发动机机架实验

1、实验报告飞机发动机架的模拟设计与实验 指导教师姜开厚 学生姓名 学号 2010 年 5 月 26 日1、 实物测绘及方案初步设计1、 布杆方案计算杆系分为结构和机构,都是通过各杆轴力来承受和传递载荷，它只能由直杆组成。经过分析知道本题目是一个桁架结构的设计。结构和机构的区别在于：结构是几何不变的，机构则是几何可变的。所以结构可以承力而机构不可以。本题目的桁架结构是一个二度静不定结构，有多条的传力路线。从安全角度出发，多条传力路线使结构更安全。就约束数目大于自由度来看，这个题目的方案中，结构总数肯定远远大于机构总数。所以直接计算结构总数不易计算，我们考虑间接计算，用排列总数减去机构总数按题意方案

2、必须满足下述要求：1）每点最多只能连接四根杆2）任意两根杆不能重合3）杆必须一端连接机翼，另一端连接发动机4）发动机架必须是几何不变的结构根据布杆的要求我们得出一共有16个杆位，其中要布六个杆共有方法，除去机构：（1）6杆平行机构数为J=0（2）6杆在任意几个平行平面内机构数为J=56（3）6杆交同一轴线机构数为J（4） 几根杆交同一轴线，其余杆平行该轴线机构数为J机构总数=结构数=80081452=65562、 计算承载情况2.1飞行原始数据：飞机在铅垂平面内沿圆弧匀速飞行见下图，飞行半径R=400米，飞行速度V=78米/秒，发动机的质量(均匀分布在圆筒内)A=400公斤。2.2第一种承载情

3、况受力分析：发动机架只受重力W和惯性力G时，受力如图：a发动机架同时受重力W、惯性力G、推力G发动机架同时受重力W、惯性力G、推力W惯性力：重力：两力同在竖直平面内，二力合成：所以，只有当，此时，飞机刚好处在圆弧最低点，既图中a点。2.3第二种承载情况受力分析：发动机架同时受重力W、惯性力G、推力时，受力如图：G发动机架同时受重力W、惯性力G、推力b发动机架同时受重力W、惯性力G、推力WT选取净推力：惯性力：重力：同样，三力同在竖直平面内，且因为惯性力总垂直于轨迹，而净推力与轨迹时刻相切，此二力互相垂直。合力：同上推知，当，在此种假设模型下，扭矩3、 实验中布杆测绘六杆机构测绘图：六杆结构测绘

4、图：实验中，我们使用的六杆机构与六杆结构结构，完全按照上两图安装。分别都加载4kN的向上载荷，以模拟发动机受重力与惯性力的情况。2、 理论计算1、 机构受载1.1受力分析图：565mm1z3260mm6524xy设各杆的内力为，拉为正。由于此机构中，各杆位置对称，可简化成平面受力情况。同时考虑杆在安装时，不能同时铰接于一点的实际情况，结构尺寸图为：此时，1.2受竖直方向载荷时，各杆内力代入，联立求解得：实验中，我们使用3kN4.5kN6kN7.5N逐级加载的方案一：无推力状态 在此，代入，得到：1.3受竖直方向载荷时，模拟发动机的位移与转角首先必须确定的是，各杆在受载时，其对变形起作用的有效杆

5、长。对比中部空心杆段与两端链接部分发现，中部杆截面积明显要小，相应刚度也就要小。故，再考虑杆的有效长度时，可只考虑两端焊缝之间的部分。这样就有：1、3、4、6杆，2、5杆， 竖直方向的位移同样在质心位置加载一竖直向上的单位载荷，与单位载荷平衡的杆力为：利用单位载荷法：代入，得：水平方向的位移在质心位置加载一水平向右的单位载荷，与单位载荷平衡的杆力为：代入，联立求解得：利用单位载荷法：代入，得：俯仰方向的转动在模拟发动机上加一绕z轴的单位扭矩，与单位载荷平衡的杆力为：代入，联立求解得：利用单位载荷法：代入，得：其余各方向的位移根据此机构的对称性，与所受载荷的对称性，易知：二：有推力状态 在此，代

6、入，得到：1.3受竖直方向载荷时，模拟发动机的位移与转角首先必须确定的是，各杆在受载时，其对变形起作用的有效杆长。对比中部空心杆段与两端链接部分发现，中部杆截面积明显要小，相应刚度也就要小。故，再考虑杆的有效长度时，可只考虑两端焊缝之间的部分。这样就有：1、3、4、6杆，2、5杆， 竖直方向的位移同样在质心位置加载一竖直向上的单位载荷，与单位载荷平衡的杆力为：利用单位载荷法：得：水平方向的位移在质心位置加载一水平向右的单位载荷，与单位载荷平衡的杆力为：代入，联立求解得：利用单位载荷法：得：俯仰方向的转动在模拟发动机上加一绕z轴的单位扭矩，与单位载荷平衡的杆力为：代入，联立求解得：利用单位载荷法

7、：得：其余各方向的位移根据此机构的对称性，与所受载荷的对称性，易知：3、 实验数据及处理1、 机构受载一：无推力状态对六杆机构受载情况进行相应实验，实验数据记录表如下：百分表读数： 前端拉力初拉力3KN4.5KN6.0KN7.5KN前端位移7.7347.7737.7927.8130.049后端拉力初拉力3KN4.5KN6.0KN7.5KN后端位移5.3255.5385.7736.0020.456注：表格中最后一行中的数据表示载荷为3KN时算出的百分表平均值，计算式为：。根据公式可以计算得：计算得到的理论值为：误差计算，得：，。可以看出，百分表所测得的位移和转角误差非常大。误差原因应该是试验中同

8、学读数错误或者百分表安装有误或者试验中受到外力干扰（比如人为触碰）应变仪读数：杆1杆2杆3杆4杆5杆63KN0000004.5KN4543-10-2514336KN8986-26-4730627.5KN134129-38-6947918986-27-45.531.560注：表格中最后一行中的数据表示载荷为3KN时算出的应变仪读数平均值，计算式为：。根据公式计算，杆所受力为：，其中，。将上面各应变带入计算式中，得到六根杆的内力分别为：，。而相应的理论值分别为：，。误差计算：带入数值，计算得：，。可见除了2杆，其余应变片所读数值和理论值误差相当大，究其原因，应该是试验中受到外部（外力，温度）干扰造

9、成的。二：有推力状态对六杆机构受载情况进行相应实验，实验数据记录表如下：百分表读数： 前端推力01400N2800N前端位移7.8178.0007.070-0.09525后端推力01400N2800N后端位移5.9584.451.925-1.76225注：表格中最后一行中的数据表示载荷为1.4KN时算出的百分表平均值，计算式为：。根据公式可以计算得：计算得到的理论值为：误差计算，得：，。可以看出，百分表所测得的位移和转角误差可以用巨大形容，百分表测得数据毫无意义。错误原因应该是试验中同学读数错误或者百分表安装有误或者试验中受到外力干扰（比如人为触碰）应变仪读数：推力杆1杆2杆3杆4杆5杆60KN110120-21-6054861.4KN76007914752.8KN-89121517912546-101.25-5753.5104.2564.25-50.5注：表格中最后一行中的数据表示载荷为1.4KN时算