Министерство образования и науки российской федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

«МАИ»

КАФЕДРА 101

Курсовой проект

по дисциплине «Конструирование агрегатов планера»

Выполнил: студент группы 01-403

Богачев В.С.__________

Руководитель: Акименко А.А.____________

МОСКВА 2013

Содержание

Задание……………………………………………………………………

1. Анализ конструкции разрабатываемого агрегата

   1. Общие сведения……………………………………………………

2. Силовой анализ разрабатываемого агрегата.

   1. Расчет внешних нагрузок, действующих на киль, построение эпюр qвозд,Q, М_{z…………….}……………………………………………………………..………...

Задание В-1-2-б. Разработать вертикальное оперение пассажирского самолета местных авиалиний.Выполняет: Богачев Владимир Сергеевич.

1)КСС оперения(количество и расположение стрингеров, лонжеронов , стенок, нормальных и усиленных нервюр)формировать в соответствии с геометрией оперения по предлагаемой к разработке КСС с учетом внешних нагрузок.

2)Построить в абсолютных величинах эпюры распределенной по размаху оперения погонной воздушной нагрузки , перерезывающей силыQи изгибающего момента Мизг с учетом опирания на фюзеляж.

3)На основании принятой КСС и эпюры Qпостроить эпюру крутящего момента Мкр, считая, что линия центров давления расположена на 28% текущей хорды.

4)Произвести проектировочный расчет оперения на прочность в двух сечениях,рассчитать бортовую нервюру и узлы крепления оперения к опоре.

Форма симметричного профиля несущей поверхности по таблице 1 Приложения 1. Профиль № 0009.(в % от хорды)

	0	2,5	10	15	20	30	40	50	70	100
	0	1,96	3,51	4,01	4,3	4,5	4,35	3,96	2,75	0

Анализ конструкции разрабатываемого агрегата

1. Общие сведения.

Прототипом задания является самолет Ил-114.

В соответствии с требованиями технического задания МГА Ил-114 должен перевозить не менее 60 пассажиров (коммерческая нагрузка - 5,4 т) на практическую дальность 1000 км с крейсерской скоростью 500 км/ч на высоте 6000 - 7200 м.

Надо заметить, что требования к Ил-114 имели ряд особенностей, которые отличали их от тех, что предъявлялись к его зарубежным аналогам. Прежде всего, Ил-114 должен эксплуатироваться с относительно небольших аэродромов, имеющих как бетонированные, так и грунтовые ВПП, что значительно расширяет географию его использования в различных регионах страны.

С целью создания конструкции планера Ил-114 с хорошей весовой отдачей применили новые конструкционные материалы, в том числе усовершенствованные металлические сплавы(высокопрочные алюминиевые и титановые­), композиционные материалы и неметаллы.

Рис.2 Прототип задания. Ил-114.

Рис.3 Компоновочная схема ИЛ-114.

Рис.4 Геометрия агрегата. В-1-2-б. С указанием размеров.

2. Определение нагрузок на элементы конструкции.

2.1. Расчет внешних нагрузок, действующих на киль, построение эпюр ,Q и M_изг.

В полете на киль действуют распределенные аэродинамические силы, приложенные непосредственно к обшивке в виде сил разряжения и давления, массовые силы конструкции киля, распределенные по всему объему киля, и сосредоточенные массовые силы от агрегатов(руль направления), приложенные в узлах навески.

Рис.5 Эпюры в абсолютных величинах

Располагаем передний лонжерон на расстоянии 20% от хорды b. А задний на 71,8% b.

Центр давлений располагаем на 25% b.

Мы рассматриваем 3 сечения, в которых находятся узлы навески руля направления.

Рис.6 Обозначения сечения.

ОБОЗНАЧЕНИЯ.

b- хорда, мм. Х₁ –координата оси переднего лонжерона от носка профиля, мм. Х₂ – координата центра давления ( Ц.Д. )- точки приложения равнодействующей силы ƩQ = Q₂ , от носка профиля, мм. Х₃ – координата центра жёсткости ( Ц.Ж. ) от оси переднего лонжерона , мм. Х₄ –координата оси заднего лонжерона от носка профиля, мм. Х₅ - расстояние между лонжеронами, мм. Х₆ – расстояние от оси переднего лонжерона до координаты Ц.Д.,мм. Х₇ - координата оси узла навески руля направления ( Р.Н. ), мм. Q₁ – нагрузка на киль без учёта нагрузки на узел навески Р.Н., даН. Q₂ – нагрузка на киль с учётом нагрузки на узел навески Р.Н., даН. Q₃ = Q₂ – Q₁ – нагрузка на узел навески Р.Н., даН. Н_{пер.л-на} – строительная высота переднего лонжерона, мм. Н_{задн. л-на} – строительная высота заднего лонжерона, мм. – реактивная сила ( реакция ), действующая вдоль стенки переднего лонжерона от воздействия силыQ, даН. – реактивная сила ( реакция ), действующая вдоль стенки переднего лонжерона от воздействия крутящего момента М_крут., даН. – реактивная сила ( реакция ), действующая вдоль стенки заднего лонжерона от воздействия силыQ, даН. – реактивная сила ( реакция ), действующая вдоль стенки заднего лонжерона от воздействия крутящего момента М_крут., даН. F- площадь, ограниченная теоретическим контуром и осями переднего и заднего лонжеронами, мм².

-высота середины контура.

Определение геометрических параметров и нагрузок, действующих в сечении 1-1.

Сечение 1-1 – сечение, проходящее через верхний узел навески руля направления ( Р.Н.)

b = 1192,1мм. ( определено компьютером ); Х₁ = 20% = 01192,1238,42мм.

Х₂ = 25% = 0333,788мм. ; Х₄ = 71,8% = 0855,9278мм.

Х₅ = Х₄ - Х₁ = 855,9278– 238,42= 617,5078мм. Х₆ = Х₂ - Х₁ = 333,788– 238,42= 95,368мм.

Х₇ = 77% = 0917,917мм. Q₁ = 0,01 13800 = 138 даН. Q₂ = 0,06 13800 = 828 даН. Q₃ = Q₂ – Q₁ = 828 – 138 = 690 даН. Н_{пер.л-на} = 2 4,3% мм. ( для симметричного профиля 0009 при 20%-ном расположении переднего лонжерона высота профиля в одну сторону составляет 4,3% хорды ).Н_{задн. л-на} = 62,4мм (определено компьютером );

Распределение нагрузки ƩQ = Q₂ между стенками переднего и заднего лонжеронов производится исходя из того, что данная нагрузка ( условно ) приложена в Ц.Ж. сечения, т.е. отсутствует крутящий момент. Распределение производится по формуле:

= ƩQ =828 =604,427даН.

ƩQ =828 =223,58 даН. Проверка: +=604,42+ 223,58= 828= 828 даН.

Итак : =604,42даН ; 223,58 даН.

Определение Ц.Ж. – точки, относительно которой сумма моментов от действия сил и

Х_3.= =166,73мм.

Проверка: ) = 166,73 – 166,73 ) = 100780,1= 100780,1. ВСЁ ПРАВИЛЬНО.

Расстояние от Ц.Ж. до Ц.Д. Х₈ = Х₃ – Х₆ = 166,736- 95,368= 71,368мм.

Крутящий момент М_крут.= ƩQ Х₈ = 828 59093

Площадь контура F = =50944,3935 мм².

Поток касательных напряжений ===0,579 .

= Н_{пер.л-на} = 59,505

Суммарная перерезывающая сила для переднего лонжерона Ʃ = +663,925даН.

= Н_{зад..л-на} = 36,2

Суммарная перерезывающая сила для заднего лонжерона Ʃ = -187,38даН.

В данном сечении в обшивке действует поток 0,579 .

Расчет: =3,42даН/мм.

Определение геометрических параметров и нагрузок, действующих в сечении 2-2.

Сечение 2-2 – сечение, проходящее через средний узел навески Р.Н.

b = 2459мм. ( определено компьютером ); Х₁ = 20% = 0491,9мм.

Х₂ = 25% = 0688,66мм. ; Х₄ = 71,8% = 01765,92мм.

Х₅ = Х₄ - Х₁ = 1765,92 – 491,9 = 1274,02мм. Х₆ = Х₂ - Х₁ = 688,66 – 491,9 = 196,76мм.

Х₇ = 77% = 01893,82мм. Q₁ = 0,47 13800 = 6486 даН. Q₂ = 0,62 13800 = 8556 даН. Q₃ = Q₂ – Q₁ = 8556 – 6486 = 2070 даН. Н_{пер.л-на} = 2 4,3% мм. ( для симметричного профиля 0009 при 20%-ном расположении переднего лонжерона высота профиля в одну сторону составляет 4,3% хорды ).Н_{задн. л-на} = 128,5мм (определено компьютером );

Распределение нагрузки ƩQ = Q₂ между стенками переднего и заднего лонжеронов производится исходя из того, что данная нагрузка ( условно ) приложена в Ц.Ж. сечения, т.е. отсутствует крутящий момент. Распределение производится по формуле:

= ƩQ =8556 =6249,2даН.

ƩQ =8556 =2306,8 даН. Проверка: +=6249,2 + 2306,8= 8556= 8556 даН.

Итак : =6249,2даН ; 2306,8даН.

Определение Ц.Ж. – точки, относительно которой сумма моментов от действия сил и

Х_3.= =343,491мм.

Проверка: ) = – 343,5 ) = 2146545,9= 2146545,9. ВСЁ ПРАВИЛЬНО.

Расстояние от Ц.Ж. до Ц.Д. Х₈ = Х₃ – Х₆ = 343,491-196,76 = 146,73 мм.

Крутящий момент М_крут.= ƩQ Х₈ = 8556

Площадь контура F = =216583,57мм².

Поток касательных напряжений === 2,8982.

= Н_{пер.л-на} = 612,983

Суммарная перерезывающая сила для переднего лонжерона Ʃ = +6862,183 даН.

= Н_{зад..л-на} = 372,427

Суммарная перерезывающая сила для заднего лонжерона Ʃ = -1934,373 даН

.

В данном сечении в обшивке действует поток 2,8982 .

Расчет =28,14 даН/мм.

Определение нагрузок ,действующих в сечении 2’-2’(сечение максимального общего действия .

b = 2573,3 мм. ( определено компьютером ); Х₁ = 20% = 0514,66мм.

Х₂ = 25% = 0720,52мм. ; Х₄ = 71,8% = 01847,63мм.

Х₅ = Х₄ - Х₁ = 1847,63– 514,66 = 1332,64мм. Х₆ = Х₂ - Х₁ = 720,52– 514,66= 205,86мм.

Х₇ = 77% = 01981,44 мм. Q₁ = 9182 даН. (снято с эпюры Q рис.5). Н_{пер.л-на} = 2 4,3% мм. ( для симметричного профиля 0009 при 20%-ном расположении переднего лонжерона высота профиля в одну сторону составляет 4,3% хорды ).Н_{задн. л-на} = 134,6 мм (определено компьютером );

Распределение нагрузки Q₁ между стенками переднего и заднего лонжеронов производится исходя из того, что данная нагрузка ( условно ) приложена в Ц.Ж. сечения, т.е. отсутствует крутящий момент. Распределение производится по формуле:

= Q₁ =9182 =6702,5 даН.

Q₁ =9182 =2479,5 даН. Проверка: +=6702,5 + 2479,5 = 9182= 9182 даН.

Итак : =6702,5 даН ; 2479,5 даН.

Определение Ц.Ж. – точки, относительно которой сумма моментов от действия сил и

Х_3.= =359,86 мм.

Проверка: ) =– 359,86 ) =2411961,65 = 2412008,01 . ВСЁ ПРАВИЛЬНО.

Расстояние от Ц.Ж. до Ц.Д. Х₈ = Х₃ – Х₆ = 359,86 -205,86= 154 мм.

Крутящий момент М_крут.= Q₁ Х₈ = 9182

Площадь контура F = =237143,28 мм².

Поток касательных напряжений === 2,98.

= Н_{пер.л-на} = 659,78

Суммарная перерезывающая сила для переднего лонжерона Ʃ = +7362,28 даН.

= Н_{зад..л-на} = 401,11

Суммарная перерезывающая сила для заднего лонжерона Ʃ = -2078,39даН.

В данном сечении в обшивке действует поток 2,98.

Расчет : =32,41 даН/мм.

Определение геометрических параметров и нагрузок, действующих в сечении 3-3.

Сечение 3-3 – сечение, проходящее через нижний узел навески Р.Н.

b = 3161мм. ( определено компьютером ); Х₁ = 20% = 0632,2мм.

Х₂ = 25% = 0885,08мм. ; Х₄ = 71,8% = 02269,59мм.

Х₅ = Х₄ - Х₁ = 2269,59– 632,2= 1637,39мм. Х₆ = Х₂ - Х₁ = 885,08– 632,2= 252,88мм.

Х₇ = 77% = 02433,97мм. Q₁ = 0,94 13800 = 12972 даН. Q₂ = 0,99 13800 = 13662 даН. Q₃ = Q₂ – Q₁ = 13662

– 12972 = 690 даН. Н_{пер.л-на} = 2 4,3% мм. ( для симметричного профиля 0009 при 20%-ном расположении переднего лонжерона высота профиля в одну сторону составляет 4,3% хорды ).Н_{задн. л-на} = 165,2мм (определено компьютером );

Распределение нагрузки ƩQ = Q₂ между стенками переднего и заднего лонжеронов производится исходя из того, что данная нагрузка ( условно ) приложена в Ц.Ж. сечения, т.е. отсутствует крутящий момент. Распределение производится по формуле:

= ƩQ =13662 =9976,482даН.

ƩQ =13662 =3685,518даН. Проверка: +=9976,482+ 3685,518= 13662= 13662 даН.

Итак : =9976,482 даН ; 3685,518 даН.

Определение Ц.Ж. – точки, относительно которой сумма моментов от действия сил и

Х_3.= =441,71 мм.

Проверка: ) = 1637,398– 441,71 ) = 4406725,17= 4406725,17.

ВСЁ ПРАВИЛЬНО.

Расстояние от Ц.Ж. до Ц.Д. Х₈ = Х₃ – Х₆ = 441,71 - 252,88= 188,831мм.

Крутящий момент М_крут.= ƩQ Х₈ = 13662 2579814

Площадь контура F = =357771,46мм².

Поток касательных напряжений ===3,6054 ;

.

= Н_{пер.л-на} = 979,946

Суммарная перерезывающая сила для переднего лонжерона Ʃ = +10956,428даН.

= Н_{зад..л-на} = 595,611

Суммарная перерезывающая сила для заднего лонжерона Ʃ = -3089,907даН.

В данном сечении в обшивке действует поток 3,6054 .

Результаты расчётов ( расчётные нагрузки ) приведены в таблице 2.

Таблица2.

Номера сечений	Потоки в плоскости панелей даН/мм		Перерезывающие силы по стенкам лонжеронов даН
	qσ	qτ	Передний лонжерон Ʃ	Задний лонжерон Ʃ
1-1	3,42	0,579	663,925	187,38
2-2	28,14	2,8982	6862,983	1934,373
2’-2’	32,41	2,98	7362,28	2078,39
3-3	0	3,6054	10956,428	3089,907

Рис.7. Сечения. Распределение перерезывающей силы Q[даН] по стенкам л-нов.

Рис.8 Положение центров жесткости, Мкрут [даН*мм] и [даН/мм].