Киль легкого самолета (стр. 1 из 2)

Курсовая работа по дисциплине:

Конструирование изделий из композиционных

материалов

Киль легкого самолета

Казань, 2008 г.

Содержание:

1. Назначение киля и требования к нему………………………………..………3

2. Техническое описание киля………………………………..………………….3

3.Конструктивно – силовая схема киля…………………………………….…..3

4.Нормирование нагрузок………………………………………….……………5

5.Проектировочные расчеты………………………………………………….....7

I. Построение эпюр……………………………………………………..…………7

II. Проектировочный расчет на прочность……………………………………10

Список используемой литературы……...……………………..……………….13

1. Назначение киля и требования к нему

К оперению самолета относятся горизонтальное и вертикальное оперение.

Горизонтальное оперение служит для обеспечения продольной, а вертикальное – путевой устойчивости и управляемости самолета.

К вертикальному оперению самолета предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение путевой устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета, в том числе и на режимах, близких к α_кр(посадка, штопор);

- наименьшее лобовое сопротивление;

- возможно меньшее затенение оперения крылом, фюзеляжем, гондолами двигателей, а также одной части оперения другой;

- исключение возможности возникновения вибраций;

- простота монтажа и демонтажа оперения на самолете.

2. Техническое описание киля

Киль летательного аппарата – часть хвостового оперения самолёта, расположенная в вертикальной (или наклонной) плоскости и предназначенная для обеспечения путевой устойчивости.

Киль представляет собой консольную балку. К задней кромке киля на шарнирах крепится руль направления полёта.

В конструкцию киля входят два лонжерона. Первый располагается позади носка киля, а второй перед передней кромкой руля направления. Первый лонжерон необходим для крепления киля к хвостовой части фюзеляжа, обычно здесь используются шарнирные узлы крепления, которые устанавливаются на поясах лонжеронов.

На заднем (втором) лонжероне расположены узлы навески руля направления.

3. Конструктивно – силовая схема киля

Конструктивно-силовая схема киля – двухлонжеронная.

Лонжероном воспринимаются изгибающий момент и перерезывающие силы. Пояса лонжерона берут осевые усилия от изгибающего момента, а стенки погонные касательные усилия от перерезывающей силы. Кроме этого в стенке лонжерона могут действовать погонные усилия от крутящего момента. Крутящий момент воспринимается только замкнутыми контурами.

Этот лонжерон целесообразно размещать в месте максимальной строительной высоты. Обычно это совпадает с местом положения оси вращения.

Лонжерон обычно представляет собой балку таврового или швеллерного типа. Стенка лонжерона изготовлена из трехслойного КМ (сотовый заполнитель). Причем несущие слои стенки выкладываются под углом ± 45˚, так как они работают на сдвиг. А пояса лонжерона выклеиваем из лент стеклоткани Т – 10, практически однонаправлены. Пояс будет работать на сжатие и не извернется, т.к. одну кромку будет держать стенка лонжерона, а другая кромка упирается в трехслойную обшивку и не выпадает оттуда. Несущие слои тоже укладываются под углом ± 45˚, это делается для того, что бы повысить жесткость агрегата (деформация в 3 раза меньше). Обшивку в носике целесообразно сделать однослойной, т.к. большая кривизна, нагрузку выдержит, а вся обшивка будет трехслойная.

Рис. 1.

4. Нормирование нагрузок

Исходные данные:

Самолет имеет двухкилевое ВО установленное симметрично относительно плоскости хорд крыла.

Рис. 2.

Общая площадь вертикального оперения:

Площадь одного вертикального оперения

Площадь крыла

Вес самолета

Максимально допустимая скорость полета

Максимально допустимый скоростной напор

f = 1,5; n^Э_max = 4.

Во всех случаях нагружения распределение нагрузок по размаху оперения принимается пропорционально хордам, а нагрузки параллельные хордам, из-за малой величины не учитываются.

Расчетный случай: маневренная нагрузка.

Нагрузка вертикального оперения, возникающая при маневре в горизонтальной плоскости, может быть определена по формуле

где S_B.0. - площадь вертикального оперения.

, Н.

В соответствии с АП23 п.23.445 «Разнесенное (двухкилевое) вертикальное оперение» 65% вычисленной нагрузки приходиться на один киль.

, Н.

Удельная нагрузка на вертикальное оперение (нагрузка на единицу площади) равна:

, Н.

В соответствии с "Нормами прочности спортивных планеров" эксплуатационная удельная нагрузка меньше 800н/м² не берется.

Расчетная удельная нагрузка прикладывается «к части ВО, находящейся выше горизонтального, а 80% этой нагрузки - к части находящейся ниже».

Расчетная удельная нагрузка прикладывается «к части ВО, находящейся ниже горизонтального, а 80% этой нагрузки - к части находящейся выше».

Нагрузка киля рассчитывается пропорционально его площади:

, Н,

где

- площадь киля.

, Н.

Нагрузка по размаху (высоте) киля распределяется пропорционально его хорде:

, Н,

где bк – хорда киля в сечении, тогда

, Н.

Распределение нагрузки по хорде вертикального оперения в случае маневренной нагрузки и остановки двигателей производится так, как показано на рисунке:

Рис. 3.

5. Проектировочные расчеты

I. Построение эпюр

Киль представляет собой консольную балку. Расчетная схема киля – защемленная балка, нагруженная распределенной нагрузкойq и реакциями от руля R_t, приложенными в узлах его навески. За ось z принимаем ось жесткости. В проектировочном расчете делаем допущение, что перерезывающая сила воспринимается стенками лонжеронов, распределяясь между ними пропорционально квадратам их высот, а крутящий момент воспринимается замкнутым контуром, образованным обшивкой и стенкой заднего лонжерона.

Для киля центр давления

Рис. 4.

Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил киля.

Рис. 5.

, Н/м

Расчет ведем с концов киля. Для левого участка (рис. 5.) имеем:

Для правого участка (рис. 5.) имеем:

z_р м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,60	0,50	0,40	0,30	0,20	0,10	0,00
z м.	0,00	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,65	0,65	0,70	0,80	0,90	1,00	1,10	1,20	1,30
Q н.	91	137	189	248	314	386	465	506	-398	-365	-302	-244	-192	-145	-103	-66
M_и н*м.	0	11	28	49	77	112	155	179	139	120	87	59	37	21	8	0

Рис. 6.

Определение крутящих моментов киля.

Расчет ведем с концов киля.

Погонный крутящий момент

Для левого участка (рис. 5.):

Для правого участка (рис. 5.):