Пример описания конструкции.

Самолет Ил-28, фронтовой бомбардировщик.

Создан в ОКБ им. С.В. Ильюшина в 1948г. Выпускался крупной серией. Экипаж 3 человека.

Максимальная дальность – 2260 км.

Максимальная скорость – 900 км/ч.

Практический потолок – 12300 км.

Взлетная масса – 21000кг

Длина самолета – 17,65 м.

Высота самолета – 6,2 м.

Размах крыла – 21,45 м.

Площадь крыла – 60,8 м².

Шпангоут установлен в хвостовой части фюзеляжа и служит для крепления переднего лонжерона киля к фюзеляжу.

Радиус фюзеляжа R в зоне установки шпангоута около 1 м. Шпангоут имеет переменную строительную высоту. В верхней части шпангоута строительная высота около 0,25R. К боковинам фюзеляжа она плавно увеличивается до 0,4R. К нижней зоне шпангоута строительная высота уменьшается до 0,07R.

Конструктивно шпангоут состоит из внешних и внутренних поясов, стенки, ребер жесткости и фитингов.

Внешний пояс состоит из 6 деталей уголкового профиля. Все детали выполнены из деформируемого алюминиевого сплава методом горячей штамповки, соединены между собой болтами. Возможная расчетная схема – стержень с переменной площадью поперечного сечения, работающий на растяжение-сжатие. В верхней части площадь поперечного сечения стержня наибольшая и плавно уменьшается к нижней части. Внешний пояс соединен с обшивкой фюзеляжа заклепками. Стрингеры разрезные и стыкуются между собой через внешний пояс шпангоута. Для перестыковки некоторых силовых стрингеров используются фитинги.

Внутренний пояс состоит из 3 деталей уголкового профиля. Все детали выполнены из деформируемого алюминиевого сплава методом горячей штамповки, соединены между собой болтами. Возможная расчетная схема – стержень с переменной площадью поперечного сечения, работающий на растяжение-сжатие. В верхней части площадь поперечного сечения стержня наибольшая и плавно уменьшается к нижней части.

Стенка выполнена из листовой заготовки постоянной толщины. В верхней и боковых зонах имеются накладки постоянной толщины, соединенные со стенкой с помощью заклепок. Так как к стенке приклепаны ребра жесткости, то стенка не будет терять устойчивость до высокого уровня напряжений. Поэтому возможная расчетная схема для стенки – мембранная пластинка постоянной толщины.

В верхней зоне к стенке шпангоута болтами прикреплены два стальных фитинга, через которые передаются усилия от узлов навески переднего лонжерона киля.

Достоинствами с точки зрения технологичности шпангоута являются широкое применение технологических процессов на основе штамповки и отсутствие таких дорогостоящих процессов, как химическое травление или фрезерование, использование недорогих и недефицитных материалов, максимальная унификация элементов конструкции, материалов и полуфабрикатов. Недостатком является большое количество деталей и конструктивных разъемов.

Анализ задания на проектирование. Далее необходимо выяснить возможные генеральные пути передачи приложенных сосредоточенных сил к оболочке, а также возможные типы конструктивных силовых элементов для исходных данных задания на курсовой проект. Для этого выполняются эскизы, и дается описание возможных вариантов силовых схем шпангоута. В качестве примера рассмотрим задачу, представленную на рис. 4.

Рисунок 4. Пример варианта задания

 

 

Рисунок 5. Силы Pz

 

Разложим силы P по координатным осям y и z. Силы P_z (рис. 5) являются самоуравновешенными. Оптимальное решение для их передачи очевидно. Необходимо «связать» эти силы по кратчайшему пути стержневым элементом. При этом в стержне возникнут только сжимающие усилия. Если центральная часть шпангоута по компоновочным соображениям не может быть использована для размещения силовых элементов, то передача сил P_z возможна через ферменный или рамный вариант конструкции.

Силы P_y (рис. 6) создают крутящий момент, который необходимо передать на закрепления. Если предположить, что проектируемый шпангоут обладает абсолютной жесткостью в своей плоскости, то при этом в цилиндрической оболочке возникнет равномерный поток касательных сил.

 

 

Рисунок 6. Силы Py

 

В случае шпангоута с конечной (реальной) жесткостью на контуре стыка в цилиндрической оболочке возникнут касательные усилия переменной величины с максимумом в зонах приложения сил.

Для передачи сил P_y возможен ферменный, стеночный или рамный вариант конструкции.