Хочу рассказать о варианте реализации лонжерона для консоли пенолета.
Я вырезал консоли крыла из цельного куска пеноплекса и встал вопрос повышения прочности крыла. Посмотрел обзоры в Сети – практически все лонжероны выполнены в виде трубок и брусков различного сечения внутри консоли. В принципе все просто….. когда собираешь пустотелое крыло. У меня же, по сути, цельная консоль, и делать глубокие вырезы под усиливающие элементы не хотелось бы. Остановился на внешнем лонжероне из дерева.
Суть такова: для консоли длиной L и шириной B берем две деревянные пластины размером (Д х Ш х В) = 2/3L х 0.1B х 2мм и приклеиваем их к верхней и нижней плоскостям консоли строго напротив друг друга. Пластины скрепляем друг с другом сквозь консоль деревянными штифтами. Получается что-то вроде «облегченной» двутавровой балки (на рисунке ниже помечено: черным цветом – штифты, серым - материал консоли, желтым - полки лонжерона):
Я вырезал консоли крыла из цельного куска пеноплекса и встал вопрос повышения прочности крыла. Посмотрел обзоры в Сети – практически все лонжероны выполнены в виде трубок и брусков различного сечения внутри консоли. В принципе все просто….. когда собираешь пустотелое крыло. У меня же, по сути, цельная консоль, и делать глубокие вырезы под усиливающие элементы не хотелось бы. Остановился на внешнем лонжероне из дерева.
Суть такова: для консоли длиной L и шириной B берем две деревянные пластины размером (Д х Ш х В) = 2/3L х 0.1B х 2мм и приклеиваем их к верхней и нижней плоскостям консоли строго напротив друг друга. Пластины скрепляем друг с другом сквозь консоль деревянными штифтами. Получается что-то вроде «облегченной» двутавровой балки (на рисунке ниже помечено: черным цветом – штифты, серым - материал консоли, желтым - полки лонжерона):
Деревянные пластины - полки лонжерона - можно клеить как к наружным поверхностям консоли, так и в специально сделанные в консолях углубления.
В качестве полок лонжерона для консоли размером 850х210мм я использовал деревянные линейки, купленные в магазине канцтоваров. Штифты делал из березовых шампуров диаметром 3мм, заостренный конец которых хорошо помогает "попасть" в отверстие в полке лонжерона на другой стороне консоли при монтаже.
Для полок лонжерона я сделал углубления в верхней и нижней плоскостях консоли на длину предполагаемого лонжерона.
На нижней плоскости консоли в углублении для полки лонжерона я сделал пазы и уложил в них провода для сервопривода элерона.
Углубления для полки лонжерона вырезал П-образной пенорезкой, выставленной в размер = (толщина линейки – 0.5мм).
Далее, к верхней и нижней плоскостям консоли я приклеил соответственно верхнюю и нижнюю полки будущего лонжерона.
После полного высыхания клея я просверлил сквозные отверстия диаметром 3мм на равном расстоянии друг от друга по всей длине лонжерона и вклеил в них деревянные штифты. Всего получилось по шесть штифтов на каждой консоли. У корня консоли штифтов нет - там будет крепление консоли к фюзеляжу и стыковка консолей.
После полного высыхания клея я срезал выступающие из полок лонжерона части штифтов заподлицо с полками.
(На фото газета к линейке прилипла случайно – не подумав как следует, я постелил газету, чтобы не испачкать клеем стол)))))
Все элементы клеил «Титано»-подобным клеем «Элитанс-супер».
Вместо деревянных линеек можно использовать бальзу толщиной 2-3мм. К сожалению, магазинов авиамодельной тематики у нас нет, а заказанная бальза выйдет в десятки раз дороже обычных линеек в канцтоварах…..
Клей также можно использовать любой, способный склеить дерево и пеноплекс - на Паркфлаере такой клей есть наверняка.
Последний штрих - испытание лонжерона на прочность.
Для проведения испытаний консоль установлена крайними точками лонжерона на опоры. Расстояние между опорами - 680мм.
Фото метки на консоли с ненагруженным лонжероном:
Вес испытательного груза (банка с водой) 2900гр, груз устанавливается сверху на лонжерон по центру между опорами.
Фото метки на консоли с нагруженным лонжероном (в полете нагрузка распределится иначе, более равномерно):
Прогиб консоли в центре лонжерона под грузом составил около 3мм
Теперь консоли укреплены и готовы к дальнейшей обработке – шлифовке и покраске или оклейке пленкой, что конкретно будет пока не решил, точнее – пленка еще не пришла.
Работа продолжается, хочется успеть к маю...............
"Если слой не является единым целым с брусом (отклеившаяся полка лонжерона)" --- Учимся клеить и не более того. Необходимая сила способная оторвать просто вклеенный лонжерон в разы (а возможно на порядки) больше сопротивления пенопласта вкупе со шпажками)))
"Наличие штифтов же не позволяет смещаться полкам лонжерона относительно консоли, придавая жесткость всей конструкции." --- Абсурд...
По поводу необходимости штифтов.
При изгибе бруса (в данном случае консоль) больше всего подвержены деформации верхняя и нижняя поверхность (слой) - одна растягивается, другая - сжимается. Та, что растягивается, за пределами своей прочности рвется, дальше рвется следующий "слой" и так далее до полного разрушения. Для нас внешне это выглядит как "ой! сломалась пополам!".
Теперь рассмотрим верхнюю и нижнюю полки лонжерона, как фрагмент слоя бруса.
Если слой не является единым целым с брусом (отклеившаяся полка лонжерона), то при деформации такой слой смещается относительно бруса, принимая форму изгиба (на рисунке показано относительное смещение при изгибе в разные стороны) и не удерживая брус от деформации.
Иными словами, полка лонжерона скользит по консоли, не мешая той изгибаться, вплоть до разрушения консоли.
Наличие штифтов же не позволяет смещаться полкам лонжерона относительно консоли, придавая жесткость всей конструкции.
Теперь вопрос про способ стыковки.
Способ подсмотрен там же..... при стыковке двутавра: балки собираются встык, на верхнюю и нижнюю полки привариваются накладки. Для тяжерых конструкций накладки приваривают и на шейку тавра. Но здесь не тяжелый случай, поэтому ограничусь только внешними накладками:
консоли ставлю лонжеронами встык "полка-к-полке", сверху и снизу накладки. Верхняя - из секлотекстолита толщиной 2мм (куплен в магазе радиодеталей) шириной, равной ширине полки. Нижняя накладка - конструктивный элемент каркаса фюзеляжа с вклеенными в него квадратными гайками М4. На каждую консоль по два винта М4.
В корне консоли между полками лонжерона установлена втулка (на рисунке зеленым цветом) для исключения сплющивания пеноматериала при затяжке винтового соединения.
Кстати, на фото к лабораторной работе ниже видно, что лонжерон нормально удерживает нагруженную консоль даже на одном креплении.
Теперь лабораторная работа на тему "Балка с защемленным концом".
Скажу сразу, грузить два с лишним кило на самый конец 850мм консоли я побоялся. Да и использованный в работе вес примерно равен полетному, а ведь он распределится на две консоли и горизонтальный стабилизатор.
Итак, эксперимент: )))
Как-то так......
Это что-то новенькое в сопромате. На нобелевку, пока еще не тянет, но в целом мысль оригинальная :)
Вам на заметку, подумайте на досуге. Почему в настоящем композитном лонжероне волокна древесины располагаются не вдоль лонжерона, а поперек. В направлении изгибающего момента.
Про стенку композитного лонжерона: гуглим касательные напряжения и прочность древесины на срез вдоль волокон и поперёк.
Про изменение длины слоев при изгибе балки (бруса) можно почитать в учебниках по сопромату... Да, много где.... Первое, что попалось на глаза, когда гуглил на яндексе: http://funnystudy.ru/sopromat/100-sopromatizgib.html
Выше на фото я привел пример с рисками на линейке и материале при нормальном положении и изгибе. Не верите учебникам - проведите лабу сами )))
И в целом, в чем смысл подобных деревянных наличников на 40см консоли?
Та самая, из которой у автора конструкция сделана.
изгибающий момент составит 3750 Н*см
Момент сопротивления линейки на ребро 0,375 см3 (какое совпадение)
Напряжение в линейке составит 10000 Н/см = 100 МПа
Прочность берёзы на изгиб по СНиП 15,4 МПа. Т.е. в 6 раз не держит нагрузку.
Википедия пишет, что прочность берёзы 120 МПа. Это значение наверное тоже не стоит брать в расчёт.
Я уверен, что в СНиП очень занижена прочность берёзы для надёжности конструкций но не в восемь же раз. В Википедии же дано максимально-возможное значение, не факт что ваша линейка будет такой супер-пупер берёзовой. По википедийным данным, если раскрепить от кручения, линейка выдержит, а по СНиП сломается с громким хрустом.
Вобщем может выдержать, а может и не выдержать 30 кг
Нужен эксперимент. берём 2 линейки и кусок пеноплекса шириной 6 см, высотой 3, длиной 50 см. Приклеиваем линейки сбоков к пеноплексу. Ставим нашу балку на табуретки и сверху груз в 60 кг. Кто сделает?
Но еще раз повторюсь, к конструкции автора это не имеет никакого отношения.
У автора не балка и не двутавровая балка. У автора две слабосвязанные балки.
Вот ежели сделать полноценный двутавр, тогда будет другой разговор. А так, это пенопластовые сопли с деревянной поверхностью. как Вы сами справедливо заметили, конструкционно почти не отличающиеся от двух бамбуковых шпажек с пенопластовым разделителем. Такая конструкция в народе называется "чешский лонжерон". Вполне себе имеет право на жизнь. Только не в таком исполнении :)
Ну вот хорошо, что и с вами начинаем находить общий язык. У автора балка, полки которой - линейки, а стенка - пеноплексовое ядро, обладающее своими механическими свойствами (модуль упругости и модуль сдвига). Для наших моделей модуля сдвига пеноплекса вполне достаточно для того, чтобы считать полноценной балкой. Порочность останется примерно той же, что и у полноценного двутавра, прогиб немного увеличится, но для моделей всё это не критично.
для Evgeny Baykov
Линейки по ГОСТ 17435-72 (фирма Можга) сделаны либо из бука, либо из берёзы. Оба дерева примерно одинаковы по прочности, а вот сосна в 1,6 раза менее прочная.
Однако позволю себе несколько замечаний.
На полке лонжерона виднеются отверстия - для облегчения? Если так, то может уменьшить ширину полки, чтобы и деталь была цельной, и обеспечивалась бы требуемая прочность при минимальном весе?
Испытания на прочность, конечно, очень важны. Но почему именно по такой схеме? У свободнонесущего моноплана изгибающий момент наибольшей величины достигается в месте сочленения с фюзеляжем, таким образом имеем расчетную схему "балка с защемленным концом". Может для оеалистичности картины по этому варианту прочность оценить?
А как лонжероны консолей планируете соединят между собой?
" Углубления для полки лонжерона вырезал П-образной пенорезкой, выставленной в размер = (толщина линейки – 0.5мм)"
"В качестве полок лонжерона для консоли размером 850х210мм я использовал деревянные линейки"
У вас немного цифры не состыковываются, я не виднл в магазине линеек шириной 85мм и толщиной 0,5мм, да и на фото линейка явно не таких рамеров, а так идея норм, хотя прорще резать, как в первом комменте.
А как консоли соединять планируете?
Да, с шириной накосячил. Имелось ввиду 0.1 ширины консоли. Размеры поправлю, спасибо.
А длина линеек обычная, 40см. Каждая полка лонжерона состоит из двух линеек, соединенных встык коротким отрезком той же линейки (на фото в месте соединения видны головки винтов М3.
Сам пробовал делать подобное. Скотч от пеноплекса отрывается быстро.
Я его и титаном покрывал, и шкурил! Другие петли у меня просто не влазили в размер крыла.