飞机部件课程设计
40页1、飞行器结构课程设计-“长空一号”方向舵设计 学 院: 航空宇航学院 专 业: 飞行器设计与工程 班 级: 学 号: 姓 名: 指导教师: 时 间: 目录一、设计要求11.1、形状协调11.2、外载荷2二、初步方案的确定32.1、结构形式32.2、梁的结构形式42.3、悬挂点配置42.4、翼肋布置42.5、 配重方式52.6、 操纵接头的布置52.7、 开口补强5三、载荷计算与设计计算63.1、展向载荷计算63.2、接头位置确定63.3、梁的设计计算83.3.1、梁和前缘蒙皮的设计83.3.2、前缘闭室计算103.3.3、弯心和扭矩计算113.3.4、梁腹板校核133.3.5、梁缘条的校核143.4、蒙皮设计计算143.4.1尾缘条设计143.4.2、弦向载荷分布计算143.4.3、前缘蒙皮校核153.4.4、后段壁板肋的数量和蒙皮最大挠度校核153.4.5、后段壁板蒙皮正应力校核173.5、肋的设计计算183.5.1、后段肋的设计183.5.2、后段普通肋的校核193.5.3中部加强肋设计213.5.4整体端肋设计213.5.5前缘肋和加强肋设计213.5.6、前缘开口加强肋校核223
2、.6、接头和转轴设计223.6.1、支承接头设计223.6.2、选取轴承233.6.3、螺栓组合件的选择243.7、支座设计243.7.1、支承接头支座设计243.7.2、摇臂支座设计253.8、铆钉设计263.9、尾缘条设计27四、质量质心计算及配重设计274.1、质量计算274.1.1、前缘蒙皮质量计算284.1.2、梁质量计算294.1.3、前缘肋质量计算294.1.4、后蒙皮质量计算304.1.5、尾缘条质量计算304.1.6、端肋质量计算304.1.7、后半肋质量计算314.1.8、支承支座质量计算314.1.9、摇臂支座质量计算324.1.10、质量和质心计算324.2、配重设计334.3、方向舵重新设计34五、装配工艺流程35六、总结35七、参考资料36一、设计要求1.1外形协调方向舵在其活动范围内运动,在任何情形下不得与其支撑结构或邻近构件发生干扰,所以其要满足一定的协调关系。方向舵平面要满足几何尺寸及协调关系如图1。这是设计的前提条件。 A (mm) B (mm)C (mm)总载荷(N)3051270139010500 图1、方向舵平面尺寸及协调关系 图2、方向舵实际
3、图 图3、最终设计方向舵另外方向舵在XOY平面内的外形由垂尾翼型后段和方向舵前段外形决定。垂尾翼型和方向舵外形数据如表1和表2所示。X03.481042.01112.01181.51320.61390Y09.9729.5823.6617.755.920表1、垂尾翼型(垂尾前缘为原点)(单位:mm)X020406280Y012.8017.8019.6019.40表2、方向舵前段外形(方向舵前缘为原点)(单位:mm)方向舵最大偏转角为15。1.2外载荷按飞机强度规范确定方向舵载荷及其分布。安全系数为f=1.3。方向舵使用载荷为10500N。其载荷分布见图2和图3。 图4、展向载荷分布(与弦长成正比) 图5、弦向载荷分布(压心在0.293b处)为防止方向舵与垂直安定面发生耦合颤振,对与本设计的可逆操纵的方向舵,设计要求质量平衡。2、 初步方案的确定2.1结构及受力形式方向舵通常结构采用梁式布局。操纵面一般都靠近前缘的转轴处布置单梁(即成为单梁式结构),同时由于使用载荷为10.5kN,载荷较小,故选用单梁式。图6、方向舵典型剖面形式由表2方向舵外形参数可知,方向舵面积较小,最大厚度在62mm处
4、为39.2mm。图7、方向舵拟合剖面尺寸由于平尾与方向舵存在干涉,需要在方向舵前缘开一口,深度为45mm,不会影响到梁。翼型厚度为,可知其为中等厚度的翼型,对于中翼型的单梁式方向舵,由梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室,前缘布置翼肋,间距通常较小,以便增加蒙皮的强度和刚度,并能承受较大的扭转载荷和局部气动载荷。后段主要承受气动载荷,由于梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室,即后段翼肋不受扭,所以后段翼肋主要以抗弯和抗剪设计。另外后段厚度小,从工艺上考虑,不便采用机翼装配中的在蒙皮上开口来方便装配翼肋形式,所以中采用半翼肋的设计,半翼肋与其蒙皮装配形成壁板,两半壁板再与梁和尾缘条装配。图8、方向舵主要结构视图尾翼蒙皮一般较薄,长空一号为中速飞机,中速飞机尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。由于方向舵尺寸较小,为装配方便,剖面上由前缘蒙皮、上半蒙皮(上壁板)、下半蒙皮(下壁板)、尾缘条构成。2.2梁的结构形式从几何上考虑,在最大厚度处布置单梁后,梁距前缘平尾开口为17mm,此距离不足以在梁前面布置缘条,所以采用“匚”形梁。从装配工艺考虑,若有前缘条,则前缘蒙皮装配时不便于打铆,造成装配上的困难,所以采用“匚”
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