Крыло смешанной конструкции с лонжероном из трубы.

[Jeka55]

Уважаемый Jeka55 посмотрел Ваш огород, теплицы, дорожки – человек Вы трудолюбивый. У меня на втором месте после работы тоже дом, огород, теплица… да и теплицы менее аккуратны чем у Вас. Самолет, к большому сожалению, на третьем месте. Я проектирую и очень медленно делаю крыло с трубчатым лонжероном, воспринимающим изгиб и кручение (обшивка тряпка). Мне бы как дилетанту промолчать, но все же посоветую. Представления, каким должен быть лонжерон из трубы, у меня сформировались под влиянием ряда уважаемых и известных в наших узких кругах людей. Я им премного благодарен.
1.      В трубе лучше не делать отверстий. Отверстия концентраторы напряжений. Труба боковыми стенками работает на кручение. При очень больших отверстиях она перестанет работать на кручение. Выгодней уменьшить толщину трубы. Как? Есть ряд способов.
2.      На определенном расстоянии выгодней вставить в трубу большого диаметра трубу малого диаметра. Уменьшаем строительную высоту, но сохраняем толщину стенки. Толщина стенки залог нормальной работы трубы на сжатие.
3.      Достичь весовой культуры могут помочь накладки из той же трубы в виде языков.
Кратко как то так. В самолетостроении я дилетант, но пытаюсь разобраться. На прочность свой лонжерон пересчитывал раз пятьдесят.
Для примера разрез, где есть и переход с диаметра на диаметр и накладки на трубу. Возможно в чем то я не прав… пусть поправят.

На все вопросы ответить со 100% уверенность не смогу, подготавливаю лонжерон к статическим испытаниям. Делаю стыковые узлы консоли с центропланом.
1.В консоли возле корня крыла (т.е. в месте наибольшей нагрузки) делал круглые (эллипс) отверстия, дальше по размаху где нагрузка поменьше прямоугольные отверстия округлил. Кромки отверстий подшлифовал (времени затратил больше, чем на вырезание окон облегчения). Надеюсь  снизил концентрацию напряжений.
2. Труба в трубу было бы хорошо, но подходящих диаметров у меня не было, а поливная труба от систем мелиорации 130х2,5 мм давно лежала без дела, ну и решил приспособить её под лонжерон. Если согнется на испытаниях, не жалко будет. А если выдержит испытанию, продолжу дальше строительство.
3.Больше всего волнует "верхняя полка" лонжерона, может потерять устойчивость при сжатии в районе вырезов. Хотя в самом нагруженном месте (первое окно облегчения) площадь сечения 2,5мм х 120мм =3 кв.см, но высота "верхней полки" с учетом радиуса трубы всего 2,5 см.

 

[Jeka55]

И мне такое конструкторское решение тоже нравиться.   Глядя раньше на эти сплошняковые трубы что применяют на самолётах так и мне, точно так же, хотелось повырезать всё лишнее.

Может вырезы и действительно великоваты по виду, но работать с насаженными нервюрами это будет по любому.   "Перепонки" будет распирать в разные стороны, а насаженная на трубу нервюра (крепящаяся поперёк "перепонки" будет работать на разрыв).   
  И моё личное мнение, что "испытывать" пока рано (правильней будет всё связать в единую конструкцию, а потом уже и испытывать)

Хотя ведь точно я не знаю "божественного замысла", может нервюры будут из двух половинок и просто навешиваться на эти "перепонки", тогда в этом случае я б всё таки в саму трубу перегородочек добавил (между верхним и нижним так называемым "образовавшимися лонжеронами")...      

Нервюры будут цельными с вырезанным круглым отверстием с отбортовками под лонжерон. Т.е. в месте крепления нервюр, боковые стенки лонжерона будут дополнительно поддерживаться от потери устойчивости.

 

[CSS-13]

2. Труба в трубу было бы хорошо, но подходящих диаметров у меня не было

У меня труба 100х2 мм и 58х2 мм (по проекту была 60х2) как видите меньшая труба может быть любого размера. Переходные кольца это позволяют.

А если выдержит испытанию, продолжу дальше строительство.

Проблемы не в изгибе, а в кручении... У меня сомнение что то что осталось от трубы будет работать на кручение.
Кроме всего выше сказанного (растяжение, сжатие, кручение) на лонжерон действует перерезывающая сила... Тут воооще не представляю чем она будет компенсироваться. НО возможно я не прав...

 

[Jeka55]

Мысленно представил трубчатый лонжерон как ферменный лонжерон.
Полки 1 и 2 ферменного лонжерона (на рис.) соответствуют "полкам" трубчатого лонжерона.
Нагрузки, которые берут стойки 3 ферменного лонжерона, в трубчатом лонжероне возьмут вертикальные перегородки между окнами облегчения. Конечно нагрузка будет идти не по прямой линии между верхней и нижней "полкой", а по окружности. Но сечения вертикальных перегородок достаточно большие, плюс с наружи от потери устойчивости будут подкрепляться нервюрами.
Нагрузку (перерезывающая сила), которые в ферменном лонжероне берут раскосы 4, в трубчатом лонжероне возьмут закругления от "полки" к вертикальным перемычкам и сами вертикальные перемычки. Нагрузка там небольшая. В самолете "АРГО-02" согласно расчетам в журнале "М-К 12-1991" потребные стенки лонжерона в середине центроплана (там где устаовлена РУС) должна быть из фанеры толщиной 1 мм, а дальше по размаху только уменьшается, и её даже считать не стали.

      

 

[alfa_DOP]

плюс с наружи от потери устойчивости будут подкрепляться нервюрами.

Думаю, не столько от потери устойчивости, сколько от превращения круглого сечения в яйцеобразное. Получается, что нервюры будут подкреплять лонжерон, насколько позволит их конструкция. В данном случае вынужден согласиться с @ Русланом 7000 - труба с нервюрами будет прочнее, чем без них. Хотя рассчитывать на такую "поддержку" лонжерона нервюрами я, лично, не стал бы.

Нагрузку (перерезывающая сила), которые в ферменном лонжероне берут раскосы 4, в трубчатом лонжероне возьмут закругления от "полки" к вертикальным перемычкам и сами вертикальные перемычки. Нагрузка там небольшая. В

Закругления сколько то возьмут. Если бы отверстия облегчения были  диаметром не больше 0,4 D трубы, то я и вообще не стал бы вводить Вас в сомнения.
А так, моё мнение - надо испытывать, а для чистоты эксперимента - ещё и с имитацией нервюр (но это уже не "в запас", а совсем наоборот).
 

 

[CSS-13]

Уважаемый  Jeka55 , будете испытывать, нагрузку сделайте не совпадающей с осью лонжерона. Проверьте, на всякий случай, и работу на кручение. Главное достоинство трубы - она работает на кручение. Вы фактически лишили её свойств трубы. Местами трубы у Вас просто нет.

 

[Jeka55]

Пересчитал нагрузку на кручение от элерона.
Площадь крыла 9 кв.м. Нагрузка на крыло 28 кг/кв.м.
Площадь элерона 1,66х0,3=0,5 кв.м.
Максимальная подъемная сила элерона при перегрузке 4 ед равна 28х0,5х4=56 кг.
Расстояние от оси трубчатого лонжерона до оси элерона 0,6 м.
В районе элерона находится 6 нервюр. Конструкция крыла в районе элерона такая, что все нервюры будут собирать крутящий момент с элерона и передавать на трубчатый лонжерон. Т.е. на заднюю стенку каждой их 6-ти нервюр на испытаниях нужно подвесить груз 56:6=10 кг.

 

[Camper]

Нагрузка на элерон считается на самый тяжелый случай нагружения - случай резкого отклонения при максимально возможной скорости. При этом нагрузка на кв.м площади считается p=0.043Vmax(в квадрате), где Vmax в м/с. (РДК СЛА, СибНИА 1989, т.2, с.143) 

 

[Jeka55]

Нагрузка на элерон считается на самый тяжелый случай нагружения - случай резкого отклонения при максимально возможной скорости. При этом нагрузка на кв.м площади считается p=0.043Vmax(в квадрате), где Vmax в м/с. (РДК СЛА, СибНИА 1989, т.2, с.143)  

Ограничение по максимальной скорости предполагаю 180 км/ч, или 50 м/с. Нагрузка р = 0,043 х 50^2 х 0,5= 53,75 кг.

 

[Федя]

Крыло закручивает не только элерон, но и подъемная сила всего крыла, поробуйте пересчитать крутящий момент как предложено здесь http://stroimsamolet.ru/019.php. В случае В, он будет побольше чем по вашим расчетам. 🙂

 

[alfa_DOP]

Ограничение по максимальной скорости предполагаю 180 км/ч, или 50 м/с. Нагрузка р = 0,043 х 50^2 х 0,5= 53,75 кг. 

Крыло закручивает не только элерон, но и подъемная сила всего крыла, поробуйте пересчитать крутящий момент как предложено здесь http://stroimsamolet.ru/019.php. В случае В, он будет побольше чем по вашим расчетам.

Так и заставят Вас сломать лонжерон кручением 🙂
Я бы отступился, нагрузил бы кручением контур крыла, раз уж труба такая дырявая получилась.
А вот изгиб Вы ничем, кроме лонжерона не возьмёте 🙁.

 

[Jeka55]

Посчитал крыло на кручение. В случае "А" момент в центре центроплана получился 90 кгм, в случае "В" 112,5 кгм.
Беру самый нагруженный случай "В", пропорционально размаху крыла уменьшаю крутящий момент от 112,5 до 0, и в месте крепления консолей момент получился 97 кгм.
Что бы имитировать такой момент от кручения, при стат.испытаниях эксплуатационную нагрузку (370 кг) смещу на 25см от оси трубчатого лонжерона.

 

[Федя]

Да, для начала, конечно можно испытать лонжерон только на изгиб, не заморачиватся с имитацией крутящего момента.

 

[iae]

На кручение самый тяжёлый случай - "С".

 

[Jeka55]

На кручение самый тяжёлый случай - "С".

"Чем дальше в лес, тем злее партизаны". Что это за случай "С"?

 

[Юрий Ер]

Крыло закручивает не только элерон, но и подъемная сила всего крыла

Что там считать всё равно попадёте пальцем в небо. Подъёмная сила будет крутить лишь тогда если лонжерон всё же  не совпадёт с центром давления. И то эти нагрузки будут минимальные а вот отклонение закрылков и элерона будут крутить. Я в этом случае всегда привожу пример с рулём высоты. Велики ли нагрузки на ручке? Так вот а вы на руль воздействуете через качалки длинной около 100мм. Работа крыла подобна рулю высоты научитесь видеть физику происходящего. Если вы собираетесь летать.... Если конечно вам нравится конструировать то конечно вы получаете удовлетворение от расчётов. Тогда я пасс...

 

[urry_buh]

Ну не знаю,кому как. Я тут прикинул, при Су 0.35 на режиме УГП если лонжерон поместить на четверти хорды и профиль Р2-14 взять, то для полутораметровой хорды крут. момент получается примерно 60 кг*м.
А пример с рулём высоты неправильный- надо Цпго рассматривать и делать скидку на то, что нагрузка на оперение в разы меньше, чем на крыло.

 

[Rafis]

На кручение самый тяжёлый случай - "С".

"Чем дальше в лес, тем злее партизаны". Что это за случай "С"?

ох молодежь  ;D
смотри

 

[Rafis]

по американским и европейским, 25-м правилам это будет точка Е.
В АП-25 и по всяким другим нормам там буквы не стоит.

 

[Jeka55]

У симметричного профиля фокус крыла совпадает с центром давления крыла, т.е другими словами , на таком крыле центр давления по хорде не перемещается. Где находится фокус у крыла с профилем Р-2-14 и какая в фокусе величина момента данных не нашел.
  Чумак дал общие рекомендации по вычислению крутящего момента, но оба случая "А" и "В" не учитывают применяемый профиль крыла. Так например, для крыла с симметричным профилем крутящий момент вообще можно не считать, если лонжерон расположить в центре давления (и соответственно в фокусе) крыла. Посчитать только крутящий момент от элерона.