Нагрузки на нервюры крыла. Расчет рядовых нервюр.

Нервюра – это элемент поперечного силового набора крыла. Различают рядовые (нормальные) и силовые (специальные) нервюры.

    Рядовые нервюры, в основном, служат для обеспечения заданной формы профиля крыла. Они воспринимают аэродинамическую нагрузку, которая передаётся со стороны обшивки, и нагрузку от общего изгиба крыла.

    Силовые нервюры, кроме перечисленных выше функций, воспринимают сосредоточенные силы от грузов и агрегатов, расположенных в крыле (двигатели, шасси, баки, внешние подвески).

    Как показывает расчётная практика, основными нагрузками, определяющими прочность рядовых нервюр, являются аэродинамические силы.Для силовых нервюр основными нагрузками являются сосредоточенные силы от грузов и агрегатов.

    Аэродинамическая нагрузка, которая передаётся со стороны обшивки на каркас, частично воспринимается поясами лонжеронов, а в основном поясами нервюр. Последние, при этом, работают на изгиб в своих плоскостях.

    Принимают, что нервюра опирается на стенки лонжеронов и обшивку.

Примерная схема нагружения рядовой нервюры приведена на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. – Схема нагружения рядовой нервюры

 

    Для определения погонного усилия (рис. 6.1)должно быть известно распределение аэродинамической нагрузки по хорде крыла. Это распределение определяется в результате продувок в аэродинамической трубе, а при отсутствии таковых в соответствии с Нормами прочности. Результаты продувок обычно приводятся в виде эпюр безразмерных давлений  и для нижней и верхней поверхностей крыла (рис. 6.2).

Рис. 6.2. – Эпюры безразмерных давлений

 

    Имея такие эпюры можно определить поверхностную нагрузку:

     

где  – скоростной напор;

 – коэффициент безопасности рассматриваемого случая.

    Нервюру рассчитывают для двух случаев нагружения – при полёте на больших и малых углах атаки. На больших углах атаки наиболее нагружен носок нервюры, на малых – средняя часть и хвостовик.

    Зная распределение и  можно определить погонную нагрузку на нервюру, создаваемую отсеком крыла площадью  (рис. 6.3):

где  – шаг нервюр.

Рис. 6.3. – К определению нагрузки

 

    В дальнейшем, при построении эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов, удобно распределение  разбивать на участки и истиннуюэпюру заменять кусочно-линейной функцией (рис. 6.4).

    Другим видом нагрузки, воспринимаемой нервюрами, является погонная сжимающая нагрузка  от общего изгиба крыла.

 

Рис. 6.4. – Кусочно-линейная аппроксимация эпюры

 

    При изгибе верхние и нижние панели крыла стремятся сблизиться друг с другом, чему препятствуют нервюры.Отсюда и возникает нагрузка , которую можно определить, если рассмотреть деформированный отсек крыла шириной  (рис. 6.5).

 

Рис. 6.5 – К определению нагрузки при изгибе крыла

    Верхняя и нижняя панели обшивки нагружены погонными нормальными усилиями  (рис. 6.5). Из подобия выделенных заливкой на рисунке треугольников следует:

откуда

Если учесть, что

а величина 1/ , представляющая собой кривизну изогнутой оси консоли крыла, определяется выражением

то окончательно получим:

где приведённая толщина обшивки определяется формулой

    Приближённо рядовые нервюры можно рассчитать, ели принять, что она опирается только на лонжероны (не учитывая обшивку).Тогда можно принять расчётную схемув виде балки на двух опорах, нагружённой погонной силой  (рис. 6.6).

Рис. 6.6. – Расчётная схема и примерный вид эпюр перерезывающих сил  и изгибающих моментов  для рядовой нервюры

 

Условие прочности для стенки нервюры запишется в виде:

где  – текущее значение высоты сечения нервюры,

    Условие прочности для пояса нервюры запишется в виде:

где  – площадь поперечного сечения пояса нервюры,

 – разрушающее для пояса напряжение. В зависимости от зоны (растянутый пояс или сжатый) это либо , либо .