Советы по проектированию внутренней структуры крыла планера

Я заинтересован в разработке макета полумонококового крыла для планера. Я провел некоторые исследования по структуре и внутренней структуре. Я узнал о лонжеронах, ребрах и стрингерах и пытаюсь создать конструкцию с самым высоким соотношением прочности и веса. Я планирую сделать крыло длиной 0,5 м с длиной хорды 0,1 м вдоль поперечного сечения (поэтому не сужаясь).

Вот мой дизайн до сих пор:

Если что-то неясно, пожалуйста, дайте мне знать. На моей первой диаграмме я разместил 2 лонжерона через крыло примерно на 10% длины хорды от передней кромки и 15% от задней кромки, оставив 75% длины хорды между двумя лонжеронами.

На второй диаграмме показан приблизительный план количества ребер и места их размещения: сплошной контур - контур крыла, толстые черные линии - лонжероны, а пунктирные линии - ребра.

Я использовал треугольную конфигурацию, так как треугольник является самой сильной формой и противостоит сдвигу, кручению, сжатию и растяжению лучше, чем любая другая форма. Затем я поместил ребро, идущее вниз от верхнего угла каждого из 3 треугольников к низу каждого. Затем я поместил ребра (или стрингеры) между каждым из нижних углов треугольников.

У меня вопрос, как я могу улучшить или оптимизировать этот дизайн? Есть ли определенное количество треугольников, которые я должен использовать, и насколько они должны быть большими относительно крыла? Должны ли они быть равносторонними треугольниками или равнобедреннее? Кроме того, сколько ребер я должен рассмотреть использование?

Я не ищу никого, чтобы выяснить точное количество. Если есть какой-то расчет, который мне нужно выполнить, чтобы найти оптимальное число или треугольники и ребра, я был бы счастлив сделать это. Если это не выходит за рамки математического / физического уровня А-уровня, то я, вероятно, не смогу это сделать. Но мне бы хотелось посоветовать, как мне это понять. Если мой вопрос неопределенный или неясный, сообщите мне, и я с удовольствием его отредактирую.

Спасибо

— kashveyron
источник

Идея использования лонжеронов и ребер для создания легкой конструкции, способной противостоять изгибу, хороша, но я думаю, что детали неверны. Ваш рисунок будет сопротивляться изгибу кончиков крыла в продольном направлении, но большие изгибающие нагрузки на самом деле вертикальные. Если вам нужны два лонжерона, соединенные ребрами, они должны располагаться вертикально друг над другом, чтобы противостоять этим изгибающим силам. (Соотношение вертикальных и продольных нагрузок примерно такое же, как у глиссады, которое должно быть не менее 10 для разумной аэродинамической конструкции крыла и до 50 для высокотехнологичного полноразмерного крыла!)

— alephzero

Хорошая тема. Вы намеренно предпочитаете ребра, чтобы распределить нагрузки на лонжероны? Вы также можете использовать пену для внутренней структуры и две балки (кесарево сечение).

— Gürkan Çetin

Если вы хотите что-то спроектировать, первым делом нужно выяснить, что должен делать дизайн - то есть, какие силы действуют на лонжерон.

Вы можете найти нагрузку на крыло по весу самолета плюс максимальная сила «g», которую вы хотите, чтобы он выжил в полете (и при посадках при крушении, пока вы учитесь летать на нем!)

Вам также нужно подумать о силе кручения на крыльях - прочитайте о разнице в положении хорды «центра давления» и «нейтральной оси» балки, создаваемой лонжеронами вашего крыла.

Затем вы можете найти изгибающие и крутильные напряжения в лонжеронах и рассчитать, насколько они должны быть большими, чтобы выдерживать эти нагрузки.

«Хорошая» вещь в балках заключается в том, что напряжения статически детерминированный то есть изменение формы балки не меняет схему нагружения (за исключением, конечно, изменения веса крыла).

Это должно заставить вас начать отвечать на ваш вопрос. Самый легкий дизайн, вероятно, будет иметь лонжероны, сужающиеся по всей длине, что может быть более важным, чем точная компоновка «полотна», соединяющего лонжероны, для снижения веса.

— alephzero
источник

Спасибо за этот совет, я обязательно прочитаю о центре давления и нейтральной оси. В вашем пятом абзаце я не понимаю, что означает статически определенное, не могли бы вы объяснить это более подробно, пожалуйста?

— kashveyron

Когда вы говорите, что «форма балки не меняет схему нагружения», означает ли это, что форма поперечного сечения лонжеронов не влияет на вес, который он может нести?

— kashveyron

Не совсем. Форма луча не меняет сила сдвига и изгибающий момент в любом месте по длине луча, но это меняет способ стресс изменяется по сечению пучка. Это (максимальное) напряжение, которое ломает вещи, а не общая сила. Таким образом, процесс проектирования может быть выполнен в два отдельных этапа: сначала найдите силы и изгибающие моменты, а затем найдите наименьшую (или самую легкую) форму в каждой секции, которая будет противостоять этим силам без разрушения.

— alephzero

«Статически определенное» означает распределение нагрузки в структуре не зависит от относительной жесткости различных частей конструкции - то есть вы можете рассчитать распределение нагрузки, а затем рассчитать напряжения и прогибы, как два отдельных шага. Это делает нахождение эффекта изменений в дизайне очень гораздо проще сделать, чем в общей ситуации, когда «все зависит от всего остального».

— alephzero