние обшивки обеих консолей стыкуются по оси самолета с помощью верхней и нижней стыковых лент.
Рис. К расчету точечного крепления : а – усилия в моментных узлах точечного крепления отъемной части крыла (ОЧК); б – распределение усилий между проушинами узла
Рис. Расчетная схема стыкового узла с горизонтальным болтом, ось которого параллельна плоскости нервюры
Рис. Соединение типа вилка – ухо и плоскости наиболее опасных сечений с точки зрения прочности
Рис. К определению коэффициента k 1 в расчетах соединений с помощью проушин – в одинарных соединениях
Рис. К определению коэффициента k 1 – в составных соединениях
Рис. Типовая конструкция фитинга для стыковых узлов кессонных и моноблочных крыльев
Рис. Стыковые узлы на панелях кессонного крыла: 1 – стрингеры; 2 – обшивка; 3 – фитинги; 4 – продольный гофр
Рис. Контурное (контурно-фитинговое)соединение крыла : 1,3 – стыковочные профили; 2 – болт стыка; 4 - пояс лонжерона; 5 – угольник стенки лонжерона Контурное крепление
Рис. Соединение частей крыла с помощью закладных болтов : 1 – стрингеры; 2 – обшивка; 3 – перекрывная лента; 4 – стыковочный (закладной болт); 5 – стыковочный профиль; 6 – стенка стыковочного профиля (нервюра); 7 – уплотнительная лента съемной панели крыла
Рис. Соединение частей крыла с помощью закладных болтов : 1 – стыковочный (закладной болт); стрингеры; 2, 3 – стыковочные профили; 4 –обшивка
Рис. Фланцевый стык с закладным болтом
Рис. Стыковка частей кессонного крыла: 1 – болт; 2, 5 – стыковочные профили; 3 – обшивка -; 4 - стрингер
Рис. Стыковка частей кессонного крыла
Рис. Конструкция контурного разъема крыла, осуществленного при помощи стыковочных профилей
Рис. Фото конструкции контурного разъема крыла самолета Ту-154 с частично отстыкованной перекрывной лентой
Рис. К расчету контурного крепления - усилия в разъеме и расчетная схема контурного крепления
Для подхода к агрегатам оборудования, а также для монтажа и демонтажа топливных баков и других целей в крыльях приходится делать различные вырезы. Эти вырезы нарушают непрерывность силовых элементов крыла и тем самым влияют на его работу. Степень влияния зависит от величины выреза, вида силового воздействия, конструктивного оформления выреза и др. Вырезы
Малые вырезы при незначительной компенсации практически не оказывают влияния на деформации и напряженое состояние конструкции. Компенсация малых вырезов достигается путем их окантовки соответствующими профилями и накладками, образующими плоскую раму. Такие вырезы закрываются легкосъемными крышками, конструкция которых для сохранения формы и плотности прилегания выполняется достаточно жесткой.
Рис. Малые вырезы закрываются легкосъемными крышками, конструкция которых для сохранения формы и плотности прилегания выполняется достаточно жесткой
Большие вырезы встречаются двух типов: Компенсированные; Некомпенсированные. Полная компенсация больших вырезов осуществляется путем постановки силовых панелей, равнопрочных с вырезанными участками крыла. Соединением съемных панелей с крылом восстанавливаются нарушенные силовые связи и обеспечивается полноценная передача изгиба и кручения.
Рис. Конструкция силовой съемной панели Конструкция съемной панели, полностью компенсирующей большой вырез, показана на рис. Как видно из этой фигуры, стрингеры и обшивка соединяются с прилегающими участками крыла с помощью стыковых профилей и болтов. Этим самым обеспечивается передача осевых сил при изгибе. Передача же касательных потоков осуществляется винтами, при помощи которых края панели крепятся к стрингерам и нервюрам.
Носки крыла Носки крыла испытывают большие аэродинамические нагрузки, и это предъявляет особые требования к его конструкции. Для обеспечения достаточной прочности и жесткости носка крыла его усиливают, устанавливая дополнительные нервюры-диафрагмы и увеличивая толщину обшивки. Рис. Эпюра давлений в профиле крыла
Рис. Конструкция съемного носка крыла: 1 – окантовывающий профиль; 2 – диафрагмы; 3 – обшивка; 4 – анкерные болты Анкерные болты применяются в тех случаях, когда нет доступа для постановки заклепок или нельзя осуществить соединение сваркой.
Обязательным оборудованием крыла и оперения на современных околозвуковых и сверхзвуковых самолетах являются противообледенительные средства защиты передних кромок, на которых образуется слой льда при определенных метеорологических условиях полета. Отложение льда происходит быстро и распространяется от носка на значительную часть хорды крыла и оперения. Толщина льда на передних кромках может достигать 5…8 см. Отложения льда на передней кромке крыла и оперения искажают форму профиля и нарушают спектр обтекания. В результате ухудшаются характеристики профиля и при особо тяжелых метеоусловиях полет самолета становится невозможным.
Известны следующие способы защиты крыла от обледенения: термический; химический и механический.
Рис. Конструкция носка крыла с воздушно-термическим противообледенителем: 1 – обшивка; 2 – гофр; 3 – продольная балочка; 4 – облицовка; 5 – окантовочный профиль; 6 – диафрагма; 7 – патрубок для соединения с гибкой профилированной трубкой; 8 – рейка; 9 – герметизирующая лента; 10 стойка для крепления диафрагмы; 11 - уголок
Использованная литература: Конструкция и прочность летательных аппаратов гражданской авиации: Учебник для вузов гражданской авиации / М. С. Воскобойник, П. Ф. Максютинский, К. Д. Миртов и др.; Под общ. Ред. К. Д. Миртова, Ж. С. Черненко. – М.: Машиностроение, 1991. – 448 с.: ил. Черненко Ж. С. Сабитов Н. Г., Гаража В. В. и др. Конструкция и прочность воздушных судов: Учебное пособие / Ж. С. Черненко, Н. Г. Сабитов, В. В. Гаража, И. П. Челюканов, И. Г. Павлов. – Киев : КИИГА, 1985. – 88 с. 3. Гребеньков О. А. Конструкция самолетов: Учеб. пособие для авиационных вузов. – М.: Машиностроение, 1984. – 240 с., ил. 4. Кузнецов А. Н. Основы конструкции и технической эксплуатации воздушных судов: Учеб. для сред. Спец. Учеб. заведений. М.: Транспорт, 1990. – 294 с. 5. Кан С. Н. Прочность самолета: Учеб. пособие для авиационных техникумов. – М: Оборонгиз, 1946. - 292 с. Якущенко В.Ф. Конструкция и прочность воздушных судов: Учебное пособие / СПбГУГА. С.-Петербург, 2008. Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации Кафедра № 24 - «Авиационной техники»
