Строим  самолетэнциклопедия авиасамодельщика Советы автомобилистам Airplane rc radio controlled models Aircraft painting schemes www.stroimsamolet.ru   






ultralights for sale, aircraft parts

Как стать пилотом
Ремонт стройка видео


Фермы в конструкции самолета


История самолетостроения богата примерами применения ферм в конструкции самолетов. В зависимости от расположения стержней фермы делятся на плоские, все стержни которых лежат в одной плоскости



и пространственные, стержни которых расположены в разных плоскостях



По роду составляющих ферму стержней различают фермы трех видов:

жесткие - состоящие из жестких стержней, воспринимающих как растягивающие, так и сжимающие усилия

расчалочные - у которых вместо каждого раскоса жесткой фермы имеются две расчалки (ленты, проволока), воспринимающие лишь растягивающие усилия.



смешанные - часть жестких раскосов которых заменена расчалками.

Расчалочные фермы легче чем жесткие. Разница в массе тем больше, чем длиннее раскосы, так как в жесткой ферме раскосы воспринимают и сжимающие усилия. ПРи сжатии длинных стержней возникают явления продольного изгиба, тогда как в расчалочной ферме расчалки всегда работают на растяжение. Кроме того, заделка расчалок подобна идеальному шарниру, в то время как заделка жесткого раскоса приводит к появлению не только сжимающих или растягивающих напряжений в стержнях, но и изгибающих моментов. Возникающие при этом напряжения изгиба могут быть довольно значительными. Суммарное действие изгибающих моментов и осевых сил в стержнях приводит к продольно-поперечному изгибу и требует увеличения площади сечения стержней.

При изготовлении сварных ферм в материале стержней под влиянием нагрева при сварке и последующего охлаждения возникают остаточные напряжения, вызывающие деформацию фермы, как только она будет вынута из стапеля. Поэтому сварка ферм, требуя от сварщика высокого искусства и правильной технологии сварки, всегда связана с необходимостью последующей правки фермы. Правка расчалочной фермы значительно проще, чем жесткой, узлы которой вследствие наличия раскосов являются более жесткими.

Главное достоинство жесткой фермы заключается в том, что она сохраняет свою форму в процессе эксплуатации, в то время как расчалочная ферма нуждается и в первоначальной (при сборке фермы) регулировке и в наблюдении за ней и регулировке в процессе эксплуатации, так как вытяжка расчалок под действием нагрузок приводит к уменьшению жесткости фермы.

Жесткая ферма более живуча чем расчалочная. Разрушение даже одной расчалки означает разрушение всей расчалочной фермы. Повреждение жесткого стержня не нарушает целости фермы и не приводит к значительному падению прочности стержня, поскольку его площадь сечения выбрана не по разрушающему напряжению материала стержня, а по критическому напряжению при продольном изгибе, имеющему более низкое значение.

Изложенные соображения позволяют понять, почему расчалочные фермы применялись в малонагруженных конструкциях самолетов, летавших с небольшими скоростями. При малых скоростях, а следовательно и мощностях двигателей выйгрыш в массе конструкции имел большое значение. Жесткие пространственные фермы, обладающие по сравнению с расчалочными фермами повышенной живучестью, были в свое время широко распространены, особенно в конструкциях военных самолетов.

Области применения плоских и пространственных ферм

Плоские фермы широко применялись, а для самолетов с небольшими скоростями могут применяться и сейчас в конструкции следующих частей самолета: нервюр крыльев и оперения, лонжеронов крыльев, рулей высоты, рулей направления, шпангоутов фюзеляжа. Кроме того, плоскими фермами могут быть боковые, верхняя и нижняя панели фюзеляжей, передняя, задняя, верхняя и нижняя панели крыла и др.

Из плоских ферм могут быть образованы пространственные фермы, как жесткие, так и расчалочные.

Если проследить за развитием конструкций самолетов, то можно отметить следующие части самолета, конструкции которых решены в виде пространственных ферм: коробка крыльев биплана, силовая часть крыла или оперения, каркас фюзеляжа, ферма двигательной установки и ферма шасси.

В пространственные фермы, составленные из плоских ферм необходимо вводить элементы, препятствующие искажению сечений при кручении и образующие так называемую поперечную жесткость. Эти элементы располагаются в плоскостях, пересекающих (обычно нормально к оси сооружения) плоскости ферм, составляющих пространственную ферму. Такими элементами являются раскосы и диагональ.

Для пространственных ферм рассмотренных типов достаточно иметь указанную жесткость в двух поперечных сечениях. ПРи этом система будет геометрически неизменяемой и статически определимой.

Пространственные фермы системы Стигера

Изучая конструктивные формы, применявшиеся в самолетных конструкциях нельзя не отметить пространственные фермы СТигера, если и не получившие широкого распространения, то во всяком случае, привлекшие внимание конструкторов.

Эти фермы состоят из лонжерона 1 в виде балки или плоской фермы





воспринимающей изгиб в своей плоскости и осевые силы (сжатия или растяжения) от нагрузок в плоскости, нормальной к плоскости лонжерона, и системы жестких стержней или расчалок 2, воспринимающих осевые силы при действии на ферму крутящего момента. Жесткая ферма Стигера с выносом вперед (а) позволяет сместить вперед центр тяжести крыла по сравнению с фермой Стигера, имеющей вынос назад (б). Смещение центра тяжести вперед выголно, так как повышает критическую скорость флаттера. ВЫнос назад позволяет использовать стержень 3 для крепления закрылка и элерона. В случае выноса вперед необходимо предусмотреть силовой элемент для крепления закрылка или элерона, что приводит к увеличению массы крыла.

В зависимости от того, воспринимается ли крутящий момент жесткими стержнями или расчалками, различают жесткие фермы Стигера и расчалочные. Расчалочная ферма Стигера для крепления расчалок требует применения жестких на изгиб в вретикальной плоскости нервюр 3. Расчалочная ферма, приведенная на рис (б) для работы на кручение не требует применения жестких нервюр.

В весовом отношении фермы Стигера выгоднее других пространственных ферм. Облегчению конструкции способствует то, что ферма Стигера является статически определимой и поэтому усилия в элементах фермы могут быть точно определены путем расчета и не зависят от неточностей производства, как в случае статически неопределимых систем.

Следует отметить, что фермы Стигера, элементы которых расчитаны на прочность без учета дефомаций, могут оказаться недостаточно жесткими на кручение. Угол закручивания фермы зависит также от жесткости конструкции узлов крепления стержней или расчалок, воспринимающих крутящий момент.

Причины отказа от применения ферм в конструкции самолетов и замены ферм балками

Современное самолетостроение характеризуется приемущественным применением балочных конструкций. ОТказ от ферменных конструкций, широко применявшихся в конструкции самолетов и планеров с полотняной обшивкой обьясняется главным образом приемуществами в массе балок перед фермами при малых строительных высотах. Поэтому в качестве лонжеронов крыльев современных скоростных самолетов, имеющих малые толщины, выгоднее применять балки, чем фермы. Обьясняется это тем, что при малой строительной высоте фермы косынки, соединяющие стержни, настолько близко подходят друг к другу, что суммарная масса косынок и раскосов оказывается больше массы заменяющей их стенки балки.

Пространственная ферма (например ферменный фюзеляж) также невыгодна. Большая скорость полета современного самолета требует применения жесткой обшивки, подкрепленной стрингерами и способной воспринимать действующие на фюзеляж нагрузки: перерезывающую силу, изгибающий и крутящий моменты. Наличие в этих условиях фермы, работающей совместно в жесткой обшивкой и дублирующей ее, создавая тем самым неопределимость, приводит к увеличению массы конструкции, по сравнению с той, которая получается без фермы, даже если при этом несущую обшивку придется несколько усилить.



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


Владелец сайта не несет ответственность за результаты и последствия, полученные при попытках использования кем-либо данных технических и иных материалов данного сайта как руководство к действию для самостоятельного творчества.