К определению уравновешивающей нагрузки на шпангоут однопалубного фюзеляжа

Abstract

При оптимальном проектировании фюзеляжа весьма важным вопросом является выбор оптимального положения силового пола в поперечном сечении фюзеляжа. В зависимости от относительного положения силового пола, приведенной толщины пола, схемы крепления пола к шпангоутам и соотношения приведенных толщин обшивки фюзеляжа и пола изменяется положение центра жесткости поперечного сечения фюзеляжа, жесткость фюзеляжа на кручение. Это приводит к изменению крутящего момента, перераспределению потоков касательных усилий, перераспределению сплющивающих нагрузок на шпангоут от изгиба фюзеляжа. В работе рассмотрены две схемы крепления пола к шпангоута – жесткое, моментное соединение и шарнирное. Шпангоут при этом воспринимает дополнительную нагрузку от пола. Фюзеляж рассматривается как тонкостенный стержень, нагруженный горизонтальной и вертикальной поперечными силами, крутящим моментом и сплющивающими силами от изгиба фюзеляжа. Для надежности расчет положения центра жесткости в двухзамкнутом поперечном сечении проводился двумя методами: фиктивной силы и фиктивного момента. Исследовалось влияние различных параметров на расположение центра жесткости. Было оценено влияние положения пола по вертикали, соотношения приведенных толщин пола и обшивки фюзеляжа и площади поперечного сечения бимса крепления пола к фюзеляжу на положение центра жесткости. По результатам расчетов построены диаграммы этих зависимостей. Была исследована зависимость жесткости на кручение от положения пола и соотношения приведенных толщин пола и обшивки фюзеляжа. По результатам расчетов построена диаграмма этих зависимостей. Были рассмотрены различные конструктивные решения крепления пола к обшивке фюзеляжа: с непосредственным их соединением и с опором пола только на бимс. Было изучено нагружение пола от сплющивающих нагрузок, вызванных изгибом фюзеляжа. Показана диаграмма нагружения шпангоута и пола от сплющивающих нагрузок. По представленным диаграммам можно выбрать оптимальное положение пола по вертикали, приведенную толщину пола и площадь поперечного сечения бимса.

При оптимальному проектуванні фюзеляжу дуже важливим питанням є вибір оптимального положення силової підлоги у поперечному перерізі фюзеляжу. Залежно від відносного положення силової підлоги, наведеної товщини підлоги, схеми кріплення підлоги до шпангоутів і співвідношення наведених товщин обшивки фюзеляжу й підлоги змінюється положення центру жорсткості поперечного перерізу фюзеляжу, жорсткість фюзеляжу на кручення. Це призводить до зміннення крутного моменту, перерозподілу потоків дотичних зусиль, перерозподілу сплющувальних навантажень на шпангоут від вигину фюзеляжу. У роботі розглянуто дві схеми кріплення підлоги до шпангоута — жорстке, моментне з'єднання і шарнірне. Шпангоут при цьому сприймає додаткове навантаження від підлоги. Фюзеляж розглядається як тонкостінний стрижень, навантажений горизонтальною й вертикальною поперечними силами, крутним моментом і сплющується силами від згинання фюзеляжу. Для надійності розрахунок положення центру жорсткості в двозамкненому поперечному перерізі проводився двома методами: фіктивної сили й фіктивного моменту. Досліджувався вплив різних параметрів на розташування центру жорсткості. Було оцінено вплив положення підлоги по вертикалі, співвідношення наведених товщини підлоги й обшивки фюзеляжу і площі поперечного перерізу бімса кріплення підлоги до фюзеляжу на положення центру жорсткості. За результатами розрахунків побудовано діаграми цих залежностей. Було досліджено залежність жорсткості на кручення від положення підлоги та співвідношення наведених товщини підлоги й обшивки фюзеляжу. За результатами розрахунків побудовано діаграми цих залежностей. Було розглянуто різні конструктивні рішення кріплення підлоги до обшивки фюзеляжу: з безпосереднім їх з'єднанням і зі опором підлоги тільки на бімс. Було вивчено навантаження підлоги від сплющувальних навантаг, спричинених вигином фюзеляжу. Наведена діаграма навантаження шпангоута й підлоги від сплющувальних навантажень. За наведеними діаграмами можна вибрати оптимальне положення підлоги по вертикалі, зведену товщину підлоги й площу поперечного перерізу бімса.

With the optimal design of the fuselage, a very important issue is the choice of the optimal position of the load-bearing floor in the cross-section of the fuselage. Depending on the relative position of the load-bearing floor, the reduced thickness of the floor, the scheme of fastening the floor to the frames and the ratio of the reduced thicknesses of the fuselage skin and the floor, the position of the center of stiffness of the fuselage cross-section changes, the torsional stiffness of the fuselage. This leads to a change in torque, a redistribution of shear flows, a redistribution of flattening loads on the frame from the bending of the fuselage. In this work, two schemes of fastening the floor to the frame are considered  a rigid, torque connection and a hinged one. In this case, the frame takes up additional load from the floor. The fuselage is considered as a thin-walled rod, loaded with horizontal and vertical shear forces, torque and flattening forces from the fuselage bending. For reliability, the calculation of the position of the center of stiffness in a double-closed cross-section was carried out by two methods: a fictitious force and a fictitious moment. The influence of various parameters on the location of the center of rigidity was investigated. The influence of the vertical position of the floor, the ratio of the reduced thicknesses of the floor and the fuselage skin and the cross-sectional area of the beams of the floor attachment to the fuselage on the position of the center of stiffness was evaluated. Diagrams of these dependencies were constructed based on the results of calculations. The dependence of the torsional stiffness on the position of the floor and the ratio of the reduced thicknesses of the floor and the fuselage skin was investigated. Based on the calculation results, a diagram of these dependencies was built. Various constructive solutions were considered for fastening the floor to the fuselage skin: with their direct connection and with the floor support only on the beam. The floor loading from flattening loads caused by the bending of the fuselage was studied. The diagram of the loading of the frame and the floor from flattening loads is shown. According to the diagrams, you can choose the optimal vertical position of the floor, the reduced floor thickness and the cross-sectional area of the beam.