7.1: Anmerkungen
zur Lastberechnung
Auf den Flügel wirkt der Auftrieb als Querkraft Q in Richtung der Z-Achse. Er erzeugt
ein Biegemoment mB um die Tragflächenwurzel. Außerdem entsteht ein
Torsionsmoment mT um die Mittelachse des Holms.
Wenn
man sich die Holme am Rumpf fixiert vorstellt, und das Biegemoment mB auf eine
sonst lose Konstruktion aus Holmen und Rippen wirken läßt, würden sich die
Holme und Rippen zu einem Parallelogramm verschieben.
Bei
Fachwerkhäusern verhindert man das durch Versteifungen im 45° Winkel, was auch
bei Flugzeugflügeln möglich ist. Damit wird auch deutlich, wie die Querkraft im
Holmsteg wirkt. Auf die Versteifungen werden Druck- und Zugkräfte ausgeübt. Die
Fasern im Holmsteg – sei es Holz oder GFK – müssen also im Winkel von ±45° zur
Z-Achse verlaufen, um diese Kräfte optimal aufnehmen zu können.
Für
Flugzeugflügel ist dieses Verfahren vor etwa 90 Jahren für Hugo Junkers
patentiert worden, wie das Folgende Bild seiner Patentschrift zeigt.
Quelle: RC-Network
Faserrichtung Holmverkastung?
Wenn
die Tragfläche durch das Biegemoment gebogen wird, so entstehen in oberen Gurt
Druckspannungen und im unteren Gurt Zugspannungen.
Außerdem
drücken die Holmgurte, wenn sie unter Biegespannung stehen senkrecht nach innen
(Gurtabtrieb). Diese Kraft muß der Kern des Holmstegs auffangen. Wenn Balsa als
Kern verwendet wird, so sollten die Fasern senkrecht zur Y-Achse stehen. Die
Spannung, die der Gurtabtrieb erzeugt wird in dieser Lastberechnung nicht
erfaßt. Formeln zur Berechnung des Gurtabtriebs habe ich nicht finden können.
Allgemein findet man nur den Hinweis, daß der Kern diese Kräfte aufnimmt.
Folgende
Begriffe und Formelzeichen werden in der Lastberechnung verwendet:
Verteilung
der wirkenden Kräfte auf die Bauteile des Holmes
Der
obere Holmgurt wird mit dem halben Biegemoment mB als Druck und dem halben
Torsionsmoment mT belastet.
Der
untere Holmgurt wird mit dem halben Biegemoment mB als Zug und dem halben
Torsionsmoment mT belastet.
Die
Holmstege werden mit der Querkraft Q und dem halben Torsionsmoment mT belastet.
Der
Holmkern wird mit dem Gurtabtrieb belastet (und wenn man will auch anteilig mit
der Querkraft Q als Zug bzw. Druck).