需要指出的是,对静不定结构并不是在任何情况下都能用刚度分配法得到比较满意的结果,相反,它的应用是有条件限制的。
二、双梁式直机翼的传力分析———各典型元件的受力原理、作用
本节将以双梁式直机翼为典型,以机翼的主要载荷—
—分布气动载荷为重点,进 •/.•
行传力分析,即分析气动力是如何从蒙皮经机翼各元件传到机翼根部?又如何把根部的集中力和力矩传给机身的?其间各元件主要起什么作用? "作用在机翼上的气动载荷的传递()蒙皮的初始受载:蒙皮把气动载荷分别传给长桁和翼助。
气动载荷直接作用在机翼蒙皮上。现取出相邻的两长桁、两普通翼肋之间的一小块蒙皮为分离体分析。蒙皮一般通过铆钉以分散连接形式和长桁、翼肋相连,因此可把这块蒙皮看成四边支承在长桁和翼肋上的矩形薄板。支承可根据是由单排还是多排铆钉连接,相应地简化为简支(铰支)或固支。实际上此处大多为单排铆钉,故可简化为四边简支板。
当蒙皮受到气动力作用时,若气动力为吸力,则长桁和翼肋将通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力,使蒙皮处于平衡状态。若气动力为压力,蒙皮将直接压在翼肋和长桁上。根据作用力与反作用力大小相等,方向相反,分别作用于两相关物体上的原理,蒙皮也就把外载传给了翼肋和长桁。当该蒙皮单元长宽不很悬殊时,可按对角线划分,即长桁 %直接受相邻两个蒙皮单元体上传来的阴影面积 &%’上的气功载荷。
蒙皮本身的受力情况:当蒙皮很薄,且曲率较大时(如前缘蒙皮),它主要以软板形式受力,即蒙皮主要受链应力(沿蒙皮厚度均匀分布的正应力)。但当蒙皮曲度不大时(如中段主翼盒区),则蒙皮内主要为垂直于蒙皮的横向力引起的弯曲应力,同时也有一些链应力。
(()长桁与翼肋受载:长桁把自身承担的初始气动载荷传给翼肋。
长桁与翼肋直接用角片(或间接地通过蒙皮)相连。由于该载荷方向垂直于长桁轴线,且处于翼肋平面内,在此种载荷下,翼肋的刚度比长桁大得多,因此翼肋向长桁提供支持。此时长桁可看作是支持在一排翼肋上的多支点连续梁。这样长桁也就把作用在它上面的气动载荷传给了翼肋。至此,作用在蒙皮上的气动载荷直接或由长桁间接地全部传给了翼肋。
在上述情况下,蒙皮和长桁作为薄板和杆元,按它们的受力特性,似乎不宜承受这类使板和杆受弯曲应力的横向载荷。前面指出,所谓构件的受力特性是相对面言的,是指它最适宜承受某种载荷,而不是绝对不能受其他载荷。因为一般情况下,这些局部气动载荷对于这些构件来说都属小载荷,因而此时它们能承受此类载荷。
())翼肋的受载:在梁式和单块式机翼中,普通翼肋的作用和受力情况很有特点。翼肋的外载有蒙皮直接传来的一部分初始气动载荷 *
(分布载荷)和由长桁传来的气动载荷 +。它们的合力 ,-并近似
(小集中力)即作用在该翼剖面的压力中心上,认为它垂直于翼弦线。翼肋由什么元件提供支反力呢?这要根据翼肋与周围元件的连接情况以及这些元件本身的受力特性来定。在双梁式机翼中,翼肋腹板与两梁的腹板相连,肋的上、
•..•
下缘条与蒙皮相连,故可认为翼胁是沿周缘支持在一个由梁和蒙皮组成的空间盒式梁上,即具有 个可受正应力的集中面积的闭室盒段结构上。
一般 "的作用点不通过该盒段结构在此剖面处的刚心。在求支反力时(注意:只为求支反力,而不是分析翼肋的内力),可把 "平移到上述刚心上,使在刚心上作用有一力 "和附加一个绕刚心的力矩 %。作用在刚心上的力有使翼胁作上、下平移的趋势,并将使翼盒产生弯曲变形。而力矩 使翼肋有绕刚心转动的趋势,并使翼盒产生扭转变形。
梁腹板和蒙皮都是薄壁构件,虽然它们在垂直于自身平面的方向上刚度很差,但在自身平面内却都有足够的刚度,能够提供支持。因此翼肋受载荷后,其垂直力 "由两个大梁腹板的支反力 &’,&(平衡。这两个支反力在满足一定条件时,可直接由刚度分配法由两梁的弯曲刚度求得其值。 %由翼盒提供沿闭室周缘作用的、闭合的支反剪流来平衡。可见,通过翼肋的作用,气动载荷转换成了垂直载荷 "’,"(和力矩 %,并相应地传到了梁腹板和组成封闭翼盒的各元件上。
翼肋受载,时,它本身相当于一个“梁”,各切面内会产生剪力、弯矩等内力。但应强调指出,它与一般材料力学中的梁是不同的。材料力学中的梁多半具有集中的刚性支点(铰支、固支);而支持翼肋的是它的内侧(靠近机翼根部)的一段盒式梁,所以该支持是沿翼肋周缘分散的和弹性可变的。
从以上分析可知,翼肋和蒙皮之间存在着相互支持又相互加载的关系。当蒙皮受到气动载荷时,因为它在自身平面的垂直方向上很容易变形,所以要依靠翼肋支持;而当翼肋受到力矩 %时,由于蒙皮(还有梁腹板)在自身平面内有足够的刚度,所以又可对翼助提供支持( )%)。这样,原来作用在蒙皮上的气动载荷又有部分回到蒙皮上。但由于翼肋的作用,已从原来垂直于蒙皮表面的横向载荷形式转换成了符合蒙皮受力特性的、作用在蒙皮自身平面内的分布剪流。
()翼梁的受载:翼肋传给腹板的载荷 "’,"(分别以剪流形式加到梁腹板上。由于梁腹板的抗弯能力比梁的缘条小得多,可略去其承弯能力,因而腹板以平板受剪的形式平衡,并将它们往根部传递。由于腹板和很多翼肋相连,从翼尖到翼根,一个个 "*加到两梁腹板上,最后在根部由机翼一机身对按接头提供 +向支反力 &,来平衡。
腹板上沿展向(梁轴方向)的支反剪流由梁的上、下缘条提供,也就是说,腹板将加给上、下缘条一对轴向剪流。缘条以杆的形式受载并向根部传递,最后由根部对接接头提供一对水平( -向)支反力 & 来平衡。由于这一对轴向剪流大小相等,方向相
.
反,因此相当于给梁加上了一个力矩(弯矩)。也就是说两根梁内将有剪力和弯矩两种内力,它们也就是梁式机翼的总体内力中的剪力和弯矩。若略去机翼的锥度而近似认为腹板板是矩形的,并且不计梁本身直接承受的气动载荷,则该剪力 "沿展向向 •.//•
根部呈阶梯形增加(即每经过一个翼肋, 值有一突变);弯矩(缘条上的一对轴力)则呈斜折线规律分布,其斜率从翼尖到翼根阶段性渐增。
中国航空网 www.aero.cn
航空翻译 www.aviation.cn
本文链接地址:飞机检测与维修实用手册 1(35)