Выбор конструкционных материалов для деталей лонжерона крыла

Введение

Лонжероны, как основные силовые элементы крыла и оперения, в значительной степени определяют прочность, жесткость и ресурс крыла самолета в целом. Многообразие расчетных схем и вариантов конструктивного исполнения лонжеронов существующих самолетов отражает различие условий нагружения и работы этих силовых элементов. Основным фактором, который определяет схему, применяемые материалы, конструктивное исполнение и форму поясов, тип стенки и степень ее подкрепления лонжеронов, является интенсивность воспринимаемой нагрузки.

Лонжерон крыла современного пассажирского и транспортного самолета представляет собой, как правило, сборную тонкостенную балку, регулярная часть которой состоит из поясов и стенки. Стенка может быть подкреплена стойками. К зонам нерегулярностей относятся стыковые узлы, зоны навески двигателей и элементов управления, агрегатов различных систем, вырезы в стенках.

В данной расчётно-графической работе конструируется передний (задний) лонжерон крыла самолета транспортной категории, который изображен на рисунке Рисунок 1. Также в работе представлено проектирование стыкового узла лонжерона крыла с силовым шпангоутом фюзеляжа.

Рисунок 1 – Общий вид самолёта

Исходные данные

Исходные данные для проектирования первого лонжерона крыла самолета представлены на рисунке Рисунок 2 и в таблице Таблица 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Параметр

m₀

m_кр

S_кр

b₀

b_k

Корневой профиль крыла

Концевой профиль крыла

Значение

3,75

1,25

NACA 2415

NACA 2410

Размерность

кг

м²

град

Параметр

b_А

Z_А

m_i

Z_i

t_пол

Значение

6.75

0,4

0,2

0,6

Размерность

кг

м²

Летный час

m₀ – взлётная масса самолёта; S_кр – площадь крыла; L – размах крыла;

– стреловидность по передней кромке крыла; b₀ и b_k – корневая и концевая хорды крыла соответственно; b_А – длина средней аэродинамической хорды (САХ); Z_А – расстояние от корневой хорды до САХ; m_i и Z_i масса сосредоточенного груза и расстояние от корневой хорды до его центра масс соответственно; S* – площадь межлонжеронной части крыла;

– расстояние до переднего и заднего лонжерона в процентном отношении от хорды;

– расстояние до центра жесткости в процентном отношении от хорды; Т – ресурс самолёта; t_пол – продолжительность полёта.

Рисунок 2 – Правая консоль крыла самолёта

Расчёт нагрузок, действующих на лонжерон

Преобразование стреловидного крыла в прямое

Для обоснованного выбора конструктивной-силовой схемы крыла необходимо рассчитать толщину условного лонжерона δ_у эквивалентного прямого крыла. Для этого необходимо выполнить поворот стреловидного крыла так, чтобы линия центров жесткости была перпендикулярна оси симметрии самолета (Рисунок 3).

Рисунок 3 – Исходная и эквивалентная консоль крыла

Угол между линией центров жесткости и линией, перпендикулярной оси симметрии самолёта определяют по формуле:

(1)

Эквивалентный размах находим по формуле:

(2)

Эквивалентную концевую хорду надоим из условия равенства площадей исходного и эквивалентного крыла:

(3)

Толщину условного лонжерона определяют по зависимости:

(4)

где	– максимальная эксплуатационная перегрузка [1, Раздел С 25.337];
	= 1,5 – коэффициент безопасности [1, Раздел С 25.303];
	– относительная максимальная высота в процентах от хорды;
	– предел прочности материала;
	– коэффициент, определяемый формой профиля крыла;
	– коэффициент, определяемый расстоянием между лонжеронами.

Зная значение толщины условного лонжерона по приближенной графической зависимости (Рисунок 4) можно определить коэффициент , который характеризует распределение изгибающего момента между панелями и лонжеронами крыла.

Рисунок 4 – Зависимость

Выбор конструкционных материалов для деталей лонжерона крыла

Для определения предела прочности материала необходимо обоснованно выбрать конструкционный материал. Критерием выбора материала является интенсивность нагрузки, которая определяется по формуле:

(5)

Определив интенсивность нагрузки , согласно рекомендациям [2] выбираем конструкционный материал для верхнего и нижнего поясов, а также стенки конструируемого лонжерона.

12 3 4

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: