Курсовая работа: Проектирование агрегатов самолёта
|
Название: Проектирование агрегатов самолёта Раздел: Рефераты по транспорту Тип: курсовая работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ульяновский государственный технический университет Институт авиационных технологий и управления Кафедра ”Самолётостроения” Курсовой проект По предмету: Технологии изготовления деталей самолёта на тему: Проектирование агрегатов самолёта Ульяновск, 2008 Реферат Курсовой проект. Пояснительная записка 31 с., 7 рис., 11 табл., графическая часть 3 л., ФА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АГРЕГАТА САМОЛЁТА, АНАЛИЗ ПРОТОТИПА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ И МАССОВЫХ СИЛ, ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЁТ, ВЫБОР И РАСЧЁТ КРОНШТЕЙНА. Произведён анализ, внесены предложения по совершенствованию конструкции. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1. АНАЛИЗ ПРОТОТИПА САМОЛЁТА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ И МАССОВЫХ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КРЫЛО 2.1 Выбор основных параметров самолёта 2.2 Построение поляр для профиля 2.4 Распределение массовых сил вдоль размаха крыла 2.5 Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов 2.6 Построение эпюр изгибающих 3. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЁТ КРЫЛА 3.1 Подбор сечений элементов силовой схемы крыла 3.2 Подбор элементов продольного набора 3.3 Определение толщин стенок лонжеронов 4.ВЫБОР И РАСЧЁТ КРОНШТЕЙНА 4.1 Определение диаметра болта 4.2 Определяем геометрические параметры проушины 4.3 Определяем геометрические параметры корпуса кронштейна 4.4 Расчёт крепления кронштейнов ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ВВЕДЕНИЕ В курсовой работе разработан самолёт З-81, на основе прототипа С-80. Самолёт предназначен для воздушного туризма, перевозки пассажиров, груза, а также в качестве учебно-тренировочного. З-81 может легко консервируемым в поиско-спасательный, патрульный или санитарный и другие варианты по требованию заказчика. Самолёт имеет высокий уровень технологичности и удовлетворяет самым высоким требованиям заказчиков. Активная система безопасности полёта обеспечивает управление полётом и помогает лётчику корректировать его ошибки. Интегральная система БРЭО допускает пилотирование самолёта в визуальных метрологических условиях и метеоусловиях полёта по приборам днём и ночью в любых регионах мира, а также эксплуатацию с бетонированных и грунтовых аэродромов, включая аэродромы, не оборудованные для посадки по приборам. Салон самолёта соответствует современному дизайну, имеет прекрасную видимость, удобные кресла, систему кондиционирования и сервисное оборудование, включающие: бар, аудиовидиосистему, телевизионную камеру и телефонную спутниковую связь. Эксплуатационная автономность С-80 позволяет выполнять полёты без специальных средств наземного обслуживания, большая топливная вместимость обеспечивает полёты на дальние дистанции без дозаправки. Высокое качество, надёжность и большой ресурс самолёта гарантируется применением перспективных технологий и композиционных материалов при изготовление планера. АНПК ОКБ Сухого ведётся разработка лёгкого многоцелевого самолёта С-80.Самолёт предназначен для воздушного туризма, перевозки пассажиров, груза, а также в качестве учебно-тренировочного. С-80 может легко консервируемым в поиско-спасательный, патрульный или санитарный и другие варианты по требованию заказчика. Самолёт имеет высокий уровень технологичности и удовлетворяет самым высоким требованиям заказчиков. Активная система безопасности полёта обеспечивает управление полётом и помогает лётчику корректировать его ошибки. Интегральная система БРЭО допускает пилотирование самолёта в визуальных метрологических условиях и метеоусловиях полёта по приборам днём и ночью в любых регионах мира, а также эксплуатацию с бетонированных и грунтовых аэродромов, включая аэродромы, не оборудованные для посадки по приборам. Салон самолёта соответствует современному дизайну, имеет прекрасную видимость, удобные кресла, систему кондиционирования и сервисное оборудование, включающие: бар, адиовидеосистему, телевизионную камеру и телефонную спутниковую связь. Эксплуатационная автономность С-80 позволяет выполнять полёты без специальных средств наземного обслуживания, большая топливная вместимость обеспечивает полёты на дальние дистанции без дозаправки. Высокое качество, надёжность и большой ресурс самолёта гарантируется применением перспективных технологий и композиционных материалов при изготовление планера. Таблица1. - Основные характеристики самолета С-80.
2.1 Выбор основных параметров самолётаИсходные данные для расчета: Коммерческая нагрузка Скорость полета Высота полета Дальность полета Двигатель расположен на фюзеляже Коэффициент перегрузки Максимальная взлетная масса Корневая хорда Концевая хорда Аэродинамический профиль №22,10 Определяем удельную нагрузку на крыло [2]
относительная масса топлива Определяем удельную нагрузку на крыло из условия обеспечения заданной крейсерской скорости на заданной высоте полета [2]
Определяем тягавооруженность самолета из условия набора высоты при одном отказавшем двигателе [2]
где,
из условия обеспечения горизонтального полета [2]
коэффициент учитывает тяги по скорости полета Определяем тягавооруженность самолета из условия обеспечения заданной длины разбега самолета [2]
где,
Определяем тягавооруженность маневренных самолетов из условия: а) скороподъемности[2]
б) заданной максимальной скоростью
в) полета заданной перегрузкой
Находим площадь крыла [2]
Определяем тягу двигателя
Таблица 2. Построение поляр для крыла
Рис. 1 Площадь крыла: [5] Удлинение: [5] Сужение: [5] Хорда крыла в расчетном сечении:
где Толщина крыла: Профиль крыла в расчетном сечении строится следующим образом: ординаты верхней и нижней половины профиля
Принимаем
Произведя расчеты получаем: Таблица 4
Расчетная схема крыла
Сечение профиля крыла
Рис. 3 2.3 Определение воздушной нагрузки Для плоского нестреловидного крыла с удлинением
Таблица 5
2.4 Распределение массовых сил вдоль размаха крылаМассовые нагрузки конструкции крыла можно определить: [5]
где
Массовые силы от топлива, находящиеся в крыле: [5]
где Площадь топливного бака находим из объема, самого топлива. Результаты расчета приведены в таблице 5 2.5 Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментовПри построении эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов крыло рассматривается как балка на двух опорах. Опорами являются стыковочные шпангоут фюзеляжа. Балки нагружены распределенной нагрузкой, которая определяется по формуле: [5]
Разбиваем крыло на части. Интегрируем численным методом эпюру
Результаты расчета приведены в таблице 6 Таблица 6
2.6 Построение эпюр крутящих моментовКрутящий момент вычисляется по формуле: [5]
Таблица 7
Для без моментного профиля эпюра крутящих моментов строится для случая В. Погонные крутящие моменты определяются по формуле: [5]
где Таблица 8
3. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ КРЫЛИСуществуют три основные силовые схемы крыла: лонжеронные, моноблочные и кессонные. Определяющим фактором силовой схемы крыла является степень восприятия нагрузок такими силовыми элементами как лонжероны, стрингеры и обшивка. Силовая схема лонжеронных крыльев отличается от силовых схем моноблочного и кессонного крыльев. В лонжеронных крыльях связь между лонжеронами велика, но тем не менее каждый лонжерон работает в этой схеме, сохраняя свою самостоятельность. В моноблочных же крыльях лонжероны полностью теряют свою самостоятельность и деформируются в общей системе крыла как единое целое. В поперечном сечении крыла появляется единая нейтральная ось, которая является вынужденной для всех элементов продольного набора. Лонжероны в лонжеронных крыльях воспринимают до 60-70% изгибающего момента, действующего в поперечном сечении крыла. Поэтому они имеют массивные полки, которые поддерживаются в одном направлении стенкой и обшивкой в другом направлении. Такие полки лонжеронов допускают значительные сжимающие нагрузки, близкие к пределу прочности материала. Лонжероны в моноблочных и кессонных крыльях воспринимают порядка 10-20% изгибающего момента. Остальную нагрузку воспринимают на себя стрингеры и обшивка. Если лонжероны не подвержены к общей потери устойчивости, так как лонжероны подкреплены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а возможна лишь местная потеря устойчивости, значение которой может быть значительно ниже, чем в лонжеронных крыльях, то стрингеры, закрепленные только по нервюрам, способны терять устойчивость при напряжениях значительно меньших, чем разрушающие. Следовательно, моноблочные крылья позволяют в большей степени использовать работоспособность материала. Но, с другой стороны дробление материала ведёт к уменьшению критических напряжений при сжатии и тем самым не позволяет получить высокие напряжения в продольных элементах конструкции крыла. При небольших удельных давлениях на крыло, лонжеронное крыло будет легче по массе, чем моноблочное. По при росте удельного давления, более выгодным оказывается моноблочное крыло, а при повышенных требованиях к жесткости крыла и при больших взлетных массах и скоростях, единственно возможным. Моноблочное и кессонное крыло принципиально друг от друга ни чем не отличаются. Разница состоит лишь в том, что в моноблочном крыле нормальные усилия при изгибе воспринимаются обшивкой и подкрепляющими её стрингерами по всему контуру поперечного сечения крыла, а в кессонном крыле обшивкой и стрингерами лишь в межлонжеронной зоне контура, а остальная часть контура с более тонкой обшивкой слабее подкреплена и в работе на изгиб практически не участвует. Исходя из опыта проектирования крыльев, можно дать следующие рекомендации по расположению продольного набора в сечении крыла: в двухлонжеронном крыле передний лонжерон располагается на Расстояние между стрингерами в лонжеронных крыльях составляет 3.1 Подбор сечении элементов силовой схемы крыла3.1.1 Определение толщины обшивки лонжеронного крыла Толщину обшивки определяют по формуле Бредта, по величине крутящего момента в расчётном сечении крыла: [5]
Принимаем 0.5 (мм) где Разрушающие касательные напряжения можно принять: [5]
Рис.4 3.2 Подбор элементов продольного набора3.2.1 Подбор поясов лонжеронов и стрингеров в растянутой зоне Необходимая площадь сечения первого лонжерона в растянутой зоне определяется по формуле: [5]
Принимаем профиль Таблица 9
где
Нормальная сила N в расчётном сечении определяем исходя из величины изгибающего момента
здесь где
Можно принять
По значениям найденных площадей Необходимая площадь сечения стрингеров определяется по формуле: [5]
де
Усилие, приходящееся на обшивку
где
Значения Таблица10
По найденной площади стрингера подбираются тип и размеры профиля по каталогу стандартных профилей. Выбираем профиль ПК2-220 Таблица 11
Рис.6 3.2.2 Подбор поясов лонжеронов и стрингеров в сжатой зоне. Принимаем, что в сжатой зоне площади сечений стрингера и расстояния между ними такие же, как и в растянутой зоне. В этом случае расчет сжатой зоны сводится к подбору поясов лонжеронов. Потребные площади сечений поясов вычисляем по следующей формуле: [5]
В качестве разрушающего напряжения сжатого пояса лонжерона
После чего делается проверка на устойчивость: [5]
Если это условие не выполняется, то следует увеличить сечения поя сов, или стрингеров, или количество стрингеров.
Приведенная ширина обшивки
Критические напряжения в обшивке можно вычислить:
Величина В первом приближении приведенную ширину обшивки можно принять равной: 3.3 Определение толщин стенок лонжероновТолщина стенок лонжеронов определяется из расчета на сдвиг от изгиба, при условии, что перерезывающая сила воспринимается только стенками лонжеронов. Перерезывающая сила перераспределяется пропорционально их изгибной жесткости: [5]
где
Принимаем стандартную толщину 0.5 (мм)
После определения стандартной толщины стенки
4. ВЫБОР И РАСЧЕТ КРОНШТЕЙНА4.1 Определение диаметра болта [7]
Рис. 7
Принимаем
Запас прочности 4.2 Определяем геометрические параметры проушины [7]
Принимаем Определяем радиус проушины при условии прочности на срез. [7]
Из условия прочности на разрыв: [7]
Принимаем Определяем высоту стенки проушины [7]
4.3 Определяем геометрические параметры корпуса кронштейна [7]
Принимаем
Проверочный расчет на местную устойчивость. Материал стенки и полки Д16Т. [7]
Пояса нагружены усилиями: [7]
Запас прочности на устойчивость: [7]
4.4 Расчёт крепления кронштейновВ общем случае на кронштейн действует сила Р с тремя составляющими РХ , РY , PZ . Для определения усилий действующих на крепёж рассматривается действие каждой составляющей отдельно, а результат суммируется. Сила РХ переносится в центр жёсткости, болтов работающих на отрыв и распределяется между болтами пропорционально их жёсткости на растяжение. В определении центра жёсткости в этом случае могут не участвовать болты, работающие на срез и на срез-отрыв, которые исключают запас прочности из работы болтового соединения после анализа в каждом конкретном случае нагружения. Сила РХ распределится по формуле [7]
Опрокидывающий момент MZ определяется двумя силовыми факторами – от эксцентриситета силы РХ относительно центра жёсткости болтов; – от силы РY на плече L
опрокидывающий момент относительно линии упора параллельной оси Z. hi – расстояние от оси болта до линии упора. Опрокидывающие моменты MZ , MY стремятся развернуть кронштейн относительно линии упора или линии опрокидывания. В вариантах достаточно жёстких конструкций участвующих в болтовом соединении (жёсткий кронштейн и жёсткая опора) линии опрокидывания проходят по кромкам подошвы кронштейна, как показано на рис. 1. В случае очень жёсткого кронштейна линия опрокидывания может проходить через центр жёсткости болтов опоры, через которую опрокидывается кронштейн. Опрокидывающий момент распределится между болтами пропорционально произведению жёсткости растяжения линии опрокидывания наиболее распространённый в силу достаточной жёсткости конструкций. [7]
Опрокидывающий момент MY возникающий от силы РZ на плече L распределится между болтами (работающими на отрыв) аналогично моменту MZ . [7]
Суммарное расчётное усилие отрыва болта определяется из выражения: [7]
Сила РХ чаще распределяется между болтами в силу большой статической неопределимости с учётом коэффициентов неравномерности КН =1,1…1,2…1,25…1,5 Величина коэффициентов неравномерности должна выбираться в каждом отдельном случае особо. Далее вычисляется коэффициент запаса прочности болта, работающего на отрыв [7]
где При перенесении сил РY и РZ в центр жёсткости болтового соединения получаем не только опрокидывающие моменты МY и МZ но и срез по направлениям действия этих составляющих. В этом случае, когда один и тот же болт по главной части одновременно работает на отрыв и сдвиг (или сдвигом нельзя пренебречь), коэффициент запаса прочности определяют по формуле: [7]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В курсовом проекте был спроектирован самолёт на основе прототипа С-80: определены воздушные и массовые силы, воздушная нагрузка, толщины стенок лонжеронов, диаметры болта, геометрические параметры проушины, корпуса кронштейна. Построены поляра профиля, эпюры перерезывающих сил и изгибающих, крутящих моментов. ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя М.: Машиностроение, 1967 2. Егерь С.М. Проектирование Самолётов. М.: Машиностроение, 1983 3. Житомирский Г.И. Конструкция самолётов М.: Машиностроение, 1991 4. Мамет О.П. Краткий справочник конструктора-машиностроителя М.: Машиностроение, 1964 5. Матвеев Е.Н. Расчёт нестреловидного крыла. Учебное пособие. Ульяновск.: УлГТУ, 1998. 6. Московский Международный Авиационно-Космический Салон. М. «Афрус», 1995 7. Чернов А.А Конструкция и проектирование летательных аппаратов Ульяновск.: УлГТУ, 1998 |
(1)
(2)
(3)
(4)
(6)
(7)
(9)
для пятой хорды.
Рис. 2
(17)
(22)
(26)
(29)
(31)
(32)
(35)
(36)
(37)
(41)
(49)
(50)
(63)
(64) 
(66)
(67)
(69)

