Kap. 7.2 Používané konstrukční schéma

Transkript

Letecké kompozitové
konstrukce
•
•
•
•
Používané konstrukční schémata
kompozitových konstrukcí
Přehled konstrukčních schémat podle základních stavebních
prvků letounu
křídlo
Trup
Ocasní plochy
Konstrukční řešení spojů a připojovacích bodů kompozitových
konstrukcí
1
konstrukce
Konstrukce
kompozitových
křídel
•
nosníková konstrukce s potahem
uzavřenou dutinou nosnou pouze
ve smyku
•
Typické schéma
2
konstrukce
Nosník kompozitových křídel
• Nosník přenáší ohybové zatížení křídla a skládá
se většinou s pásnic ,které realizují přenos ohybu
a jsou propojeny stojinou nosníku ,která přenáší
posouvající síly
•
Klasifikace nosníku
-umístění nosníku v konstrukci křídla a využití stavební
výšky křídla
- geometrický tvar nosníku
-materiál a technologie použité na pásnice
3
konstrukce
Klasifikace nosníků
•
Využití stavební výšky křídla
•
Technologie výroby pásnic
4
konstrukce
Klasifikace
nosníků
• Geometrický tvar nosníkuskříňový tvar
5
konstrukce
Klasifikace
nosníků
• Geometrický tvar nosníkuI,C profil
6
konstrukce
Klasifikace
nosníků
• Použitý materiál pásnic
-roving
-jednosměrná tkanina
7
konstrukce
Klasifikace
nosníků
• Použitý materiál pásnic
-pultruzně tažený polotovar
-pultruzní profil
8
konstrukce
Netypické
nosníky
•
•
Sendvičový oválný nosník
Dřevěný nosník v kompozitové
konstrukci
9
konstrukce
Potahy a žebra kompozitových křídel
•
•
Potah přenáší aerodynamické zatížení křídla a tvoří dutinu
přenášející krut křídla
-tenká smyková skořepina-nepoužívá se
-sendvičové panely
Složení sendvičového potahu
-potahové vrstvy tkaniny kladené pod 45deg,nebo dvě
jednosměrné tkaniny pootočené o 90 deg,používá se uhlík i sklo
- jádro sendviče tvořeno pěnou nebo voštinami
-používají se i distanční 3 D tkaniny, které tvoří po prosycení
přímo celistvý sendvič
10
konstrukce
Potahy a žebra kompozitových křídel
•
Žebra slouží k přenosu aerodynamických sil na konstrukci a
podpírají potah,zavádějí osamělé síly do konstrukce,využívají se
k vymezení integrálních nádrží atd
•
Klasifikace křídel dle použití žeber
-konstrukce využívající množství žeber,z většinou
technologických důvodů,pevnostně tato konstrukce umožní
použití menších tlouštěk sendvičových panelů 2-4 mm
- konstrukce s minimem žeber použitých pouze k zavádění
osamělých sil od kování nebo k vymezení integrálních
nádrží,větší tloušťky panelů 6-8mm
11
konstrukce
Konstrukce křídla s množstvím
žeber podpírajícími potah
12
konstrukce
Konstrukce křídla s minimem
žeber,žebra vymezují
integrální nádrže
13
konstrukce
Konstrukce křídla s dvěma
nosníky přenášející
ohybové zatížení
14
konstrukce
Konstrukce kompozitových trupu
•
Trup je konstruován jako prostorová skořepina nebo poloskořepina
vyztužená příčnými nebo i podélnými prvky přenášející všechna zatížení
(aerodynamické i setrvačné síly)
•
Klasifikace kompozitových trupů dle pevnostních schémat
-tenká skořepina
-tenká poloskořepina s významnými podélnými prvky
-skořepina se sendvičovým potahem
-skořepina se sendvičovým potahem a podélnými prvky
15
konstrukce
Skořepinový trup-UL
letoun
•
•
Přepážky slouží k zavádění osamělých
sil
Rozdělují potah na menší pole z
hlediska stability
16
konstrukce
Skořepinový trup-kluzák
•
•
Přepážky vytvářejí centrální pevnostní uzel
spojující křídlo trup i zachycují síly od
podvozku
V zadní části trupu malého průřezu v
kritickém místě zabraňují prolomení trupu
splácnutím průřezu
17
konstrukce
Poloskořepinový trup
•
•
Systém podélných a příčných prvků
významná část zatížení je přenášena
podélnými prvky
Zvláštním případ použití duralových
podélných prvků s kompozitním
potahem,kombinovaná poloskořepina
18
konstrukce
Sendvičová skořepina
•
•
Použití pěnového sendviče na potah i
hlavní přepážky
V zadní části systém příčných podpěrných
prstenců,slouží i k technologickému dělení
sendvičových potahů
19
konstrukce
•
•
Použití pěnového sendviče na potah i
hlavní přepážky,menší počet příčných prvků
Použití různých druhů pěn ,nutné z hlediska
tvarování sendviče ve dvou rovinách,použití
voštiny v oblasti nádrže
20
konstrukce
•
•
Použití nomexové voštiny na potah i hlavní
přepážky,minimální počet přepážek
Konstrukce nadělena z hlediska možnosti amatérské
stavby
21
konstrukce
Sendvičová skořepina s podélnými
prvky
•
•
Sendvičový potah rozdělen kromě přepážek i podélnými prvky
Podélné prvky nepřenášejí primárně zatížení,ale dělí sendvič na menší
pole
22
konstrukce
Sendvičová skořepina bezpečnostní
hlediska
•
•
Sendvičová skořepiny výhodně přenáší dynamická zatížení při
havarijních případech-pádové zkoušky
Použití bezpečnostních prvků jako vložený bezpečnostní kokpit
23
konstrukce
Konstrukce ocasních
ploch
•
•
Prakticky obdobná konstrukce jako křídlo
Sendvičový potah s několika nosníky a
různým počtem silových žeber zavádějících
osamělé síly a podpírající potah
24
konstrukce
Konstrukční řešení spojů a
připojovacích bodů kompozitových
částí
•
U většiny tenkostěnných konstrukcí tak i u laminátů je jedním
s klíčových problémů zavedení a další rozvedení velkých osamělých
sil do konstrukce, případně konstrukce prvků spojujících jednotlivé
části laminátových dílů.
•
Rozhodující spoje na konstrukci letounu
-spojení křídlo trup
-přípojení VOP k trupu
-pohyblivé závěsy křidélek a klapek
-závěsy kormidel VOP a SOP
-připojovací konsoly řízení atd.
25
konstrukce
•
•
Spojení křídlo trup
Spojení křídla a trupu je prakticky nejzatíženějším silovým uzlem
letounu a jeho řešení v oblasti laminátových konstrukcí je dáno
mnohem problematičtějším zaváděním velkých osových sil do
laminátu oproti třeba klasickým kovovým konstrukcím .Postupně se
vyvinulo několik běžně používaných spojení.
-průběžné nedělené křídlo
-dělené křídlo spojené pomocí prodloužených hlavních nosníků
křídla (krakorců) a pomocných kování na kořenovém žebru – typické
spojení křídel větroňů
-dělené křídlo spojené s trupem pomocí hlavních kování umístěných
na hlavním nosníku křídla
-varianty na výše uvedená základní propojení
Všechny tyto typy spojení křídla s trupem musí zajistit základní
podmínku spoje křídlo-trup a to jeho vzájemnou nehybnost. To
vyžaduje, aby ve spojení jedné části vůči druhé bylo odňato 6 stupňů
volnosti, protože každé volné těleso v prostoru má obecně možnost
ve směru tří souřadných os a možnost otáčení kolem těchto os.atd.
26
konstrukce
•
•
•
•
Průběžné nedělené křídlo
Tento spoj je z hlediska pevnostního nejvhodnější i nejjednodušší, poměrně
jednoduše se i realizuje konstrukčně. Křídlo je nedělené obě poloviny jsou
v celku nebo minimálně propojeny hlavním nosníkem. Výhodou je zavádění
malých sil do trupu což umožňuje velice lehkou a subtilní konstrukci spojení.
Do trupu se nezavádí žádné ohybové momenty. Tento druh spoje vychází
nejlehčí
Ohybové momenty v obou polovinách křídla jsou přenášeny jedním nebo
dvěma průběžnými nosníky jejich průběh v části procházející trupem je
konstantní.Ohybové momenty Mx obou polovin křídla působí na jednom
nosníku proti sobě navzájem se ruší a tak se kromě nesymetrických zatížení
křídla nepřenášejí od nich žádné zatížení do trupu.
Na trup působí pouze posouvající síly Ty, Tx, Tz pomocí reakcí v kováních.
Kroutící moment Mz a ohybový moment My v tětivě křídla jsou zachyceny
reakcemi dvojic sil v kováních na poměrně velkých ramenech, takže reakce
zaváděné do trupu jsou poměrně malé.
Spojení je většinou realizováno pomocí kování umístěných na hlavním
nosníku křídla a pomocným kováním na kořenovém žebru. Podobného
efektu lze dosáhnout i zalepením celého křídla jako celku do trupu.
27
konstrukce
Průběžné křídlo akrobatické letouny-smíšená
konstrukce
•
•
Obě poloviny křídla jsou spojeny průběžným nosníkem, na kterém jsou
v místě bočnic trupu zalaminovány pouzdra, skrz které prochází dva čepy
rovnoběžné se směrem letu, které propojují křídlo s kováními na trupu.Na
kořenovém žebru je umístěno další pomocné plechové kování s čepem ve
směru letu.
Ohybový moment Mx se v symetrických případech nepřenáší,
v nesymetrických případech se přenáší dvojicí sil na velkém rameni mezi čepy
na nosníku, posouvající síla Ty zachycena přímo v čepech na nosnících. Krut
je zachycen dvojicí sil na hlavních čepech a pomocném kování stejně jako
ohybový moment v rovině křídla My. Posouvající síla v tětivě křídla Tx je
zachycena opřením nosníku o kování trupu
28
konstrukce
Průběžné křídlo celokompozitový
turistický letoun
•
•
Nosník je průběžný otevřeným tunelem v trupu a
zachycen k přepážce 2 čepy s osou ve směru letu.
Čepy jsou přímo v kovových pouzdrech na stojině
nosníku .
Zadní pomocný nosník je zachycen k trupu
kloubově jedním čepem v šroubovaném kovovém
kování
29
konstrukce
•
•
•
•
Dělené křídlo s krakorci
Tento typ spojení našel poměrně široké uplatnění i u sportovních letadel a letedel
kategorie UL, protože umožňuje se vyhnout problematickému zavádění velkých sil do
laminátové skořepiny trupu jako u průběžného křídla a přitom umožňuje snadnou
rozebíratelnost spojení .
Z hlediska pevnosti se jedná o vytvoření jakéhosi pseudo průběžného křídla.Obě
poloviny jsou propojeny prodlouženým hlavním nosníkem (krakorcem), který vyčnívá
z každé poloviny křídla a je svým koncem zaveden do protějšího kořenového žebra.Proti
vzájemnému posunutí ve směru z jsou obě poloviny křídla sčepovány čepem v ose
letounu, který prochází pouzdrem v obou krakorcích.jeho orientace je ve směru letu. Na
kořenovém žebru jsou umístěny dvě kování většinou čepy orientované kolmo na směr
letu, které slouží k přenosu posouvajících sil a kroutícího momentu.
Ohybový moment Mx se u takto propojeného křídla přenáší dvojicí sil realizovaných na
velkém rameni mezi zapichnutím krakorce a kořenovým žebrem, u symetrických případů
se tyto dvojice sil s obou polovin křídla navzájem eliminují. Ohybový moment v tětivě
křídla My je zachycen dvojicí sil mezi čepy na kořenovém žebru stejně jako kroutící
moment křídla Mz (bývá nutné jejich axiální zajištění). U všech spojení čepů i zavedení
krakorců, bývá snaha je realizovat jako kloubové spojení. Posouvající síly Tx i Ty se
rozdělí na oba čepy na kořenovém žebru.
Pozornost musíme věnovat řádově 2-5 násobnému zvětšení posouvající síly na krakorci
(podle rozteče kořenových žeber), díky zachycení ohybového momentu dvojicí sil. Toto
musí být zohledněno při dimenzování a díky tomu a zdvojení nosníků ve střední části
vychází tento typ hmotnostně nepříznivěji než průběžné křídlo.
30
konstrukce
Dělené křídloUL letouny-Samba,Sting
•
•
Sting-kloubové spojení kořenové žebro trup pomocí kulových čepů a
kulových misek.zavedení krakorce do kořenového žebra je realizováno
pomocí prstýnku s kulovou površkou. Závěsy v trupu jsou stejně jako u
větroňů propojeny pomocí ocelových trubek
Lambada-Kloubového spojení mezi křídlem a trupem je dosahováno
poměrně úzkými styčnými plochami mezi čepy na křídlech a kovovými
pouzdry v trupu, ve spojení s deformacemi žebra se toto spojení
v úzkém rozsahu natočení křídla daného deformacemi chová jako
dostatečný kloub. Pouzdra v trupu jsou propojena pouze laminátovými
31
konstrukce
Dělené křídlo kluzáky
•
•
Schempp-Hirth. Krakorec není na konci stažen do prstence s kulovou
plochou, ale nosník pokračuje přes trup ve své plné stavební výšce a
do jeho koncové hrany je zalaminován čep, který je zapíchnut do
kloubového ložiska v protějším kořenovém žebru.stejně je realizováno
kloubové spojení na kořenovém žebru, čep v kloubovém ložisku
G304 Z jedné poloviny křídla ční krakorec ve tvaru jako je na obrázku,
z druhé poloviny křídla je krakorec rozdvojen do vidlice a zakončen
čepy, které jsou zavedeny do pouzder na protějším kořenovém žebru.
Toto spojení je značně těžké a prakticky se již nepoužívá.
32
konstrukce
Dělené křídlo motorové letouny
•
•
Qualt 200- krakorce nejsou propojeny vzájemným zavedením do protějších kořenových
žeber, ale jsou spojeny dvojicí čepů orientovaný rovnoběžně se směrem letu.
Nevýhodou této koncepce je, že ohybový moment Mx není zaváděn dvojicí vzájemně
se eliminujících sil na rameni mezi kořenovými žebry, ale pouze na menším rameni
mezi oběma čepy, což vede ke zvýšenému zatížení krakorce posouvajícími silami
Europa- krakorce křídla jsou propojeny dvojicí čepů, ale přenos posouvajících sil křídlo
trup a kroutícího momentu je realizován pouze pomocným závěsem na kořenovém
žebru a opřením nosníku křídla do průchozího kování na trupu . Ohybový moment Mx
je zaváděn dvojicí navzájem eliminujících se sil v čepech spojujících krakorce
křídla.Neurčitost tohoto spoje pro výpočet je značně zvýšena propojení krakorců
navzájem a současně i se zesílenou přepážkou v trupu. Ohybový moment My je
zaváděn dvojicí sil na pomocném kování a čepech krakorce propojených s přepážkou
trupu. Kroutící moment je zaváděn dvojicí sil na pomocném kování a v opření krakorce
do trupu. Posouvající síly Ty, Tx se rozdělí do pomocného kování a opření krakorce
v trupu
33
konstrukce
Dělené křídlo motorové letouny
•
Lancair Křídlo je děleno ve větší vzdálenosti od trupu na letounu je
vytvořen poměrně mohutný centroplán. Do tohoto centroplánu, který
obsahuje nosník tvaru C je uchycen krakorec vyčnívající z vnějšího
křídla takovým způsobem, že je zasunut do C nosníku a propojen
s tímto nosníkem dvěma čepy orientovanými ve směru letu. Další spoj
obstarává pomocné kování na kořenovém žebru vnější části křídla a
centroplánu. Nevýhodou je zavádění ohybového momentu Mx dvojicí
sil na menším rameni než je u předchozího spojení zatížení tak
vyrostou oproti průběžnému křídlu řádově asi 5x. Obě poloviny křídla
nejsou vzájemně krakorci propojeny, ale reakce v čepech význačně
zatěžují centroplán, který musí být na tato zatížení dimensován
34
konstrukce
•
•
•
•
•
Dělené křídlo s kováním na hlavním nosníku.
Tento spoj křídla je v dané kategorii běžně používán u kovových nebo dřevěných
konstrukcí křídla. U kompozitových konstrukcí se prakticky nevyskytuje, protože
zavádíme do konstrukce několikanásobně vyšší zatížení než u dříve popsaných
spojů.Běžně tento spoj vypadá následujícím způsobem: tvoří jej dvojice ok propojená do
pásnic hlavního nosníku a pomocný závěs na kořenovém žebru .
Ohybový moment Mx je do trupu převáděn dvojicí sil v okách na hlavním nosníku
Na rameni rovnajícím se vzdálenosti ok nosníku (maximálně výška nosníku) a to je
důvod extrémního zvýšení zatížení, protože tato vzdálenost je řádově 3-7x nižší než
rameno sil při způsobu spojení krakorci a tomu přímo úměrně odpovídá zvýšené zatížení
.
Ohybový moment My a krut Mz je zaváděn dvojicí sil na rameni mezi hlavními oky a
pomocným kováním. Posouvající síly Tx aTy se rozdělí podle orientace čepů v okách na
hlavní oka a pomocné kování .
Pozornost musíme věnovat řádově 2-5 násobnému zvětšení posouvající síly na krakorci
35
konstrukce
Dělené křídlo se závěsy
kompozitové konstrukce
•
Když hledáme ekvivalentní spojení kompozitové
konstrukce oky u letounů podobné kategorie, tak
jej prakticky nenacházíme. Určitou analogií mohou
být kompozitová oka použitá na rotorových listech
lehkých vrtulníků – jak tato oka mohou vypadat je
uvedeno na následujících obrázcích.
36
konstrukce
Porovnání spojení křídlo trup
•
•
•
průběžné nedělené křídlo
Tento typ vychází v kompozitových konstrukcích z hlediska pevnostního i
konstrukčního nejjednodušší a nejlehčí. Nepřekonatelným problémem je
ovšem jeho rozebiratelnost a velké přepravní rozměry
dělené křídlo spojené pomocí prodloužených hlavních nosníků křídla
(krakorců) a pomocných kování na kořenovém žebru –typické spojení
křídel větroňů
Z hlediska zatížení můžeme sledovat oproti průběžnému křídlu růst na 200500%
To spolu se zdvojením nosníků ve trupové části přináší váhové přísrůstky
oproti předchozí konstrukci.významnou výhodou je snadná rozebiratelnost a
malé manipulační rozměry..
dělené křídlo spojené s trupem pomocí hlavních kování umístěných na
hlavním nosníku křídla
Z hlediska zatížení můžeme sledovat oproti průběžnému křídlu růst na 700%
Oproti křídlu s krakorci můžeme ovšem docílit významné váhové úspory
v řádu asi 7%, rozebiratelnost tohoto spojení je dostatečná, malé
manipulační rozměry zůstávají zachovány
37
konstrukce
•
•
Spojení trup-VOP
Dalším vysoce zatíženým spojem je spoj trupu a
VOP
Opomineme-li spojení realizované vlepením celé
výškovky do trupu . Je spoj realizován většinou
pomocí tří čepů a to formou kovového vkládaného
kování nebo jsou čepy přímo součástí laminátové
konstrukce trupu..
38
konstrukce
•
•
Závěsy klapek a křidélek
Další skupinou spojů jsou spoje zajišťující pohyblivé
propojení kormidel klapek a křidélek ke křídlu. Tyto spoje
jsou řádově méně zatíženy než spoje předchozí,ale jsou
namáhány podstatně větším počtem zatěžovacích cyklů.
Řešeny jsou většinou jako závěsy oko-čep,které jsou
vyrobeny buďto z kovových materiálů, nebo jsou na ně
použity lamináty.Na laminátové závěsy se používá uhlík i
sklo. Více konzervativní přístup a tedy použití
šroubovaných kovových závěsů vidíme u motorových
letounů
39
konstrukce
Závěsy klapek a křidélek
40
konstrukce
•
Závěsy kormidel VOP a SOP
Dalšími pohyblivými spoji jsou závěsy
kormidel VOP a SOP. Tyto spoje jsou opět
realizovány formou spoje oko čep pomocí
kovových přišroubovaných kování, nebo
vlaminovanými závěsy ze skla nebo uhlíku .
41
konstrukce
•
Připojovací konsoly
Dalšími pohyblivými spoji jsou závěsy
kormidel VOP a SOP. Tyto spoje jsou opět
realizovány formou spoje oko čep pomocí
kovových přišroubovaných kování, nebo
vlaminovanými závěsy ze skla nebo uhlíku .
42

Kap. 7.2 Používané konstrukční schéma

Transkript

Podobné dokumenty

Dokumentace kaple sv.Kříže 2014

DEHLER 38 - Yacht 6_2014

PO/TI-L8/A.2.7.6 A - Úřad pro civilní letectví

Vývoj Československých větronů

Úloha č.6 - Lide na UHK

Červen 1951 - Supra Praha

Obrábění technických plastů dle dokumentace zákazníka

Příklady použití

Akumulátorové přístroje pro profesionály

28.11.2011 Spisová zna ka: SZ 213396/KUSK REG/Bou

Historie a vývoj letadlové techniky

Zatížení letounu - Ústav letadlové techniky

BETON_5-11_Protlaceni1

Skyleader 500 - SKYLEADER.AERO