Проектирование фюзеляжа административного самолета

Расчетная схема и  нагрузки, действующие на крыло, представлены на рис. 18.

В расчетном сечении  крыло имеет следующие размеры:

b=2.24 м –длина хорды в расчетном сечении;

H1л=0,256 м – высота переднего лонжерона;

H2л=0,144 м – высота заднего лонжерона;

X1л=0,2 b=0.448 м – расстояние от носка крыла до переднего лонжерона;

X2л=0,75 b=1.68 м – расстояние от носка крыла до заднего лонжерона.

Распределение изгибающего  момента между лонжеронами пропорционально  квадратам их строительных высот, примем, что лонжероны воспринимают 70% всего  изгибающего момента, тогда:

 

;

;

;

 

где H1=0.256м – высота переднего лонжерона,

H2=0.144м – высота заднего лонжерона,

тогда соответственно:

;

.

Поперечная сила Q распределяется пропорционально высотам лонжеронов, т.е.:

 

  ,

 

отсюда имеем:

 

 

где Q1 – поперечная сила, воспринимаемая передним лонжероном;

Q2 – поперечная сила, воспринимаемая задним лонжероном.

Запишем данные, необходимые  для расчета лонжерона:

;

Рассчитаем пояса лонжерона.

5.2 Проектирование поясов лонжерона

 

Выбор материала поясов лонжерона определяется весовым  анализом и конструктивно-технологическими соображениями.

Применение поясов из одной марки материала имеет  свои преимущества, т.к. при этом соблюдается  единый технологический процесс, отпадает необходимость в технологических разъемах по длине поясов, более плавно происходит течение усилий по поясам лонжерона. При высоких температурах должны применяться нержавеющая сталь и титановые или теплостойкие дюралюминиевые сплавы. Поэтому в качестве материалов поясов будут рассмотрены сплавы Д16Т и 30ХГСНА. Характеристики этих материалов приведены в таблице 6.

 

Таблица 6. Механические свойства материалов

Материл	σв, МПа	Е, Мпа	ρ, кг/м3
Д16Т	440		2800
30ХГСНА,σд=1,2σт	1600		7850

 

Для таврового сечения  параметр В определяет половину ширины пояса, поэтому при расчете необходимо пользоваться значением  как исходным.

Последовательность проведения расчета

1. Задается ряд отношений В/δ – от 1 до 8 через 1, где В – половина ширины пояса, δ – толщина пояса.
2. Определяются критические напряжения местной потери устойчивости пояса ( по зависимости σр=ƒ(В/δ) ).
3. Определяется величина С:

 

 

( из условия прочности ), где

М – изгибающий момент, воспринимаемый лонжероном;

Н – высота лонжерона;

σкр - критическое напряжение.

4. Находится корень уравнения , т.е. величина .
5. По найденному значению и известному определяем .
6. По заданному и найденному находим ширину .

7. Определяется погонная  масса пояса из выражения  ,

где и - геометрические параметры верхнего пояса лонжерона,

- удельный вес материала,

G – погонная масса пояса.

8. Строится зависимость для двух материалов и выбирается оптимальное значение , соответствующее Gmin.

Зависимости приведены на рис.3, а все полученные значения для материала Д16Т занесены в табл.7, а для материала 30ХГСНА - в табл. 8.

 

Таблица 7. Погонная масса  пояса для материала Д16Т

	σр, МПа	С	δ/H	δ, мм	В, мм	G=B·δ·ρ,кг/м
1	450	0,011	0,11	29	29	2,35
2	430	0,006	0,082	21	42	2,47
3	425	0,004	0,066	17	51	2,43
4	410	0,003	0,056	14,3	57,2	2,29
5	400	0,0025	0,052	13,3	66,5	2,48
6	383	0,0022	0,048	12,3	73,8	2,54
7	357	0,002	0,046	12	84	2,82

 

Таблица 8. Погонная масса  пояса для материала 30ХГСНА

В/δ	σр, МПа	С	δ/H	δ, мм	В, мм	G=B·δ·ρ, кг/м
1	1720	0,003	0,066	16,84	16,84	2,240
2	1680	0,0015	0,04	10,24	20,48	1,646
3	1605	0,00105	0,034	8,704	26,112	1,780
4	1510	0,0084	0,03	7,68	30,72	1,850
5	1420	0,0007	0,0265	6,784	33,92	1,806
6	1350	0,000625	0,0253	6,4768	38,86	1,980
7	1240	0,00058	0,025	6,4	44,80	2,250
8	1145	0,00055	0,0245	6,272	50,176	2,470

 

На рис. 19 представлен верхний пояс лонжерона и показаны его параметры.

 

Рис.19. Верхний пояс лонжерона

 

Анализируя рис. 3 и  таблицы 2 и 3 видно, что самым выгодным с точки зрения минимума массы  является материал 30ХГСНА. Поэтому  этот материал и выбираем для верхнего и нижнего поясов лонжерона.

Учитывая, что Gmin=1.65 кг и В/δопт=2, определим параметры В и δ исходя из величины С:

 

,

 

δ/Н=0,066; тогда  , .

 

 

Рис.20. График зависимости G=f(B/δ) для материалов Д16Т и 30ХГСНА

 

При проектировании “полочек “для крепления обшивки и стенки лонжерона необходимо выполнить  следующие условия:прочности - (δобш =2 мм, материал обшивки – Д16Т, σобш=440 МПа ), ;

1. жесткости - ;
2. неразрушения при клепке – δп≥3 мм – алюминиевые сплавы;

δп≥2 мм – сталь;

3. ширина “полки” выбирается из условия долговечности и прочности заклепочного шва:

bn≥4dз.

По условиям (1) и (3) выбирается максимальное значение δп, т.е. δп=2 мм.

Расчет нижнего пояса  лонжерона

Нижний пояс в этом расчетном случае работает на растяжение. Величина его площади определяется следующим образом:

,

σв=1600 МПа (30ХГСНА), σр=1680 МПа,

принимая  , имеем: - площадь нижнего пояса,

.

Руководствуясь конструктивно – технологическими соображениями и принимая во внимание величины и , принимаем:

; .

В расчетном случае Д  этот же пояс должен воспринимать нагрузку без потери устойчивости:

,

,

,

,

, данное условие выполняется.

Поскольку форма сечения  лонжерона – двутавр, то принимаем  ширину верхнего и нижнего пояса  равными Вв= Вн=68 мм.

 

5.3 Проектирование стенки лонжерона

 

Предполагается, что конструкция  будет наиболее выгодной, если масса  стенки и подкрепляющих ее стоек  будет минимальной.

Масса стенки лонжерона  определяется в основном величиной  расчетных или разрушающих напряжений . Поскольку в практике расчетов на прочность принято считать, что стенка лонжерона работает от перерезывающей силы Q на сдвиг, то и масса стенки будет определяться величиной критических напряжений сдвига .

Исходными данными для  расчета являются перерезывающая сила Q (была определена ранее, Q=87.04 кН ) в расчетном сечении и габаритная высота лонжерона Н=0,256 м.

Последовательность расчета

1.Высота стенки определяется  по выражению

,

где и - толщины верхнего и нижнего поясов.

2.Рассчитываем интенсивность  нагрузки  :

.

3. Задается три значения
4. Определяются разрушающие напряжения стенки
5. Определяются критические напряжения
6. Определяется толщина стенки и , полученное значение округляется до стандартной толщины листов.
7. Потом определяется потребная площадь подкрепляющих стоек из сортамента выбираем профиль стойки, соответствующий данной площади.

Полученные результаты заносим в таблицу 9.

 

Таблица 9. Потребная площадь  подкрепляющих стоек

	τp, MПа	τпр, MПа	δст, м	δпр, м	l, м	Fстойки, м2	mстенки, кг
0.2	200	160	0.00198	0.00247	0.044	21.56·10-6	1.22
0.5	162	127	0.0011	0.003115	0.110	74.25·10-6	1.5
1	125	112	0.003165	0.00353	0.220	80.3·10-6	1.95

 

Для более рационального  выбора шага l определим массу стенки (без пояса) по формуле , L=1.

Материал стоек и  стенки Д16Т. Из технологических соображений  принимаем

 

 

 δст принимаем из стандартного ряда: δст=3мм.

Из сортамента выбираем профиль стойки.

Уголок равнобокий ПР100 – 7.

Размеры и характеристики сечения (рис.21):

Соединение стенки лонжерона  с поясами

В сборных лонжеронах стенка крепится к поясам с помощью  заклепок или болтов.

Чаще всего применяют  заклепки диаметром  из алюминиевых сплавов или стали.

Определим силу, действующую  на одну заклепку (болт):

 

 

где β – коэффициент  неравномерности распределения  касательных напряжений,

β=1,1;

t – шаг заклепок, t=0.02;

m – число рядов заклепочного шва, m=2,

.

Из стандартного ряда выбираем заклепки диаметром d=5мм, материал – Д1П. Заклепки из данного материала имеют хорошие пластические свойства.

Чертеж лонжерона представлен  на ватмане формата А4.

 

Раздел 6

Расчет  монолитной панели

6.1 Конструктивно-технологические особенности  монолитных панелей

 

Под монолитной конструкцией панели подразумевают вариант конструкции, когда обшивку и подкрепляющие  элементы выполняют зацело из одной  заготовки материала.

Монолитные панели из алюминиевых сплавов могут быть изготовлены различными методами: механическая обработка, химическое фрезерование, штамповка, прессованием.

Рассчитываемая панель изготавливается прессованием. Масса  монолитных панелей меньше, чем сборных.

Основные преимущества монолитных панелей по сравнению  со сборными следующие:

• обшивка сборных панелей соединяется с подкрепляющими элементами заклепками или болтами через отве<span class="dash041e_0431_044b_0447_043d_04