Будуємо літак балки в конструкції літака (msamolet) розсилка

Балки, що застосовуються в конструкції літаків, повинні задовольняти заданим вимогам міцності і жорсткості при найменшій масі. В конструкції літака балки працюють на вигин із зсувом і стисненням (або розтягуванням) одночасно. Тому слід вибирати форму перетину балок так, щоб найбільша частина маси матеріалу розташовувалася можливо далі від нейтральної осі.

Балки можуть бути суцільними (монолітними) або складовими. Суцільні балки виготовляють способом прокату (а)

якщо перетин постійно уздовж довжини балки, або способом гарячого штампування (б), якщо форма і розміри перетину змінюються. Складові балки збирають з окремих елементів: поясів, стінок і стійок, що з'єднуються один з одним за допомогою заклепок, болтів, зварювання або клею. Розрізняють балки з однією або двома стінками. Верхні і нижні пояси одностінкових балок зазвичай мають Таврове перетин, тому такі балки називають двотавровими.

Пояси менш навантажених балок можуть мати форму куточків, що утворюють зі стінкою балку в формі швелера.

Балки швеллерного перетину застосовують іноді з технологічних міркувань в якості замикаючих стінок крила і оперення, коли потрібно забезпечити можливість відкритої клепки.

Двухстеночние балки утворюють за формою перетину замкнутий контур і називаються коробчатими.

Зазвичай коробчаті балки мають швелерних пояса (а), хоча відомі балки з поясами трубчастого перетину з круглих або овальних труб (б). Застосування овальних труб дозволяє видалити матеріал поясів на більшу відстань від нейтральної осі, ніж у круглих труб. Завдяки цьому можуть бути зменшені товщина і маса поясів при збереженні потрібного значення моменту опору. Це має значення в тих випадках, когла висота балки обмежена, як наприклад, висота лонжерона крила або оперення, обмежена вимогами аеродинаміки.

У практиці літакобудування зустрічалися металеві лонжерони у вигляді коробчатих балок, однак можна відзначити, що більш характерна ця форма поперечного перерізу для дерев'яних лонжеронів (в). Можна очікувати повернення до коробчатим перетинах балок при застосуванні в літакобудуванні пластиків і дельта-деревини.

При вигині балки в поясах виникають головним чином нормальні напруги стиснення і розтягування від дії згинального моменту, в стінках - головним чином дотичні напруження (зрушення) від дії перерізують сили. Стійки навантажуються при втраті стійкості стінки, підвищуючи несучу здатність стінки і поясів. Стійки ділять пояса на короткі ділянки, завдяки чому зменшуються напруги згибу в поясах, що виникають при втраті стійкості стінки. Крім цього стійки ділять стінку на клітини, підвищуючи цим критичні напруги стінки при зсуві.

Зі сказаного вище випливає, що в залежності від форми поперечного перерізу можна розрізняти наступні основні типи балок: двотаврові, швелерних і коробчаті.

Швелерних балки застосовуються для малонавантажених конструкцій, що працюють на вигин, як наприклад нервюр крил і оперень або лонжеронів оперень невеликих літаків або планерів.

Балки двотаврового перетину застосовуються більш часто, так як внаслідок симетрії вони краще швелерних пручаються вигину (при рівній площі поперечного перерізу).

Коробчаті балки застосовуються для сильно навантажених конструкцій, таких як посилені нервюри, лонжерони оперення і хвостові балки бесфюзеляжних літаків. Крім того, володіючи порівняно з швелерних і двотавровими балками більшою жорсткістю при крученні, коробчаті балки можуть застосовуватися в конструкціях, що працюють на кручення.

Однак слід мати на увазі, що коробчаті клепані металеві балки незручні для виробництва. Для їх складання і для приєднання до них інших елементів конструкції (наприклад стінок нервюр) необхідно передбачати в стінках балки технологічні отвори для доступу до місць клепки. Збірка дерев'яних або пластмасових коробчатих балок значно простіше металевих, так як з'єднання стінок з поясами і з внутрішніми стійками може бути здійснено за допомогою клею.

Стійкість токих стінок

У сучасних конструкціях літаків широко застосовуються тонкостінні балки, у яких основна маса матеріалу знаходиться на максимальному видаленні від нейтральної осі. З тонких листів виготовляють також косинки, нервюри, перегородки. Застосування тонких стінок змушує конструктора приділяти належну увагу підвищенню їх стійкості при зсуві і при стисканні. Для цієї мети застосовуються такі конструктивні і технологічні заходи:

Штампування відбортованих отворів і підвищення жорсткості штампованої видавкі без утворення отвору. ДЛя цієї ж мети служить ріфтовка, що представляє собою хвилеподібний (одноразове) викривлення плоскої стінки.

Подібно підкріплюється профілем, ріфтовка збільшує жорсткість стінки в напрямку утворюється хвилі, проте вона слабше профілю, хоча і простіше технологічно. Ріфтовка застосовується в конструкціях стінок легенів лонжеронів, нервюр, балок, сидінь, косинок і т п.

Гофрування, що додає стінці хвилеподібну форму.

Такий гофр добре працює на стиск або розтяг силою P уздовж твірної гофра і на вигин моментом M, але не може працювати на стиск силою P '(або розтягнення), спрямованої нормально до твірної гофра і на вигин моментом M'. Гофр застосовується для підкріплення стінок лонжеронів і гладкою обшивки крила, оперення, фюзеляжу, підлог літаків.

Приєднання до тонкої стінці профілів, що підвищують міцність і стійкість як в площині стінки, так і в напрямку, нормальному до її поверхні. На таку схему показана окантовка вирізу в обшивці профілями.

Така окантовка компенсує ослаблення, викликане наявністю вирізу. Так як товщина стінки профілю може бути більше, ніж товщина листа, то міцність і жорсткість в цьому випадку можуть бути значно вище, ніж в разі відбортовки.

На таку схему показано підкріплення насущ обшивки крила, фюзеляжу або оперення приклепаними профілями.

В цьому випадку профілі підвищують критичні напруги зсуву і стиснення обшивки і самі разом з обшивкою беруть участь в сприйнятті навантаження.

При вигині тонкостінних балок їх стінки спочатку працюють на зрушення без втрати стійкості, потім з ростом навантаження відбувається втрата стійкості при зсуві і як показує досвід, утворюються діагональні хвилі, що свідчать про виникнення поля діагональних напружень в стінці. Гребені хвиль спрямовані до поздовжньої осі балки під кутом, близьким до 45 градусів. У тонкої стінки хвилі виникають до появи в ній напруги, відповідного межі пружності і зникають після зняття навантаження не викликаючи залишкових деформацій. Тому виникнення таких хвиль не представляє небезпеки для конструкції тонкостінної балки.

Джерело: А.Л.Гіммельфарб "Основи конструювання в літакобудуванні"