Реферат
Отчет 26 с., 2 табл., 4 рис., 9 источников, 2 приложений.
БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, ФЮЗЕЛЯЖ, ОПЕРЕНИЕ, СТАБИЛИЗАТОР, ШПАНГОУТ, СТЕКЛОПЛАСТИК, ОБШИВКА
Объектом разработки является фюзеляж беспилотного летательного аппарата.
Цель исследования - изучение вопросов, связанных с разработкой конструкции фюзеляжа и оперения беспилотного летательного аппарата.
В результате патентно-информационных исследований показана патентная чистота в отношении Республики Беларусь и Российской Федерации.
В процессе работы был произведен прочностной расчет фюзеляжа и оперения, рассчитана ориентировочная стоимость фюзеляжа исходя из его разработки и стоимости материалов.
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ…………………………………………………………………………………...….2
СОДЕРЖАНИЕ……………………………………………………………………………..…3
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………....4
1 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ………………………..……5
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА…………………………………….……….6
3 ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ…………………………………...8
4 РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК……..........11
5 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ……………………………..12
6 ОЖИДАЕМЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ…………...............15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………..…………………19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………….20
ПРИЛОЖЕНИЕ А …………………………………………………………………………….21
ПРИЛОЖЕНИЕ Б …………………………………………………………………………....25
ВВЕДЕНИЕ
В ходе данного курсового проекта проводилась разработка конструкции фюзеляжа беспилотного летательного аппарата. В качестве основного материала для изготовления изделия предложен композиционный материал трёхслойной конструкции (наружные слои – стеклопластик на основе эпоксидного связующего и стеклоткани, средний слой – пенопласт). Такой материал обеспечивает достаточную прочность и жёсткость конструкции, при этом масса летательного аппарата меньше , чем у конструкций с применением других материалов. Кроме того, стеклопластик обладает радиопоглощающими свойствами, что позволяет использовать летательный аппарат в качестве самолёта-разведчика.
1 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ИЗДЕЛИЯ
Дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) применяются, прежде всего, в военных целях. В круг их задач входят разведка поля боя, контроль боевых действий, целеуказание и артиллерийская наводка, топографическая съемка. Они могут использоваться как мишени для зенитной артиллерии. Самолет предназначен также для дальней фоторазведки целей. Дальность действия для фоторазведки ограничена только продолжительностью полёта ДПЛА. ДПЛА применяется также для гражданской сфере: аэрофотосъемка и контроль земной поверхности и трубопроводов, обнаружение малоразмерных объектов, управление воздушным движением, контроль морского судоходства, контроль экологической обстановки, обеспечение сельхозработ и геологоразведки, развитие телекоммуникационных сетей и т. д.
Целью данного курсового проекта является разработка конструкции фюзеляжа ДПЛА. Требования предъявляемые предмету разработки следующие:
1. ориентировочный размах крыльев ДПЛА 3-3,5 метров и длина 3,5-4 метра;
2. ориентировочная масса аппарата 60 кг.;
3. масса полезной нагрузки 20 кг.;
4. в качестве силовой установки предусматривается поршневой двигатель мощностью около 20 л.с.;
5. материалы, используемы для производства аппарата, должен обеспечивать его незаметность для радарных систем наблюдения;
6. стоимость конструкции должна быть ниже стоимости аналогичных конструкций;
7. конструкция ДПЛА должна быть разборной, для удобства транспортировки (съёмные крылья);
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА
В авиационной технике из-за особенностей эксплуатации предъявляются высокие требования к материалам. Материалы, применяемые для конструирования летательных аппаратов, должны обеспечивать необходимую прочность и жёсткость конструкции, должны обладать атмосферостойкостью. При этом материал должен предусматривать возможность изготовления изделия сложной формы и по возможности без дополнительных крепёжных элементов, увеличивающих массу самолёта.
Композиционные материалы, благодаря своим качествам (высокая удельная прочность, возможность управления структурой и формообразования изделий практически любой геометрии, лёгкость комбинирования с разными материалами), нашли широкое применение в самолётостроении.
В качестве основного материала предлагается трехслойная конструкция: два слоя из стеклопластика, соединённые слоем пенопласта. Стеклопластик обеспечивает прочность, а промежуточный слой пенопласта предохраняет несущие слои от потери устойчивости. Внешний лицевой слой выкладывается препрег с электроизоляционной стеклотканью Эз-200, что в сочетании со слоем гелькоута обеспечивает гладкую поверхность. Это важно для уменьшения аэродинамического сопротивления фюзеляжа. Поверх выкладывается два слоя препрега на основе стеклоткани Т10-80. Это основной несущий слой, его более грубая структура скрывается тканью Эз-200. Далее укладывается листовой пенопласт и слой тканиЭз-200. Пенопласт имеет низкую плотность и высокую адгезию к эпоксидному связующему. Такая конструкция обладает высокой удельной прочностью и достаточной жёсткостью.
В качестве связующего используется композиция на основе эпоксидной смолы ЭД-6, которая обладает более высокими механическими свойствами по сравнению, например, с полиэфирной. Кроме того, эпоксидная смола хорошо противостоит атмосферным воздействиям, что позволяет использовать её в конструкциях, работающих на открытом воздухе.
Для придания конструкции фюзеляжа устойчивости, жёсткости, а также прочности в местах крепления силовых узлов, оперения и шасси вводится поперечный набор шпангоутов и рёбер из древесины ( ясень). Древесина имеет низкую плотность и хорошо склеивается со стеклопластиком при помощи клея на основе эпоксидных смол.
Допускаемые значения нормальных и касательных напряжений для некоторых материалов, часто используемых для постройки лёгких самолётов, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Характеристики материалов для изготовления обшивок, стенок лонжеронов, нервюр, шпангоутов, работающих на кручение и сдвиг
| Материалы | Касательные напряжения, Мпа | Нормальные напряжения, МПа | плотность, г/см3 | ||||
| вдоль волокон | под углом 45о | поперёк волокон | вдоль волокон | под углом 45о | поперёк волокон | ||
| Фанера авиационная берёзовая | 20 | 40 | 20 | 75 | 30 | 45 | 0,8 |
| Стеклопластик холодного отверждения(стеклоткань Т10+эпоксидное связующее) | 30 | 60 | 30 | 300 | 180 | 200 | 1,6 |
| Листы Д-16Т | 280 | - | - | 400 | - | - | 2,8 |
3 ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
В силовом отношении фюзеляж связывает между собой отдельные части летательного аппарата, являясь базой-опорой, для крыла, оперения, шасси, силовой установки и т. д. Внешняя форма фюзеляжа определяется назначением самолёта, расположением двигателей и другими факторами. Идеальной формой фюзеляжа является тело вращения, геометрические параметры которого зависят от скорости. Для малых скоростей лучшая форма – каплевидное тело.
С целью уменьшения сил лобового сопротивления фюзеляжа габариты его поперечного сечения должны быть минимальными. Круглое сечение наиболее рационально и технологически более выгодно. Применение овальных и более сложных форм продиктовано стремлением уменьшить сопротивление при хорошем использовании внутреннего пространства.
К конструкции фюзеляжа предъявляются следующие требования:
- обеспечение хорошей аэродинамики (минимальное лобовое сопротивление встречному потока воздуха, обтекаемая форма, плавные линии, минимальное число выступающих элементов, наименьшее поперечное сечение);
- хорошее использование внутреннего пространства, удобство размещения и установки оборудования, доступ к внутренним элементам;
- высокая технологичность конструкции (простота изготовления, низкая стоимость, разумная расчленённость, взаимозаменяемость и др.);
- конструктивные и весовые требования (достаточная прочность и жесткость конструкции при минимальной массе, отсутствие остаточных деформаций при нагрузках не превышающих эксплуатационные, обоснованное и удобное крепление крыльев, оперения, шасси и силовой установки).
Оперение служит для балансировки самолёта на заданных углах атаки, а также для обеспечения потребной устойчивости и управляемости относительно всех осей.
Горизонтальное оперение обеспечивает продольную балансировку , устойчивость и управляемость, и на дозвуковых самолётах состоит из неподвижного или малоподвижного стабилизатора. Вертикальное оперение обеспечивает путевую балансировку, устойчивость и управляемость и состоит, как правило, из неподвижного киля и руля направления.
С учётом этих требований была принята следующая конструкция фюзеляжа и оперения.
Фюзеляж состоит из двух симметричных относительно миделевого сечения половин, что облегчает установку внутренних усиливающих деталей. Он имеет обшивочную структуру: оболочка из стеклопластика, усиленная поперечными шпангоутами из ясеня. К носовому шпангоуту крепится капот при помощи винтов и моторама. В месте крепления стойки шасси приклеивается деревянная площадка с заформованными гайками под крепёжные болты. Для установки блока управления, топливных баков и полезной нагрузки предусмотрены полки. Крепление съёмных крыльев состоит из стелопластиковых труб, которые продеваются через фюзеляж и опираются на деревянные нервюры, выполненные заодно с фюзеляжем на выступающих частях.