Летательных аппаратов

Характерной особенностью конструкции планера современного ЛА является применение подкрепленных тонкостенных оболочек, подверженных действию разнообразных внешних нагрузок и уравновешенных внутренними перерезывающими силами, изгибающими и крутящими моментами. Применение пустотелых конструкций, тонкостенных оболочек, подкрепленных продольным и поперечным набором, дает возможность целесообразно использовать компоновочные объемы, обеспечивает высокие несущие свойства (прочность и жесткость) конструкции при минимально возможной массе.

Рис. 10.25. Деформация обшивки крыла	Рис. 10.26. Деформация обшивки фюзеляжа

Разрежение Δ p на поверхности крыла (рис. 10.25) стремится деформировать обшивку крыла, а избыточное давление Δ p в кабине (рис. 10.26) - обшивку фюзеляжа. Искажение формы (особенно несущих частей ЛА) крайне неблагоприятно отражается на аэродинамических, летно-технических характеристиках и характеристиках устойчивости и управляемости ЛА.

Рис. 10.27. Подкрепленные тонкостенные оболочки

Основными формообразующими элементами тонкостенных оболочек 1 (рис. 10.27) являются поперечные тонкостенные элементы 3. В несущих частях ЛА это нервюры (франц. nervure, от лат. nervus - жила, сухожилие), в ненесущих частях - шпангоуты (от гол. spanthout, от spant - балка и hout - дерево).
Продольные элементы 2, подкрепляющие сравнительно слабоизогнутую обшивку несущих и ненесущих частей ЛА (см. также рис. 10.14) - это стрингеры (англ. stringer, от string - привязывать, скреплять).
Обладая минимальной массой по сравнению со всеми возможными конструкциями, нагружаемыми крутящим моментом М _кр, подкрепленные продольным и поперечным силовым набором замкнутые тонкостенные оболочки, имеющие один (рис. 10.28) или несколько (рис. 10.29) замкнутых контуров ω _i, обеспечивают высокую прочность и жесткость конструкции.

Рис. 10.28. Однозамкнутый контур тонкостенной оболочки	Рис. 10.29. Трехзамкнутый контур тонкостенной оболочки

Воспринимая кручение, такая оболочка хорошо работает на изгиб и сдвиг от поперечных нагрузок и может рассматриваться как пустотелая коробчатая балка - кессон (от франц. caisson - ящик).
При нагружении перерезывающей силой Р и изгибающим моментом М _изг удаленные от нейтральной оси верхний и нижний своды кессона (рис. 10.30), представляющие собой слабоизогнутые листы обшивки, подкрепленные стрингерами, работают (как и в балке, см. рис. 10.23) на растяжение и сжатие.
Продольные боковые стенки кессона от перерезывающей силы работают на сдвиг.
Конструкция типа кессон с работающей на растяжение-сжатие (воспринимающей изгиб) обшивкой в конкретных условиях нагружения может оказаться более рациональной, чем конструкция с так называемой неработающей обшивкой - обшивкой, не воспринимающей изгибающий момент, а работающей только на сдвиг при кручении.
В конструкции с неработающей обшивкой изгибающий момент воспринимают продольные силовые элементы - лонжероны (франц. longeron, от longer - идти вдоль), которые представляют собой либо балку (рис. 10.31, а), либо плоскую ферму (рис. 10.31, б), все конструктивные элементы которой (пояса 1 и 2, стойки 3 и подкосы 4) при нагружении изгибом и сдвигом работают только на растяжение-сжатие, обеспечивая необходимую прочность и жесткость ферменной конструкции. Как и лонжероны, поперечные подкрепляющие тонкостенную оболочку элементы - нервюры и шпангоуты - могут представлять собой конструкции балочного или ферменного типа.

Рис. 10.30. Нагружение крыла перерезывающей силой и изгибающим моментом	Рис. 10.31. Лонжероны: а - балочный; б - ферменный

Подбором различных комбинаций подкрепляющих оболочку элементов конструкции - стрингеров, лонжеронов, нервюр, шпангоутов - формируется наиболее рациональная конструктивно-силовая схема (продольный и поперечный силовой набор) проектируемого агрегата ЛА, обеспечивающая минимально возможную массу агрегата при необходимой прочности и изгибно-крутильной жесткости.

Глава 11

ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА

Масса планера составляет основную часть массы конструкции самолета и, следовательно, существенным образом влияет на эффективность самолета.
Очевидно, что масса конструкции планера самолета зависит от его назначения и летно-технических характеристик.
Так, например, на долю конструкции планера приходится:
- 25-32% взлетной массы дозвуковых пассажирских магистральных самолетов;
- 29-31% взлетной массы дозвуковых пассажирских самолетов местных авиалиний;
- 32-34% взлетной массы спортивно-пилотажных самолетов;
- 18-28% взлетной массы бомбардировщиков;
- 28-32% взлетной массы истребителей.
При определенных геометрических параметрах и уровне внешних нагрузок масса планера определяется, в основном, уровнем конструкторской проработки.
Выбор рациональных конструктивно-силовых схем агрегатов, форм поперечных сечений элементов конструкции и материалов при максимальном использовании их физико-механических свойств в сочетании с эффективными технологическими процессами позволяет создать в процессе разработки и производства конструкцию, масса которой не превосходит лимитную (франц. limite, от лат. limes - граница, предел), т. е. массу конструкции, определенную на начальных этапах проектирования в соответствии с уравнением весового баланса.