Балки, применяемые в конструкции самолетов, должны удовлетворять заданным требованиям прочности и жесткости при наименьшей массе. В конструкции самолета балки работают на изгиб со сдвигом и сжатием (или растяжением) одновременно. Поэтому следует выбирать форму сечения балок так, чтобы наибольшая часть массы материала располагалась возможно дальше от нейтральной оси.

Балки могут быть сплошными (монолитными) или составными. Сплошные балки изготовляют способом проката (а)

если сечение постоянно вдоль длины балки, или способом горячей штамповки (б), если форма и размеры сечения изменяются. Составные балки собирают из отдельных элементов: поясов, стенок и стоек, соединяемых друг с другом при помощи заклепок, болтов, сварки или клея. Различают балки с одной или двумя стенками. Верхние и нижние пояса одностеночных балок обычно имеют тавровое сечение, поэтому такие балки называют двутавровыми.

Пояса менее нагруженных балок могут иметь форму уголков, образующих со стенкой балку в форме швеллера.

Балки швеллерного сечения применяют иногда по технологическим соображениям в качестве замыкающих стенок крыла и оперения, когда нужно обеспечить возможность открытой клепки.

Двухстеночные балки образуют по форме сечения замкнутый контур и называются коробчатыми.

Обычно коробчатые балки имеют швеллерные пояса (а), хотя известны балки с поясами трубчатого сечения из круглых или овальных труб (б). ПРименение овальных труб позволяет удалить материал поясов на большее расстояние от нейтральной оси, чем у круглых труб. Благодаря этому могут быть уменьшены толщина и масса поясов при сохранении потребного значения момента сопротивления. Это имеет значение в тех случаях, когла высота балки ограничена, как например, высота лонжерона крыла или оперения, ограниченная требованиями аэродинамики.

В практике самолетостроения встречались металлические лонжероны в виде коробчатых балок, однако можно отметить, что более характерна эта форма поперечного сечения для деревянных лонжеронов (в). Можно ожидать возвращения к коробчатым сечениям балок при применении в самолетостроении пластиков и дельта-древесины.

При изгибе балки в поясах возникают приемущественно нормальные напряжения сжатия и растяжения от действия изгибающего момента, в стенках - приемущественно касательные напряжения (сдвиг) от действия перерезывающей силы. Стойки нагружаются при потере устойчивости стенки, повышая несущую способность стенки и поясов. Стойки делят пояса на короткие участки, благодаря чему уменьшаются изгибные напряжения в поясах, возникающие при потере устойчивости стенки. Помимо этого стойки делят стенку на клетки, повышая этим критические напряжения стенки при сдвиге.

Из сказанного выше следует, что в зависимости от формы поперечного сечения можно различать следующие основные типы балок: двутавровые, швеллерные и коробчатые.

Швеллерные балки применяются для малонагруженных конструкций, работающих на изгиб, как например нервюр крыльев и оперений или лонжеронов оперений небольших самолетов или планеров.

Балки двутаврового сечения применяются более часто, так как вследствие симметрии они лучше швеллерных сопротивляются изгибу (при равной площади поперечного сечения).

Коробчатые балки применяются для сильно нагруженных конструкций, таких как усиленные нервюры, лонжероны оперения и хвостовые балки бесфюзеляжных самолетов. Кроме того, обладая по сравнению со швеллерными и двутавровыми балками большей жесткостью при кручении, коробчатые балки могут применяться в конструкциях, работающих на кручение.

Однако следует иметь ввиду, что коробчатые клепанные металлические балки неудобны для производства. Для их сборки и для присоединения к ним других элементов конструкции (например стенок нервюр) необходимо предусматривать в стенках балки технологические отверстия для доступа к местам клепки. Сборка деревянных или пластмассовых коробчатых балок значительно проще металлических, так как соединение стенок с поясами и с внутренними стойками может быть осуществлено при помощи клея.

Устойчивость токих стенок

В современных конструкциях самолетов широко применяются тонкостенные балки, у которых основная масса материала находится на максимальном удалении от нейтральной оси. Из тонких листов изготовляют также косынки, нервюры, перегородки. ПРименение тонких стенок вынуждает конструктора уделять необходимое внимание повышению их устойчивости при сдвиге и при сжатии. Для этой цели применяются следующие конструктивные и технологические меры:

Отбортовка

Штамповка отбортованных отверстий и повышение жесткости штампованной выдавкой без образования отверстия. ДЛя этой же цели служит рифтовка, представляющая собой волнообразное (однократное) искривление плоской стенки.

Подобно подкрепляющему профилю, рифтовка увеличивает жесткость стенки в направлении образующейся волны, однако она слабее профиля, хотя и проще технологически. Рифтовка применяется в конструкциях стенок легких лонжеронов, нервюр, балок, сидений, косынок и т п.

Гофрирование, придающее стенке волнообразную форму.

Такой гофр хорошо работает на сжатие или растяжение силой P вдоль образующей гофра и на изгиб моментом M, но не может работать на сжатие силой P' (или растяжение), направленной нормально к образующей гофра и на изгиб моментом M'. Гофр применяется для подкрепления стенок лонжеронов и гладкой обшивки крыла, оперения, фюзеляжа, полов самолетов.

Присоединение к тонкой стенке профилей, повышающих прочность и устойчивость как в плоскости стенки, так и в направлении, нормальном к ее поверхности. На следующей схеме показана окантовка выреза в обшивке профилями.

Такая окантовка компенсирует ослабление, вызванное наличием выреза. Так как толщина стенки профиля может быть больше, чем толщина листа, то прочность и жесткость в этом случае могут быть значительно выше, чем в случае отбортовки.

На следующей схеме показано подкрепление насущей обшивки крыла, фюзеляжа или оперения приклепанными профилями.

В этом случае профили повышают критические напряжения сдвига и сжатия обшивки и сами вместе с обшивкой участвуют в восприятии нагрузки.

При изгибе тонкостенных балок их стенки вначале работают на сдвиг без потери устойчивости, затем с ростом нагрузки происходит потеря устойчивости при сдвиге и как показывает опыт, образуются диагональные волны, свидетельствующие о возникновении поля диагональных напряжений в стенке. Гребни волн направлены к продольной оси балки под углом, близким к 45 градусов. У тонкой стенки волны возникают до появления в ней напряжения, соответствующего пределу упругости и исчезают после снятия нагрузки не вызывая остаточных деформаций. Поэтому возникновение таких волн не представляет опасности для конструкции тонкостенной балки.

Источник: А.Л.Гиммельфарб "Основы конструирования в самолетостроении"

www.stroimsamolet.ru e-mail: info@stroimsamolet.ru

В избранное

{#template MAIN} <div id="loginForm" style="display:none;" class="subscriberu_popup"> <div class="popup_register"> {#include js_tmpl_auth_reg_tab} {#if $P.login_register_tab == 1} <form class="authentication-form" method="post" action="/MEMBERLOGIN_authen_cred"> <dl class="rg_block_options"> <dt id="js_tap_panel_auth"> <h1>Войти на сайт</h1> {* {#include js_tmpl_auth_reg_button} *} {#include js_tmpl_auth_reg_action} <hr class="logreg_line noPhones"> <div class="logreg_descr noPhones"><p>{#include js_tmpl_auth_reg_descr} </p></div> <div class="logreg_advice noPhones"> Если вы еще не с нами, то начните с <a href="#" onclick="rgNav('js_tab_reg');return false;" class="dashed" data-func="registr">регистрации</a> </div> <br><br> <a class="dashed auth-enter" href="/manage/author/"><b>Вход для авторов</b></a> </dt> </dl> </form> {#/if} {#if $P.login_register_tab == 2} <div class="rg_block_options"> <div id="js_tap_panel_auth"> <h1>Регистрация</h1> <div class="social_reg"> {* <div class="rg_description">{#include js_tmpl_soc_auth_reg_descr}</div> *} {#include js_tmpl_auth_reg_soc} <div class="rg_soc_auth_agree">{#include js_tmpl_auth_reg_agree}</div> </div> <div class="subscribe_reg"> {* <div class="rg_description"> #include js_tmpl_auth_reg_descr </div> *} {#include js_tmpl_auth_reg_action} </div> {* {#include js_tmpl_auth_reg_button} *} <div class="clr"> </div> <hr class="logreg_line noPhones"> <div class="logreg_descr noPhones">{#include js_tmpl_auth_reg_descr} {#include js_tmpl_soc_auth_reg_descr} </div> </div> </div> {#/if} </div> {* <div class="gray_bg register_shadow"></div> *} </div> {#/template MAIN} {#template js_tmpl_auth_reg_tab} <ul class="rg_nav"> <li id="js_tab_auth" class="{#if $P.login_register_tab == 1} rg_active_nav {#/if} rg_first_nav"><a onclick="rgNav('js_tab_auth');return false;" href="">Вход на сайт</a></li> <li id="js_tab_reg" class="{#if $P.login_register_tab == 2} rg_active_nav {#/if}"><a onclick="rgNav('js_tab_reg');return false;" href="">Регистрация </a></li> </ul> <span onclick="hidebo();" class="rg_closed"> </span> {#/template js_tmpl_auth_reg_tab} {#template js_tmpl_auth_reg_action} {#if $P.login_register_tab == 1} {#include js_tmpl_auth_reg_soc} {#/if} <div class="rg_forms"> <input type="hidden" id="login_register_destination" value="{$P.login_register_destination}"/> {#if $P.login_register_tab == 1} <div class="rg_for_input"> <span class="rg_text_inner">E-mail или код подписчика</span> <input id="credential_0" class="js_keydown_selector rg_input_text" data-js_submit="no" data-js_next_input_name="credential_1" name="" type="text" /> </div> <div class="rg_for_input"> <span class="rg_text_inner">Пароль</span> <input id="credential_1" class="js_keydown_selector rg_input_text" data-js_submit="yes" data-js_action="js_loginFormBut" name="" type="password" onkeyup="showAttention(this,!!window.event.shiftKey)" /> <span class="pswd_attention" id="attention_pswd"> <span class="icon_attention"></span> <span class="pswd_attention-text" id="attention-text_pswd1">Русская раскладка клавиатуры!</span> <span class="pswd_attention-text" id="attention-text_pswd2">У вас включен Caps Lock!</span> <span class="pswd_attention-text" id="attention-text_pswd3">У вас включен Caps Lock и русская раскладка клавиатуры!</span> </span> </div> <div class="rg_for_input input-alien"> <span class="chk noPhones"><input id="chk_alien" name="" type="checkbox" /></span><label for="chk_alien" class="noPhones"> Чужой компьютер</label> <a class="forgot_pass" href="/member/totalrecall">Забыли пароль?</a> </div> <div class="rg_for_input"> <em id="auth_msg" class="reg_error"></em> <input id="lf_typeauthid" value="email" type="hidden"> <input type="submit" class="button button-red logreg_submit" id="js_loginFormBut" value="Войти">  <div class="loading loading-cover" style="display: none;"><div class="loader"></div></div> </div> {#/if} {#if $P.login_register_tab == 2} <div class="rg_for_input"> <span class="rg_text_inner">E-mail</span> <input id="arfemail" class="js_keydown_selector rg_input_text" name="" type="text" data-js_submit="yes" data-js_action="js_regFormBut"/> </div> <div class="rg_for_input rg_set_lineh rg_for_input_wide"> <label class="js_tap_panel_checkbox"> <span class="chk"><input name="" id='js_tap_panel_checkbox_terms' type="checkbox" data-js_submit="yes" /></span> Я ознакомился и согласен с <a class="link_txd logreg_accLink" href="/faq/vereinbarung.html">условиями сервиса Subscribe.ru</a> </label> <br /> <label class="js_tap_panel_checkbox"> <span class="chk"><input name="" id='js_tap_panel_checkbox_personal' type="checkbox" data-js_submit="yes" /></span> Нажимая на кнопку "Готово!", я даю <a class="link_txd logreg_accLink" href="/faq/persverordnung.html">согласие на обработку персональных данных</a> </label> </div> {* <div style="float: left;position: absolute;left: 11em;"> <img src="http://www.kupivip.ru/images/vip/logo.png?1604" style="width: 86px; vertical-align: middle;display: block;"> </div> <div class="rg_for_input rg_set_lineh"> <label class="js_tap_panel_checkbox"><input name="" id="js_tap_panel_checkbox_kupivip" type="checkbox" data-js_submit="yes"> Я хочу получать новости о скидках на одежду</label> </div> *} <div class="rg_for_input"> <em id="reg_msg" class="reg_error rg_for_input_wide"></em> <em id="reg_msg2" class="reg_error rg_for_input_wide"></em> <input id="rf_typeauthid" value="email" type="hidden"> <a class="button button-red logreg_submit" id="js_regFormBut" href="#">Готово!</a> <div class="loading loading-cover" style="display: none;"><div class="loader"></div></div> </div> {#/if} </div> {#/template js_tmpl_auth_reg_action} {#template js_tmpl_auth_reg_agree} <div class="rg_for_input rg_set_lineh rg_for_input_wide"> <label class="js_tap_panel_checkbox"> <span class="chk"><input name="" id='js_tap_panel_checkbox_terms_reg' type="checkbox" data-js_submit="yes" /></span> Я ознакомился и согласен с <a class="link_txd logreg_accLink" href="/faq/vereinbarung.html">условиями сервиса Subscribe.ru</a></label> <em id="reg_msg_soc" class="reg_error rg_for_input_wide"></em> </div> {#/template js_tmpl_auth_reg_agree} {#template js_tmpl_auth_reg_button} <div class="rg_butons_socials"> {#if $P.login_register_tab == 1} <a class="rg_btn_soc rg_bs_01 js_tap_panel_selector" action="auth_email" href="#"><span><i></i>Email</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_01 js_tap_panel_selector" action="auth_openid" href="#"><span><i></i>OpenID</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_02 js_tap_panel_selector" action="auth_vkontakte" href="#"><span><i></i>Вконтакте</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_02 js_tap_panel_selector" action="auth_mailru" href="#"><span><i></i>Mail.Ru</span></a> {#/if} {#if $P.login_register_tab == 2} <a class="rg_btn_soc rg_bs_01 js_tap_panel_selector" action="reg_email" href="#"><span><i></i>Email</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_01 js_tap_panel_selector" action="reg_openid" href="#"><span><i></i>OpenID</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_02 js_tap_panel_selector" action="reg_vkontakte" href="#"><span><i></i>Вконтакте</span></a> <a class="rg_btn_soc rg_bs_02 js_tap_panel_selector" action="reg_mailru" href="#"><span><i></i>Mail.Ru</span></a> {#/if} </div> {#/template js_tmpl_auth_reg_button} {#template js_tmpl_auth_reg_descr} {#if $P.login_register_tab == 1} Для оформления подписки на выбранную рассылку, работы с интересующей вас группой или доступа в нужный вам раздел, просим авторизоваться на Subscribe.ru {#/if} {#if $P.login_register_tab == 2} Для регистрации укажите ваш e-mail адрес. Адрес должен быть действующим, на него сразу после регистрации будет отправлено письмо с инструкциями и кодом подтверждения. {#/if} {#/template js_tmpl_auth_reg_descr} {#template js_tmpl_soc_auth_reg_descr} Или зарегистрируйтесь через социальную сеть. {#/template js_tmpl_soc_auth_reg_descr} {#template js_tmpl_auth_reg_soc} <div class="rg_soc"> {#if $P.login_register_tab == 1} <a onclick="return _checkSocConfirm(event)" href="https://oauth.vk.com/authorize?client_id=3954260&scope=wall,offline,photos,groups,video,audio,email&redirect_uri={location.protocol+'//'+location.host}/member/login/vk/&response_type=code&v=5.15" class="login_register_vk_button"> <span class="login_register_vk_icon"></span> </a> {#/if} {#if $P.login_register_tab == 2} <a onclick="return _checkSocConfirm(event)" href="https://oauth.vk.com/authorize?client_id=3954260&scope=wall,offline,photos,groups,video,audio,email&redirect_uri={location.protocol+'//'+location.host}/member/join/vk&response_type=code&v=5.15" class="login_register_vk_button"> <span class="login_register_vk_icon"></span> </a> {#/if} </div> {#/template js_tmpl_auth_reg_soc}

{#template MAIN} <div id="loginForm" style="display:none;" class="subscriberu_popup"> <div class="popup_register"> {#include js_tmpl_auth_reg_tab} <dl class="rg_block_options"> <dt id="js_tap_panel_auth"> <p class="rg_description">{#include js_tmpl_auth_reg_descr}</p> <div class="clr"> </div> {#include js_tmpl_auth_reg_action} <div class="clr"> </div> </dt> </dl> </div>  </div> {#/template MAIN} {#template js_tmpl_auth_reg_tab} <ul class="rg_nav"> <li id="js_tab_reg" class="rg_active_nav rg_first_nav"><a href="" onclick="return false;" >Регистрация</a></li> </ul> <span onclick="hidebo();" class="rg_closed"> </span> {#/template js_tmpl_auth_reg_tab} {#template js_tmpl_auth_reg_descr} <strong>Пожалуйста, подтвердите ваш адрес.</strong><br><br>Вам отправлено письмо для подтверждения вашего адреса {$P.register_confirm_mail}.<br>Для подтверждения адреса перейдите по ссылке из этого письма. {#/template js_tmpl_auth_reg_descr} {#template js_tmpl_auth_reg_action} <div class="rg_forms confirm_code_from_letter"> <div class="rg_for_input"> <span class="rg_inp_descr" style="width:15em;">Или введите код из письма:</span> <input type="text" value="" id="confirm_code" name="" data-js_submit="yes" data-js_action="js_confirmFormBut" class="js_keydown_selector rg_input_text_conf" > </div> <div class="rg_for_input"><label>Не пришло письмо? <b>Пожалуйста, проверьте папку Спам</b><br /> (папку для нежелательной почты).</label><br /> <a href="" onclick="ajax_recall_code();return false" >Вышлите мне письмо еще раз!</a></div> <div class="rg_for_input"> <em class="reg_error" id="confirm_msg"></em> <a href="#" class="button button-red" id="js_confirmFormBut">Готово</a> <div class="loading loading-cover" style="display: none;"><div class="loader"></div></div> <br> </div> </div> {#/template js_tmpl_auth_reg_action}