需要指出的是,對靜不定結(jié)構(gòu)并不是在任何情況下都能用剛度分配法得到比較滿意的結(jié)果,相反,它的應(yīng)用是有條件限制的。
二、雙梁式直機翼的傳力分析———各典型元件的受力原理、作用
本節(jié)將以雙梁式直機翼為典型,以機翼的主要載荷—
—分布氣動載荷為重點,進 •/.•
行傳力分析,即分析氣動力是如何從蒙皮經(jīng)機翼各元件傳到機翼根部?又如何把根部的集中力和力矩傳給機身的?其間各元件主要起什么作用? "作用在機翼上的氣動載荷的傳遞()蒙皮的初始受載:蒙皮把氣動載荷分別傳給長桁和翼助。
氣動載荷直接作用在機翼蒙皮上。現(xiàn)取出相鄰的兩長桁、兩普通翼肋之間的一小塊蒙皮為分離體分析。蒙皮一般通過鉚釘以分散連接形式和長桁、翼肋相連,因此可把這塊蒙皮看成四邊支承在長桁和翼肋上的矩形薄板。支承可根據(jù)是由單排還是多排鉚釘連接,相應(yīng)地簡化為簡支(鉸支)或固支。實際上此處大多為單排鉚釘,故可簡化為四邊簡支板。
當(dāng)蒙皮受到氣動力作用時,若氣動力為吸力,則長桁和翼肋將通過鉚釘受拉對蒙皮提供支反力,使蒙皮處于平衡狀態(tài)。若氣動力為壓力,蒙皮將直接壓在翼肋和長桁上。根據(jù)作用力與反作用力大小相等,方向相反,分別作用于兩相關(guān)物體上的原理,蒙皮也就把外載傳給了翼肋和長桁。當(dāng)該蒙皮單元長寬不很懸殊時,可按對角線劃分,即長桁 %直接受相鄰兩個蒙皮單元體上傳來的陰影面積 &%’上的氣功載荷。
蒙皮本身的受力情況:當(dāng)蒙皮很薄,且曲率較大時(如前緣蒙皮),它主要以軟板形式受力,即蒙皮主要受鏈應(yīng)力(沿蒙皮厚度均勻分布的正應(yīng)力)。但當(dāng)蒙皮曲度不大時(如中段主翼盒區(qū)),則蒙皮內(nèi)主要為垂直于蒙皮的橫向力引起的彎曲應(yīng)力,同時也有一些鏈應(yīng)力。
(()長桁與翼肋受載:長桁把自身承擔(dān)的初始氣動載荷傳給翼肋。
長桁與翼肋直接用角片(或間接地通過蒙皮)相連。由于該載荷方向垂直于長桁軸線,且處于翼肋平面內(nèi),在此種載荷下,翼肋的剛度比長桁大得多,因此翼肋向長桁提供支持。此時長桁可看作是支持在一排翼肋上的多支點連續(xù)梁。這樣長桁也就把作用在它上面的氣動載荷傳給了翼肋。至此,作用在蒙皮上的氣動載荷直接或由長桁間接地全部傳給了翼肋。
在上述情況下,蒙皮和長桁作為薄板和桿元,按它們的受力特性,似乎不宜承受這類使板和桿受彎曲應(yīng)力的橫向載荷。前面指出,所謂構(gòu)件的受力特性是相對面言的,是指它最適宜承受某種載荷,而不是絕對不能受其他載荷。因為一般情況下,這些局部氣動載荷對于這些構(gòu)件來說都屬小載荷,因而此時它們能承受此類載荷。
())翼肋的受載:在梁式和單塊式機翼中,普通翼肋的作用和受力情況很有特點。翼肋的外載有蒙皮直接傳來的一部分初始氣動載荷 *
(分布載荷)和由長桁傳來的氣動載荷 +。它們的合力 ,-并近似
(小集中力)即作用在該翼剖面的壓力中心上,認為它垂直于翼弦線。翼肋由什么元件提供支反力呢?這要根據(jù)翼肋與周圍元件的連接情況以及這些元件本身的受力特性來定。在雙梁式機翼中,翼肋腹板與兩梁的腹板相連,肋的上、
•..•
下緣條與蒙皮相連,故可認為翼脅是沿周緣支持在一個由梁和蒙皮組成的空間盒式梁上,即具有 個可受正應(yīng)力的集中面積的閉室盒段結(jié)構(gòu)上。
一般 "的作用點不通過該盒段結(jié)構(gòu)在此剖面處的剛心。在求支反力時(注意:只為求支反力,而不是分析翼肋的內(nèi)力),可把 "平移到上述剛心上,使在剛心上作用有一力 "和附加一個繞剛心的力矩 %。作用在剛心上的力有使翼脅作上、下平移的趨勢,并將使翼盒產(chǎn)生彎曲變形。而力矩 使翼肋有繞剛心轉(zhuǎn)動的趨勢,并使翼盒產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。
梁腹板和蒙皮都是薄壁構(gòu)件,雖然它們在垂直于自身平面的方向上剛度很差,但在自身平面內(nèi)卻都有足夠的剛度,能夠提供支持。因此翼肋受載荷后,其垂直力 "由兩個大梁腹板的支反力 &’,&(平衡。這兩個支反力在滿足一定條件時,可直接由剛度分配法由兩梁的彎曲剛度求得其值。 %由翼盒提供沿閉室周緣作用的、閉合的支反剪流來平衡。可見,通過翼肋的作用,氣動載荷轉(zhuǎn)換成了垂直載荷 "’,"(和力矩 %,并相應(yīng)地傳到了梁腹板和組成封閉翼盒的各元件上。
翼肋受載,時,它本身相當(dāng)于一個“梁”,各切面內(nèi)會產(chǎn)生剪力、彎矩等內(nèi)力。但應(yīng)強調(diào)指出,它與一般材料力學(xué)中的梁是不同的。材料力學(xué)中的梁多半具有集中的剛性支點(鉸支、固支);而支持翼肋的是它的內(nèi)側(cè)(靠近機翼根部)的一段盒式梁,所以該支持是沿翼肋周緣分散的和彈性可變的。
從以上分析可知,翼肋和蒙皮之間存在著相互支持又相互加載的關(guān)系。當(dāng)蒙皮受到氣動載荷時,因為它在自身平面的垂直方向上很容易變形,所以要依靠翼肋支持;而當(dāng)翼肋受到力矩 %時,由于蒙皮(還有梁腹板)在自身平面內(nèi)有足夠的剛度,所以又可對翼助提供支持( )%)。這樣,原來作用在蒙皮上的氣動載荷又有部分回到蒙皮上。但由于翼肋的作用,已從原來垂直于蒙皮表面的橫向載荷形式轉(zhuǎn)換成了符合蒙皮受力特性的、作用在蒙皮自身平面內(nèi)的分布剪流。
()翼梁的受載:翼肋傳給腹板的載荷 "’,"(分別以剪流形式加到梁腹板上。由于梁腹板的抗彎能力比梁的緣條小得多,可略去其承彎能力,因而腹板以平板受剪的形式平衡,并將它們往根部傳遞。由于腹板和很多翼肋相連,從翼尖到翼根,一個個 "*加到兩梁腹板上,最后在根部由機翼一機身對按接頭提供 +向支反力 &,來平衡。
腹板上沿展向(梁軸方向)的支反剪流由梁的上、下緣條提供,也就是說,腹板將加給上、下緣條一對軸向剪流。緣條以桿的形式受載并向根部傳遞,最后由根部對接接頭提供一對水平( -向)支反力 & 來平衡。由于這一對軸向剪流大小相等,方向相
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反,因此相當(dāng)于給梁加上了一個力矩(彎矩)。也就是說兩根梁內(nèi)將有剪力和彎矩兩種內(nèi)力,它們也就是梁式機翼的總體內(nèi)力中的剪力和彎矩。若略去機翼的錐度而近似認為腹板板是矩形的,并且不計梁本身直接承受的氣動載荷,則該剪力 "沿展向向 •.//•
根部呈階梯形增加(即每經(jīng)過一個翼肋, 值有一突變);彎矩(緣條上的一對軸力)則呈斜折線規(guī)律分布,其斜率從翼尖到翼根階段性漸增。
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