飞机结构设计课设

飞机结构课程设计-“长空1号”舵设计学校：航空航天研究所专业：飞机设计和工程班级级别：号码：姓氏：余茂林教员：王强徐惠民时间：2014年12月22日-2015年1月16日目录一、设计要求11.1，形状协调11.2，外部负载2二。初始计划3的确定2.1。结构形式32.2、梁结构形式42.3、悬挂点配置42.4，肋布置42.5、配重方法52.6。控制接头的布置52.7、开孔补强5三、荷载计算和设计计算63.1，展向载荷计算63.2、接头位置确定63.3、梁设计计算83.3.1。梁和前缘蒙皮的设计83.3.2、前缘封闭室计算103.3.3、弯曲中心和扭矩计算113.3.4、梁腹板检查133.3.5，lyna第14条3.4、蒙皮设计计算143.4.1尾部法兰设计143.4.2、弦向载荷分布计算143.4.3、前缘蒙皮检查153.4.4。检查后部面板肋的数量和蒙皮15的最大挠度3.4.5。后部壁板17蒙皮的正常应力检查3.5、肋设计计算183.5.1。后肋18的设计3.5.2。检查后部19中的公共肋3.5.3中央肋设计213.5.4整体端肋设计213.5.5前缘肋和加强肋的设计213.5.6、前缘开口肋检查223.6。接头和轴设计223.6.1、支撑接头设计223.6.2。选择轴承233.6.3。螺栓组件24的选择3.7、轴承设计243.7.1、支撑接头支撑设计243.7.2。摇臂支架设计253.8、铆钉设计263.9。后缘带27的设计四.质量质心计算和配重设计274.1、质量计算274.1.1，前缘蒙皮质量计算284.1.2、光束质量计算294.1.3、前缘肋质量计算294.1.4、皮肤质量计算后304.1.5，后缘质量计算304.1.6、端肋质量计算304.1.7、半肋质量计算后314.1.8、支撑轴承质量计算314.1.9、摇臂轴承质量计算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34V.组装过程35Vi .摘要35七。参考文献36一、设计要求1.1协调外观舵在其运动范围内运动，在任何情况下都不得干扰其支撑结构或相邻部件，因此必须满足一定的协调关系。舵面应满足几何尺寸和协调关系，如图1所示。这是设计的先决条件。A (mm)b(毫米)c(毫米)总负载(n)3051270139010500图1。舵面尺寸及配合关系图2实际方向舵图图3。最终设计方向舵此外，方向舵在XOY平面上的形状由垂尾后段和方向舵前段的形状决定。垂直尾翼类型和方向舵剖面数据如表1和表2所示。X03.481042.01112.01181.51320.61390Y09.9729.5823.6617.755.920表1。垂直尾翼类型(垂直尾翼的前缘作为原点)(单位：毫米)X020406280Y012.8017.8019.6019.40表2。方向舵前轮廓(方向舵前缘为原点)(单位：毫米)最大方向舵偏角为15。1.2外部负载根据飞机强度规范确定方向舵载荷及其分布。安全系数f=1.3。方向舵工作载荷为10500牛顿。负载分布如图2和3所示。图4，展向载荷分布(与弦长成比例)图5，弦向载荷分布(压力中心在0.293b)为了防止方向舵和垂直安定面之间的耦合颤振，这种设计要求可逆方向舵的质量平衡。2.初步计划的确定2.1结构和机械形式方向舵通常是横梁结构。通常，控制表面在前缘的旋转轴附近布置有单个梁(即单个梁结构)。同时，由于荷载为10.5千牛顿，荷载较小，所以选择了单梁结构。图6。方向舵的典型剖面根据表2方向舵剖面参数，方向舵面积较小，在62毫米处最大厚度为39.2毫米图7。方向舵配件截面尺寸由于平尾和方向舵之间的干扰，有必要在方向舵前缘打开一个深度为45毫米的开口，这不会影响横梁。机翼的厚度是，我们知道它是中等厚度的机翼。对于中间翼型的单梁舵，主扭转封闭腔由梁和前缘蒙皮形成。前缘设有翅片，间距通常较小，以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。由于梁和前缘蒙皮形成了主扭转封闭腔，即后段肋未扭曲，因此后段肋主要设计有抗弯和抗剪性能。此外，后部的厚度很小。考虑到该技术，在翼组件中使用蒙皮上的开口来方便翼肋的组装是不方便的。因此，采用半翼肋设计。半翼肋与蒙皮组装成壁板，两个半壁板与横梁和后缘条组装在一起。图8。方向舵的主要结构图尾部皮肤通常很薄。长空一号是一架中速飞机。中速飞机的尾翼厚度大多等于或小于1毫米由于方向舵尺寸较小，为了便于装配，剖面由前缘蒙皮、上半蒙皮(上壁板)、下半蒙皮(下壁板)和后缘带组成。2.2梁的结构形式几何上，当单梁布置到最大厚度后，梁距前缘平尾开口17毫米，不足以在梁前布置翼缘条，因此采用“U”形梁。考虑到装配过程，如果有前缘带，在装配过程中不容易铆接前缘蒙皮，从而导致装配困难。因此，采用“U”形梁方便地铆接装配前缘蒙皮。图9，“一”字形梁示意图2.3悬挂点的配重参考飞机结构设计，确定悬挂点数量和位置的原则是：1、保证使用可靠，转动灵活，控制面和悬臂街综合质量较轻。2.增加悬挂点的数量可以减小控制面上的弯矩，减小控制面的质量，但增加了悬臂街道的质量和运动协调的难度。3.减少悬挂点的数量很容易协调，但控制面上的弯矩增加，不符合损伤容限的概念。一般来说，悬挂点不少于2个。由于负载较小，最初确定为两个或三个。在远程无人机的方向舵中，垂尾后掠角为0，方向舵根部弦长略有相同，运动协调非常容易，因此采用三个悬挂点对称布置。2.4。肋骨排列各种型号的肋间距见下表。如果长孔1号采用铆接墙板，肋间距可初步选定为160毫米，1270毫米的延伸段可等间距布置9根肋(包括2根端肋)。表3。典型飞机的肋间距由于梁和前缘蒙皮形成了主扭转封闭腔，即后翼肋不扭曲，后翼肋主要设计成抗弯曲和抗剪切。此外，后部的厚度很小。考虑到该技术，在翼组件中使用蒙皮上的开口来方便翼肋的组装是不方便的。因此，采用半翼肋设计。半翼肋与蒙皮组装形成壁板，左、右半壁板与梁和后缘蒙皮组装。左右半肋应分别向上和向下偏移一小段距离，以便于壁板和横梁的铆接。2.5。配重法配重有两种方式，即集中配重和分散配重。由于速度低，对飞机重量敏感，采用集中配重法。在方向舵的上端和下端前延伸配重。2.6。控制接头的布置为了使最大扭矩尽可能小，接头布置在中间，并用螺栓固定在中间悬挂点。中间关节支架是一种两用支架，既可作为关节支架，又可作为摇臂支架与lyna条连接的加强支架。因此，对其进行了加固设计。2.7。开口加强件加固即使梁的内力最小，接头布置也应使加载条件最佳。梁的设计荷载主要是弯矩，因此在节点布置中考虑弯矩分布。由于对称性，梁的一半可用于弯矩计算。如图所示，简化的中间是一个固定支架，它是一个曾经静止的不定梁。图12，简化结构图图13，简化结构应力分析图反作用力N1的大小可以从位移平衡计算出来。弯矩为：当时，当时，可以绘制弯矩图：图14，弯矩分布图显然，在点1、2和3处存在弯矩极值。计算3点处的弯矩极值：,当1点和2点弯矩相等，且4点最小弯矩绝对值大于或等于时，梁受力最佳，节点位置最佳。现有：得到引入：因此，可以确定接合位置，并且可以确定前缘蒙皮开口设计。图15，前缘蒙皮开口的设计图在实际设计中，由于加工和装配精度的问题，采用整体设计，优选的接头距离为184 mm，移动较小，最佳计算值仍可用于以后的计算。3.3。梁的设计与计算3.3.1。梁和前缘蒙皮的设计该梁可由弯曲部分制成，并被压制成“U”形梁，即，经加工的腹板具有与凸缘条相同的厚度。载荷不大，因此横梁可由普通且易于成形的铝合金制成，例如LY12铝合金，包括：梁的剪力图：图16，剪切分布图可以计算出剪切图中从左到右的极值分布为-1978.56，2423.04，-2423.38，2423.38，-2423.04，1978.56(单位：n)。最大剪切力为2423.38牛顿梁腹板受剪，腹板最大高度略小于39.2毫米，腹板厚度为：也就是说，腹板的厚度可以非常小，大于或等于0.3毫米，并且强度足够。考虑到前缘开口的影响，腹板将承受额外的剪力，因此建议腹板厚度为1毫米。由于方向舵相对较小，为了保证方向舵铆接装配后良好的流场特性，采用LY10 120度沉头铆钉，铆钉直径可在2.5-4 mm范围内使用，前缘蒙皮和后端壁板铆接在lyna条上，因此采用双排平行铆钉，铆钉直径为2.5-4mm，铆钉余量为5-10mm，边条宽度大于10-20mm.因为绳子很短，凸缘是长方形的，所以凸缘的宽度不能太大，否则支撑皮肤时会大大影响外观。凸缘条宽度最初选择为25毫米，中速飞机尾部蒙皮的厚度大多等于或小于1毫米。蒙皮的厚度最初可以取为1毫米图17。梁截面梁截面的惯性矩为：荷载条件为：在q作用下腹板的最大剪应力m作用下的最大正应力3.3.2、前缘封闭室计算根据表2中的数据，前缘的三次曲线可以用MATLAB进行拟合(取前四个点)，并且可以近似得到蒙皮形状。获取：前缘蒙皮长度：这种积分是困难的，所以用MATLAB来编程数值积分的长度：图18，前缘拟合轮廓曲线图19，前边缘和光束封闭室示意图前缘封闭室区域：前缘蒙皮和梁一起形成单个封闭腔室结构，前缘封闭腔室的弯曲中心坐标为(62，0)。以机翼前缘为坐标零点。空气动力Qy作用在(0.293b，0)或(89.365，0)的空气动力中心，旋转轴距离梁腹板15毫米(77，0)。3.3.3、弯曲中心和扭矩计算封闭房间弯曲中心的计算：假设弯曲中心的力为Qy图20。开放截面中的剪切流如图中左侧断开点2所示，有此时，前缘蒙皮没有剪切流。从封闭的房间里。有：注意：负号表示相反的方向。抓住这一时机扣3分。正号表示与设定方向相同，即弯曲中心在3点钟的左边。您可以获得：距离因此，最大剪切流位于梁翼展方向中点的腹板中点，其大小为：这里的最大剪应力是：因此，梁腹板满足设计要求，是安全的。3.3.5、lyna文章检查弯矩、扭矩和剪力在舵的中心对称面处最大，因此舵的中心对称面是一个危险截面。中心对称平面处法兰的最大法向应力从前面获得，如下所示：最大剪应力位于lyna条的两点，大小为：用第三强度理论检查的有：所以lyna条款是安全的。3.4、蒙皮设计计算3.4.1尾部法兰设计后缘应与上下壁板铆接装配，上下排铆钉应错开，因此也是双排铆钉。由于必须满足铆接厚度要求，所以根据1毫米的蒙皮厚度，铆接处的尾缘高度应大于2毫米。根据表1，可以初步