课程设计梦想三号.doc
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课程设计（论文）院（系）名称专业名称题目名称 垂尾设计 学生姓名 班级/学号 指导教师 成 绩 2015年10月犹家航空航夭/営本科生课程设计（论文）任务书I、课程设计（论文）题冃：梦想3号垂尾设计，垂尾各个零件设计，零件Cafia建模及部件组装，垂尾载荷计算及校核II、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：垂尾安装角为0° ,上反角取90° ,后掠角取35° ,展弦比AV=1.2,梢根比入V=0.6III、课程设计（论文）工作内容:我们负责的是梦想三号垂尾设计，其中包括垂直安定面和方向舵主要的工作为设计及绘制垂尾的各个零件图，以及垂尾部件的组装述冇垂尾载荷计算及垂尾强度校核目录1梦想三号简介 11.1 ^7 ，u3 11.2 梦想三号特点 11、 安全性 12、 通勤性 13、 飞机快拆、易用性的创新 22尾翼的功用、设计要求和外载特点 22」尾翼的功用 22.2尾翼设计要求 22.3外载特点 23垂尾总体参数及具体尺寸设计 33.1垂尾总体参数 31、 初步设计要求 32、 尾翼外形参数 43.2 具体尺寸 54零件设计及装配 54.1 垂尾零件 54.1 装配图 55载荷计算及垂尾校核 65.1 载荷计算 65.2垂尾校核 71、 Calia的翼梁分析 72、 Ansys整块垂尾分析 96课程设计总结 11结论： 12参考文献： 13附录C： 131梦想三号简介1.1梦想三号概况近年来，通用航空在中国即迎来了快速发展的阶段。
轻型运动飞机具有其广阔的市 场、方便的适航审定流程，将使其成为通用航空市场的宠儿借“爱飞客”轻型运动飞 机设计大赛的机会，我I才I队全体成员设计出了 “梦想三号”本架飞机作为参加“爱飞 客”轻型运动飞机设计大赛的参赛作品，从通航飞机市场情况、比赛规则要求和国内外 先进同级飞机技术特点出发，制订了较为稳妥的轻型飞机设计方案1.2梦想三号特点1、 安全性梦想三号轻型运动飞机采用前拉使发动机、下单翼的常规布局形式这种布局形式 将带来以下好处：(1) 有一定上反角的下单翼既可以使飞机具有一定的运动性乂可以保证飞机的纵向 稳定性；(2) 前拉式发动机在起飞降落时，可以提供一定的抬头力矩，保证更好的起降性能， 在水上起降时尤其如此；(3) 前拉式发动机在水上起降时还可以减少水花溅起对发动机的影响；(4) 加装了伞降系统，在飞机故障或误操作导致飞机失速时可以保证飞机以止常姿 态平稳降落，最大限度地保障了人员安全2、 通勤性“梦想三号”考虑了飞机的多用途性机身座舱后部设计了可拆装的载荷舱，可实 现方便快捷的飞机功能拓展1) 航拍，搭载航拍套件(本机设计有三轴云台)，用作影视剧制作；(2) 航测，搭载遥测设备，用于地质勘查、救灾抢险；(3) 农药喷洒套件，用于农药作业；用作长航时飞行;反恐维稳,搭载武器装备、宣传、震慑装备等;军事用途,搭载光电吊舱、雷达设备，用作空中侦察、预警;3、飞机快拆、易用性的创新(1) 机翼机身连接处、平尾机身连接处设计了快拆结构，便于组装、维修、运输(2) 将易损坏的部件直接用新部件替换掉，便于爱好者自己维护。
2尾翼的功用、设计要求和外载特点2.1尾翼的功用尾翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置垂直尾翼由固定的垂直安定面 和可动的方向舵组成，它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用2.2尾翼设计要求尾翼的功用是通过它所产生的升力实现的所以从木质上说尾翼的功用就是产生偏 航气动力，因而尾翼的设计要求和构造与机翼十分类似对尾翼的主要要求也是保证它 所承担的空气动力的任务的完成；应具有足够的强度、刚度、损伤容限、寿命而重量尽 可能轻2.3外载特点决定垂尾严重载荷的情况包括驾驶员诱发的偏航机动、发动机失效引起的偏航机动 和横向突风，在CCAR25部中对应的设计条款是25.351、25.367和25.341在设计载荷 时，这些条款均贯彻执行，本文的研究重点为驾驶员诱发的偏航机动所引起的垂尾载荷 设计CCAR25.351对驾驶员诱发的偏航机动提出了详细要求，该机动基本上是无明显耦 合滚转的平面机动，机动是应协调偏转副翼等横向操纵面使机翼保持水平姿态(一般应 控制飞机滚转角在变化5度Z内)，这样可获得更大的侧滑角，从而得到更为严重的侧 向载荷北京航空航天大学课程设计（论文）第3页需耍考虑如下机动:机动1：当飞机以稳定水平直线飞行时，方向舵以最大偏转速率偏转至最大可用偏 度，此时飞机的侧滑角还比较小，该机动点通常是方向舵的严重受载情况，垂尾压心靠 后。
机动2：当方向舵偏转至最大可用偏度并保持舵面偏度使得飞机达到最大侧滑角（即 超调点），该机动点通常是垂尾或其他部件的侧向载荷设计情况，对垂尾而言，其压心 比较考前机动3：当侧滑角到达稳定侧滑角时，方向舵回到中立位置，此时垂尾压心回到正 常压心位置方向舵最大可用偏度的确定：对于给定布局的飞机，垂尾的设计载荷通常是由方向舵的最大可用偏度决定，其确 定方法一般遵循以下原则：参考其他飞机和规范，确保飞机机动能力合适，飞机侧滑角在合理范围内；确保垂尾、方向舵和起落架舱门等部件的侧向载荷量值合理；侧风着陆时飞机有能力消除侧风的影响；不同速度下尽可能做到等强度设计；方向舵和副翼最大可用偏度要协调⑴3垂尾总体参数及具体尺寸设计3」垂尾总体参数1、初步设计耍求起E质量<600kg载客160kg（2 人）升限4500m翼载荷46kg/m2巡航速度200km/h起降距离<80m航程1200km汕箱容积120L巡航高度600-1000m2、尾翼外形参数北京航空航天大学课程设计（论文）第4页平尾容量％ =辔， 垂尾容量％ =詈， 平尾容量初步定为0.55,lh=5m 由此可得平尾面积为2.43 m2机翼参数上反角安装角展弦比后掠角梢根比参数值0-120-3或可变3.4-7.40-350.39-1.0其中木机平尾展弦比取6,根梢比取0.6平尾展氏：bH = JSrAh = V6 x 2.43 = 3.81m平尾根弦长：2ShcrH = = 0.8m“（1 + 入 H）平尾梢弦长：知=入h・“H = 0.5m垂尾容量初步定为0.07, lV=5.2m垂尾面积为1.2 m2机翼参数上反角安装角展弦比示掠角梢根比参数值9000.8-1.70-450.32-1.0参考上表，垂尾安装角为0° ,上反角取90° ,后掠角取35° ,展弦比AV=1.2, 梢根比XV=0.6,则可计算求得：垂尾展长：bv = JSvAv = a/1.2 x 1.2 = 1.2m垂尾根弦长：2 Svcrv = = 1.25mbv（l + 入 V）北京航空航天大学课程设计（论文）第5页垂尾梢弦长:5 =入V・5v = 0・7m3.2具体尺寸作为飞机的单个结构，其结构安全与否和质量问题显得尤为重要。
我们通过查阅相 关的飞机设计手册与去航空馆实地测量，并月.在小组一起讨论下得到各个部件的尺寸经过查阅确定尺寸如E （单位：mm）腹板2肋2蒙皮1后墙2转轴10安定面与舵面的间隙6舵面上下面间隙5在这里让我的想法改变很大，很多部件很薄，甚至比航模的材料还要薄（虽然材料的弹性模量、切变模量不一样）4零件设计及装配4」垂尾零件安定面后肋安定面前肋方向舵肋后墙方向舵4.1装配图北京航空航天大学课程设计（论文）第6页5载荷计算及垂尾校核5.1载荷计算计算如下三种载荷叫1＞由初始状态偏转方向舵II舜时所受载荷2、 突然蹬舵后产生动态过偏转时的初始机动状态（假设过偏转系数KBJ.4）3、 飞机在某一偏航角飞行并处于平衡状态吋，方向舵突然返冋中立位置的瞬吋情况4、 计算飞机动压14? 119.792 7q=我=飞亍=3670时处-其中I4q为当量空速l 192.78kmI4q = % x 后=200 x 0.96380 =——-——=119.79mile/h其中％为真实速度，o为密度比，选择800km的巡航高度并查阅标准人气特性表可得到后=0.96380乂根据方向舵最大偏转角为8r = 15°1、在瞬时偏转方向舵，即初始机动时：SbPyv = Cn^r8rq —其中为偏航力矩系数与方向舵舵偏角曲线斜率，可根据曲线得到CnSrSr = ^CnV = 一 0.0170故PyV = 4272・291bf2、 突然蹬舵后产生动态过偏转时的初始机动状态（假设K尸1.4）SbPyV = ~j—又查的00 = 6.1°根据曲线可查的△C“r = 0.015故可得PyV = 4139.851bf3、 飞机在某一偏航角后产生动态过偏转时的初始机动情况北京航空航天大学课程设计（论文）第7页又根据曲线可查的故可得综合考虑，取最大值SbPyV = ACn0vBoq 和=比戒ACnv = 0.023PyV = 5224.851bfPyvmax = 5224.851bf5.2垂尾校核1、Catia的翼梁分析将翼梁结构在catia中完成绘制后进行有限元分析，首先进行网格划分，之后进行 固支方式的选择，选择在根部进行固支，通过计算的载荷进行加载，然后得到变形图和 应力图，可进行强度校核分析。
图1翼梁结构图图3加载方式图4应力张量图□ CATtAVi□|5vLinks Manager. 1+ 怙 Link 1 > E\De$ktop\iang.CATPartV >• VIM-. Ulfv 八」M m E)1 54W1 u—“4 2*nn、—3八| O*>B«Ujnc«Y (£fSensors. 1」」U J 偽® »^； / 沦于十O纯Q，田已0 - I. 鱼#处7 © &色贰 2—今 [ 二ia► Static Ca$e Solution. 1、站 Strws full tensor component (nodal vdlim).l E Von Mises stress (nodal values) 1北京航空航天大学课程设计（论文）第9页Results > C:\Users\ADMINI* l\AppD
