Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

"Харьковский авиационный институт"

Кафедра проектирования ракетно-космических аппаратов

Проектирование корпуса летательного аппарата

по дисциплине "Конструкция ЛА"

Выполнил студент 446 группы

А.Е. Труш

Проверил к.т.н. профессор

Киричнко В.В.

2012

Исходные данные

Класс ЛА - воздух-воздух;

Количество ступеней -1;

Аэродинамическая схема - "Х-+";

Высота расчётная - 5000м;

Число Маха расчётное - 2.4;

Стартовая масса - 375кг;

Длина фюзеляжа - 3,531м;

Диаметр корпуса - 0,35м;

Длина носовой части ЛА - 0,57м;

Расстояние от носика до первых несущих поверхностей - 1,87 м;

Длина бортовой хорды первых несущих поверхностей - 0,813 м;

Расстояние от носика до вторых несущих поверхностей - 3,19 м;

Длинна бортовой хорды вторых несущих поверхностей - 0,214 м;

Внешний вид ЛА показан на рис. 1.1.

Реферат

Страниц -20, рисунков -9.

В данном курсовом проекте выполнен проектировочный расчёт бесстрингерного отсека ЛА. Предварительно выполнен расчёт нагрузок, действующих на корпус. Также выполнен проектировочный расчёт соединения отсека корпуса, рулевой машинки и ВАДа.

ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, БЕССТРИНГЕРНЫЙ ОТСЕК, ПОДЪЁМНАЯ СИЛА, РУЛЕВАЯ МАШИНКА, РАСПРЕДЕЛЁННАЯ НАГРУЗКА, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ПРОЧНОСТЬ, ВОЗДУШНЫЙ АККУМУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ.

Оглавление

• Введение
• 1. Проектировочный расчёт отсека корпуса ЛА
• 1.1 Определение нагрузок действующих на корпус
• 1.1.1 Определение аэродинамических коэффициентов
• 1.1.2 Определение суммарной подъёмной силы ЛА
• 1.1.3 Определение подъёмной силы первых и вторых консолей ЛА
• 1.1.4 Определение массовой нагрузки действующей на корпус ЛА
• 1.1.5 Определение инерционной нагрузки действующей на корпус ЛА
• 1.1.6 Определение продольной нагрузки действующей на корпус ЛА
• 1.2 Построение эпюр нагрузок, действующих на корпус
• 2. Проектировочный расчёт бесстрингерного отсека
• 2.1 Определение эксплуатационных нагрузок корпуса ЛА
• 2.2 Выбор материала бесстрингерного отсека
• 2.3 Определение эквивалентной и расчётной нагрузок
• 2.4 Определение потребной толщины обшивки
• 2.5 Определение погонной массы бесстрингерного отсека
• 3. Проектировочный расчёт фланцевого соединения отсеков
• 4. Проектировочный расчёт рулевой машинки
• 5. Определение размеров ВАДа
• Заключение
• Список литературы

Введение

Основное назначение крыла - размещение грузов и агрегатов. Это и определяет его параметры. Максимальная поперечная перегрузка, которую может создать летательный аппарат, называется располагаемой перегрузкой. Корпус ЛА, испытывая такое же значение поперечной перегрузки как и крыло, должно быть достаточно прочным, чтобы не разрушиться от действующих нагрузок.

1. Проектировочный расчёт отсека корпуса ЛА

1.1 Определение нагрузок действующих на корпус

1.1.1 Определение аэродинамических коэффициентов

После проведения аэродинамического расчёта выпишем для расчётной скорости значения производных коэффициентов подъёмной силы корпуса, изолированного крыла и изолированного руля, а также крыла от влияния фюзеляжа и руля от влияния фюзеляжа.

Также определим точки приложения аэродинамических сил, перечисленных выше:

- производная коэффициента подъёмной силы фюзеляжа без влияния консолей.

- производная коэффициента подъёмной силы фюзеляжа от влияния первых несущих поверхностей.

- производная коэффициента подъёмной силы фюзеляжа от влияния вторых несущих поверхностей.

- производная коэффициента подъёмной силы изолированных первых несущих поверхностей.

- производная коэффициента подъёмной силы первых несущих поверхностей от влияния фюзеляжа.

- производная коэффициента подъёмной силы изолированных вторых несущих поверхностей.

- производная коэффициента подъёмной силы вторых несущих поверхностей от влияния фюзеляжа.

 - производная коэффициента подъёмной силы ЛА.

- расстояние от носика ЛА до точки приложения силы от коэффициента ;

- расстояние от носика ЛА до точки приложения силы от коэффициента ;

- расстояние от носика ЛА до точки приложения силы от коэффициента .

Точки приложения сил от аэродинамических поверхностей - на середине соответствующих бортовых хорд. Для первых несущих поверхностей:

, для вторых:

,

здесь - длина бортовой хорды соответственно первых и вторых несущих поверхностей, - расстояние от носика ЛА до начала бортовой хорды соответственно первых и вторых несущих поверхностей.

1.1.2 Определение суммарной подъёмной силы ЛА

Суммарную подъёмную силу ЛА определим из баллистического расчёта:

,

где - ускорение свободного падения, - располагаемая перегрузка ЛА.

1.1.3 Определение подъёмной силы первых и вторых консолей ЛА

Значение подъёмной силы первых консолей определим как:

Тогда, значение подъёмной силы вторых консолей:

1.1.4 Определение массовой нагрузки действующей на корпус ЛА

Определим значение распределённой массовой нагрузки, действующей перпендикулярно оси корпуса. Приближённо, будем считать, что масса корпуса распределена пропорционально площади его поперечного сечения, что справедливо при плотной компоновке ЛА. Распределённую массовую нагрузку найдём по формуле:

,

где - плотность ЛА, - объём ЛА, - диаметр ЛА, - длина корпуса ЛА, - длина носика ЛА, - располагаемая перегрузка, - ускорение земного притяжения, - площадь поперечного сечения корпуса. - площадь поперечного сечения корпуса при , - площадь поперечного сечения корпуса при . Эпюра массовых нагрузок имеет вид:

Рис. 1.1. - Распределение массовой нагрузки на корпус ЛА.

1.1.5 Определение инерционной нагрузки действующей на корпус ЛА

Определим значение инерционной нагрузки, действующей перпендикулярно оси корпуса, от углового ускорения относительно оси z при манёвре в вертикальной плоскости (в связанной системе координат). Формула для определения инерционной распределённой нагрузки имеет вид:

,

где - момент от аэродинамических сил относительно центра масс ЛА. - аэродинамическая сила, приложенная на корпусе, - координата этой силы относительно носика ЛА, - координата центра тяжести ЛА относительно носика ЛА, вычисляемая по формуле:



бесстрингерный отсек летательный фланцевый

- массовый момент инерции, вычисляемый по формуле

Распределение инерционной нагрузки на корпус принимает вид:

Рис. 1.2. Распределение инерционной нагрузки на корпус ЛА.

1.1.6 Определение продольной нагрузки действующей на корпус ЛА

Продольную нагрузку, действующую на корпус ЛА определим по формуле: , где - продольная перегрузка, действующая на ЛА, - сила, создаваемая двигателем ЛА.

Построим график распределения продольной нагрузки на корпус ЛА.



Рис. 1.3. Распределение продольной нагрузки на корпусе ЛА.

1.2 Построение эпюр нагрузок, действующих на корпус

Для определения нагрузок, действующих на корпус ЛА, определим суммарную нагрузку от массовых и инерционных сил действующих на корпус ЛА, т.е. построим график распределения суммарной нагрузки, определяемой по формуле: .

Рис. 1.4. Распределение суммарной нагрузки, действующей в поперечном сечении ЛА.

Построим эпюры нормальной и поперечной сил, а также изгибающего момента, действующих на корпус ЛА, определяемые по формулам:



Здесь - аэродинамические силы, действующие на корпус. Эпюры имеют следующий вид:

Рис. 1.5. Эпюра продольных сил

Рис. 1.6. Эпюра поперечных сил



Рис. 1.7. Эпюра изгибающих моментов

2. Проектировочный расчёт бесстрингерного отсека

Проектирование ведём из учета работы обшивки только на сжимающие усилия.

2.1 Определение эксплуатационных нагрузок корпуса ЛА

В качестве эксплуатационных нагрузок выбираем максимальные значения продольной и поперечной сил, а также изгибающего момента, которые берём из расчёта, выполненного выше. Согласно этому:

;

;

.

Здесь - эксплуатационные нагрузки, действующие на корпус.

2.2 Выбор материала бесстрингерного отсека

В качестве материала для проектируемого бесстрингерного отсека выберем Д 16 Т со следующими механическими характеристиками: .

2.3 Определение эквивалентной и расчётной нагрузок

Эквивалентную сжимающую силу определим как:

,

Здесь - радиус корпуса.

Далее определим поправочный коэффициент , учитывающий что устойчивость цилиндрической обшивки на 25% выше чем при осевом сжатии. определим по формуле:

,

Тогда - расчетная разрушающая нагрузка,

2.4 Определение потребной толщины обшивки

Толщину обшивки ищем исходя из двух условий:

· При эксплуатационных нагрузках напряжения не должны превышать предела текучести материала;

· При расчётных нагрузках напряжения в обшивке не должны превышать разрушающие, при этом разрушающими напряжениями выступают напряжения местной потери устойчивости отсека.

Найдём необходимую толщину обшивки. Из первого условия:

Из второго условия:



Так как эти два условия должны выполняться одновременно, то выбираем .

2.5 Определение погонной массы бесстрингерного отсека

Определим погонную массу бесстрингерного отсека:

3. Проектировочный расчёт фланцевого соединения отсеков

Исходными данными при проектировочном расчёте фланцевого соединения являются:

- расчётный изгибающий момент;

- расчётная продольная сила; здесь - коэффициент запаса прочности. Материал крепёжных элементов - 30ХГСА. , .

Рис. 3.1. Расчётная схема фланцевого соединения

Кроме условия обеспечения прочности, фланцевое соединение должно обеспечивать также условие герметичности соединения. Поэтому болты в соединении ставят с предварительной затяжкой.

Определим усилие предварительной затяжки болтов:

,

Здесь - площадь стыка, - наружный диаметр шпангоута, - внутренний диаметр шпангоута. - число крепёжных элементов (выбираем из статистических данных),

- площадь поперечного сечения крепёжного элемента, - координата положения крепёжного элемента, - положение линии раскрытия стыка, - коэффициент, учитывающий податливость шпангоута, - момент инерции сечения стыка, - положение линии раскрытия стыка относительно центра сечения. Полученная площадь поперечного сечения крепёжного элемента соответствует

.

Тогда, необходимая величина напряжений предварительной затяжки крепёжного элемента:



Напряжения в стыке от затяжки болтов:

Условие нераскрытия стыка выполняется, если: , здесь , проверим выполнение данного условия: . Условие нераскрытия выполняется. Определим диаметр крепёжного элемента:

Принимаем .

4. Проектировочный расчёт рулевой машинки

Рис. 4.1. Эскиз рулевой машинки

Для выполнения проектировочного расчёта из аэродинамического расчёта выпишем значения производных коэффициентов подъемной силы руля, а также руля от влияния фюзеляжа, по углу атаки. Также выпишем координату приложения этих сил:

- производная коэффициента подъёмной силы вторых консолей без влияния фюзеляжа;

- производная коэффициента подъёмной силы вторых консолей от влияния фюзеляжа;

- расстояние от носика ЛА до точки приложения силы от коэффициента ;

- расстояние от носика ЛА до точки приложения силы от коэффициента .

Ось вращения рулей примем приближённо посередине бортовой хорды. Тогда



Определим шарнирный момент, действующий на руль:

Определим усилие на рулевой машинки из условия равенства потребной и располагаемой мощности:

,

Здесь - коэффициент, учитывающий момент от сил трения и сил инерции, действующих на рулевую машинку, - угловая скорость перемещения руля, - количество одновременно отклоняемых консолей, - максимальная скорость перемещения поршня, - количество рулевых машинок, управляющих одной консолью.

Определим эффективную площадь поршня:

,

Здесь - перепад давлений в полостях цилиндра, - давление, подаваемое в силовой цилиндр.

Диаметр штока силового цилиндра найдём из условия работы его на сжатие, т.е. разрушение произойдёт из-за потери устойчивости, отсюда:

,

здесь - длина штока, - длина цилиндра, определённая из кинематической схемы.

Определим внутренний диаметр цилиндра:

Определим толщину обечайки цилиндра:

,

Здесь коэффициент запаса прочности для сосудов высокого давления, - предел прочности материала цилиндра (Д 16).

Определим диаметр соединительного валика:

, здесь

- коэффициент запаса прочности, - число плоскостей среза валика, - предел прочности материала валика на срез (Сталь 45).

5. Определение размеров ВАДа

Секундный объемный расход воздуха через 1 рулевую машинку определим как:

Объёмный секундный расход воздуха одной рулевой машинкой:

,

Здесь - давление в ВАДе, - показатель политропы для воздуха.

Найдём потребный объём ВАДа:

,

Здесь - время работы рулевых машинок, - число рулевых машинок, коэффициент остаточного воздуха в ВАДе. Масса воздуха в баллоне:

,

Здесь - газовая постоянная, - температура воздуха в ВАДе.

Определим радиус ВАДа:

,

Определим толщину стенки ВАДа:

,

Здесь - предел пропорциональности материала (30ХГСА), - коэффициент, учитывающий уменьшение толщины стенки при штамповке, - коэффициент безопасности, - коэффициент уменьшения прочности за счёт сварного шва.

Заключение

В результате выполненного курсового проекта выполнен проектировочный расчёт бесстрингерного отсека корпуса ЛА, проектировочный расчёт фланцевого соединения, рулевой машинки, Вада, а также валика рулевой машинки. Все вычисления выполнены в соответствии с соответствующими требованиями прочности.

Список литературы

1. Андреенко. Конструкция ЛА. Конспект лекции в четырёх частях. ХАИ 2002г.

2. Голубев И.С., Самарин А.В. "Проектирование ЛА". М. Машиностроение. 1972г.

3. Павленко В.Н., Набатов А.С., Тараненко И.М. - Порядок оформления учебных и научно-исследовательских документов - Учеб. пособие. -Харьков, ХАИ 2007. - 65с.

Размещено на Allbest.ru