Балочные лонжероны

Балочный лонжерон состоит из двух поясов – верхнего и нижнего, связанных между собой стенкой. Стенка выполняется либо из листа, соединенного с поясами, как правило, заклепками (рис.2а), либо выполняется как одно целое с поясами – монолитная конструкция (рис.2б).

В поясах лонжерона от изгибающего момента возникают усилия растяжения и сжатия, а в стенке лонжерона от перерезывающей силы и крутящего момента – сдвигающие усилия. Масса лонжерона составляет от массы крыла 7...11% в моноблочных конструкциях и 23...З0% в лонжеронных. Поэтому правильный выбор конструкции лонжерона позволит снизить массу крыла.

При конструировании лонжерона основное внимание следует уделить выбору формы поперечного сечения поясов. Внешняя поверхность пояса должна вписаться в обвод крыла. Если ширина пояса значительна, то возникают технологические затруднения с обработкой этой поверхности, особенно если лонжерон расположен не по одному проценту хорды крыла. В то же время с целью уменьшения массы лонжерона желательно форму поясов лонжерона выбрать такой, чтобы расстояние между центрами тяжести их сечений h были как можно ближе к строительной высоте Н, т.е. чтобы как можно большим был коэффициент использования строительной высоты k. При этом форма сечения должна обеспечить получение возможно большего значения критического напряжения местной потери устойчивости сжатого пояса. Все эти требования взаимно противоречивы.

Для того, чтобы облегчить подгонку пояса по профилю крыла, крепление обшивки к поясу лонжерона осуществляется либо на участке небольших полочек (рис.3а), либо с помощью дополнительных накладок

(рис.3б), либо с помощью профилирующей накладки (рис.3в), выполненной из материала, допускающего простую обработку.

а б

Рис.3 Рис.4

Для увеличения расстояния h пояс лонжерона целесообразно вынести на внешнюю поверхность крыла (рис.4а).

В этом случае внешняя поверхность пояса должна быть обработана по профилю и требуется подогнать два стыка обшивки с поясом.

Пояс лонжерона может быть составным, выполненным из двух уголковых профилей (рис.4б).

В корневых нагруженных сечениях лонжерона пояса выполняются из прессованных профилей (рис.4а).

В концевых сечениях пояса могут выполняться из гнутых профилей. Так как по размаху крыла нагрузка меняется целесообразно изменять и площадь сечения поясов лонжеронов. Достигается это фрезерованием прессованных поясов или срезанием полочек поясов из гнутых профилей.

Чтобы исключить большой отход материала пояс лонжерона по размаху может изготовляться из профилей разного сортамента, которые в месте стыка соединяются с помощью накладок. Это удешевляет изготовление лонжерона, хотя и приводит к увеличению его массы.

При выборе формы поперечного сечения пояса лонжерона необходимо учитывать, что при растяжении отверстия под заклепки, которыми крепится обшивка, уменьшают несущую способность пояса ~ на 10%. Кроме того, ухудшаются и усталостные характеристики пояса за счет концентрации напряжений в зоне отверстий. При клепке обшивки к толстым поясам длинные заклепки изгибаются, что снижает прочность шва. Поэтому целесообразно выполнять пояс с дополнительными полочками для его крепления с обшивкой (см. рис.5). Наличие таких полочек очень незначительно увеличивает массу пояса, но при этом пояс не ослабляется, а усталостные характеристики его повышаются.

Рис.5 Рис.6

В балочном лонжероне пояса соединяются стенками. По количеству стенок лонжероны подразделяются на одностеночные и двухстеночные. Двухстеночные коробчатые лонжероны не нашли широкого применения.

Они сложнее в производстве и невыгодны в весовом отношении, так как из-за низких критических касательных напряжений тонкой стенки двухстеночного лонжерона суммарная их толщина получается больше толщины одинарной стенки. Двухстеночные лонжероны иногда применяются в конструкциях, где возможно появление крутящих моментов, для восприятия которых необходим замкнутый контур.

По длине лонжерона стенка подкрепляется стойками, обычно из уголковых профилей (рис.6). Стойки используются для крепления к лонжерону нервюр. При креплении к лонжерону усиленных нервюр стойка может быть и таврового сечения. Постановка стоек увеличивает критическое касательное напряжение в стенке, что позволяет уменьшить ее толщину. Поэтому иногда целесообразно ставить стойки и между нервюрами. Касательные напряжения стенки не должны превышать критических. Для повышения критических касательных напряжений кроме постановки стоек в стенке могут делаться зиги.

Из производственных соображений для облегчения подходов при клепке во время сборки крыла и в местах пересечения стенки тягами управления или трубопроводами в ней делаются отверстия.

Отверстия отбортовываются для повышения жесткости стенки. У сильно нагруженных стенок на отверстиях ставится окантовка. В концевых мало нагруженных сечениях лонжерона отверстия делаются для облегчения стенки.

Так как нагрузка стенки меняется по размаху, толщину ее желательно делать переменной. Это достигается постановкой различных по толщине листов (рис.7).

Рис. 7 Рис.8

Дата добавления: 2014-01-20