Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации Кафедра № 24 - «Авиационной техники» СТЫКОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КРЫЛА САМОЛЕТА Санкт-Петербург 2008

Крыло современного самолета, как правило, является составным и имеет технологические разъемы. Технологически крыло состоит из Рис. Технологические разъемы крыла: двух, трех, пяти а – длинный центроплан с установленными на или более частей нем турбовинтовыми двигателями; (рис. ). б – короткий центроплан; 1 – центроплан; 2 – средняя часть крыла (СЧК); 3 – концевая часть крыла (КЧК); 4 – вертикальная законцовка

Рис. Конструктивные разъемы крыла по размаху: а – разъемное крыло с центропланом; б – крыло с разъемом у бортов фюзеляжа; в – крыло с разъемом в плоскости симметрии; г – неразъемное крыло

При решении вопроса о наиболее целесообразном расчленении крыла конструктор встречается с противоречиями, так каждый лишний разъем увеличивает вес самолета не только из-за узлов, ушков, заклепочных швов, но и потому, что нормы прочности предусматривают для стыковых и разъемных узлов и ушков коэффициент безопасности 1, 25 вместо 1, 0.

Соединение элементов планера в одно целое (моноблок) осуществляется при помощи болтовых соединений (узлов стыковки) исполнение которых зависит от принятой силовой схемы конструкции Так, в лонжеронном крыле (Ан- 2) обычно используются точечные стыковые соединения, в моноблочном (кессонном) – контурные и т. д.

Рис. Принципиальные схемы расположения стыковых узлов: а – однолонжеронное крыло (три точки крепления); б – двухлонжеронное крыло (четыре точки крепления); в – тонкое однолонжеронное крыло (четыре точки крепления); г – кессонное крыло (крепление по контуру); д – моноблочное крыло (крепление по контуру); е – крыло с трубчатым лонжероном (крепление по фланцу); ж – крыло с подкосами (крепление двумя шарнирными узлами)

Типовые конструкции стыковых узлов лонжеронных крыльев можно выделить пять: Рис. 1. Соединение вилка – ухо

Рис. 2. Соединение гребенка - вилка

Рис. 3. Соединение фитингами

Рис. 4. Соединение накладками

Рис. 5. Соединение на ус

Рис. 6. Стыковое соединение крыла с лонжероном круглого сечения: 1 – фланец; 2 – стыковые болты

Стыковые соединения крыла 1. Сосредоточенные узлы Рис. Стыковочный узел сосредоточенной схемы с горизонтальными болтами, ось которых параллельна плоскости нервюры

Рис. Стыковой узел сосредоточенной схемы с горизонтальными болтами, ось которых параллельна плоскости нервюры: 1 – гребенка; 2 – стойка; 3, 6 – вилка; 4, 5 – башмак; 7 – ушко (отверстие)

Стыковые узлы обычно выполняют из стали хромансиль - 30 ХГСА. штамповкой, а затем механической обработкой доводят до требуемых размеров. Обработке подлежат поверхности сопряжения узла с поясами лонжеронов, боковые поверхности проушин. Сверлятся отверстия под стыковочный болт и под элементы крепления башмака к лонжерону. С целью уменьшения массы конструкции башмака и элементов его крепления к лонжерону соединение целесообразно выполнять двухсрезным. Нижняя проушина рассчитывается на разрыв в случае А (А’), верхняя работает на растяжение при обратном нагружении крыла (случай D (D’)) с половинной нагрузкой. Поэтому нижняя проушина выполняется больших размеров, чем верхняя.

Рис. Стык «ухо - вилка» крепления ОЧК с центропланом: а – ушко без подшипника качения; б – ушко с подшипником качения

Изгибающий момент при трехточечном стыковом креплении воспринимается срезом болтов, соединяющих соответствующие пояса основного лонжерона. Нижнее ухо обычно выполняется массивнее, так как оно работает на разрыв (расчетные случаи А ’ ) при большей нагрузке, чем верхние (расчетные случаи D и D’). Стыковой узел на дополнительном лонжероне представляет собой обычно шарнирное соединение и может Рис. Конструкция обеспечивать восприятие трехточечного разъема крыла: горизонтального изгибающего а – собственно конструкция; б –момента и поперечной силы эпюры погонной воздушной вертикального изгиба. нагрузки и изгибающих моментов Однако при такой конструкции узла (шарнир) дополнительный лонжерон в разъеме не воспринимает изгиба в вертикальной плоскости. По мере удаления от разъема за счет сдвигов в обшивке он постепенно включается в изгиб и на некотором расстоянии от разъема практически работает полноценно (см. рис. , б).

Иногда применяют разъемы при четырехточечном и большем числе узлов крепления. Применение разъемов с вертикально расположенными болтами (рис. ) позволяет в ряде случаев облегчить монтаж и демонтаж, а главное уменьшить габариты стыковых узлов. Последнее особенно важно при Рис. Конструкция малых относительных четырехточечного разъема крыла толщинах крыла.

Иногда конструкция разъема предусматривает комбинацию как вертикально, так и горизонтально расположенных болтов (см. рис. ). Это объясняется стремлением за счет горизонтально расположенных болтов улучшить в разъеме восприятие Рис. Конструкция разъема крыла, вертикальной в котором применены вертикальные и горизонтальные поперечной силы. болтовые соединения

Рис. Стыковой узел сосредоточенной схемы с фитинговым соединением лонжерона в виде башмаков: 1 – пояс лонжерона; 2 – стенка лонжерона; 3 – стыковочный угольник; 4 -- – фитинг или башмак

Рис. Стыковые узлы сосредоточенной схемы безмоментные

Стыковые кронштейны консоли крыла располагаются на носовой балке, переднем и заднем лонжеронах. Верхние и нижние обшивки обеих консолей стыкуются по оси самолета с помощью верхней и нижней стыковых лент. Стык ухо вилка Рис. Стыковка крыла самолета Як-40: 1 – носовая балка правой консоли; 2, 3 – верхний и нижний стыковочные болты; 4, 5 – нижняя и верхняя стыковочные ленты; 6 – носовая балка левой консоли; 7 – верхняя полка переднего лонжерона; 8 – правый гребенчатый кронштейн; 9 – верхний стыковочный болт; 10 – левый верхний гребенчатый кронштейн; 11 – верхняя полка переднего лонжерона; 12 – осевая балка; 13 – нервюра Узел гребенчатого № 1 крыла типа

Рис. К расчету точечного крепления: а – усилия в моментных узлах точечного крепления отъемной части крыла (ОЧК); б – распределение усилий между проушинами узла

Рис. Расчетная схема стыкового узла с горизонтальным болтом, ось которого параллельна плоскости нервюры

Рис. Соединение типа вилка – ухо и плоскости наиболее опасных сечений с точки зрения прочности

Рис. К определению коэффициента k 1 в расчетах соединений с помощью проушин – в одинарных соединениях

Рис. К определению коэффициента k 1 – в составных соединениях

Рис. Типовая конструкция фитинга для стыковых узлов кессонных и моноблочных крыльев

Рис. Стыковые узлы на панелях кессонного крыла: 1 – стрингеры; 2 – обшивка; 3 – фитинги; 4 – продольный гофр

Контурное крепление Рис. Контурное (контурно-фитинговое)соединение крыла: 1, 3 – стыковочные профили; 2 – болт стыка; 4 - пояс лонжерона; 5 – угольник стенки лонжерона

Рис. Соединение частей крыла с помощью закладных болтов: 1 – стрингеры; 2 – обшивка; 3 – перекрывная лента; 4 – стыковочный (закладной болт); 5 – стыковочный профиль; 6 – стенка стыковочного профиля (нервюра); 7 – уплотнительная лента съемной панели крыла

Рис. Соединение частей крыла с помощью закладных болтов: 1 – стыковочный (закладной болт); стрингеры; 2, 3 – стыковочные профили; 4 –обшивка

Рис. Фланцевый стык с закладным болтом

Рис. Стыковка частей кессонного крыла: 1 – болт; 2, 5 – стыковочные профили; 3 – обшивка -; 4 - стрингер

Рис. Стыковка частей кессонного крыла

Рис. Конструкция контурного разъема крыла, осуществленного при помощи стыковочных профилей

Рис. Фото конструкции контурного разъема крыла самолета Ту-154 с частично отстыкованной перекрывной лентой

Рис. К расчету контурного крепления - усилия в разъеме и расчетная схема контурного крепления

Вырезы Для подхода к агрегатам оборудования, а также для монтажа и демонтажа топливных баков и других целей в крыльях приходится делать различные вырезы. Эти вырезы нарушают непрерывность силовых элементов крыла и тем самым влияют на его работу. Степень влияния зависит от величины выреза, вида силового воздействия, конструктивного оформления выреза и др.

Малые вырезы при незначительной компенсации практически не оказывают влияния на деформации и напряженое состояние конструкции. Компенсация малых вырезов достигается путем их окантовки соответствующими профилями и накладками, образующими плоскую раму. Такие вырезы закрываются легкосъемными крышками, конструкция которых для сохранения формы и плотности прилегания выполняется достаточно жесткой.

Рис. Малые вырезы закрываются легкосъемными крышками, конструкция которых для сохранения формы и плотности прилегания выполняется достаточно жесткой

Большие вырезы встречаются двух типов: 1. Компенсированные; 2. Некомпенсированные. Полная компенсация больших вырезов осуществляется путем постановки силовых панелей, равнопрочных с вырезанными участками крыла. Соединением съемных панелей с крылом восстанавливаются нарушенные силовые связи и обеспечивается полноценная передача изгиба и кручения.

Рис. Конструкция силовой съемной панели Конструкция съемной панели, полностью компенсирующей большой вырез, показана на рис. Как видно из этой фигуры, стрингеры и обшивка соединяются с прилегающими участками крыла с помощью стыковых профилей и болтов. Этим самым обеспечивается передача осевых сил при изгибе. Передача же касательных потоков осуществляется винтами, при помощи которых края панели крепятся к стрингерам и нервюрам.

Носки крыла испытывают большие аэродинамические нагрузки, и это предъявляет особые требования к его конструкции. Для обеспечения достаточной прочности и Рис. Эпюра давлений в жесткости носка крыла его профиле крыла усиливают , устанавливая дополнительные нервюры- диафрагмы и увеличивая толщину обшивки.

Рис. Конструкция съемного носка крыла: 1 – окантовывающий профиль; 2 – диафрагмы; 3 – обшивка; 4 – анкерные болты Анкерные болты применяются в тех случаях, когда нет доступа для постановки заклепок или нельзя осуществить соединение сваркой.

Обязательным оборудованием крыла и оперения на современных околозвуковых и сверхзвуковых самолетах являются противообледенительные средства защиты передних кромок, на которых образуется слой льда при определенных метеорологических условиях полета. Отложение льда происходит быстро и распространяется от носка на значительную часть хорды крыла и оперения. Толщина льда на передних кромках может достигать 5… 8 см. Отложения льда на передней кромке крыла и оперения искажают форму профиля и нарушают спектр обтекания. В результате ухудшаются характеристики профиля и при особо тяжелых метеоусловиях полет самолета становится невозможным.

Известны следующие способы защиты крыла от обледенения: üтермический; üхимический и üмеханический.

Рис. Конструкция носка крыла с воздушно-термическим противообледенителем: 1 – обшивка; 2 – гофр; 3 – продольная балочка; 4 – облицовка; 5 – окантовочный профиль; 6 – диафрагма; 7 – патрубок для соединения с гибкой профилированной трубкой; 8 – рейка; 9 – герметизирующая лента; 10 стойка для крепления диафрагмы; 11 - уголок

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации Кафедра № 24 - «Авиационной техники» Использованная литература: 1. Конструкция и прочность летательных аппаратов гражданской авиации: Учебник для вузов гражданской авиации/ М. С. Воскобойник, П. Ф. Максютинский, К. Д. Миртов и др. ; Под общ. Ред. К. Д. Миртова, Ж. С. Черненко. – М. : Машиностроение, 1991. – 448 с. : ил. 2. Черненко Ж. С. Сабитов Н. Г. , Гаража В. В. и др. Конструкция и прочность воздушных судов: Учебное пособие / Ж. С. Черненко, Н. Г. Сабитов, В. В. Гаража, И. П. Челюканов, И. Г. Павлов. – Киев : КИИГА, 1985. – 88 с. 3. Гребеньков О. А. Конструкция самолетов: Учеб. пособие для авиационных вузов. – М. : Машиностроение, 1984. – 240 с. , ил. 4. Кузнецов А. Н. Основы конструкции и технической эксплуатации воздушных судов: Учеб. для сред. Спец. Учеб. заведений. М. : Транспорт, 1990. – 294 с. 5. Кан С. Н. Прочность самолета: Учеб. пособие для авиационных техникумов. – М: Оборонгиз, 1946. - 292 с. Якущенко В. Ф. Конструкция и прочность воздушных судов: Учебное пособие / СПб. ГУГА. С. -Петербург, 2008.