Dušan Slavětínský: O letadlech
Nosníková křídla
Zpět     Konstrukce křídla

Předchozí část: Konstrukce křídla.


Funkce nosníku

Z hlediska přenosu zatížení jsou nosníková křídla taková, u nichž zatížení ve směru kolmém na rovinu křídla, tedy ohybový moment Mx a posouvající sílu Tz , která tento moment vyvolává, přenáší výhradně jeden nebo více nosníků, které jsou páteří křídla. (Viz Konstrukce křídla, obr. 8). Konstrukce nosníků samotných je popsána na stránce "Nosníky křídla". Nosníky dnešní letadel jsou většinou nosníky tenkostěnné se silnými pásnicemi, přenášejícími osovou sílu od ohybového momentu a s tenkou stojinou přenášející posouvající sílu.

Nosníková křídla jsou vhodná pro menší a nepříliš rychlá letadla. Jejich potah i když může být smykově nosný a zachycovat rozhodující část krouticího momentu My a může dávat křídlu dobrou torzní tuhost, vychází poměrně tenký. Vzhledem k tomu, že nebývá vyztužen podélníky buďto vůbec, nebo jen slabě, podlehá deformacím i při poměrně malém zatížení smykem nebo tlakem a dává křídlu aerodynamicky velmi nedokonalý povrch. Na druhé straně vychází pro malá letadla nosníkové křídlo lehčí, než křídla s vyztuženým a aerodynamicky čistým potahem.

Zatížení jednotlivých prvků nosníku je zřejmé z obr. 1.  Legenda k symbolům z obrázku je uvedena v následující tabulce:

N       [N]          - osová síla v pásnicích (od ohybového momentu)
T  [N]    - posouvající síla 
h [mm] - výška nosníku ve vyšetřovaném řezu 
he [mm] - efektivní výška nosníku - vzdálenost mezi těžišti průřezů pásnic 
Fh [mm2] - plocha průřezu horní pásnice 
Fd [mm2] - plocha průřezu dolní pásnice
t [mm] - tloušťka stojiny 
qT [N/mm] - smykový tok ve stojině (od posouvající síly)
s [Mpa] - podélná napětí v pásnici
t [Mpa] - smykové napětí ve stojině




Na obrázku je znázorněno jednak rozložení zatížení v pásnicích, jednak zatížení stojiny. U nosníku s výraznými pásnicemi a tenkou stojinou je podíl osového zatížení ve stojině prakticky zanedbatelný, stejně jako podíl posouvající síly, který působí na pásnice. Pokud je stojina přiměřeně tenká a efektivní výška nosníku (he) není menší než 85% výšky celkové (h), je možné uvažovat zjednodušený průběh rozložení obou zatížení v obr. 1 zakreslený modrými obrazci. Můžeme tedy předpokladat, že všechny osové síly působí pouze v pásnicích a  osové napětí s  v celém průřezu pásnice je konstantní a posouvající síla zatěžuje výhradně stojinu, při čemž v celé výšce stojiny je konstantní tečné napětí t. Ohybový moment zatěžující vyšetřovaný řez nosníku je vyvažován dvojicí vnitřních osových sil N na rameni he. Potřebný průřez pásnic je pak závislý na přípustném konečném  napětí spk, které volíme individuálně podle mechanických vlastností materiálu, podle způsobu zatížení pásnice (tah/tlak)  a u tlakové pásnice podle geometrického tvaru jejího průřezu. Volba přípustného napětí bude podrobněji rozebrána na stránce "Nosníky křídla".
 
Velikost osových sil...



Plocha horní pásnice...



Plocha dolní pásnice...		 .....1)



.....2)



.....3)

Z uvedených vztahů je zřejmé, že při daném zatížení nosníku bude materiál pásnic i stojiny využit z hlediska pevnosti a tuhosti tím lépe, čím vyšší bude efektivní výška he. Z hlediska hmotnosti nosníku je tedy výhodný dostatečně tlustý profil křídla, nosník umístěný do místa největší tloušťky a tvar pásnic takový, aby těžiště pásnic bylo co nejblíž povrchu křídla.

Zatímco osové síly N v obou pásnicích mají stejnou velikost, dík výše zmíněným rozdílům přípustného napětí se průřezy obou pásnic mohou významně lišit. Obvykle bývá dolní (tahová) pásnice tenší, než horní (tlaková).

Zatížení stojiny posouvající silou vyjadřují vztahy:

Smykový tok od posouvajicí síly...



Tloušťka stojiny...		 .....4)



.....5)

Volba přípustného konečného napětí tpk bude rovněž podrobněji zmíněna na stránce "Nosníky křídla". Na tomto místě pouze připomeneme, že nosník může být navržen dvěma možnými cestami. Jednak jako nosník se stabilní stojinou, kdy za tpk bereme kritické napětí tkr při němž dojde ke zvlnění stojiny, takže v celém rozsahu provozních zatížení letounu stojina neztrácí stabilitu a nezvlní se. Druhou možností je nosník s nestabilní stojinou, kdy tpk  je mezí pevnosti ve smyku. Stojina se v provozu zvlní, ale svou funkci si dále zachovává až do okamžiku překročení meze pevnosti. Takové nosníky dík tenší stojině mohou vyjít lehčí, je však nutné počítat s tím, že po zvlnění stojiny budou jak pásnice, tak i svisle rozpěrky mezi pásnicemi dodatečně zatíženy deformující se stojinou a musí být posíleny.

Závěrem je třeba připomenout, že stojiny nosníků bývají v kontextu zatížení křídla jako celku zatíženy vedle posouvající sily i smykovým tokem od kroucení křídla. Pro korektní dimenzování stojiny je třeba všechny smykové toky, které na stojinu působí, superponovat.

Nosník výše popsaného typu není způsobilý přenášet ostatní zatížení křídla, jmenovitě krouticí moment  My a ohybový moment Mz v rovině křídla (viz Konstrukce křídla, obr 1). Tato zatížení jsou přenášena různými jinými prvky struktury křídla, jak bude popsáno níže.  Je však možno již zde předeslat, že pro přenos kroucení u převážné většiny moderních konstrukcí má klíčovou roli tuhý potah celého nebo aspoň části křídla.

Jednonosníková křídla

 Rozpracováno . . . .


Další část: Nosníková poloskořepina a poloskořepinová křídla.

Zpět     Konstrukce křídla
Stránka není dosud dokončena, je ve vývoji. Poslední aktualizace 20. 8. 2007 17:56:47