Конструкция и проектирование летательных аппаратов. Крыло

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________

Е.Г. Подружин, П.Е. Рябчиков

КОНСТРУКЦИЯ 

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

КРЫЛО

Учебно-методическое пособие

НОВОСИБИРСК

2010

УДК 629.7.025(075.8)

П 445

Рецензенты:

доцент  А.Н. Пель,
доцент  В.А. Бернс

Работа подготовлена на кафедре СВС и утверждена 
Редакционно-издательским советом университета 

в качестве учебно-методического пособия

Подружин Е.Г.

П 445
Конструкция и проектирование летательных аппаратов. 

Крыло : учеб.-метод. пособие / Е.Г. Подружин, П.Е. Рябчиков. –
Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 116 с.

ISBN 978-5-7782-1427-9

УДК 629.7.025(075.8)

Подружин Евгений Герасимович

Рябчиков Павел Евгеньевич

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

КРЫЛО

Учебно-методическое пособие

Редактор И.Л. Кескевич

Выпускающий редактор И.П. Брованова

Дизайн обложки А.В. Ладыжская

Компьютерная верстка С.И. Ткачева

Подписано в печать 01.07.2010. Формат 60 
84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. 

Уч.-изд. л. 6,74. Печ. л. 7,25. Изд. № 125. Заказ № 1134. Цена договорная

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

ISBN 978-5-7782-1427-9
© Подружин Е.Г., Рябчиков П.Е., 2010
© Новосибирский государственный

технический университет, 2010

Оглавление

Общие указания ......................................................................................................4
1. Конструктивные схемы ......................................................................................8
2. Конструкция стыковых соединений................................................................15
3. Механизация крыла ..........................................................................................16
4. Крыло самолета Миг-15 ...................................................................................20
5. Крыло самолета Миг-19 ...................................................................................49
6. Крыло самолета Су-7........................................................................................60
7. Крыло самолета Су-15......................................................................................71
8. Крыло самолета Су-25......................................................................................86
Библиографический список ...............................................................................116

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Задачей курса «Конструкция и проектирование летательных аппа
ратов» является изучение и анализ развития схем летательных аппаратов, а также основ проектирования самолетов. Изучение курса проводится на лекциях, в лаборатории, заканчивается курсовым проектированием и базируется на знании основ аэродинамики, сопротивления 
материалов и других общетехнических дисциплин.

Для занятий в лаборатории выделены самостоятельные разделы 

курса: крыло, фюзеляж, шасси, оперение и управление. Они изучаются на натурных макетах современных самолетов и требуют первоначального ознакомления с техническими описаниями конструкций агрегатов. Так, в процессе подготовки к лабораторной работе студенты 
должны по учебнику и конспекту лекций изучить конструктивносиловые схемы агрегатов, их работу, а при необходимости – повторить смежные вопросы общетехнических курсов. Это позволит сознательно подходить к выполнению работы и получить максимальную 
пользу.

Цель лабораторных работ – получение практических навыков в са
мостоятельном обосновании и выборе силовых и расчетных схем элементов планера на базе изучения конкретной конструкции, ее силовой 
схемы и условий нагружения. В процессе выполнения лабораторных 
работ предусмотрено решение задач по конструированию и расчету 
элементов планера.

Результаты работы в лаборатории оформляются в виде отчета 

(один на группу из двух-трех студентов) и представляются к следующему занятию.

Перед началом занятий проводится опрос, на котором выявляется 

подготовленность студентов. В случае задолженности по предыдущим 
работам или выявления слабых знаний студент не допускается к очередной работе. Каждая лабораторная работа рассчитана на выполнение 

ее группой из двух-трех человек. Время, отводимое для занятий (4 часа), распределяется следующим образом:

ответ на контрольные вопросы и получение задания – 0,5 часа;
изучение конструкции агрегата и выполнение эскиза – 2 часа;
разработка конструкции и расчет узла – 1,5 часа.

Отчет оформляется в виде краткого описания агрегата, условий его 

нагружения, конструкции силовых элементов и используемых материалов. Необходимые виды и сечения выполняются в соответствии с 
требованиями ЕСКД.

После опроса и защиты отчета преподаватель решает вопрос о за
чете по данной работе, учитывая при этом активность самостоятельной 
работы в лаборатории.

Цель работы – ознакомление с конструктивно-силовыми схемами 

крыльев, их элементов и характером нагружения.

При изучении конструкций и составления описания необходимо 

обратить внимание на следующие аспекты:

конструктивно-силовую схему изучаемого крыла и характер его 

нагружения;

компоновку, форму в плане, профилировку крыла, конструктив
ное исполнение лонжеронов, стрингеров и нервюр;

конструкцию и привод элерона, узлов его навески, аэродинами
ческую и весовую компенсацию;

механизацию крыла, конструкцию элементов и привод;
усиление крыла в местах приложения нагрузок и у вырезов;
соединение конструктивных элементов крыла;
технологию производства данного крыла и его элементов.

1. Отчет выполняется в журнале. Все сечения элементов крыла и 

эскизы узлов вычерчиваются в масштабе  М 1:1 или М 1:50 от руки.

2. Вычерчивается полное сечение крыла, проходящее по элерону 

или по закрылку (щитку) – по указанию преподавателя. Сечение должно пояснять конструктивно-силовую схему крыла, конструкцию, силовую схему и тип закрылка (элерона, щитка).

3. В масштабе М 1:2 от руки вычерчиваются сечения лонжеронов, 

стрингеров, продольных стенок и полок нервюр по указанию преподавателя.

4. В соответствии с заданием разрабатывается схема стыкового уз
ла, выполняются расчет узла и эскиз.

5. Составляется краткое техническое описание агрегата.

Крыло служит для создания подъемной силы при движении само
лета в атмосфере и обеспечения его поперечной устойчивости.

В крыле размещаются (к нему крепятся) органы поперечного 

управления самолетом (элероны, элевоны, интерцепторы), средства 
механизации (щитки, закрылки, предкрылки), стойки шасси, двигатели 
силовой установки. Внутренний объем используется под оборудование, вооружение и топливо.

В зависимости от числа крыльев на самолете различают: монопла
ны, полуторапланы, подкосные монопланы, бипланы, схему тандем.

Крылья современных самолетов для удобства изготовления и сбор
ки делаются составными – из трех и более частей (центроплан и отъемные части крыла – ОЧК).

Форма крыла определяется его профилем, видом спереди и в плане. 

Прямоугольные крылья применяются лишь для бипланов. Они просты 
в изготовлении, но постоянная толщина не позволяет рационально использовать внутренний объем и существенно утяжеляет конструкцию.

Трапециевидные и эллиптические крылья более выгодны по весо
вым и аэродинамическим характеристикам. У таких крыльев толщина 
профиля и высота лонжерона увеличиваются к корню в соответствии с 
растущей нагрузкой.

Стреловидные, треугольные, саблевидные и ожевальные крылья 

применяются для скоростных самолетов, так как при их использовании 
снижается сопротивление при полете на околозвуковой и сверхзвуковой скорости.

Параметры, характеризующие форму крыла:
1) площадь 
сах
S
Lb
;

2) размах L. Наибольшее расстояние между концевыми точками 

крыла, измеренное по нормали к плоскости симметрии самолета;

3) средняя аэродинамическая хорда 

2

сах
корн

2
1
;
3
(1
)
b
b

4) корневая хорда корн
b
(замеряется по оси самолета);

5) концевая хорда конц
b
(замеряется по законцовке крыла);

6) сужение 
корн

конц

;

b

b

7) удлинение 

2
L
S
;

8) угол стреловидности 
(замеряется между нормалью к оси сим
метрии и линией фокусов или передней кромкой крыла);

9) угол поперечного V (замеряется между плоскостью хорд крыла 

и строительной горизонталью);

10) относительная толщина профиля 
max
c
c
b – отношение мак
симальной высоты профиля к его хорде – безразмерная величина. Иногда задается в процентах (безразмерное выражение домножается 
на 100 %).

У современных самолетов наибольшее распространение имеют 

крылья с углом стреловидности 
от 0 до 60°, углом поперечного V

от –6 до +8°, сужением 
от 1 до 
и удлинением 
от 2 до 12.

Для самолетов малых скоростей полета используются толстые 

( c
12 %) выпукло-вогнутые и плосковыпуклые профили, а для само
летов типа «бесхвостка» и «летающее крыло» используются S-образные профили, при полетах с трансзвуковыми и гиперзвуковыми скоростями на самолетах применяются тонкие (с = 4…8 %) двояковыпуклые, ромбовидные и клиновидные профили.

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ

Большое разнообразие типов летательных аппаратов привело к 

многообразию конструктивных и архитектурных форм крыльев. Однако во всех схемах можно различить каркас, состоящий из продольного 
и поперечного наборов, и обшивку (так называемые тонкостенные 
конструкции).

Продольный набор каркаса составляют лонжероны, балки и стрин
геры, а поперечный – нервюры.

Лонжерон – продольная балка, полки которой работают на растя
жение и сжатие от изгиба крыла, а стенки – на сдвиг от поперечной 
силы и крутящего момента.

Разновидности лонжеронов в зависимости от их силовой схемы и 

конструкции приведены на рис. 1.1.

Стрингеры – продольные элементы крыла, связанные с обшивкой 

и нервюрами; предназначены для восприятия осевых усилий растяжения и сжатия при изгибе крыла. Они воспринимают также и местные 
аэродинамические нагрузки, подкрепляют обшивку, повышая ее жесткость. В зависимости от назначения и расположения стрингеры бывают местного усиления, силовые, лобовые и концевые.

В конструкциях современных самолетов устанавливаются стринге
ры из прессованных и гнутых профилей с шагом 150…400 мм.

Нервюры – поперечные элементы каркаса крыла, предназначены 

для восприятия аэродинамической нагрузки с обшивки и стрингеров, 
передачи ее на лонжероны и придания заданной формы сечениям 
крыла.

На рис. 1.2 показана классификация существующих нервюр по 

конструктивным, силовым и технологическим признакам. Наибольшее 
распространение для тонких и средних крыльев получили нервюры 
балочной конструкции, так как они легче ферменных и проще в производстве. Для облегчения нервюр в их стенках делаются отверстия, края 

Рис. 1.1. Классификация лонжеронов

которых отбортовываются для увеличения жесткости конструкции. 
В местах крепления к крылу каких-либо агрегатов (двигателя, шасси 
и др.) нервюры усилены в конструктивном отношении и состоят из 
полок, стенки и подкрепляющих стоек. Расстояние между нервюрами в 
крыле зависит от конструктивно-силовой схемы и составляет обычно 
150…500 мм.

Обшивка – служит для придания крылу обтекаемой формы. Крыло 

может выполняться с неработающей полотняной и работающей жесткой обшивкой. В первом случае обшивка в силовую схему крыла не 
включается, аэродинамическая нагрузка с обшивки передается на каркас крыла. Материалом для изготовления такой обшивки служит полотно (перкаль).

Работающая обшивка нагружается аэродинамическими силами 

(воздушной нагрузкой) и воспринимает усилия сжатия и растяжения от 
изгиба и сдвига от кручения крыла. Материалами для изготовления 
работающей обшивки являются: алюминиевые, титановые и стальные 
сплавы, композиционные материалы, авиационная фанера. Сталь и титан используют в конструкциях сверхзвуковых самолетов. 

Конструктивно обшивка может выполняться в виде одного или не
скольких слоев (трехслойная обшивка). Межобшивочное пространство 
при этом заполняется специальным заполнителем (сотами из фольги, 
пенопластом, специальным гофром и т. д.).

За основной признак, характеризующий тип конструкции крыла, 

можно принять характер нагружения и степень участия обшивки и 
продольного набора в силовой работе крыла при изгибе и кручении. 
По этим признакам различают лонжеронные (рис. 1.3, а), моноблочные 
(кессонные) (рис. 1.3, б) и монококовые крылья (рис. 1.3, в).

Лонжеронным считают такое крыло, в конструкции которого пре
дусмотрены мощные продольные элементы (лонжероны), воспринимающие основную часть изгибающего момента, а сравнительно тонкая, слабо подкрепленная обшивка воспринимает лишь крутящий момент.

По количеству лонжеронов крылья подразделяются на одно-, двух
и многолонжеронные. Недостатком крыльев лонжеронной схемы является возможность их разрушения при незначительном повреждении 
лонжеронов, т. е. низкая живучесть. Разновидностью многолонжеронных крыльев являются крылья расчалочной и геодезической конструкции.

Типы

по конструкции
по расположению

разрезные

цельные
по хорде
по высоте
и хорде

по назначению

прямые
диагональ
ные

усилен
ные

Конструктивно-силовые схемы

Балочные
Ферменные
Ферменнобалочные

Рис. 1.2. Классификация нервюр