Конструкция ДЕРЕВЯННОГО лонжерона

H

Hydropilot

Я люблю строить самолеты!
Приветсвую всех авиаконструкторов!  🙂

вопрос который хотел бы обсудить:

какой существенный выигрыш из совокупности параметров (технологических, весовых, прочностных) дает конструкция сборного коробчатого или двутаврового лонжерона перед монолитным лонжероном прямоугольного сечения (доской)?
 
Согни слегка перед собой рейку-концы вниз, середина естественно горбом стала. обрати внимание: верхняя часть волокон максимально растягивается, а нижняя максимально сжимается. а по середине  изгиб и сжатие минимальны, то есть по сравнению с верхом и низом-эта часть почти не работает.  поэтому и принято делать из двух полок(желательно ПОШИРЕ) которые воспринимают наибольшую нагрузку и с пустым пространством между ними. Чем больше высота лонжерона, тем больше весового выигрыша по сравнению со сплошным. Выигрыш может быть 2-3-4 кратным по весу.
Поправьте если что не так....
 
с теорией изгиба я знаком, и вы, собственно, правы,
но это утверждение справедливо для материалов, имеющих одинаковую или близкую прочность на растяжение-сжатие, например для металлического лонжерона.

в случае дерева согласно книге "проектирование деревянных самолетов, москва 1945"
прочность сосны:
на чистое растяжение 83МПа,
на чистое сжатие 35 МПа,
при ИЗГИБЕ (СПЛОШНОГО бруска) 65МПа
 
имею на руках книгу кондратьева "самолет своими руками",
в ней имеется пример проектировочного расчета полок деревянного лонжерона, при пересчете рассматриваемых нагрузок на сплошную доску получается небольшой выигрыш в размере потребной площади, с учетом того что к отдельным полкам нужно еще и стенки приклеить (вес клея + стенок) выигрыш в весе растет
 
Hydropilot сказал(а):
с теорией изгиба я знаком, и вы, собственно, правы,
но это утверждение справедливо для материалов, имеющих одинаковую или близкую прочность на растяжение-сжатие, например для металлического лонжерона.

в случае дерева согласно книге "проектирование деревянных самолетов, москва 1945"
прочность сосны:
на чистое растяжение 83МПа,
на чистое сжатие 35 МПа,
при ИЗГИБЕ (СПЛОШНОГО бруска) 65МПа
Нажмите, чтобы раскрыть...
Ну так соответственно деревянная полка работаюшая на сжатие имеет большее поперечное сечение, чем полка работающая на растяжение. Только не надо забывать про полеты с отрицательной перегрузкой(работа полок зеркально меняется). Но обычно эти перегрузки небольшие.


У бруска все равно одна часть на макс растяжение, другая на макс сжатие, а посередине МИНИМАЛЬНОЕ растяжение и сжатие. Ну и зачем она(середина) нужна?

Чем выше разнос полок, тем большее выигрыша по массе по сравнению со сплошным.
А если самолет предназначен для эксплуатации с большими перегрузками, и сам весит немало, то абсолютный весовой выигрыш по сравнению со сплошным лонжероном будет вообще огромным.

Но если профиль очень тонкий(40-50 мм)-оперение например, и мы строим не авиамодель , то безусловно не стоит парится с полочным лонжероном и воткнуть сплошной. Потери в весе будут не очень то и значительными.
 
то-то и оно, примем перегрузки +6 -3
6/3=2;
83МПа/35МПа=2.37
2<2.37
- тоесть площадь нижней полки может быть максимум в 2 раза меньше площади верхней

собственно так и взято в книге Кондратьева,

но еще раз повторюсь,
пересчет нагрузки из примера на более узкий  сплошной прямоугольник той же высоты, по разрушающему напряжению 65МПа, дает выигрыш в площади поперечного сечения
 
Поперечное полок сечение обычно стараются делать более широким.

Если он будет узким, то в самых напряженных крайних по высоте точках количество волокон будет меньше. Разорвались крайние волокна-считай конец лонжерону. Остальные слои разорвутся моментально под нагрузкой.

И еще, если он будет сплошным, узким и высоким, то он плохо будет держать кручение. Во время полета лонжерон не только изгибается, но еще и пытается закрутится.
Полоску бумаги возьми за оба конца и покрути в разные стороны, вот так по винтовой линии и пытается закрутится лонжерон
 
rtyuiop.400 сказал(а):
Поперечное полок сечение обычно стараются делать более широким.

Если он будет узким, то в самых напряженных крайних точках количество волокон будет меньше.
И еще, если он будет сплошным, узким и высоким, то он плохо будет держать кручение. Во время полета лонжерон не только изгибается, но еще и пытается закрутится
Нажмите, чтобы раскрыть...
и перерезывающая сила, немного, но учитывать не грех.
 
Кстати о птичках... на пайперах впоследствии доску заменили на нормальный металлический лонжерон с работающими полками и стенкой... ни на какие мысли не наводит?  Может это и есть обычный северный олень?  😉  Просто амеры ленивые по самое нихочу... в европе перешли на коробчатые лонжероны сразу после первой мировой... а Фоккер  ещё в самый её разгар на Dr-1. ЕМНИП.  😉
 
высота лонжерона в примере типичная для крыла СЛА и не тянет на оперение - 150 мм (заметьте, не максимальная высота,а высота между центрамии тяжести полок)

вобщем цифры из примера:
-площадь нижней полки 950 мм2
-площадь верхней полки 1900 мм2
-суммарная площадь 2850 мм2
-высота между центрами тяжести полок 150мм
-изгибающий момент 336 0000 Нмм

рассчитаем потребную ширину бруска:

b=6*M/(65*h^2) = 14 мм

14*150=2100 мм2

выигрыш площади порядка 30%

на кручение пусть работает жесткая обшивка
со сдвигом проблем вообще не вижу

что значит меньше волокон? - странное утверждение,

в любом случае: при одинаковых напряжениях в полке двутавра и крайнего сечения прямоугольника число волокон на единицу напряжения одинаковое   🙂

широкой полку делают точно не поэтому  🙂
 
у металла несравненно есть преимущества перед деревом по совокупности параметров

обсуждать замену дерева на металл думаю сдесь не стоит

вопрос всетаки о 2х ДЕРЕВЯННЫХ конструкциях
 
Дайте размах консоли, вес ЛА, перегрузка +6 я так понял? (Вес крыла необязателен-мы же прикидочный расчет делаем)
Судя по тому что полка работаюшая на сжатие имеет площадь 1900 мм>3, высота 150мм, а перегрузка равна 6, то у вас вес самолета около 180 кг? а размах около 6м?
 
  Вот ниччо не понял что Вы выше изобразили... :🙂
  Но могу спорить что коробчатый лонжерон получится процентов на 40 легче вашей доски. :IMHO
 
по поводу кручения еще добавлю, любой незамкнутый профиль плохо работает на кручение, в том числе и двутавр,

как правило кручение если и воспринимается лонжероном то он СОВСЕМ СОВСЕМ коробчатый, или труба большого диаметра,
а так, обычно кручение снимается либо двумя подкосами, либо контуром внешней обшивки, в которой лонжерон является частью контура
 
Hydropilot сказал(а):
широкой полку делают точно не поэтомуУлыбка
Нажмите, чтобы раскрыть...
а почему? объясни свою точку зрения.

Моя такая: Максимальные напряжения возникают в самых удаленных от середины лонжерона слоях полок. Чем шире  полка лонжерона, тем большее количество материала работает с полной отдачей.
 
да, тут я с вами полностью согласен,
просто в прямоугольнике, при идеальных условиях,
волокна не порвутся раньше чем в двутавре при оинаковых величинах напряжений
 
rtyuiop.400 сказал(а):
Максимальные напряжения возникают в самых удаленных от середины лонжерона слоях полок
Нажмите, чтобы раскрыть...

100% истина.

rtyuiop.400 сказал(а):
Чем ширеполка лонжерона, тем большее количество материала работает с полной отдачей
Нажмите, чтобы раскрыть...
 
Тут единственный компромис: надо обеспечить ещо достаточную площадь склейки со стенкой... или применить 3-4 стенки например.
 
BAIKAL_557 сказал(а):
Тут единственный компромис: надо обеспечить ещо достаточную площадь склейки со стенкой... или применить 3-4 стенки например.
Нажмите, чтобы раскрыть...
Если память не изменяет то подобные стенки(более двух) были у Москито , Яках и Ла?
 
по поводу расчета, попробуйте сосчитать коробчатый лонжерон и сплошную доску для вышеизложенных данных, повторюсь:

-высота между центрами тяжести полок = 150мм
-высота прямоугольника = 150мм (что ставит его в неравные условия)
-изгибающий момент = +336 0000 Нмм; -168 0000 Нмм

-прочность на растяжение/сжатие = 83/35МПа - для расчета полок
-прочность при изгибе сплошного бруска 65МПа
 
Вам необходимо войти или зарегистрироваться, чтобы здесь отвечать.
Назад
Вверх