Основные требования к конструкции летательных аппаратов. Технологическое членение. Основные элементы конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РЕФЕРАТ

на тему:

«Основные требования к конструкции летательных аппаратов.

Технологическое членение.

Основные элементы конструкции»

Студентки

группы 504ИЗ

Ивановой Анастасии Ивановны

МОСКВА 2012

Содержание

1. Основные требования к конструкции современного самолёта, пути и средства их реализации при проектировании

2. Проектирование технологических процессов на основе системного подхода в САПР

3. Основные технологические аспекты проектирования летательных аппаратов

4. Основные элементы конструкции летательных аппаратов

Заключение

Список использованной литературы

1. Основные требования к конструкции современного самолёта, пути и средства их реализации при проектировании

Для создания нового летательного аппарата необходима четкая формулировка требований, которым он должен удовлетворять.

В требованиях должны быть всесторонне учтены современный уровень развития авиационной техники и перспективы ее совершенствования. Продуманность и обоснованность этих требований необходимы для обеспечения полного соответствия летательного аппарата его назначению.

При проектировании техническое задание и сводка эксплуатационно-технических требований к новому ЛА разрабатываются организацией-заказчиком и согласовываются с конструкторскими бюро.

Эксплуатационно-технические требования разделяются на две группы:

1) требования к летно-техническим данным, нагрузке и оборудованию ЛА. Они относятся к каждому конкретному проектируемому самолету и определяются его назначением и выполняемыми задачами.

При проектировании требуется достигнуть возможно лучших показателей по важнейшим летно-техническим данным. Это должно обеспечиваться применением передовых достижений науки и техники и не должно идти за счет недопустимого снижения каких-либо других показателей;

2) технические требования к конструкции. Они являются более общими и могут быть отнесены к определенным классам ЛА.

Конструкция планера самолета может быть разделена на следующие основные группы:

каркас: крыло, оперение, фюзеляж, крепления двигателей;

силовые системы и механизмы: шасси, системы и механизмы управления;

несъемное оборудование: высотное, противообледенительное и пр.

Технические требования к конструкции могут быть классифицированы следующим образом:

1) требования, вытекающие из назначения конструкции, выражающие необходимость соответствия конструкции своему назначению. Например, крыло должно создавать подъемную силу, шасси - обеспечивать возможность движения самолета по земле и др.;

2) прочностные требования, выражающие необходимость обеспечения при наименьшем весе конструкции достаточной ее прочности и жесткости, отсутствия вибраций, наличие должного ресурса, надежности и живучести;

3) эксплуатационные требования, направленные на обеспечение простоты и удобства технической эксплуатации;

4) технологические требования, направленные на обеспечение простоты и дешевизны изготовления и ремонта конструкции, применение при ее изготовлении недефицитных материалов.

Чем полнее удовлетворены все требования, тем выше качество конструкции ЛА, тем меньше возникает дефектов и отказов и тем экономичнее эксплуатация ЛА.

Требования, предъявляемые к конструкции ЛА, во многом связаны между собой и иногда противоречивы.

Требования, предъявляемые к конструкции самолета, диктуются соображениями аэродинамики, прочности, жесткости, минимальной массы, эксплуатации, производства, а для военных самолетов и малой заметности.

Аэродинамические требования.

При выбранном двигателе самолет должен обладать, возможно, более высокими летными данными и быть устойчивым и управляемым на всех режимах полета. Летные данные самолета определяются величинами горизонтальной, вертикальной и посадочной скоростей, высотой и дальностью полета, грузоподъемностью, величинами взлетной и посадочной дистанций.

Скорость полета является наиболее важной характеристикой самолета. Чтобы увеличить скорость полета при неизменной мощности или тяге двигателя необходимо уменьшить сопротивление самолета. Совершенствование самолета все время идет по пути уменьшения коэффициента лобового сопротивления сХа. Сначала это потребовало перехода от бипланной схемы к монопланной, уменьшения числа выступающих в поток частей (подкосов, раскосов, расчалок, тяг, установки убирающегося шасси и т.п.), перехода от полотняной обшивки к жесткой и к повышению качества ее поверхности, а при дальнейшем увеличении скоростей и возникновении волнового сопротивления - применения стреловидных крыльев и оперения с тонкими профилями.

Достижение скорости полета, в два раза и более превышающей скорость звука, выдвигает на первый план проблему аэродинамического нагрева конструкции.

Требования прочности.

При всех возможных в полете и при посадке нагрузках ни один из элементов конструкции не должен разрушиться. Величины нагрузок, характер их распределения для отдельных частей самолета на различных режимах полета и посадки регламентируются нормами прочности и нормами летной годности. При этом должны учитываться и знакопеременность нагрузок, приводящая к явлениям усталости, и аэродинамический нагрев при полете на больших сверхзвуковых скоростях.

Требования жесткости.

Жесткость конструкции должна исключить возможность появления недопустимых с точки зрения аэродинамики деформаций и возникновения опасных вибраций, приводящих к разрушению конструкции.

Требования минимальной массы.

Конструкция самолета в целом, отдельных его частей, элементов и деталей должна иметь, возможно, меньшую массу, так как у самолета, как ни у одной другой машины, его масса сильно влияет на основные функциональные характеристики - летные данные. Уменьшение массы конструкции достигается обеспечением равнопрочности, сокращением количества разъемов, вырезов, несиловых элементов, применением новых конструкционных материалов. При выборе конструктивно-силовой схемы детали, элемента, агрегата необходимо стремиться, чтобы разрушающие напряжения были возможно ближе к временному сопротивлению материала.

Эксплуатационные требования.

Должна быть обеспечена надежность работы всех агрегатов самолета при возможно более простом их обслуживании.

Простота обслуживания самолета обеспечивается хорошим доступом ко всем требующим осмотра узлам самолета, агрегатам оборудования и силовой установки, быстротой заправки топливом и маслом, удобным подходом к штуцерам зарядки кислородом и сжатым воздухом, удобством и быстротой монтажа и демонтажа отдельных агрегатов, простотой ремонта и т.п.

Важнейшей эксплуатационной характеристикой является безопасность полета, которая обеспечивается созданием конструкции, обладающей возможно более высокой живучестью, т.е. не разрушающейся после получения отдельных повреждений, установкой соответствующего аэронавигационного оборудования, надежной противообледенительной защиты, эффективного противопожарного оборудования, дублированием в системах управления, а также некоторыми другими мероприятиями в зависимости от назначения и типа самолета.

Наиболее полное удовлетворение эксплуатационных требований ведет к снижению расходов, связанных с эксплуатацией самолета, что особенно важно для гражданской авиации.

Производственные требования.

В производстве лучшей считается конструкция, затраты на изготовление которой будут наименьшими.

Основными требованиями технологии, выполнение которых удешевляет и ускоряет процесс производства самолета, являются следующие.

взаимозаменяемость агрегатов и деталей и исключение подгоночных работ при сборке;

простота конструкции и широкое применение в ней стандартных и нормализованных деталей;

применение передовых методов производства, таких как прокатка, штамповка, литье, прессовая клепка и т.п.;

увязка конструкции с характером производства, т.е. учет массовости производства и производственных возможностей завода, на котором будет строиться самолет;

применение недорогих материалов, допускающих более простую обработку;

широкое расчленение конструкции самолета на агрегаты, секции и панели, что позволяет механизировать ряд процессов, уменьшает трудоемкость изготовления, повышает производительность, сокращает цикл сборки и монтажа.

Требования малой заметности важны для военных самолетов, особенно для бомбардировщиков, истребителей и разведчиков. Самолет, имеющий малую радиолокационную, инфракрасную, оптическую и акустическую заметность, обладает большей выживаемостью и может успешнее выполнить боевую задачу. Так малозаметный бомбардировщик имеет более высокую вероятность прорыва зоны противовоздушной обороны и скрытного подхода к цели. Малозаметный истребитель может атаковать цели, не будучи обнаруженным. Малая заметность самолета обеспечивается приданием его частям малоотражающих форм, использованием в конструкции радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов, радио-, звуко- и теплопоглощающих покрытий и экранов, установкой на нем малозаметного радиоэлектронного оборудования и некоторыми другими мерами. Удовлетворение требованиям малой заметности вызывает необходимость изменения аэродинамической компоновки самолета и внешних форм его частей, применения специальных конструктивных материалов и сложных конструктивно-силовых схем агрегатов, что входит в противоречие с другими предъявляемыми к самолету требованиями. Опыт создания малозаметных самолетов показал, что эти противоречия разрешимы.

2. Проектирование технологических процессов на основе системного подхода в САПР

Комплексный подход может быть использован при построении отдельных подсистем, объединяющих в единый процесс основные этапы проектирования.

Примером может служить САПР ТП «Технолог».

1. Подсистема «Технолог-1» предназначена для проектирования ТП механической обработки деталей основного производства. Эта подсистема является центральным и ведущим звеном САПР ТП и наряду с разработкой ТП на детали основного производства готовит заказы на проектирование приспособлений, инструмента и разработку управляющих программ для станков с ЧПУ.

2. Подсистема «Приспособление» служит для проектирования специальных станочных приспособлений. В зависимости от конструктивных особенностей деталей и условий обработки она предусматривает разработку конструкций либо методом синтеза, либо методом доработки типовых схем приспособлений.

3. Подсистема «Инструмент» выполняет проектирование специальных режущих, вспомогательных и измерительных инструментов.

4. Подсистема «Технолог-2» предназначена для проектирования ТП изготовления деталей специальной оснастки.

5. Подсистема «САП» применяется для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.

6. Подсистема «Кодирование и первичная обработка входной информации» служит для преобразования данных о детали и планово-производственной документации в форму, удобную для переработки этой информации в основных подсистемах САПР ТП.

7. Подсистема «Документ» обеспечивает оформление результатов проектирования в виде комплекта ТД: карты ТП, чертежи оснастки, спецификации, ведомости, управляющие программы на перфолентах.

8. Банк данных предназначен для обеспечения необходимой информацией процессов автоматизированного проектирования вышерассмотренных подсистем.

Типизация технологического проектирования предусматривает создание для некоторой группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками определенных схем, характеризуемых единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов.

Важной задачей является разработка обобщенного маршрутного описания ТП, включающего все многообразие технологических операций для изготовления деталей рассматриваемого класса. Эти операции характеризуются единым и алгоритмами проектирования и вводятся в качестве возможных готовых вариантов решений. Обобщенные операции разрабатываются при создании САПР ТП с целью упрощения алгоритмов и сокращения числа решаемых задач при проектировании.

Обобщенный маршрут получается в результате объединения нескольких маршрутов обработки деталей, входящих в рассматриваемый класс. Чем больше использовано частных маршрутов обработки, тем более полным является обобщенный маршрут и тем эффективнее ведется автоматизированное проектирование типового технологического маршрута на конкретную деталь.

Для удобства формирования обобщенного маршрута целесообразно анализируемые ТП представить в виде схемы, в которой одинаковые по назначению и содержанию операции располагаются на 1 уровне. Затем 1 из маршрутов принимается за базовый и дополняется операциями, отсутствующими в этом маршруте. При определении места той или иной операции в обобщенном маршруте руководствуются общими принципами, известными из технологии машиностроения. Так, обработка поверхностей должна вестись в последовательности, обратной степени точности выполнения отдельных операций, в конце маршрута выносятся операции по обработке легкоповреждаемых поверхностей.

Анализ содержания отдельных операций, включаемых в обобщенный маршрут, показывает, что все эти операции связаны с определенными сочетаниями конструктивных и технологических признаков деталей.

3. Основные технологические аспекты проектирования летательных аппаратов

При оценке проектной эффективности ЛА на ранних стадиях проектирования ведется анализ и оценка объема выпуска (серийности), продолжительности цикла изготовления ЛА и издержек производства. Проектировщик должен найти разумный компромисс между проектно-конструкторскими решениями, основанными на использовании новейших материалов и технологических процессов (требующих значительных временных и материальных затрат при технологической подготовке производства, но дающих увеличение эффективности ЛА), и решениями, базирующимися на использовании ранее освоенных в серии материалов и процессов, т. е. определить степень технологической преемственности конструкции.

Рациональное конструктивно-технологическое членение самолета (разделение его в процессе проектирования и изготовления конструкции на агрегаты, рис. 16.2,а) и схема технологических разъемов агрегатов на узлы и детали (рис. 16.2,б) определяются на основе технико-экономического расчета с учетом условий производства и существенным образом влияют на издержки производства и эффективность самолета в процессе эксплуатации, поскольку каждый конструктивно-технологический и технологический разъем, с одной стороны, увеличивает массу самолета, а с другой - повышает производственную технологичность изделия.

Производственная технологичность - совокупность свойств ЛА, определяющих его приспособленность к конкретным условиям производства и позволяющих получить потребную эффективность (качество) ЛА при минимальных временных и материальных затратах.

Таким образом, уже на начальных стадиях "внутреннего" проектирования необходимо учитывать производственно-технологические возможности разнообразного сложного и дорогого оборудования на опытном и серийном заводах и заводах-субподрядчиках.

По мере детализации проекта ЛА в процессе проектирования совместными усилиями работников ОКБ, НИИ и заводов прорабатываются мероприятия, направленные на повышение производственной технологичности всех агрегатов, систем, узлов и деталей ЛА, что позволяет подтвердить заложенные в проект параметры и характеристики при эксплуатации ЛА.

4. Основные элементы конструкции летательных аппаратов

Современную авиакосмическую технику характеризует необычайный прогресс в области конструирования. Применение новых материалов и технологических методов, более точных методик прочностных расчетов позволяет создавать конструкции, не имеющие аналогов в практике конструирования. В то же время не только собственный опыт конструирования, но и опыт, накопленный в других отраслях транспортного машиностроения, находит самое широкое применение при создании конструкций ЛА. Возможность создания конструкции минимальной массы, обладающей необходимой прочностью и жесткостью, во многом зависит от характеристик применяемых материалов.

Основные конструкционные материалы

Материалы, используемые в конструкции ЛА, должны обладать:

- высокими физико-механическими (прочностными) характеристиками, которые должны сохраняться как в широком диапазоне температур (низкие, отрицательные - при дозвуковом полете в стратосфере, высокие - при сверхзвуковом полете в условиях кинетического нагрева конструкции), так и при неблагоприятном воздействии внешней среды (см. раздел 3.2.3);

- возможно меньшей плотностью;

- хорошими технологическими свойствами (способностью поддаваться различным методам обработки в процессе производства).

Важными характеристиками материалов являются низкая стоимость в состоянии поставки (стоимость заготовок) и минимальные затраты на обработку.

Характеристики и свойства материалов определяют не только качество деталей, но и саму возможность достаточно экономичного получения заготовок для них (листов, профилей, отливок, штамповок, поковок и т. д.).

Различные технологические процессы изготовления деталей (литье, ковка, штамповка, механическая обработка резанием, термическая и химическая обработка) определяются свойствами металлов и, в свою очередь, влияют на них.

В настоящее время основными материалами для изготовления агрегатов планера ЛА (крыла, фюзеляжа, оперения) и элементов системы управления являются алюминиевые сплавы.

Для наиболее нагруженных и ответственных деталей применяются высокопрочные высоколегированные стали, титановые и другие сплавы.

Широко применяются и неметаллические материалы - стеклопластики, углепластики, полимерные заполнители, клеи, органическое стекло и др.

Одной из важнейших характеристик конструкционных материалов является их удельная прочность - отношение максимально допустимых напряжений, которые способен выдержать материал без разрушения, к плотности материалов.

Рациональность использования материала при преобразовании заготовки в готовую деталь может быть оценена коэффициентом использования материала (КИМ) - отношением массы детали к массе заготовки, из которой она получена. Чем меньше материала идет в отходы, тем выше КИМ.

Все более широкое применение в конструкции ЛА находят композиционные материалы (КМ), в которых высокопрочные углеродные, органические, борные или другие армирующие волокна связаны в монолит (от греч. monos - единый и lithos - камень) - в единое целое податливой полимерной или металлической матрицей ( связующим), заполняющей межволоконное пространство.

Основной особенностью КМ является то, что он "проектируется" одновременно с проектированием элементов конструкции. Располагая соответствующим образом (ориентируя) армирующие волокна (которые будут воспринимать нагрузки, действующие на конструкцию, и придавать ей жесткость и прочность), организуя технологический процесс заполнения межволоконного пространства матрицей (обеспечивающей совместную работу армирующих волокон), конструктор сразу, практически без отходов материалов, создает необходимый элемент конструкции, обладающий свойствами, строго соответствующими его назначению, что позволяет в некоторых случаях достичь такого уровня совершенства конструкции, который недостижим при использовании традиционных материалов.

В каждом конкретном случае выбор того или иного материала определяется конструктивными требованиями (по удельной прочности, теплопрочности, коррозионной стойкости, чувствительности к знакопеременным нагрузкам и т. д.), а также требованиями по технологическим свойствам и стоимости.

конструкция самолет летательный материал

Заключение

Для проектировщика понимание красоты тем более важно, что, несмотря на большие успехи в формализации процесса проектирования, проектирование сейчас - это в равной мере и наука и искусство.

Одну из задач настоящего учебника авторы видят в том, чтобы ознакомить Вас в самом первом приближении с таким сложным инженерным объектом, как летательный аппарат, показать его целесообразность и красоту, помочь Вам в освоении во многом интернационального профессионального языка (слэнга, англ. slang) проектировщиков.

И если это знакомство поможет Вам в работе с литературой, вначале с популярной и достаточно простой (небольшой список ее приведен в конце учебника), а затем и со специальной, побудит Вас к самостоятельной и упорной учебе, авторы будут считать свою задачу выполненной.

Список использованной литературы

1. Белянин П. Н., Производство широкофюзеляжных самолетов, М., 1979.

2. Брондз Л. Д., Технология и обеспечение ресурса самолетов, М., 1986.

3. Шибанов Г.В. Испытания авиационной техники, М / Проблемы безопасности полётов, №4, 2008.

4. Шувалов А. Моделирование как метод исследования новой авиатехники, М., 1992.

5. http://oat.mai.ru/index.htm

1. Размещено на www.allbest.ru