Проектирование крыла самолета из композиционных материалов
Расчет основных элементов продольного, поперечного набора крыла самолета, элеронов, качалки, узлов крепления, обеспечение их прочности и устойчивости. Точность размеров, силовое взаимодействие с элементами конструкции, жесткие требования к стыковым узлам.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.05.2012 |
| Размер файла | 2,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Растягивающие усилия, приходящиеся на все болты,
, (5.18)
где n - число болтов сверху или снизу;
Hб - расстояние между верхними болтами;
. (5.19)
Усилие среза, воспринимаемое болтом:
, (5.20)
где2n - полное число болтов;
. (5.21)
По каждому усилию по ГОСТ 7805-70 подбирают диаметр болта. Из двух диаметров выбирают наибольший - d=5 мм. Следовательно, на кронштейне ставим 4 болта.
6. Рассчитывают толщину основания кронштейна. Основание кронштейна надо рассчитать на смятие под болтами и на местный изгиб под отдельным болтом. Из условия смятия толщина основания
,
где Рб. ср. max - наибольшее срезывающее усилие, действующие на болт;
dб - диаметр болта;
усм - напряжение смятие основания.
Так как толщина основания постоянна, то расчет ее проводим по наиболее нагруженному болту.
Принимает толщину основания досн=5 мм.
Проушина на лонжероне элерона имеет толщину основания равную 2мм, а крепление проушины к лонжерону так же при помощи 4 болтов, но меньшей длинны.
6. Расчет качалки
6.1 Расчет геометрических параметров качалки
Отклонение элерона вниз увеличивает угол атаки крыла, и если полет происходит уже на достаточно больших углах, то большое отклонение элерона вниз может вывести данную половину крыла на закритические углы атаки и вызвать срыв с этой части крыла - самолет вместо того, чтобы выправить крен, начнет его увеличивать. С целью предупреждения такого явления применяют дифференциальное отклонение элеронов: вверх 25є и вниз 15є.
Для того, чтобы при отклонении ручки управления на одинаковые углы вправо и влево элерон отклонялся на разные углы можно применить дифференциальную качалку. Управление, при котором отклонение командного рычага на один и то же угол в разные стороны вызывает отклонение рулевой поверхности на неодинаковые углы, носит название дифференциального. Простейшим элементом дифференциального управления является двуплечий рычаг, к которому тяги подходят под разными углами. Как КТР был применен вид качалки изображенный на рис.6.1
Рис.6.1 КТР качалки элерона
Отклонение рычага вправо или влево на угол приводит к перемещениям тяги 1 на одинаковые расстояния в разные стороны () и тяги 2 на неодинаковые расстояния (). Величины и связаны с углами и и радиусом рычага следующими зависимостями:
(6.1)
(6.2)
Величина степени дифференциальности зависит лишь от углов и :
(6.3)
Зная геометрические параметры элерона и углы его отклонения, можем найти перемещения и , соответствующие последним:
; (6.4)
, (6.5)
где - максимальная строительная высота элерона, .
Подставляя данные значения в формулы (6.4) - (6.5), получаем:
; .
Находим величину дифференциальности качалки:
.
Задав угол отклонения качалки , находим угол по формуле (6.3), а из уравнения (6.1) находим радиус качалки . Материал качалки алюминиевый сплав Д16. Соединение качалки с тягами управления представляет собой ухо-вилку.
В тягах устанавливается шарнирный подшипник ШМ-5, с такими геометрическими параметрами: наружный диаметр D = 14 мм; внутренний диаметр d = 4 мм; ширина кольца В =6 мм (ГОСТ 8338-75). Геометрические параметры тяги были выбраны с учетом усилия на рычаг управления 200Н. Учитывая частотные характеристики и ссылаясь на РДК-43, были выбраны дюральалюминиевые тяги диаметром .
6.2 Расчет проушины в тягах управления
Проушина работает на разрыв в ослабленном сечении, смятие, срез. Соответствующие условия прочности имеют вид:
; (6.6)
; (6.7)
, (6.8)
где: - геометрический параметр проушины.
ув, усм, фср - пределы прочности материала на разрыв, смятие, срез. Материал проушины алюминиевый сплав Д16 (МПа).
Из условия на срез крепежного элемента подбираем наружный диаметр d:
, (6.9)
где: МПа.
Выразим d:
мм
Конструктивно принимаем d=14 мм (по большему диаметру подшипника).
Из условия на смятие проушины определим :
мм. (6.10)
Принимаем = 4 мм, по подшипнику. Из условия на срез проушины рассчитываем расстояние а для обеспечения соосности.
(6.11)
Выразим из формулы 6.11 а:
мм
Из условия разрыва в ослабленном сечении найдем наружный диаметр проушины:
, (6.12)
где: n - коэффициент концентрации n=3.
Выразим D:
мм. (6.13)
В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 - 69 и по конструктивно - технологическим соображениям принимается D = 16 мм.
Условие соосности R > а выполняется.
Для полученных значений и D проверим выполнение условия разрыва в ослабленням сечении:
,
Так как условие разрыва в ослабленном сечении выполняется, то проушина с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.
Определим диаметр оси d из условия прочности на срез по формуле
Принимаем диаметр оси равным 5 мм (ГОСТ 9650-80).
Так как соединение тяги с качалкой представляет собой ухо-вилка (вилка расположена в качалке, а - ухо в тяге).
6.3 Расчет вилки качалки
При проектировании вилки будем считать, что усилие равно 200Н.
На рис.6.2 представлен эскиз вилки.
Рис.6.2 - Эскиз вилки
Определим толщину вилки из условия прочности крепежного элемента на смятие:
; (6.14)
откуда .
В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 - 69 принимаем . Принимаем для проушины. Определим наружный диаметр вилки из условия прочности на разрыв:
; (6.15)
отсюда
В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 и по конструктивным соображениям принимаем .
Так как все условия выполняются, то вилка с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.
Параметры вилок в качалке одинаковые, но в месте соединения тяги 2 (рис.6.1) с качалкой паз в вилке под проушину делается больше для обеспечения поворота качалки на заданные углы.
6.4 Расчет ступицы
Особенно ответственным узлом качалки является ступица, которая должна обеспечить свободное вращение качалки без заедания, а также отсутствие люфта вдоль оси вращения качалки. Для обеспечения базы при возможных боковых непредвиденных нагрузках в ступице устанавливаются два разнесенных подшипника [4]. По заданной нагрузке выбираем шариковые подшипники с такими геометрическими характеристиками: наружный диаметр D = 13 мм; внутренний диаметр d = 5 мм; ширина кольца В = 4 мм (ГОСТ 3385-75).
Используя приведенные выше формулы, аналогично рассчитываем ухо качалки в месте присоединения к кронштейну узла навески.
Получаем следующие геометрические параметры:
внутренний диаметр уха: ;
наружный диаметр уха: ;
толщина уха с учетом двух подшипников и втулки составляет .
Толщину вилки в месте соединения качалки с узлом навески определим из условия смятия d = 5 мм, R = 283Н.
Определим толщину вилки из условия прочности крепежного элемента на смятие:
; (6.16)
откуда .
В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636 - 69 принимаем .
Принимаем для проушины.
Определим наружный диаметр вилки из условия прочности на разрыв:
; (6.17)
отсюда
В соответствии с рядом нормальных линейных размеров по ГОСТ 6636-69 и по конструктивным соображениям принимаем .
Так как все условия выполняются, то вилка с выбранными геометрическими параметрами выдержит необходимое усилие.
Определим диаметр оси d из условия прочности на срез по формуле:
Принимаем диаметр оси равным 5 мм (ГОСТ 9650-80).
Геометрические параметры вилки в месте присоединения тяги к элерону те же, что и в месте соединения тяги с качалкой.
7. Расчет закрылка
Закрылок представляет собой отклоняемую вниз хвостовую часть крыла. Размещаются закрылки на участках крыла, не занятых элеронами. Различают поворотные, щелевые и выдвижные закрылки.
При отклонении поворотного закрылка вниз увеличивается кривизна профиля на участке крыла, занятого закрылком, что ведет росту су. При отклонении закрылка кривая су = f (б) смещается качественно так же. как и при отклонении щитка. Разница состоит в том, что при отклонении поворотного закрылка критический угол атаки уменьшается на большую величину, чем при отклонении простого щитка.
Наивыгоднейшие параметры поворотного закрылка: хорда b3 = (0,2.0,25) b и максимальный угол отклонения дЗMAX=40.50°. Поворотные закрылки, уступившие в эффективности другим типам закрылков, применяются очень, редко.
При отклонении щелевого закрылка между ним и основной частью крыла создается профилированная щель. Проходящий через эту щель воздух сдувает пограничный слой на верхней поверхности закрылка, что затягивает срыв на большие углы атаки. Благодаря этому щелевой закрылок создает больший прирост cv. чем поворотный. Недостатком щелевого закрылка является большее, чем у поворотного закрылка, лобовое сопротивление в неотклоненном состоянии из-за наличия щели. Для устранения этого недостатка положение оси вращения и очертание носка закрылка выбираются таким образом, чтобы в неотклоненном его положении щель была бы полностью закрыта. Щелевые закрылки обычно имеют хорду b3 = (0,25.0,3) b и максимальный угол отклонения дЗMAX=50.60°.
Закрылки имеют обычно сходную с рулями и элеронами конструкцию, содержащую типовой набор конструктивных элементов - продольные балочки, стенки, стрингеры, нервюры, законцовочные стрингеры и обшивку. Конструктивное разнообразие схем увеличивается благодаря широкому применению сотовых и других заполнителей и созданию многослойных конструкций с использованием композиционных материалов.
Способы подвески закрылков опять же тесно связаны с разработкой кинематической схемы. Наиболее распространенными способами стали установки закрылков на кронштейнах (отклоняющиеся закрылки) и на рельсах (выдвижные или откатные закрылки).
В данной работе используется выдвижной, однощелевой закрылок (рис.7.1).
Рис.7.1 - выдвижной, однощелевой закрылок
Управление закрылком осуществляется механизмом винт-гайка. В связи со сложностями расчета данного соединения конструктивно принимаем внутренний диаметр гайки dг=6 мм
7.1 Нагрузки, действующие на закрылок
На закрылок в полете действуют аэродинамические силы. Величина и распределение нагрузки определяются по результатам продувок в аэродинамической трубе при неотклоненном и отклоненном положении закрылка. Силами тяжести конструкции закрылка ввиду их малости пренебрегают.
При отсутствии результатов продувки используют распределение нагрузки по размаху и по хорде закрылка показанное на рис 7.2 Распределение нагрузки по хорде берется по трапеции, причем высота ординаты нагрузки у передней кромки равна , а у задней кромки равна [7]. Распределение нагрузки по размаху - пропорционально хордам.
Рис.7.2 Распределение нагрузки
Определим величину скоростного напора для закрылка:
, (7.1)
где - плотность воздуха, кг/м3;
- максимальная скорость самолета, м/с;
а величину по формуле:
(7.2)
Па;
Па.
Определим распределение нагрузки на закрылок по размаху:
Н/м (7.3)
где - хорда закрылка.
Величина нагрузки по размаху будет иметь постоянное значение Н/м.
В связи с тем, что элерон и закрылок схожи, как по своей форме, так и по методике расчета, дальнейшие расчеты проводятся аналогично элерону. Поскольку на закрылок действуют нагрузки в несколько раз меньше, параметры продольно-поперечного набора и обшивки закрылка принимаются такими же, как и у элерона.
Ширина полок по длине балки для лонжерона закрылка принимается .
Значения верхней и нижней полок 0,96 мм (8 слоев)
Толщина стенки лонжерона 0,96 мм (8 слоев)
Толщину обшивки принимаем равную 1мм.
Заключение
В данной работе произведен расчет лонжеронов (переднего, заднего), подкосов, узлов крепления подкосов к крылу, основных элементов продольно-поперечного набора крыла самолета: силовых нервюр, элерона, закрылка, дифференциальной качалки, тяг управления, узлов крепления. Были выбраны конструктивно-технологические решения для нервюр, носка крыла, кронштейнов элерона и закрылка, качалки, обшивки. Носок крыла был сделан съемным для обслуживания качалки и тяг управления. Обшивка крыла была принята гладкой. Все элементы подбирались не только из условия минимум массы и максимальной прочности, но и простоты изготовлении, экономичности.
Также в данной работе были предусмотрены эксплуатационные люки под слив и залив топлива, замену топливного бака, а также для обеспечения простоты сборки и ремонта крыла.
Список использованной литературы
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение. 1980.
2. Войт Е.С., Ендогур А.И. Проектирование конструкций самолетов. - М. "Машиностроение", 1987г. - 415с.
3. Бычков С.А. Карпов Я.С. Мудрый А.А. Проектирование и конструктивно-технологические решения балок и лонжеронов из композиционных материалов. - Харьков: ХАИ, 1997. - 85с.
4. Гребенъков О.А. Конструкция самолетов: Учеб. пособие для авиационных вузов. - М. Машиностроение, 1984. - 240с.
5. Егер С.М., Мишин В.Ф., Лисейцев Н.К. и др. Проектирование самолетов: Учебник для вузов/. Под ред.С.М. Егера. - 3-е изд., перераб. и доп.1: Машиностроение, 1983, - 616с.
6. Карпов Я.С. Проектирование и конструирование стержней из композиционных материалов. - Харьков: ХАИ, 1996. - 38с.
7. Руководство для конструкторов. - Бюро новой техники НКАП, 1943. - 1053с.
8. Чумак П.И., Кривокрысенко В.Ф. Расчет, проектирование и постройка "Сверхлегких самолетов. - М.: Патриот, 1991. - 238 с, ил.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Технология производства лонжерона крыла самолета РСМ-25 "Robust" из композиционных материалов с подкосом. Определение нагрузок, действующих на крыло, обеспечение прочности и устойчивости конструкции; силовое взаимодействие, требования к стыковым узлам.
дипломная работа [7,7 M], добавлен 16.03.2012Тактико-технические характеристики самолета Bf 109 G-2. Полетные случаи нагружения крыла при маневре. Построение эпюр внутренних силовых факторов по размаху крыла. Выбор конструктивно-силовой схемы. Подбор сечений элементов продольного набора крыла.
курсовая работа [764,1 K], добавлен 13.04.2012Исходные геометрические характеристики элементов крыла и схема его нагружения. Задание свойств материалов для каждого элемента конструкции. Построение конечноэлементной модели и расчет ее устойчивости в Buckling Options. Перемещение лонжеронов крыла.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 16.03.2012Нормирование нагрузок на крыло. Проектирование полок и стенки лонжерона. Расчет геометрических параметров сечения лонжерона. Проектирование узла крепления подкоса к лонжерону. Технологический процесс формообразования и контроль качества конструкции.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 27.04.2012Техническое описание конструкции самолета "Су-26". Определение нагрузок на крыло. Определение крутящего момента и подбор толщины обшивки крыла. Подбор толщины стенок и сечений поясов лонжеронов в растянутой и сжатой зоне крыла, сечений стрингеров.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2010Расчет стенки моторамы на срез и смятие композиционных материалов. Формообразование несущего профиля моторамы. Расчет воздухообмена при изготовлении моторамы легкого самолета. Оценка прямых и косвенных расходов на содержание и эксплуатацию оборудования.
дипломная работа [396,6 K], добавлен 13.05.2012Получение путем расчета аэродинамических характеристик самолета Ту-214 в диапазоне изменения высот и чисел Маха полета. Вычисление геометрических характеристик самолета. Подбор аэродинамического профиля крыла и оперения. Полетная докритическая поляра.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.02.2014Разработка варианта конструкции фюзеляжа самолета легкого типа из полимерных композиционных материалов и обоснование принятых решений расчетами. Технологический процесс изготовления конструкции. Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.02.2015Расчёт аэродинамических характеристик самолёта. Границы допустимых скоростей. Расчет нагрузок на крыло. Значения параметров расчетного сечения крыла, спроектированного по статическим нагрузкам. Зависимость веса самолета от времени в типовом полете.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 15.03.2013Определение подъемной силы крыла. Эпюра воздушной нагрузки на крыло. Расчет основных размеров сечения. Замена кессонной части крыла прямоугольным сечением из двух поясов и двух стенок. Определение размеров нижних поясов лонжеронов и толщины обшивки.
контрольная работа [72,9 K], добавлен 02.08.2013
