Главная страница
Навигация по странице:

  • Назначение руля направления

  • Техническое описание

  • Конструктивно-силовая схема

  • Нормирование нагрузок

  • Проектировочный расчет Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов

  • Построение эпюр шарнирного и крутящего моментов

  • Расчет на прочность

  • Руль направления


    Скачать 0,78 Mb.
    НазваниеРуль направления
    АнкорXX1-33.doc
    Дата01.11.2019
    Размер0,78 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаXX1-33.doc
    ТипПояснительная записка
    #14153

    КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА – КАИ

    Кафедра Конструирование и Производство Летательных Аппаратов

    Пояснительная записка

    к курсовому проекту на тему:

    РУЛЬ НАПРАВЛЕНИЯ

    Выполнил:

    студент гр. 1505

    Петрова И.Г.

    Преподаватель:

    Русаковский Е.И.

    Казань

    2012

    Содержание


    1. Конструктивно-силовая схема




    1. Техническое описание




    1. Назначение руля направления




    1. Выбор аэродинамической компенсации




    1. Нормирование нагрузок




    1. Проектировочный расчет

      1. Построение эпюр перерезывающих усилий и изгибающих моментов

      2. Построение эпюр крутящего и шарнирного моментов




    1. Расчет на прочность


    Список использованной литературы

    1. Назначение руля направления

    Вертикальное оперение служит для обеспечения путевой устойчивости самолета. Оно состоит из двух частей:

    - неподвижной части – киль;

    - подвижной части – руль направления.

    Киль служит для крепления руля направления, он является основной частью вертикального оперения. Руль направления предназначен для управления самолетом по каналу рыскания, для изменения направления полета, для разворота.

    1. Техническое описание

    Руль направления крепится к килю подвижно, через узлы навески. Эти узлы навески служат опорами для рулей, которые с точки зрения строительной механики можно принимать за балки.

    Вся совокупность сил, действующая на рулевые поверхности агрегата, сводится к трем факторам:

    1. Перерезывающие силы

    2. Изгибающие моменты

    3. Крутящие моменты (относительно оси жесткости агрегата).

    Кроме этого на рули направления действуют шарнирные моменты, это моменты относительно оси вращения.

    Конструирование рулевой поверхности начинаем с выбора положения оси вращения. В системе управления рулевой поверхности не предусмотрены усилители, поэтому выбираем аэродинамическую компенсацию (смещение оси вращения назад, что приводит к уменьшению величины шарнирного момента).

    Разделим рулевую поверхность по размаху на 3 секции, каждая из которых навешивается на трех узлах, что исключает возможность заклинивания под нагрузкой.

    Узлы навески руля направления вильчатого типа. Кронштейн с ухом чаще крепится на неподвижной части несущей поверхности. Качалка управления рулем немного отступает от узла навески руля.

    1. Конструктивно-силовая схема

    Конструктивно-силовая схема руля – однолонжеронная. Лонжерон представляет собой балку двутаврового типа, изготавливается выкладкой из материала ЭЛУР – П – А (ВК – 36р). Поперечный набор состоит из нервюр, имеющих разрез по лонжерону и приклеенных к нему на композицию клеев ВК-5+ВК-32-200. Для крепления узлов навески в носке руля делают вырезы. Разрез нарушает контур носка, воспринимающий кручение, поэтому ставят косые нервюры, которые своим изгибом передают крутящий момент носка на участке выреза.

    Верхняя и нижняя обшивка изготавливается выкладкой из стеклоткани Т-10-14 (ВК-36р) и связующего Эд-20.

    Полость между нижней и верхней обшивкой заполняется сотовым заполнителем. Вся конструкция склеивается между собой на композицию клеев ВК-5+ВК-32-200 при давлении 1,5-2 кг/см2.
    1. Выбор аэродинамической компенсации


    Применяя аэродинамическую компенсацию, уменьшаем шарнирный момент, действующий на РН, что уменьшает усилие на качалку управления и систему управления.

    Применяем осевую аэродинамическую компенсацию. При этом ось вращения располагается по хорде РН таким образом, чтобы шарнирный момент был минимальным.

    Чтобы носок РН не вылезал в поток, будем профилировать его по радиусу.

    Качалка управления располагается над первой опорой.

    1. Нормирование нагрузок

    Исходные данные:

    PPрн= 102000 Н

    bк в.о. = 920 мм

    b0 в.о. = 3200 мм

    hв.о. = 3400 мм

    χ в.о. = 40º

    xdрн=0,292 bрн

    δ = ± 20º

    = 0,03

    hр.н. =2400 мм

    bрн=0,38bво

    b0 р.н. = 1216 мм

    bк р.н. = 350 мм

    Определяем значения l и b :

    l0-1 = 0,25 м

    l1-2 = 0,6 м

    l2-3 = 1,1 м

    l3-k = 0,45 м

    lo-k = 2,4 м
    b0 = 1,216 м

    b1 = 1,126 м

    b2 = 0,909 м

    b3 = 0,512 м

    bk = 0,350 м

    Sр.н. = ((b0р.н. + bкр.н.)/2)* hр.н. = 1,88 м2

    Распределяем нагрузку по размаху пропорционально хордам:

    qi = Pрр.н / Sр.н. * bi

    q0 = 66002,55 Н/м

    q1 = 61117,5 Н/м

    q2 = 49339,08 Н/м

    q3 = 26867,82 Н/м

    qk = 18997,45 Н/м


    1. Проектировочный расчет

      1. Построение эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов



    Так как узлов навески три, то рассматриваем РН как многоопорную балку переменной жесткости на упругих опорах. В проектировочном расчете считаем опоры жесткими, а жесткость между опорами постоянной и равной жесткости в середине пролета. Для нахождения изгибающих моментов воспользуемся уравнением трех моментов.



    Сначала рассчитаем момент на 1 и 3 опорах:

    М1 = ((q0 + q1)/2)* (l20-1/2) = 1986,25 Н*м

    М3 = ((q3 + qk)/2)* (l23-k/2) = 2368,64 Н*м

    Составим уравнение трех моментов для нахождения изгибающего момента на 2 опоре:

    М1 l1-2 + 2М2 (l1-2 + l2-3) + М3 l2-3 = 0.25(((q1 + q2)/2)* l31-2 + ((q2 + q3)/2) * l32-3)

    Подставляя значения изгибающих моментов в 1 и 3 опорах, находим момент на 2 опоре: М2 = 3534,56 Н*м.

    Определяем реакции опор:

    R1 = - 0.5((q0 + q1)/2)* l0-1 + ((q1 + q2)/2)* l1-2) – М1/ l0-1 – (М1 – М2)/ l1-2 =

    = - 29878 Н

    R2 = - 0.5((q1 + q2)/2)* l1-2 + ((q2 + q3)/2)* l2-3) – (М2 – М1)/ l1-2 – (М2 – М3)/ l2-3 = = - 41419,6 H

    R3 = - 0.5((q3 + qk)/2)* l3-k + ((q2 + q3)/2)* l2-3) – М3/ l3-k – (М3 – М2)/ l2-3 =

    = - 30678 H
    Определяем перерезывающие силы:

    Q0 = 0 H

    Q1л = ((q0 + q1)/2)* l0-1 = 15890,01 H

    Q1п = Q1л + R1 = -13988 H

    Q2л = Q1п + ((q1 + q2)/2)* l1-2 = 19149,01 H

    Q2п = Q2л + R2 = -22270,6 H

    Q3л = Q2п + ((q2 + q3)/2)* l2-3 = 20150,72 H

    Q3п = Q3л + R3 = -10527,3 H

    Q4 = Q3п - (q3 + qk)/2)* l3-k = 0 H

    Определяем максимальные изгибающие моменты:

    Участок 1-2:

    Qz(x1-2) = ((q0 + q1)/2)* l0-1 + ((q1 + q2)/2)* x1-2 + R1 = 0

    x1-2 = (- R1 - ((q0 + q1)/2)* l0-1)/ ((q1 + q2)/2) = 0,253 м

    Mx(x1-2) = - ((q0 + q1)/2)* l0-1*((l0-1/2) + x1-2) - ((q1 + q2)/2)* (x21-2 /2) - R1*( x1-2/2)

    Mx(0,253) = - 3998,52 H*м

    Участок 3-2:

    Qz(x3-2) = ((q3 + qk)/2)* l3-k + ((q2 + q3)/2)* x3-2 + R3 = 0

    x3-2 = (- R3 - ((q3 + qk)/2)* l3-k)/ ((q2 + q3)/2) = 0,522 м

    Mx(x3-2) = - ((q3 + qk)/2)* l3-k*((l3-k/2) + x3-2) - ((q2 + q3)/2)* (x23-2 /2) – R3*(x3-2/2)

    Mx(0,522) = - 5118,98 H*м

    Строим эпюры перерезывающих сил и изгибающих моментов:


      1. Построение эпюр шарнирного и крутящего моментов

    Типовое сечение руля направления:



    qi – распределенная аэродинамическая нагрузка в i-м сечении

    Т – усилие от тяги управления

    Rk – реакция опоры в k-м сечении

    Координаты центров давления:

    xdi = 0,292 bi




    Сечение корневой части

    Сечение у 1ой опоры

    Сечение у 2ой опоры

    Сечение у 3ей опоры

    Сечение концевой части

    xдi

    0,355

    0,329

    0,265

    0,149

    0,102

    xовi

    0,243

    0,225

    0,182

    0,102

    0,07

    xжi

    0,299

    0,277

    0,224

    0,126

    0,086







    Сечение корневой части

    Сечение у 1ой опоры

    Сечение у 2ой опоры

    Сечение у 3ей опоры

    Сечение концевой части

    mш, Н

    -7383,84

    -6331,28

    -4126,13

    -1309,05

    -611,72

    mкр, Н

    -3691,92

    -3165,64

    -2063,06

    -654,52

    -305,86


    Мкр Ri = Ri (xoв - xж)

    Мкр R1 = 1547,56 Н∙м

    Мкр R2 =1731,918 Н∙м

    Мкр R3 = 722,5287 Н∙м
    Из условия, что шарнирный момент на качалке управления равен шарнирному моменту от аэродинамической нагрузки, находим усилие в качалке управления:

    ∑Mш = (mшk + mш0)* l0-k /2 = -9594,67 H*м

    hT = hж = 0,0365 м

    T = ∑Mш/ hт = -262867,58 H

    В сечении, где установлена качалка управления, будет действовать крутящий момент от силы Т:

    MкрT = T* hт = -9594,67

    H*м

    Mкр0 = 0 Н

    Mкр1л = (((q0 + q1)/2)* l0-1)*(xd1 - xж) = 823,04 Н*м

    Mкр1п = Mкр1л + MкрR1 + MкрT = -7224,07 Н*м

    Mкр2л = Mкр1п + (((q1 + q2)/2)* l1-2)*(xd2 - xж) = -5838,48 Н*м

    Mкр2п = Mкр2л + MкрR2 = -4106,56 Н*м

    Mкр3л = Mкр2п + (((q2 + q3)/2)* l2-3)*(xd3 - xж) = -3107,45 Н*м

    Mкр3п = Mкр3л + MкрR3 = -2384,93 Н*м

    Mкрk = 0 Н

    Построим эпюры шарнирных и крутящих моментов:



    1. Расчет на прочность

    Лонжерон будем изготавливать из материала ЭЛУР – П – А (ВК – 36р).

    Его характеристики:

    σ1 = 880*106 Н/м2

    σ-1 = 880*106 Н/м2

    σ2 = 44*106 Н/м2

    σ-2 = 115*106 Н/м2

    τ12 = 73*106 Н/м2

    δмонослоя = 0,13 мм

    Рассчитаем потребную площадь сечения поясов лонжерона.

    Максимальный изгибающий момент: Mxmax = 5118,98 Н*м

    Высота стенки лонжерона: Hл = 0,95H = 0,95*0,0336 = 0,032 м

    Находим осевое усилие в поясе лонжерона:

    S = Mxmax/ Hл = 159968 Н

    Потребная площадь пояса лонжерона рассчитывается из условия:

    Fпл ≥ S/ σ-1 = 181,78 мм2

    Принимаем площадь сечения пояса лонжерона: Fпл= 180 мм2

    Пояс будет представлять собой профиль прямоугольного сечения с размерами 36х5 мм. Армирование поясов лонжерона: 26 слоев углеткани (при объемном содержании связующего 45%); направление основы – вдоль размаха.

    Определяем потребную толщину стенки лонжерона.

    Максимальное перерезывающее усилие: Qzmax = 22270 Н

    Находим погонное касательное усилие в стенке лонжерона:

    qо = Qzmax/ Hл = 695937,5 Н/м

    Находим потребную суммарную толщину стенки лонжерона:

    δст∑ ≥ qо/ τ12 = 9533,4*10-6 м = 9,533 мм

    Принимаем толщину стенки лонжерона: δст∑ = 10 мм

    Армирование стенки лонжерона: с внутренней и внешней стороны будет выложено по 8 слоев углеткани и между ними слой сотового заполнителя. Стенка лонжерона будет иметь вид:



    Наружные слои обшивки будем изготовлять из материала Т-10-14

    (ВК-36р).

    Его характеристики:

    σ1 = 560*106 Н/м2

    σ-1 = 560*106 Н/м2

    σ2 = 350*106 Н/м2

    σ-2 = 430*106 Н/м2

    τ12 = 58*106 Н/м2

    δмонослоя = 0,25 мм.

    Между ними будет легкий сотовый заполнитель.

    Площадь, ограниченная контуром обшивки: ω = 0,0253 м2

    Максимальный крутящий момент: Mкрmax = 7224 Н*м

    Находим погонные касательные усилия по контуру обшивки при ее работе на сдвиг: qкр = Mкр/2ω = 142766,8 Н/м

    Определяем потребную толщину обшивки:

    δобш∑ ≥ qкр/ τ12 = 2461,5*10-6 м = 2,461 мм

    Принимаем толщину обшивки: δобш∑ = 4,5 мм

    Армирование обшивки: 2 слоя стеклоткани (при объемном содержании связующего 45%), направление основы – при выклейке ±45°, затем слой сотового заполнителя, толщиной 3 мм, далее приклеивается ещё 2 слоя стеклоткани для образования внутреннего контура руля направления.

    Для установки узлов навески в носовой части РН делаются вырезы. Это приводит к тому, что на кручение будет работать только хвостовая часть контура, включая и стенку лонжерона.

    Это проблема решается за счет утолщения обшивки и стенки лонжерона на участке, где имеется вырез.

    Потребная толщина стенки и обшивки определяется следующим образом.

    ωхв = 0,017 м2 – площадь ограниченная контуром.

    qкр.хв. = Mкр/2ωхв. = 212470 Н/м

    δобш∑хв. ≥ qкр.хв.12 = 3,663*10-6 м = 3,663 мм

    Принимаем толщину обшивки: δобш∑ = 4,5 мм

    Армирование обшивки: 2 слоя стеклоткани (при объемном содержании связующего 45%), направление основы – при выклейке ±45°, затем слой сотового заполнителя, толщиной 3 мм, далее приклеивается ещё 2 слоя стеклоткани для образования внутреннего контура руля направления.

    Суммарное погонное касательное усилие по контуру:

    qст∑. = qкр.хв. + qо

    qст∑. = 212470+695937,5 = 908407,5 Н/м

    δст∑ ≥ qст∑/ τ12 = 12444*10-6 м = 12,44 мм

    Принимаем толщину стенки лонжерона: δст∑ = 12 мм

    Армирование стенки лонжерона: с внутренней и внешней стороны будет выложено по 12 слоев углеткани и между ними слой сотового заполнителя толщиной 7 мм.

    Список использованной литературы





    1. Конструирование агрегатов планера самолета. Учебное пособие к курсовому проектированию / О.А. Гребеньков, А.И. Матяж и др. Казань, 1997.




    1. Конструирование узлов и деталей самолетов / Зимина Г.Т., Камышев П.С., Кретов А.С., КАИ, Казань, 1988.




    1. Конструкция самолета / Гребеньков А.И., М.: Машиностроение, 1984.




    1. Конструкция самолета / Житомирский Г.И., М.: Машиностроение, 1991.



    1. Курс лекций по дисциплине «Конструирование изделий из композиционных материалов»



    написать администратору сайта