Проектирование стабилизатора для ближнемагистрального пассажирского самолета

Кронштейн навески руля высоты УЧР.01.3100.010.spw

Подшипник кронштейна навески №1
Подшипник 202 ГОСТ 8338-75

Кронштейн.cdw

Технические условия на штамповку по ОСТ 1.90073-72
Группа контроля III проверить на отсутствие трещин
Штамповочные уклоны 3
Неуказаные штамповочные радиусы 5мм
Предельные отклонения размеров штамповки по ОСТ 1.41187-78
Неуказанные предельные отклонения размеров обрабатываемых
поверхностей по ОСТ 1.00022-80
Термообработка: калить и искусственно старить
ПИ-3602 ОСТ 190055-72
Маркировать Чу шрифтом ПО-2 и клеймить Ку

Теоретический чертеж.cdw

ПР.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Кафедра конструкции и проектирование летательных аппаратов
Пояснительная записка
к курсовому проекту по курсу:
«Конструкция и проектирование аэрокосмической техники»
Проектирование стабилизатора для ближнемагистрального пассажирского самолета
Пояснительная записка: 22 стр. 5 рис. 3 табл. Чертежно-конструкторская документация:
САМОЛЕТ СТАБИЛИЗАТОР КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВАЯ СХЕМА КОНСТРУКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЧЕРТЕЖ ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЛОНЖЕРОН НЕРВЮРА СТЕНКА ОБШИВКА
В курсовом проекте рассматривается разработка основных требований к стабилизатору самолета разработка конструктивно-силовой схемы стабилизатора выбор конструкционного материала разработка теоретического чертеж определение расчетных нагрузок и построение эпюр внешних силовых факторов проектировочный расчет разработка конструкции разработка чертежей деталей.
TOC o "1-3" h z u Реферат PAGEREF _Toc373845761 h 2
Содержание PAGEREF _Toc373845762 h 3
Введение PAGEREF _Toc373845763 h 4
Разработка основных требований к стабилизатору PAGEREF _Toc373845764 h 5
Разработка конструктивно силовой схемы. PAGEREF _Toc373845765 h 8
Разработка теоретического чертежа PAGEREF _Toc373845766 h 10
Определение расчётных нагрузок и построение эпюр внешних силовых факторов PAGEREF _Toc373845767 h 11
Проектированный расчёт руля направления PAGEREF _Toc373845768 h 14
Расчёт на прочность узла и проработка его конструкции PAGEREF _Toc373845769 h 17
Описание сборки агрегата PAGEREF _Toc373845770 h Ошибка! Закладка не определена.
Техническое описание агрегата PAGEREF _Toc373845771 h 21
Заключение PAGEREF _Toc373845772 h 22
Список используемых источников PAGEREF _Toc373845773 h 23
Требуется спроектировать стабилизатор ближнемагистрального самолета. Для этого необходимо разработать основные требования конструктивно-силовую схему разработать теоретический и сборочный чертежи стабилизатора определить расчётные нагрузки сделать проектировочный расчёт агрегата и узла крепления построить КЭМ стабилизатора.
Разработка основных требований к стабилизатору
Назначение стабилизатора и функциональные требования
Горизонтальное оперение предназначено для управления по тангажу и аэродинамической балансировки самолета. Горизонтальное оперение состоит из стабилизатора и руля высоты.
К стабилизатору самолета предъявляются следующие основные требования:
обеспечение аэродинамической устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета в том числе и на режимах близких к критическим углам атаки (посадка штопор);
наименьшее лобовое сопротивление;
простота монтажа и демонтажа оперения на самолете.
Функциональные требования к стабилизатору:
Аэродинамические требования. Оптимальные формы параметры обеспечивающие получение заданных летных и взлетно-посадочных характеристик определяемые ТТТ при наименьших энергетических затратах т.е. необходимо обеспечить приемлемое качество поверхности и уменьшить вредное сопротивление от выступающих частей;
Требования прочности и жесткости. Все силовые элементы и узлы должны иметь достаточную прочность т.е. выдерживать все виды нагрузок в соответствии с требованиями норм прочности.
Требование наименьшей массы. При выбранных параметрах агрегата необходимо рационально определить его конструктивно-силовую схему;
Требования живучести т.е. способность выполнять свои функции не прерывая полета при частичных разрушениях;
Производственно технологические требования
Эта группа требований определяет производственную технологичность конструкции стабилизатора. Его конструкция должна быть рассчитана на возможность применения наиболее прогрессивных и экономичных технологических процессов при данном объёме производства. К производственно-технологическим можно отнести следующие требования:
применение большего числа стандартных и нормализованных элементов что позволяет осуществлять их массовое производство на специализированных предприятиях. Это снижает себестоимость и повышает качество;
простота формы облегчающая механизацию технологических процессов;
использование в конструкции легкообрабатываемых материалов;
возможно меньшие требования к точности и чистоте обработки поверхности что снижает трудоёмкость а следовательно и стоимость;
обеспечение наивысшего коэффициента использования материала
Эксплуатационные требования
В совокупности эксплуатационные требования определяют уровень эксплуатационной технологичности стабилизатора. Эксплуатационные требования удовлетворяются целым комплексом качеств конструкции. К такому комплексу относятся следующие требования:
надёжность т.е. способность стабилизатора выполнять поставленные перед ним задачи с сохранением своих лётных данных и эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение заданного промежутка времени. Надёжность обеспечивается прочностью и жёсткостью конструкции безотказным функционированием его систем и механизмов. Повышение надёжности осуществляется резервированием и дублированием ответственных систем;
должен быть обеспечен хороший доступ ко всем частям и деталям подлежащим текущему и периодическому осмотру и обслуживанию;
должна быть обеспечена возможность эксплуатировать стабилизатора в различных метеорологических условиях;
компоновка стабилизатора должна соответствовать его назначению;
должна быть обеспечена возможность замены деталей и узлов конструкции стабилизатора.
Экономические требования
Стремление наиболее полно удовлетворить производственно-технологические и эксплуатационные требования неизбежно приводят к снижению весового совершенства конструкции:
необходимо обеспечить минимальную себестоимость изготовления;
необходимо обеспечить минимальные затраты на эксплуатацию в течение всего срока службы;
применение в конструкции стандартизованных нормализованных и унифицированных конструктивных элементов позволит снизить себестоимость изготовления;
стоимость изготовления можно снизить за счёт разумного снижения требований к точности и чистоте обработки поверхности.
Разработка конструктивно силовой схемы.
Конструктивно-силовая схема стабилизатора определяет пути и способы передачи и уравновешивания действующих на него сил. Она определяет типы и взаимное расположение основных силовых элементов руля направления.
Рассмотрим варианты расположение продольных элементов – лонжеронов. На рисунке 1 изображены варианты с прямым задним лонжероном (а) и задним лонжероном имеющим излом (б). Вариант с прямым задним лонжероном более технологичный за счёт прямого угла между лонжероном и нервюрой.
LINK C:UsersNecroRomntDesktopАгрегатОтчётксс.frw a p f 0
Рисунок 1 - Расположение продольных элементов – лонжеронов
Стабилизатор имеет двух лонжеронную схему и крепится к килю 3 узлами. Два узла крепления крепятся к заднему лонжерону стабилизатора и имеют шарнирное соединение с килем один узел крепления имеет винтовое соединение с килем и обеспечивает изменение угла установки стабилизатора. Ещё 3 узла навески расположенных по заднему лонжерону служат для крепления руля высоты.
Лонжерон представляет собой клепаную балку с поясами из гнутых профилей. На лонжероне установлены кронштейны узлов навески руля высоты.
Панель обшивки представляет собой лист подкреплённый стрингерным набором из гнутых профилей. Панель обшивки разделена на лобовую обшивку и верхнюю и нижнюю панели.
Перерезывающая сила воспринимается стенками лонжеронов изгибающий момент - поясами лонжеронов а крутящий момент - замкнутым контуром образованным стенками лонжерона и обшивкой.
Разработка теоретического чертежа
Принятая конструктивно-силовая схема в совокупности с заданными геометрическими параметрами стабилизатора позволяет разработать необходимый для дальнейшего проектирования теоретический чертёж.
Теоретический чертёж является основой для разработки конструкции стабилизатора. Он полностью определяет внешние формы и содержит данные для построения концевого и корневого сечений. На теоретическом чертеже осевыми линиями и размерами задаётся расположение всех основных элементов каркаса: лонжеронов и нервюр. Также на теоретическом чертеже указывается положение осей вращения руля высоты и положение узлов навески. Теоретический чертеж полностью определяет внешние формы стабилизатора и содержат все данные для построения контурных обводов и сечений агрегата.
Определение расчётных нагрузок и построение эпюр внешних силовых факторов
В этом разделе должны быть найдены расчётные внешние воздействия на стабилизатор которые определяют его силовую конструкцию. На оперение действуют воздушные и массовые нагрузки обусловленные весом конструкции оперения. Массовые нагрузки невелики и при расчете статической прочности ими обычно пренебрегают. Рассматривается маневренная нагрузка. Нагрузки на оперение определяются по формулам полученным в результате теоретических исследований и летных испытаний и приведенным в нормах прочности самолетов [6].
Наибольшей маневренной нагрузкой является 2 маневренная [6].
Pэ=3346136 Н 5182 м231-075210799 м2=2619323 Н
По нормам прочности для маневренной нагрузки предусматривают распределение маневренной нагрузки по хорде:
Рисунок 2- Распределение нагрузки по хорде
Распределение нагрузки по размаху производится пропорционально хорде:
Pст=PГОSстSГО= 2619323 40075445182131=32130211 Н
После определения погонных аэродинамических нагрузок приступаем к построению эпюр внешних силовых факторов. Рассмотрим стабилизатор как консольную балку нагруженную распределенными аэродинамическими силами и местными нагрузками.
Таблица 1 – Определение нагрузок и моментов действующих на стабилизатор.
Рисунок 3 – Эпюра перезывающих усилий
Рисунок 4 – Эпюра изгибающих моментов
Рисунок 5 – Эпюра крутящих моментов
Проектированный расчёт стабилизатора
Расчёт толщины обшивки
Проектировочный расчёт делается с целью определения сечений основных конструктивно-силовых элементов руля направления. Ранее мы выбрали однолонжеронную конструктивно-силовую схему.
Для обшивки выбран материал Д16-Т
Сначала вычисляется приведенная толщина обшивки по формуле:
где =2*0191 м2 - удвоенный контур ограниченный обшивкой лонжероном хвостовым профилем.
МZP=4179479Нмм2 - величина наибольшего крутящего момента;
- разрушающее напряжение обшивки;
r≥4179479350*4*0191=0398мм
Толщину обшивки принимаем равной 08 мм.
Расчёт поясов и стенок лонжеронов
Для лонжерона выбран материал Д16Т.
Потребная площадь сечений растянутого пояса находится по формуле:
F1=Nразр=7716892234=196859мм2
Где разр=065*96*40=234МПа - разрушающее напряжение для материала пояса.
Величина нормальной силы в расчетном сечении РН определяется по величине изгибающего момента для расчетного сечения:
N=МизгH=30430095*0156=7716892H
По значению потребной площади подбираем тип и размер прессованных профилей.
F=2259 Н=32мм; s=3мм.
F2=Nразр=1118237234=285264мм2
N=МизгH=30430095*0107=1118237 H
F=2991 Н=29мм; s=35мм.
Толщина стенок лонжеронов определяется из расчёта на сдвиг от изгиба при условии что перерезывающая сила воспринимается только стенками лонжеронов.
где стразр = 06 ств = 0.65*234=1404 Мпа;
≥37032810156*1404=0867 мм
Принимаем толщину стенки равной 1мм.
≥37032810107*1404=1154 мм
Принимаем толщину стенки равной 12мм.
Расчёт заклёпочного соединения
Рассчитаем потребный диаметр заклепки
Примем диаметр заклепки равный 3 мм.
Зададимся шагом t=30мм;
T=M=3179479192=15423Нм
Расчёт на прочность узла и проработка его конструкции
С целью обеспечения местной прочности уточнения сечения конструктивных элементов а также выбора крепежных нормалей выполняется детальный расчет прочности одного из узлов навески руля высоты.
Для расчета на прочность кронштейна необходимы следующие данные:
P=2920 H- нагрузка на кронштейн приложенная на оси вращения руля направления;
L=1045 мм-расстояние от точки приложения нагрузки до плоскости крепления кронштейна на стенке лонжерона;
Кронштейн выполняется горячей штамповкой из материала АК6.
Схема уравновешивания кронштейна показана на рисунке:
Пусть кронштейн крепится при помощи 4-х болтов 3 мм.
Найдем напряжения в поясах кронштейна и стенке а так же площадь пояса и толщину стенки по следующим формулам.
N(x)=P(l-x)cosα(B-2*x*tgα) qx=PB-2*x*tgαFx=N(x)В=q(x)В
Таблица 2 – Расчет сечения кронштейна.
Из соображений технологичности берем постоянную толщину стенки.
Подшипник подбираем по статическим разрушающим нагрузкам.
Выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник. ГОСТ подшипника 8828-75 со следующими параметрами:
d=15 мм D=35 мм b=11 мм Qст=3400Н
Вычислим избыток прочности
Руководствуясь характеристиками удельной прочности проведем выбор материала. Деталь работает на растяжение-сжатие. Сведем данные по некоторым материалам применяемым в качестве материалов штампованных деталей в таблицу 3.
Таблица 3 – Характеристики материалов
Здесь []р – разрушающее напряжение.
Из таблицы 3 видно что с точки зрения массы наиболее подходящим является титановый сплав ВТ6 но он достаточно дорог. Возьмем алюминиевый сплав АК-6 т.к. он достаточно легкий и его легко обрабатывать.
Термообработка: закалка и искусственное старение при температуре 1600 в течение 12 часов. []р=340 МПа.
Определим растягивающее усилие болта:
Pб= PlnHб=2920*101922*7804=190773Н.
Определим усилие среза болта:
Pб.ср.=P2n=29204=730Н.
Эквивалентная нагрузка:
Pэкв=1907732+4*7302=24023 Н.
По ОСТ 1.31103 – 80 подбираем болты из стали 30ХГСА. Возьмём по 2 болта на каждом основании.
Берём болты диаметром 3 мм из стали 30ХГСА.
Рассчитаем толщину проушины из условия заделки подшипника:
где - ширина наружного кольца подшипника;
a -припуск на заделку подшипника по ОСТ 1.03841-76.
Принимаем а = 025·мм [3 с 51].
Определим наружный диаметр проушины из условия ее прочности на разрыв:
dразр ≥ 2920115*340*106+3535мм.
Определим наружный диаметр проушины из условия запрессовки подшипника:
где - минимальная ширина проушины по условию запрессовки подшипника.
Принимаем = 4·10-3 м (по ОСТ1.03841-76).
Принимаем наружный диаметр проушины d=43 мм
Толщина подошвы рассчитывается на смятие под болтами и на местный изгиб под отдельным болтом.
Из условия смятия толщина основания
где – коэффициент учитывающий различные виды нагружения подошвы (усилия затяжки болтов неравномерное нагружение и т.д.). Получаем:
осн=14*29202*3*340=200 мм
Техническое описание агрегата
Стабилизатор самолета имеет двух лонжеронную конструктивно-силовую схему. Состоит из 9 нервюр двух лонжеронов 3-х узлов навески руля высоты. Нервюры штампуются из листа Д16. Лонжероны представляет собой сборочную единицу состоящую из стенки и двух прессованных поясов из материала АК6 скрепленных между собой рядом заклепок. Верхний и нижний пояса лонжеронов крепятся заклепками к обшивке. Отъёмный носок состоящий из диафрагмы крепится к передней стенке стабилизатора с помощью винтов и плавающих гаек. В задней части стабилизатора по осям нервюр приклёпываются к обшивке диафрагмы. Накладка в задней части стабилизатора приклёпывается к панелям обшивки и к диафрагме.
В курсовом проекте разработан технический проект стабилизатора ближнемагистрального самолета. Разработаны основные требования к стабилизатору (функциональные эксплуатационные производственно-технологические экономические требования) выбрана конструктивно-силовая схема выбран конструкционный материал разработан теоретический чертеж стабилизатора определены расчетные нагрузки и построены эпюры. Выполнен проектировочный расчет стабилизатора: подобраны пояса лонжерона стенка лонжерона обшивка. Выполнен чертеж одного из кронштейнов.
Список используемых источников
Справочник по авиационным материалам. М.: Машиностроение1964
Резниченко Г.А. Проектирование детали летательного аппарата: Методические указания СГАУ. Самара 1993. 40с.
Авиационные подшипники – М.: Машиностроение 1987.-438с.
Житомирский Г.И. Конструкция самолетов: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение 1991. – 400с.
Конспекты лекций по конструкции летательных аппаратов.
BIBLIOGRAPHY l 1049 М.Ф. Астахов Справочная книга по расчету самолета на прочность [Книга].- Москва: Оборонгиз 1954.
Нормы летной годности гражданских самолетов СССР [Книга].

Чертеж2.cdw

Теореический чертеж стабилизатора
Допустимые отклонения от теоретического
контура 003мм на длине 100мм.
Предельные отклонения шагов заклепок по
Установку болтов и затяжку гаек
производить по инструкции 323-НО.
Маркировать и клеймить шрифтом ПО-5 по

Стабилизатор теоретический чертеж УЧР.01.3100.000.ТЧ.cdw

теоретический чертеж
Оси нервюр перпендикулярны оси заднего лонжерона
Изменение формы агрегата осуществляется по линейному закону
Обшивка входит в теоретический контур