飛機(jī)部件課程設(shè)計(jì)

1、目錄一、設(shè)計(jì)要求1二、初步方案的確定32.1、結(jié)構(gòu)形式32.2、梁的結(jié)構(gòu)形式42.3、懸掛點(diǎn)配置42.4、翼肋布置52.5、配重方式62.6、操縱接頭的布置62.7、開口補(bǔ)強(qiáng)6三、載荷計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算73.1、展向載荷計(jì)算73.2、接頭位置確定73.3、梁的設(shè)計(jì)計(jì)算93.3.1、梁和前緣蒙皮的設(shè)計(jì)93.3.2、前緣閉室計(jì)算113.3.3、彎心和扭矩計(jì)算123.3.4、梁腹板校核143.3.5、梁緣條的校核153.4、蒙皮設(shè)計(jì)計(jì)算153.4.1、尾緣條設(shè)計(jì)153.4.2、弦向載荷分布計(jì)算163.4.3、前緣蒙皮校核173.4.4、后段壁板肋的數(shù)量和蒙皮最大撓度校核173.4.5、后段壁板蒙皮正應(yīng)力

2、校核193.5、肋的設(shè)計(jì)計(jì)算193.5.1、后段肋的設(shè)計(jì)193.5.2、后段普通肋的校核203.5.3、中部加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)233.5.4、整體端肋設(shè)計(jì)233.5.5、前緣肋和加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)233.5.6、前緣開口加強(qiáng)肋校核243.6、接頭和轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)253.6.1、支承接頭設(shè)計(jì)253.6.2、選取軸承263.6.3、螺栓組合件的選擇263.6、支座設(shè)計(jì)263.7.1、支承接頭支座設(shè)計(jì)263.7.2、搖臂支座設(shè)計(jì)283.8、鉚釘設(shè)計(jì)293.9、尾緣條設(shè)計(jì)30四、質(zhì)量質(zhì)心計(jì)算及配重設(shè)計(jì)304.1、質(zhì)量計(jì)算304.1.1、前緣蒙皮質(zhì)量計(jì)算314.1.2、梁質(zhì)量計(jì)算324.1.3、前緣肋質(zhì)量計(jì)算324.1.4、

3、后蒙皮質(zhì)量計(jì)算324.1.5、尾緣條質(zhì)量計(jì)算324.1.6、端肋質(zhì)量計(jì)算334.1.7、后半肋質(zhì)量計(jì)算334.1.8、支承支座質(zhì)量計(jì)算334.1.9、搖臂支座質(zhì)量計(jì)算334.1.10、質(zhì)量和質(zhì)心計(jì)算344.2、配重設(shè)計(jì)344.3、方向舵重新設(shè)計(jì)36五、裝配工藝流程37六、總結(jié)37七、參考資料38一、設(shè)計(jì)要求方向舵在其活動范圍內(nèi)運(yùn)動，在任何情形下不得與其支撐結(jié)構(gòu)或鄰近構(gòu)件發(fā)生干擾，所以其要滿足一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。方向舵平面要滿足幾何尺寸及協(xié)調(diào)關(guān)系如圖1。這是設(shè)計(jì)的前提條件。 圖1、方向舵平面尺寸及協(xié)調(diào)關(guān)系 圖2、最終設(shè)計(jì)方向舵另外方向舵在XOY平面內(nèi)的外形由垂尾翼型后段和方向舵前段外形決定。垂尾翼型

4、和方向舵外形數(shù)據(jù)如表1和表2所示。表1、垂尾翼型（垂尾前緣為原點(diǎn)）（單位：mm）X03.481042.01112.01181.51320.51390Y09.9729.5823.6617.755.920表2、方向舵前段外形（方向舵前緣為原點(diǎn)）（單位：mm）X020406280Y012.8017.8019.6019.40方向舵最大偏轉(zhuǎn)角為±15°。按飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范確定方向舵載荷及其分布。安全系數(shù)為f=1.2。方向舵使用載荷為11000N。其載荷分布見圖3和圖4。為防止方向舵與垂直安定面發(fā)生耦合顫振，對與本設(shè)計(jì)的可逆操縱的方向舵，設(shè)計(jì)要求質(zhì)量平衡。 圖3，展向載荷分布 圖4，弦向載

5、荷分布二、初步方案的確定2.1、結(jié)構(gòu)形式方向舵通常結(jié)構(gòu)采用梁式布局。操縱面一般都靠近前緣的轉(zhuǎn)軸處布置單梁（即成為單梁式結(jié)構(gòu)），其典型剖面見圖5。圖5、方向舵典型剖面形式由方向舵幾何尺寸可知（見表1、2和圖6），方向舵面積較小，最大厚度在62mm處為39.2mm。載荷為11000N，相對也較小，故可采用單梁式結(jié)構(gòu)。另外平尾與方向舵前緣存在干涉，需要在方向舵前緣開口，弦向長度為45mm（與前緣的距離），在最大厚度處之前，所以可以采用單梁結(jié)構(gòu)而不用破壞梁。翼型厚度為C=39.2/320=0.1225，可知其為中等厚度的翼型，對于中翼型的單梁式方向舵，由梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，前緣布置翼肋，間距通

6、常較小，以便增加蒙皮的強(qiáng)度和剛度，并能承受較大的扭轉(zhuǎn)載荷和局部氣動載荷。后段主要承受氣動載荷，由于梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗彎和抗剪設(shè)計(jì)。另外后段厚度小，從工藝上考慮，不便采用機(jī)翼裝配中的在蒙皮上開口來方便裝配翼肋形式，所以中采用半翼肋的設(shè)計(jì)，半翼肋與其蒙皮裝配形成壁板，兩半壁板再與梁和尾緣條裝配。圖7、方向舵主要結(jié)構(gòu)視圖尾翼蒙皮一般較薄，長空一號為中速飛機(jī)，中速飛機(jī)尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。由于方向舵尺寸較小，為裝配方便，剖面上由前緣蒙皮、上半蒙皮（上壁板）、下半蒙皮（下壁板）、尾緣條構(gòu)成。2.2、梁的結(jié)構(gòu)形式從幾何上考慮，在最大厚度處布置單梁

7、后，梁距前緣平尾開口為17mm，此距離不足以在梁前面布置緣條，所以采用“匚”形梁。從裝配工藝考慮，若有前緣條，則前緣蒙皮裝配時不便于打鉚，造成裝配上的困難，所以采用“匚”形梁，對前緣蒙皮鉚接裝配方便。2.3、懸掛點(diǎn)配置操縱面懸掛點(diǎn)的數(shù)量和位置確定主要根據(jù)以下兩點(diǎn):1、根據(jù)操縱面展長和所受載荷的大小確定懸掛點(diǎn)的數(shù)目，使操縱面梁有較好的受力特性；2、保證使用可靠，在舵面轉(zhuǎn)動時不卡死；舵面受載荷時的變形不致引起與安定面相碰或突出安定面外形太多。為滿足損傷容限設(shè)計(jì)，一般懸掛點(diǎn)不少于2個。由于載荷較小，所以可以采用3個接頭，對稱布置。在長空一號無人機(jī)方向舵為矩形，即方向舵根稍弦長相同，無后掠，所以運(yùn)動協(xié)

8、調(diào)十分容易。2.4、翼肋布置參考如下表各機(jī)型的肋間距，長空一號采用鉚接壁板，則可初步選定肋間距為160mm，1250mm展長可等間距布置9個翼肋（含2 端肋）。表3、典型機(jī)型翼肋間距由于梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗彎和抗剪設(shè)計(jì)。另外后段厚度小，從工藝上考慮，不便采用機(jī)翼裝配中的在蒙皮上開口來方便裝配翼肋形式，所以中采用半翼肋的設(shè)計(jì)，半翼肋與其蒙皮裝配形成壁板，左右兩半壁板再與梁和尾緣蒙皮裝配。且左右半肋應(yīng)分別向上、下偏移一小段距離，以方便壁板與梁的鉚接。2.5、配重方式配重方式有兩種，即集中配重與分散配重。因?yàn)檫@架飛機(jī)速度較低，且對重量較敏感，所以采用集中

9、配重的方式。在方向舵的上下兩端前伸出配重塊。2.6、操縱接頭的布置為使最大扭矩盡可能小，將接頭布置在中間，與中部懸掛點(diǎn)采用螺栓連接。中部接頭支座為一件兩用，既作為接頭支座，又作為搖臂支座與梁緣條連接的加強(qiáng)支柱，所以對其進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。2.7、開口補(bǔ)強(qiáng)前緣開口處兩側(cè)采用加強(qiáng)肋，梁腹板開口處采用支座的三面對其加強(qiáng)。則可初步設(shè)計(jì)出方向舵，其CATIA初步模型如圖8所示。圖8、初步設(shè)計(jì)的方向舵CATIA數(shù)值模型三、載荷計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算3.1、展向載荷計(jì)算方向舵相當(dāng)于矩形機(jī)翼，跟梢比為1，其弦線是各處相等的，所以根據(jù)圖2可知其載荷沿展向是均布載荷。使用載荷為11000N，安全系數(shù)取1.3，則均布載荷：q=f

10、F使用l=1.2×110001.330=9924.81Nm圖9、展向載荷示意圖展向載荷設(shè)計(jì)時以彎矩為主要設(shè)計(jì)載荷。3.2、接頭位置確定接頭布置要使受載情況最好，即使梁的內(nèi)力最小。梁的設(shè)計(jì)載荷以彎矩為主，所以接頭布置考慮彎矩分布。由于對稱性，彎矩計(jì)算時可取梁的一半做計(jì)算。如圖，簡化后中間為固支，此為一度靜不定梁。圖10、結(jié)構(gòu)簡化圖圖11、簡化結(jié)構(gòu)受力分析圖由位移平衡可以計(jì)算出支反力N1大小。w=qX2-X1224EIX2-X12-4X2X2-X1+6X22=N1X2-X126EI2X2-X1兩邊消去EIN1=qX12+2X1X2+3X228X2-X1則彎矩為：當(dāng)0xX1時，M=12qx

11、2；當(dāng)X1xX2時，M=12qx2-N1x-X1；可以畫出彎矩圖：圖12、彎矩分布圖顯然在1、2和3點(diǎn)處有彎矩極值。計(jì)算3點(diǎn)的彎矩極值：當(dāng)X1xX2時，M=qx-N1M=0x=N1qMmin=M|x=N1q=N1X1-12N12q當(dāng)1、2兩點(diǎn)彎矩相等，且大于等于4點(diǎn)最小彎矩的絕對值時，梁受力最好，此時接頭位置最優(yōu)。既有：Mmax=12qX12=12qX22-N1X1-X2Mmin=12N12q-N1X1Mmax=12qX12=12qX22-N1X1-X2式中：N1=qX12+2X1X2+3X228X2-X1；則：5X12+2X1X2-X22=0X2=0.665m 解得：X1=6-15X2=0.

12、19278m代入得出：N1=qX12+2X1X2+3X228X2-X1=4256.63NMmax=12qX12=12×9924.81×0.192782=184.42NmMmin=N1X1-12N12q=-92.22NmN2=ql-2N1=9924.81×1.33-2×4256.63=4686.74N由此確定接頭位置，并可以確定前緣蒙皮開口設(shè)計(jì)。圖13、前緣蒙皮開口設(shè)計(jì)圖實(shí)際設(shè)計(jì)上，由于加工和裝配精度問題，所以取整數(shù)設(shè)計(jì)，可取接頭距離為193mm。移動較小，后面計(jì)算時仍可繼續(xù)用最佳計(jì)算值。3.3、梁的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1、梁和前緣蒙皮的設(shè)計(jì)a) 材料選擇：梁

13、可采用壓彎型材，壓成“匚”形梁，即加工出來的腹板與緣條厚度相同。受載不大，所以梁的材料可以選用普通易成型的鋁合金，如LY12鋁合金，其有：=2.8×103kgm3，b=420MPa，b=265MPa，E=66GPa，=0.33b) 梁的剪力計(jì)算：Q1=qX1=-9924.81×0.19278=-1913.3N；Q1'=Q1+N1=-1913.3+4256.63=2343.33N；Q2=-qX2+N1=-9924.81×0.665+4256.63=-2343.37N；Q2'=Q2+N2=-2343.37+4686.74=2343.37N;由于對稱性，

14、則另一半邊3點(diǎn)載荷為：Q3=-Q1=1913.3N；Q3'=-Q1'=-2343.33Nc) 剪力分布圖：圖14、剪力分布圖可計(jì)算出其剪力圖中極值從左至右分布為：0；-1913.3N；2343.33N；-2343.37N；2343.37N；-2343.33N；1913.3N；0。即最大剪力在2點(diǎn)處（即對稱處），為2343.37N。梁腹板受剪，腹板最大高度略小于43.36mm，則腹板厚度有：QmaxhtbtQmaxhb=2343.3743.36×10-3×265×106=2.04×10-4m即腹板厚度可以很小，大于等于0.4mm即可，強(qiáng)度足

15、夠了?？紤]到前緣開口影響，腹板會承受額外剪力，所以可取腹板厚度為1mm。由于方向舵比較小，為保證鉚接裝配后的方向舵流場特性良好，采用LY10的120度沉頭鉚釘，鉚釘直徑可用范圍為2.5-4mm。梁緣條上要鉚接前緣蒙皮和后段壁板，所以采用雙排平行鉚釘，鉚釘直徑取2.5-4mm，則鉚釘邊距為5-10mm，則緣條寬度要大于10-20mm。因?yàn)橄揖€較短，緣條又是矩形，所以其緣條寬度不宜過大，否則會支撐蒙皮時對外形有較大影響。初步選取緣條寬度為25mm，中速飛機(jī)尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。則可初步取蒙皮厚度為1mm。則梁剖面慣性矩為：Jx=AydA=11241.363×25-24

16、5;39.363=25447 mm4受載情況有，Q作用下腹板最大剪應(yīng)力max=Qmaxht=2343.3743.36×10-3×1×10-3=54.04MPa<bM作用下最大正應(yīng)力max=MmaxJxymax=184.422.5447×10-8×20.86×10-3=151.18MPa<b3.3.2、前緣閉室計(jì)算根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可以用MATLAB擬合出前緣的三次曲線（取前四個點(diǎn)），可近似得到蒙皮的外形。得：y=0.0001x3-0.0153x2+0.9091xy'=0.0003x2-0.0306x+0.09091a)

17、 前緣蒙皮長度：lskin=2y'2+1 dx=20620.0003x2-0.0306x+0.090912+1dx此積分困難，所以用MATLAB編程數(shù)值積分得長度：lskin=2×66.9427=133.89mm圖16、前緣擬合外形曲線 圖17、前緣和梁閉室簡圖b) 前緣閉室面積：Sskin=2ydx=20620.0001x3-0.0153x2+0.9091xdx=1802.45 mm2前緣蒙皮與梁共同構(gòu)成單閉室結(jié)構(gòu)，設(shè)前緣閉室的彎心坐標(biāo)為（62-x ,0 ）。以翼型前緣為坐標(biāo)零點(diǎn)。氣動力Qy作用在氣動中心上（89.4，0），轉(zhuǎn)軸距離梁腹板 15mm（77，0）。3.3.3、

18、彎心和扭矩計(jì)算計(jì)算閉室彎心：假設(shè)在彎心處作用力Qy圖18、開剖面剪流如圖在點(diǎn)2處左側(cè)斷開，有q=QyJXSxSxi1-2=12htsi，點(diǎn)2處si=a，Sxi1-2max=12htaSxi2-3=12hta+0sistds=12hta+12htsj-12tsj22-3中點(diǎn)處sj=h2Sxi2-3max=12hta+18th2此時前蒙皮沒有剪流。由閉室=0。有：q+q0BdsGt=0QyJX0h12hta+12htsj-12tsj2 dsj+q0Blskin+h=0q0B=-QyJX12h2ta+112h3tlskin+h注：負(fù)號表示與q方向相反。對3點(diǎn)取矩M3=0Qyx+q0B-0aq1-2h

19、ds=0x=2Sskin12h2ta+112h3tJXlskin+h+1JX14ta2h2x=2×1802.45×0.5×41.362×1×25+41.363×11225447×133.89+41.36+41.362×1×25225447×4=32.56mm 正號表示與所設(shè)方向一致，即彎心在3點(diǎn)左邊。則可得：壓心距閉室彎心距離d1=89.4-62+32.56=59.96mm轉(zhuǎn)軸距閉室彎心距離d2=15+1+32.56=49.56mm則沿展向扭矩分布載荷為：qmt=qd1=9924.81×

20、;59.96×10-3=595.09N分布扭矩在支點(diǎn)處由疊加集中扭矩，扭矩反對稱分布，剩余部分扭矩由搖臂支反力提供扭矩在中點(diǎn)平衡，則扭矩分布有：當(dāng)0x<0.19278m時Mt=qmtx=595.09x，單位Nm當(dāng)192.78x<665時Mt=qmtx-N1d2=595.09x-4256.63×0.04956，單位Nm得扭矩圖：圖19、扭矩圖其扭矩極分別為：0；114.72；-96.24；184.78；-184.78；96.24；-114.72；0。由于方向舵前緣開口，所以在開口處，扭矩由梁承受轉(zhuǎn)移。最大扭矩：Mtmax=184.78Nm3.3.4、梁腹板校核在梁

21、上，同樣在展向中點(diǎn)處（操縱搖臂接頭處）有最大剪流：qmax1-2=QmaxJXSxi1-2max =2343.3725447×12×41.68×1×25=47.98Nmm qmax2-3=QmaxJXSxi2-3max =2343.3725447×12×41.68×1×25+18×41.682×1 =67.98Nmm 對3點(diǎn)取矩，平衡可求出：q0max=1Qymaxxc-x梁+12qmax1-2ah2 =12×1802.452343.37×89.4-62+14×25

22、×41.68×47.98 =21.28Nmm 所以最大剪流在梁展向中點(diǎn)處的腹板中點(diǎn)位置，大小為：qmax=q0max+qmax2-3=21.28+67.98=89.26Nmm 則此處最大剪應(yīng)力：max=qmaxt=89.26MPa<b所以梁腹板滿足設(shè)計(jì)要求，是安全的。3.3.5、梁緣條的校核方向舵中央對稱面處彎矩、扭矩、剪力均最大，故方向舵中央對稱面處為危險(xiǎn)截面。中央對稱面處緣條的最大正應(yīng)力由前面得出為：max=151.18MPa最大剪應(yīng)力為梁緣條2點(diǎn)處，大小為：max=q0max+qmax1-2t=21.28+47.981=69.26MPa用第三強(qiáng)度理論校核有：=m

23、ax2+4max2=205.04MPa<b所以梁緣條是安全的。3.4、蒙皮設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1、尾緣條設(shè)計(jì)尾緣要與上下壁板鉚接裝配，且上下兩排鉚釘錯開，所以也是雙排鉚釘。由于還要滿足鉚接厚度要求，根據(jù)蒙皮厚度為1mm，則鉚接處尾緣高度要大于2mm，根據(jù)表1可初步估算出2mm厚度處距后緣位置為12mm。圖20、尾緣條設(shè)計(jì)圖所以可以初步選取尾緣條寬度為40mm。材料同取LY12鋁合金。3.4.2、弦向載荷分布計(jì)算弦向載荷分布如圖21。圖21、弦向載荷分布由壓心位置可計(jì)算出前段2P長度為0.09681b。如下所示：2Px0.293b-x2=12Pb-x13b-x+x-0.293b 1.3333x

24、2-0.54567bx+0.04033b2=0 x=0.09681b=30.98mm q=2Px+12Pb-x P=2qb+3x=2×9924.81×10-3320+3×30.98=0.04807Nmm2 3.4.3、前緣蒙皮校核扭矩主要由前緣閉室承受，扭矩在前緣蒙皮上產(chǎn)生最大剪流有：qmax=Mtmax=184.78×10002×1802.45=51.26Nmmmax=qmaxskin=51.26MPa<b所以前緣蒙皮也是安全的。3.4.4、后段壁板肋的數(shù)量和蒙皮最大撓度校核蒙皮與梁和尾緣條及端肋都是單排鉚釘連接，所以可以將其簡化為四邊

25、鉸支。這樣設(shè)計(jì)更安全。如圖所示為其簡化模型。圖22、后蒙皮簡化模型 圖23、弦向蒙皮載荷分布蒙皮鉚接接觸面寬度為12mm，簡化模型尺寸有：l=166-12×2+12=130mm（長度由后面肋的寬度確定）b=305-62-25-40-12=190mm 由3.4.2可算出載荷q0=305-62-25305-29.53P=0.03804Nmm2q1=40-12305-29.53P=0.00486Nmm2應(yīng)用四邊間支矩形板的納維葉解法：D=Et3121-2=66×1121-0.332=6.17215Nm=6172.15Nmqx,y=q1-q0bx+q0Amn=40l0bqx,ysi

26、nmbxsinnlydxdy4Dlbm2b2+n2l2Amn=16q1-q0x+q0b4Dbmnm2b2+n2l22m=1,3,5,n=1,3,5w=166Dbm=1n=1q1-q0x+q0bmnm2b2+n2l22sinmbxsinnly取一項(xiàng)時就可得到很好的收斂，即m=1,n=1有：w=166Dbq1-q0x+q0b1b2+1l22sinbxsinly求w最大值時，顯然 時取得，用MATLAB編程求出當(dāng)x=71.35時求得最大值。wmax= 166Dbq1-q0x+q0b1b2+1l22sinbxmax =166×6172.15×1900.00486-0.03804&#

27、215;71.35+0.03804×19011302+119022sin190×71.35 =8.45mm>1mm求至少需要多少根肋有：wmax<11l2+11902>2.5674×10-4l<66.08mmn=L-36nl+1n>1330+66.0866.08+36=14.17n=15即取15根肋（包括兩個端肋），此時，l=59，wmax=0.71mm圖24、后壁板肋布置圖3.4.5、后段壁板蒙皮正應(yīng)力校核肋間距調(diào)整之后，長邊比短邊為bl=19059=3.22>3。則根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊第九冊P316，對于簡支矩形，板長邊比短邊比

28、值大于3時，有如下表中四邊間支矩形板應(yīng)力計(jì)算公式。表2、四邊間支矩形板應(yīng)力計(jì)算公式其中P為均布載荷，這里蒙皮載荷不是均布的，取q0以保證安全，其=0.3，LY12的=0.33，所以求出的正應(yīng)力大于真實(shí)正應(yīng)力。短邊比長邊為：=lb=59190=0.31。max=0.75q0l2t21+1.61lb3=0.75×0.03804×5921×1+1.61591903=94.75MPa<b小于b，再綜合考慮上面說的安全考慮，這樣的計(jì)算是可以接受的。所以蒙皮是安全的。3.5、肋的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1、后段肋的設(shè)計(jì)肋承受蒙皮的氣動載荷，與梁和尾緣條鉚接，相當(dāng)于簡支，所以肋與

29、梁相接處要斜削。與尾緣條連接處厚度小，載荷小，所以也有部分斜削。為加工制造方便，去中間緣條最大高度位于肋與梁連接端的斜削端。所以可以初步設(shè)計(jì)如下：圖25、后段半肋結(jié)構(gòu)簡圖半肋總長度為215mm。本設(shè)計(jì)中，肋主要承受彎矩，所以主要考慮中間緣條長度，除去前后斜削部分，則其有效長度（中間緣條長度）約為174mm。左右與蒙皮鉚接部分的緣條寬度為12mm，最大高度小于20.68mm，初步取最大高度也為12mm。下圖所示為其設(shè)計(jì)圖。圖26、后半肋設(shè)計(jì)圖3.5.2、后段普通肋的校核肋承受載荷如下圖，根據(jù)前面算出的肋數(shù)量，肋承所受載荷的蒙皮寬度為：a=Ln-1=133015-1=95mm簡化計(jì)算模型圖27、肋

30、承受蒙皮載荷分布其中：q2=q0a=0.03804×95=3.61Nmmq3=q1a=0.00486×95=0.46Nmm 為方便計(jì)算，再次簡化計(jì)算，假設(shè)不考慮尾緣條承受氣動載荷，即所有載荷分布作用在肋的有效長度上，如下圖所示:圖28、簡化肋載荷分布則1、2點(diǎn)支反力有：R1=23×12q2b實(shí)際=23×12×3.61×305-62-25=262.33NR2=13×12q2b實(shí)際=13×12×3.61×305-62-25=131.16N則半肋上的剪力分布為：Q=0xq2-q2bsds-R1=q2x

31、-q2x22b-13q2b圖29、肋上剪力分布圖半肋上彎矩：M=0xq2-q2bsx-sds-R1x=12q2x2-q2x36b-13q2bx圖30、肋上彎矩分布圖在Q=0處，即x=3-33b=3-33×174=73.541mm此處，有最大彎矩：Mmax=12q2x2-q2x36b-13q2bxx=73.541=10627.53Nmm此處，半肋中緣條高度取最大高度為9mm，以便于計(jì)算。圖31、最大彎矩處肋剖面圖計(jì)算剖面慣性距：在CATIA里面畫出如上圖所示截面，利用測量慣量命令，測出重心慣量距為Jx0=513.8mm4，質(zhì)心距x軸距離：h=3.436mm，面積：S=41.92mm2。

32、則肋剖面最大正應(yīng)力有：max=MmaxJxymax=10627.53513.8×9-3.436=115.09MPa<bX=0處，Q最大：Qmax=13qb=R1=262.33N此處高度為3mm，假設(shè)剪力全由腹板承受，則最大剪應(yīng)力：max=QmaxS=262.332×3×0.8=54.65MPa<b故肋是安全的。3.5.3、中部加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)與普通肋相似，采用LY-12M板彎件，尺寸相同，但為保證更大的剛度，將厚度加強(qiáng)到1mm。布置數(shù)量為2個。3.5.4、整體端肋設(shè)計(jì)在方向舵的兩個端面各布置一個端肋，材料LY-12M ，厚度0.8mm，緣條寬度13mm ，由

33、于其主要作用是支撐翼型，非主要承力構(gòu)件，不做強(qiáng)度校核。為方便裝配，緣條朝外布置。圖32、整體端肋3.5.5、前緣肋和加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)前緣加強(qiáng)肋的主要作用在于將開口處的蒙皮上的剪流傳遞到梁上。在三個開口的兩個端面處各布置一個前緣加強(qiáng)肋，另外配重塊連接處（即前緣蒙皮端面）布置一個前緣加強(qiáng)肋。前緣肋采用LY-12M板彎件，其形狀為翼型形狀，前端為加工方便留有7mm長空隙，取厚度1mm，緣條寬13mm 。為增大剛度，開口加強(qiáng)肋緣條加寬到16mm。在兩側(cè)與配重塊連接處，為連接蒙皮和配重塊，需要雙排鉚釘連接，所以將其緣條加寬到25mm 。安裝時為方便裝配，緣條應(yīng)在開口側(cè)。圖33、前緣肋 圖34、前緣加強(qiáng)肋前緣開

34、口加強(qiáng)肋共6個，配重連接前緣開口加強(qiáng)肋共2個；則按長度和間距分配，普通前緣肋可取5個，分布見圖。圖35、前緣肋布置3.5.6、前緣開口加強(qiáng)肋校核因?yàn)榍熬夐_口加強(qiáng)肋的主要作用在于將開口處的蒙皮上的剪流傳遞到梁上，所以同蒙皮校核相似。扭矩主要由前緣閉室承受，扭矩在前緣開口加強(qiáng)肋上產(chǎn)生最大剪流有：q肋max=q蒙皮max=Mtmax=184.78×10002×1802.45=51.26Nmmmax=qmaxskin=51.26MPa<b所以前緣開口加強(qiáng)肋也是安全的。3.6、接頭和轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)3.6.1、支承接頭設(shè)計(jì)因?yàn)榉较蚨嬷亓枯^小，支承接頭主要承受水平方向外力，即氣動載荷。

35、另外舵面需要偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為15度，所以要進(jìn)行可動部位的干涉處理。即接頭邊緣高度有限制，不能發(fā)生干涉。 圖36、接頭干涉處理 圖37、接頭板設(shè)計(jì)腹板高度為39.36mm ，所以腹板開口的最大高度也是39.36mm 。設(shè)計(jì)軸心距離梁腹板為15mm 。開口距前緣45mm處，軸心距開口最大高度點(diǎn)距離為38.168mm ，假設(shè)接頭邊緣上某一點(diǎn)偏轉(zhuǎn)15度后到達(dá)開口最大高度點(diǎn)，則這個點(diǎn)偏轉(zhuǎn)0度時，距軸線的高度為：即接頭最大高度為，則設(shè)計(jì)可取距軸心33mm 處最大高度為17.88mm 。厚度取4mm。為保證強(qiáng)度和耐腐蝕，材料選取1Cr18Ni9TiA不銹鋼。接頭連接處與支承接頭的的形狀一樣，厚度大，加上材

36、料強(qiáng)度更大，所以接頭強(qiáng)度肯定滿足要求。3.6.2、選取軸承方向舵接頭軸承要保證有轉(zhuǎn)動補(bǔ)償設(shè)計(jì)。所以采用帶補(bǔ)償?shù)耐馇蛎孑S承。接頭處最大剪力為2307.85N ，根據(jù)航空機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取關(guān)節(jié)軸承U5，其容許負(fù)荷為1000kg ，其具體尺寸如下： 圖38、U5 軸承尺寸 圖39、加強(qiáng)支座接頭螺栓連接示意圖3.6.3、螺栓組合件的選擇螺栓組件用于連接支承接頭和方向舵與安定面的連接接頭。軸承孔直徑為5mm，所以螺栓選用M5。螺栓承受的剪切應(yīng)力大小為：max=Qmax4d2=2343.374×52×10-6=119.35MPa螺栓用GB30-66 M5X16，材料為1Cr18Ni9Ti

37、A 。螺母選用GB58-66AM5；墊圈選用GB97- 66A5；開口銷選用GB91-671.5×16。3.6、支座設(shè)計(jì)3.7.1、支承接頭支座設(shè)計(jì)要求保證三個接頭共線，故接頭應(yīng)有較大剛度，采用LC4CZ 鋁合金，=2.85×103kgm3，b=600MPa，b=300MPa。每個接頭有2 個支座，則每個支座剪力 Q=3550.6 N，外形設(shè)計(jì)如圖。受剪面積：A=12×2-5×1=19mm2 最大剪應(yīng)力：max=QA=3550.619=186.87MPa<b支承接頭支座也是設(shè)計(jì)安全的。 圖40、接頭支座外形 圖41、中部加強(qiáng)支座外形中部接頭支座為一

38、件兩用，還作為搖臂支座與梁緣條連接的加強(qiáng)支柱，所以對其進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，如圖所示，其上下緣條加長到25mm，腹板也加長加大。圖42、接頭與支座局部裝配圖3.7.2、搖臂支座設(shè)計(jì)搖臂支座為方向舵提供操縱偏轉(zhuǎn)力矩，去平衡方向舵的扭矩，既主要承受操縱反扭矩產(chǎn)生的拉力，載荷相對不大，但剛度要求較高，故可選用LC4CZ 鋁合金型材。操縱搖臂半徑為：R=19.6+252+16-92=45.146mm 最大扭矩有：Mtmax=fPmaxXc-X軸 =1.2×11000×89.4-62-1-15=150480Nmm 最大拉力：Nmax=MtmaxRmax=3333.19N由圖可算出承受剪力的最

39、小截面積為：Amin=8-5×2+6×2-5×2=19mm2最大剪應(yīng)力：max=NmaxAmin=3333.1920=166.66MPa<b所以搖臂支座安全 。為保證強(qiáng)度也可采用高強(qiáng)度鋼來制作支座。 圖43、搖臂支座為保證連接強(qiáng)度，在方便安裝螺栓的上邊的外側(cè)兩個孔處，底座用2個螺栓連接，剩下4個孔用鉚釘連接。 鉚釘選用HB6235-89-13 螺栓選用GB30-66 M5X203.8、鉚釘設(shè)計(jì)1）鉚釘連接處包括梁-蒙皮、肋-蒙皮、壁板尾緣條連接，其夾層厚度為2mm 。根據(jù)飛機(jī)零構(gòu)件設(shè)計(jì)d2=2.8284mm取d=3mm，材料選用LY10。2）鉚釘長度確定根據(jù)

40、航空機(jī)械設(shè)計(jì)手冊L=0.8d+s；取5mm。3）鉚釘間距及邊距依據(jù)以往設(shè)計(jì)，可取展向間距20mm；弦向間距16mm；邊距5mm左右。圖44、鉚釘孔布置圖3.9、尾緣條設(shè)計(jì)尾緣條用來連接上下壁板，維持翼型后緣形狀。材料為LY12。為方便裝配，設(shè)計(jì)如下圖。此設(shè)計(jì)中，左右壁板蒙皮寬度和肋長度是不一樣的。圖45、尾緣條四、質(zhì)量質(zhì)心計(jì)算及配重設(shè)計(jì)4.1、質(zhì)量計(jì)算坐標(biāo)系的定義：將支點(diǎn)定為坐標(biāo)系原點(diǎn)，翼型對稱線為Ox軸。由于鉚釘較多，不便計(jì)算，所以把鉚釘重量計(jì)入蒙皮、肋和梁中，即計(jì)算蒙皮、肋和梁時，不考慮鉚釘開孔。另外接頭處螺栓組件軸線即為轉(zhuǎn)動軸，且其質(zhì)量較小，所以對其可忽略計(jì)算。圖46、CATIA設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

41、圖圖47、CATIA數(shù)字模型由CATIA直接得出裝配完成的方向舵的重量和質(zhì)心位置：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X=-15-1+88.073=72.073mm。體積：V=0.001305m3 則質(zhì)量：M=V=2.8×103×0.001305=3.654kg4.1.1、前緣蒙皮質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：S1=159.4mm2質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X1=-24.424-15-1=-40.424mm體積：V1=1.867×10-4m3質(zhì)量：M1=V=0.52276kg4.1.2、梁質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：S2=85.2mm2質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X2=7.555-15-1=-8

42、.445mm體積：V2=1.082×10-4m3質(zhì)量：M2=V=0.30296kg4.1.3、前緣肋質(zhì)量計(jì)算a) 前緣普通肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V31=2.777×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X31=-22.776-15-1=-38.776mm質(zhì)量：M=V=0.00778kgb) 前緣加強(qiáng)肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V32=3.277×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X32=-22.776-15-1=-38.776mm質(zhì)量：M=V=0.00918kg4.1.4、后蒙皮質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V4=5.428×10-4m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X

43、4=117.093-15-1=101.093mm質(zhì)量：M=V=1.51984kg4.1.5、尾緣條質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V5=1.081×10-4m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X5=219.608-15-1=203.608mm質(zhì)量：M=V=0.30268kg4.1.6、端肋質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V6=1.015×10-5m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X6=63.882-15-1=47.882mm質(zhì)量：M=V=0.02842kg4.1.7、后半肋質(zhì)量計(jì)算a) 后半普通肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V71=7.103×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X71=112.1

44、52-15-1=96.152mm質(zhì)量：M=V=0.01989kgb) 后半加強(qiáng)肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V72=9.268×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X72=111.303-15-1=95.303mm質(zhì)量：M=V=0.02595kg4.1.8、支承支座質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V8=2.289×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X8=7.349-15-1=-8.561mm質(zhì)量：M=V=0.00652kg4.1.9、搖臂支座質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測量得：V9=1.773×10-6m3質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：X9=12.5+0.894-15-1=-2.606mm質(zhì)

45、量：M=V=0.00505kg4.1.10、質(zhì)量和質(zhì)心計(jì)算由上可得重量和重心分布表：部件數(shù)量n質(zhì)心相對位置X單位重量M總重量nM總質(zhì)量*距離前緣蒙皮1-40.4240.52276 0.52276 -21.13205 梁1-8.4450.30296 0.30296 -2.55850 前緣普通肋5-38.7760.00778 0.03890 -1.50839 前緣加強(qiáng)肋6-38.6760.00918 0.05508 -2.13027 后蒙皮1101.0931.51984 1.51984 153.64519 尾緣條1203.6080.30268 0.30268 61.62807 端肋247.8820.02842 0.05684 2.72161 后半普通肋2496.1520.01989 0.47736 45.89912 后半加強(qiáng)肋295.3030.02595 0.05190 4.94623 支承支座6-8.5610.00652 0.03912 -0.33491 搖臂支座1-2.6060.00505 0.00505 -0.01317 方向舵171.513.37249 241.16293 則方向舵質(zhì)心距轉(zhuǎn)軸距離為：X=Mx