АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ НЕРВЮРА КРЫЛА САМОЛЕТА DLR-F6

DLR-F6 WING RIB STRESS ANALYSIS

Robert Valiev

Master, Department of Aircraft Engines, Ufa State Aviation Technical University, Russia, Ufa

Laysan Bakirova

Postgraduate student, Department of Telecommunication Systems, Ufa State Aviation Technical University, Russia, Ufa

Аннотация. Ребро крыла играет важную роль в геометрии, форме и конструкции крыла самолета. Ребра крыла также используются для уменьшения длины стрингеров. Они используются для поддержки комбинации обшивки и стрингера. В данной статье исследуется полный анализ напряжений нервюр крыла DLR-F6 самолета, подвергающегося различным нагрузкам. При проектировании и анализе нервюры крыла самолета DLR-F6 используются два разных метода. Это стойкая к сдвигу пластинчатая балка и несовместимое поле диагонального растяжения. Деформация и напряжения в ребрах из-за статических нагрузок рассчитываются с помощью программы ANSYS

Abstract. The wing rib plays an important role in the geometry, shape and design of an aircraft wing. The wing fins are also used to reduce the length of the stringers. They are used to support the sheathing and stringer combination. This article explores a complete stress analysis of the wing ribs of a DLR-F6 aircraft subjected to various stresses. The DLR-F6 aircraft wing rib design and analysis uses two different methods. It is a shear resistant plate beam and an incompatible diagonal tension field. Deformation and stresses in ribs due to static loads are calculated using the ANSYS software.

Ключевые слова: нервюра; самолет; деформация; нагрузки; неровности.

Keywords: ribs; plane; deformation; loads; irregularities.

В самолетостроении используются легкие конструкции. Толщина конструктивных элементов мала и способна выдерживать нагрузки на растяжение и сдвиг. Тонкостенные секции, используемые в конструкциях самолетов, хуже сжимаются по сравнению с сдвигом. Прочность на изгиб тонкостенной секции может быть улучшена продольными стрингерами, которые выдерживают сжимающие нагрузки в плоскости и небольшие поперечные распределенные нагрузки на обшивку [1]. Конструкция крыла состоит из лонжеронов, нервюр, стрингеров и обшивки. Неровность крыла самолета обеспечивает поддержку конструкции обшивки и передает нагрузки от обшивки, стрингеров на лонжероны.

Существует два разных метода [3], используемых при проектировании и анализе нервюр крыла самолета DLR-F6. В первом методе ребро крыла рассматривается как стойкая к сдвигу пластинчатая балка, которая не деформируется или не деформируется под действием приложенных нагрузок. В конструкции плоской балки, устойчивой к сдвигу, ребра жесткости стенки удаляются из конструкции, и ребро выполнено со стандартными фланцевыми отверстиями для облегчения. Второй метод - это теория неполного диагонального растяжения, в которой перемычка несет дополнительную растягивающую нагрузку после того, как она изгибается.

Рисунок 1. Макет самолета DLR-F6

Крыло состоит из нескольких секций профиля, размещенных на разных станциях вдоль размаха крыла, как показано на рисунке (2). Геометрия профиля на каждой станции выбирается исходя из аэродинамических характеристик и соответствует форме крыла.

Рисунок 2. Геометрия крыла самолета DLR-F6

Устройство нервюры крыла.

Ребро крыла является боковым элементом конструкции крыла, который придает конструкции крыла необходимую аэродинамическую форму. Ребра размещены вдоль размаха крыла, а расстояние между ребрами зависит от нагрузки на крыло, количества топливных баков крыла и распределения подъемной силы. Форма нервюры крыла аналогична профилю, а радиальные отверстия выполнены для уменьшения веса конструкции крыла. Панели обшивки крыла и стрингер в сборе [2] различаются для разных конфигураций крыла. Ребра могут быть приклепаны к обшивке или точечно приварены к обшивке, либо приклеены к обшивке и приварены к лонжеронам.

Рисунок 3. Конструкция нервюр крыла

Нагрузки, действующие на нервюру крыла, следующие:

1. Внешние аэродинамические нагрузки Инерционные нагрузки
2. Дробящие нагрузки
3. Изгибающие нагрузки
4. Сжимающие нагрузки
5. Концентрированные нагрузки

Ребро крыла считается слегка нагруженным, когда оно подвергается аэродинамическим нагрузкам. Когда нервюра подвергается сосредоточенным нагрузкам, передаваемым на его конструкцию от точек опоры топливных баков, поверхностей управления, считается умеренно нагруженным ребром. Нагруженное ребро похоже на переборку и воспринимает сосредоточенные силы от опор шасси и гондол силовых установок. Методика расчета нервюры крыла в основном зависит от типа его нагрузки и условий эксплуатации. Методы расчета нервюр крыла: стойкая к сдвигу пластинчатая балка, балка неполного диагонального растяжения.

Рисунок 4. Модель нервюры крыла

Моделирование нервюры крыла выполняется с помощью CATIAV6.0. На рисунке 5 изображена модель CATIA для проектирования и анализа нервюры. Модели нервюр крыла с осветительными отверстиями показаны  

Рисунок 5. Нервюра крыла с отверстиями для молнии

Статический анализ нервюры крыла.

Статический анализ нервюры крыла выполнен с помощью программы ANSYS. При статическом расчете выступа передняя и задняя кромки выступа фиксируются и прилагаются сосредоточенные нагрузки.

Деформация из-за приложенных нагрузок высока на передней кромке, а деформация меньше на задней кромке. Деформация на задней кромке практически равна нулю, и ею можно пренебречь. Максимальная деформация происходит вблизи излучающих отверстий из-за концентрации напряжений. Максимальная деформация от приложенной нагрузки составляет 0,83744 мм. Напряжение фоновых промахов для ребра при заданных условиях нагрузки составляет 25,69 МПа. Значения фоновых напряжений и деформаций находятся в пределах теории отказов.

Рисунок 6. а) деформация при статических нагрузках; б) фон пропускает напряжение нервюры крыла

Рисунок 7. а) максимальные основные напряжения; б) максимальное напряжение сдвига нервюры крыла

Заключение

Анализ напряжений нервюр крыла самолета DLR-F6 при различных нагрузках был выполнен с помощью программы ANSYS. Материал, выбранный для анализа :Алюминиевый сплав ALCAD-2045-T36.

Ребро проанализировано для условий максимальной нагрузки. Напряжения, полученные в результате анализа, находятся в безопасных пределах. Эту работу можно распространить на ребра из разных материалов и в разных условиях работы.