Назначение и формы нормальных шпангоутов, рациональные принципы их проектирования. Определение напряжений и внешних нагрузок по изгибающим моментам. Расчет шпангоутов фюзеляжей сложной формы, выбор параметров, повышение их выносливости и долговечости.
Проектирование нормальных (типовых) шпангоутовПоперечный набор каркаса фюзеляжа составляют шпангоуты - нормальные и усиленные. На стадии предварительной разработки приведенные формы шпангоутов к традиционной круглой или овальной позволяет упростить их проектирование и расчет. В общем случае внешние силы, нагружающие шпангоуты, уравновешиваются на обшивке потоком распределенных касательных усилий. В сечениях самих шпангоутов при этом возникают внутренние изгибающий момент, поперечная и осевая силы (рис.Нормальные шпангоуты предназначены для восприятия местной аэродинамической нагрузки и обеспечении соответствующей опоры для стрингеров и обшивки. Внешняя нагрузка, действующая на шпангоут, невелика, поэтому строительная высота шпангоута получается небольшой - достаточной, чтобы воспринять приходящиеся на него нагрузки, и вместе с тем не препятствовать свободному использованию внутреннего объема фюзеляжа. Кроме того, под действием аэродинамических нагрузок (для дозвуковых самолетов практически равномерно распределенных по ободу) шпангоуты оказываются самоуравновешенными и в основном работающими на разрыв. Поэтому в большинстве случаев для нескоростных, небольших самолетов нормальные шпангоуты детально не рассчитываются, а выбираются по конструктивным соображениям из условия равножесткости с панелями.Параметры нормальных шпангоутов наиболее распространенных сечений - z-образных, швеллерных и двутавровых - можно выбирать исходя из установившихся в практике проектирования следующих рекомендаций: - высота стенки шпангоута для небольших фюзеляжей (Dф»1,5 м) принимается hct = 0,02 Dф, а для фюзеляжей Dф>2 м hct = (0,025…0,03) Dф; толщину полки dп выбирают с учетом типа панели и вида соединения ее со шпангоутом. В общем случае по имеющимся величинам Мизг, Q и N для шпангоута по формулам (1) и (2) можно определить нормальные напряжения в поясах и касательные напряжения в стенке. В тех случаях, когда определяющими являются возрастающие воздушные нагрузки, как следствие увеличивающегося расстояния между шпангоутами, параметры нормальных шпангоутов симметрично по всему обводу и расчетная величина поверхностного давления ррасч = рэкс?f?0,3?105?1,5 = 0,45?105 Па. Тогда на шпангоут будет действовать нагрузка qmin = ррасча, (9), а напряжения определяется по формулеПеречислим ряд мер, полезность которых подтверждается практикой: а) напряжения по сечению распределяются равномерно, если обод выполнять из профиля, а компенсатор - из листового материала примерно одинаковой толщины с обшивкой. В этом случае компенсатор выполняет не только технологическую функцию, но и, являясь упругим элементом, сдерживает чрезмерное увеличение жесткости; б) отверстия облегчения в ободе лучше не делать, так как трещина, возникающая в компенсаторе, всегда выходит на отверстие облегчения. Оформление вырезов в шпангоутах е) если необходимо уменьшить массу шпангоута, изменить его жесткость, то это следует проводить на ободах; естественно, если и компенсатор выполнен из профиля, то после всесторонней оценки результата с учетом шага стрингеров, типа панелей и других факторов можно также дорабатывать и компенсатор. Их применяют, если необходимо увеличить прочность пояса шпангоута (без компенсатора) или пояса компенсатора, повысить их значение как опор стрингеров, увеличить жесткость торцов панелей, ограничить или воспрепятствовать образованию трещин в обшивке, которые в дальнейшем могут развиваться внутрь по элементам.
