3.2.3. Монолитные панели

Рост скоростей полета современных РКС и соответственно аэродинамических нагрузок на их наружные поверхности повышает требования к их аэродинамическим схемам и конструкциям. Снижаются относительные толщины подкрепленных оболочек. Предъявляются повышенные требования к качеству внешней поверхности всех агрегатов РКС, а также в связи с увеличением скоростного напора — к жесткости конструкции из условий аэроупругости.

В зонах сжатых панелей с высокими уровнями напряженностей (отношение распределенной сжимающей нагрузки q к .длине сжатой стойки L, где L, например,—расстояние между подкрепляющими элементами (стрингерами, шпангоутами,нервюрами крыла), когда панель может потерять как общую, так и местную устойчивость, необходимы и утолщение обшивки, и установка стрингеров с более частым шагом. Однако утолщение обшивки для увеличения местных критических напряжений нецелесообразно из-за большого приращения веса, а уменьшение шага между стрингерами в сборных конструкциях панелей может быть сделано до определенных технологических пределов. К тому же из-за ослабления обшивки отверстиями под заклепки значительно снижается сопротивление усталости конструкции.

В этом случае наилучшим проектировочным решением, отвечающим поставленным требованиям, будет применение монолитных панелей. У таких панелей обшивка изготавливается совместно с продольным, а иногда и поперечным силовыми наборами.

При применении монолитных панелей можно получить следующие преимущества:

– меньшее количество деталей при сборке;

– снижение трудоемкости за счет применения производственных процессов штамповки, прессования, литья, упрощения панельной сборки при базировке на обшивку;

– высокую герметичность за счет отсутствия отверстий, уменьшение дополнительного веса на герметизацию;

– улучшение усталостных свойств конструкции из-за отсутствия отверстий для клепки или концентрации напряжений в местах точечной сварки;

– улучшение качества внешней поверхности по сравнению со сборными панелями за счет отсутствия «утяжек» обшивки, короблений при сборке.

Однако, как это обычно бывает у любых конструкций, применение монолитных панелей не свободно и от недостатков. К ним относятся:

– большие стоимость и длительность изготовления заготовительной оснастки (штампов, матриц, форм для литья), что делает целесообразным применение таких конструкций только при больших сериях деталей;

– сложность выполнения конструктивных изменений в процессе доводки и модификации конструкции.

Профессиональное мастерство конструкторов заключается в том, чтобы применить наиболее целесообразный тип конструкции. При этом наиболее полно должны быть использованы ее достоинства.

Для изготовления монолитных панелей применяются следующие технологические процессы:

а) фрезерование (механическое и химическое);

б) прессование;

в) прокатка;

г) горячая штамповка;

д) литье.

Билет № 13

1.Поверхности элементов конструкции.

5.1 Абстрактные поверхности

5.1.1 Форма поверхности

С математической точки зрения абстрактные поверхности объектов производства и их отдельные сопрягаемые части – непрерывные множества точек, которые могут быть представлены в декартовой системе координат уравнениями j поверхностей в виде функций вида

F_j (x_ji, y_ji, z_ji)=0,

где x_ji, y_ji, z_ji – координаты точек j –той поверхности (j=1, 2, .., m), i = (1, 2, …, n_j) в выбранной системе координат

Квадратичные поверхности, такие как сфера, трехосный эллипсоид, эллиптические цилиндр, конус, параболоид и гиперболоид, гиперболический параболоид.

Плоскость – частный случай поверхности, в которую в предельном случае вырождаются все виды поверхностей.

Способ задания поверхностей, их пересекающихся и сопрягаемых частей аналитическим уравнением вида F_j (x_ji, y_ji, z_ji)=0 не единственный.

Поверхности заметания, образованные движением плоского контура по некоторой траектории согласно некоторому заданному закону, определяющему форму контура и его положение в пространстве для каждого положения на траектории.

Плоские контуры могут быть заданы аналитическими уравнениями или координатами точек с правилами интерполирования для определения координат промежуточных точек контуров.

Частный случай поверхностей заметания линейчатые поверхности, образованные движением плоской кривой, опирающейся на два плоских контура, полученных одним из перечисленных выше способов, с разной скоростью движения по каждому из них.

Поверхности вращения с различной формой контуров образующей:

– плоские контуры, определяемые границами конических сечений (прямая, гипербола, парабола, эллипс, круг), при вращении которых вокруг оси формируются поверхности конуса, гиперболоида, параболоида, одноосного эллипсоида, сферы, тора;

– плоские контуры, определяемые набором координат точек контура и правилами интерполирования формы контура (с непрерывными первой или второй производной), при вращении которых формируются поверхности вращения тел, соприкасающихся с потоками газа или жидкости.

Поверхности могут быть заданы набором ограниченного числа сечений или координатами ограниченного числа точек. В основе математического описания координат промежуточных точек используется понятие «каркас».

Каркасом называют конечное множество линий или точек, принадлежащих поверхности. Существует два вида каркасов: линейные и точечные.

Линейный каркас представляет собой множество линий, имеющих единый закон образования (закон каркаса) и связанных между собой определенными зависимостями (зависимостями каркаса с параметрами каркаса). Наиболее часто в качестве линий, образующих каркас, принимают семейство плоских кривых, полученных сечением поверхности плоскостями, параллельными плоскостям проекций, принятым в начертательной геометрии и инженерной графике.

Точечный каркас представляет собой в самом общем случае множество произвольно расположенных точек поверхности, на которые «натягивается» гладкая поверхность. Точечный каркас можно получить в виде множества узлов пересечения линий, образованных двумя ортогональными семействами параллельных плоскостей, пересекающих поверхность.

Граничные поверхности сложной формы определяются набором координат точек в пространстве OXYZ и правилами интерполирования формы поверхности (с непрерывными первой или второй производной). Такое описание поверхностей наиболее универсально применительно к сложным поверхностям современных машин и широко используется в компьютерной графике.

Все перечисленные поверхности могут быть представлены параметрическими кривыми u и v на поверхности¹. Радиус-вектор r, определяющий положение каждой точки и координаты точки поверхности в некоторой системе координат OXYZ определяются уравнениями

r = r (u, v),

x = x (u, v),

y = y (u, v)

z = z (u, v)

Способы формирования поверхностей квадратичных, заметания, граничных и плоскости могут быть осуществлены при фрезерной обработке. Один из способов формирования поверхностей заметания реализуется при электроэрозионной обработке проволокой. Способы формирования всех поверхностей вращения и плоскости могут быть осуществлены при токарной обработке.