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专业课程设计-大客飞机后缘襟翼运动机构设计.doc

专业课程设计-大客飞机后缘襟翼运动机构设计

回忆起那淡淡的忧伤
2017-11-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《专业课程设计-大客飞机后缘襟翼运动机构设计doc》,可适用于综合领域

专业课程设计大客飞机后缘襟翼运动机构设计飞机总体设计专业课程设计计算说明书设计题目大客飞机后缘襟翼运动机构设计分析航空科学与工程学院学院班设计者指导教师年月日目录第一章前言………………………………………………………………………………………第二章设计任务书及背景分析…………………………………………………………………课题题目与设计要求………………………………………………………………课题题目……………………………………………………………………设计要求……………………………………………………………………原始技术资料………………………………………………………………课题背景分析………………………………………………………………………第三章设计方案机构分析………………………………………………………………………常见后缘襟翼运动机构类型及特点分析…………………………………………常见后缘襟翼运动机构类型………………………………………………常见后缘襟翼运动机构特点分析…………………………………………设计方案机构特点及尺寸分析……………………………………………………设计方案特点分析…………………………………………………………设计方案尺寸设计及机构简图……………………………………………第四章设计方案载荷及传力分析………………………………………………………………大客飞机后缘襟翼运动机构的载荷分析…………………………………………大客飞机后缘襟翼及其运动机构基本参数设计…………………………大客飞机后缘襟翼气动载荷分析…………………………………………大客飞机后缘襟翼运动机构的传力分析…………………………………………第五章轴的设计计算…………………………………………………………………………驱动轴(O轴)设计…………………………………………………………………驱动轴的材料和热处理的选择……………………………………………驱动驱动轴的设计计算与强度校核………………………………………驱动轴的受力图及弯矩图…………………………………………………连杆传动轴(A、B、C轴)设计……………………………………………………连杆传动轴的材料和热处理的选择………………………………………连杆传动轴的设计计算与强度校核………………………………………连杆传动轴的受力图及弯矩图……………………………………………第六章螺纹连接件的设计与校核……………………………………………………………机翼后梁与O轴铰支座的连接设计及校核………………………………………O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组结构设计…………………………………O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组受力分析…………………………………O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组直径设计与校核…………………………机翼后梁与C轴铰支座的连接设计及校核………………………………………C、机翼后梁与轴铰支座螺栓组结构设计…………………………………C、机翼后梁与轴铰支座螺栓组受力分析…………………………………C、机翼后梁与轴铰支座螺栓组直径设计与校核…………………………第七章连杆的设计与校核……………………………………………………………………驱动杆的设计与校核……………………………………………………………、驱动杆的材料和热处理的选择…………………………………………、驱动杆的强度校核………………………………………………………从动杆的设计与校核……………………………………………………………、从动杆的材料和热处理的选择…………………………………………、从动杆的强度校核………………………………………………………第八章设计方案综合分析……………………………………………………………………后缘襟翼工作状态与安装角设计………………………………………………、后缘襟翼工作状态设计…………………………………………………、后缘襟翼安装角设计……………………………………………………计算机辅助运动机构仿真模拟…………………………………………………设计工作总结……………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………………………第一章前言本说明书主要内容是进行大客飞机后缘襟翼运动机构的设计计算。在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《空气动力学》、《飞行器结构学》、《飞行力学》、《材料力学》、《理论力学》、《加工工艺学》等多门课程知识因此是一个非常重要的综合实践环节也是一次全面的、规范的实践训练。通过这次训练我们在众多方面得到了锻炼和培养主要体现在如下几个方面:()培养了我们理论联系实际的设计思想训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力巩固、深化和扩展了相关飞机部件设计及机械设计方面的知识。()通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计使我们掌握了一般机械设计的程序和方法树立正确的工程设计思想培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。()另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。OfficeWord()加强了我们对软件中功能的认识和运用。第二章设计任务书课题题目与设计要求、课题题目大客飞机后缘襟翼运动机构设计与分析。、设计要求()分析大客飞机后缘襟翼运动机构在飞机设计中的地位和重要性后缘襟翼运动机构同机翼的关系后缘襟翼运动机构的功能和做用()分析后缘襟翼运动机构的载荷情况、使用情况和设计要求()分析和确定后缘襟翼运动机构的位置及功率需求()进行后缘襟翼运动机构的分析、设计和运动分析()进行结构强度、刚度分析计算()画出后缘襟翼运动机构的装配图(注意部件的装配关系)()选择三个零件画出零件图()完成课程设计报告。、原始技术资料()空客飞机后缘襟翼参考资料()波音飞机后缘襟翼参考资料()CJ飞机后缘襟翼参考资料()大客飞机后缘襟翼基本尺寸课题背景分析现代飞机设计中为了增加低速飞行时的升力改善飞机的起飞和着陆性能在飞机机翼前缘和后缘上除布置横向操纵用的副翼和扰流片外还布置了大量的增升装置。由于大型客机翼载较大起飞和降落的重量也比较大而起飞降落场地情况复杂需要具有良好的起降性能较强的场地适应性所以对增升装置的设计要求越来越高。设计的增升效率高增升效果好的襟翼成为有关设计人员追求的目标。第三章设计方案分析常见后缘襟翼运动机构类型及特点分析、常见后缘襟翼运动机构类型()简单铰链式:襟翼通过与其相连的摇臂绕转轴上的铰链点作圆弧运动。上世纪年代的MD、MD等飞机的襟翼都采用这种铰链式的运动方式。()四连杆机构式:襟翼通过与其相连的连杆实现舵面的收放运动。Boeing的襟翼采用了复合四杆机构而Boeing采用了较为简单的倒置正四杆机构Boeing采用的铰链四杆机构则更为简单。四连杆机构驱动襟翼运动的这一形式更普遍地应用在大多数通用飞机上。()连杆一滑轨式:襟翼通过滑轮架沿固定在机翼上的滑轨运动。目前大多数飞机的襟翼都采用这种形式来实现舵面的运动其中滑轨的轨迹多种多样有圆弧、曲线、直线及直线曲线等多种形式。这些都有助于襟翼实现不同的运动以满足最佳的气动性能要求。、常见后缘襟翼运动机构特点分析()简单铰链式机构特点)结构和运动简单可实现舵面的上、下运动。)富勒运动较差。襟翼绕铰链点的运动是一种单纯的圆弧运动在小角度起飞时襟翼的直线后退量有限同时还产生一定的阻力。)巡航阻力大。整流罩的高度高、迎风面积大。从整流罩与气流的迎风面积计算襟翼铰链运动形式的巡航阻力最大。)襟翼摇臂不能承受气动侧向载荷。襟翼摇臂既是薄形构件又是运动件它不能承受来自外襟翼由于向上的安装角带来的气动侧向载荷否则驱动襟翼摇臂与襟翼偏转时侧向载荷作用在铰链上会产生阻止襟翼摇臂运动的摩擦力矩引起襟翼运动阻滞或卡住。()四连杆机构特点)有好的富勒运动。四连杆机构简单连杆机构运动灵活,可以实现较好的襟翼富勒运动。)整流罩的高度和宽度尺寸都可以比较小。)连杆多机构运动复杂。受连杆长度的限制舵面运动的连杆数量较多多杆系的运动非常复杂。()连杆滑轨式机构特点)富勒运动效果好。直线滑轨或直线圆弧滑轨都有较长行距的直线段提供襟翼在起飞小角度运动时的大后退量以增加机翼面积及减小阻力从而大大提高了飞机起飞的升阻比。)整流罩高度低和宽度窄。这种形式的整流罩高度很短滑轨滑轮架式也适合于顺气流布局整流罩的宽度相对较窄。这些就使得整流罩的迎风面积大大减小从而降低了巡航飞行的阻力。)滑轨滑轮架结构和运动较复杂。滑轨滑轮架集承载与运动于一体既要承受复杂的气动载荷(法向、切向及侧向载荷)同时还需满足襟翼起飞、着陆复杂的运动要求从而使它变得结构较重、形状复杂。设计方案机构特点及尺寸分析、设计方案特点分析方案参照Boeing的铰链四杆机构本设计设计而成(如图)。这种机构的结构组成与运动过程都十分简单能够轻易控制襟翼的放下和收起。由于该机构中襟翼绕铰链点的运动是一种单纯的圆弧运动因而在小角度起飞时襟翼的直线后退量有限同时还产生一定的阻力相对直线滑轨它的富勒运动较差但是铰链四杆式襟翼的放下角度可达度为各种运动形式之图最。、设计方案尺寸设计及机构简图本设计方案为铰链四杆机构。襟翼弦长参考A、Boeing及CJ后缘襟翼尺寸设计为m。机构尺寸参考Boeing后缘襟翼运动机构设计如图。其中O、C两处与机翼后梁固接。后缘襟翼固连于刚件BCD上并使弦长点(气动力合力近似作用点)与D点重合并有一定安装角使得如图状态时(OA、AB、BD成一直线时)襟翼放下角度最大(对应于着陆状态具体的安装角及襟翼放下最大角度由飞机具体的空气动力需求决定)。图第四章方案机构零部件设计计算大客飞机后缘襟翼运动机构的载荷分析、大客飞机后缘襟翼及其运动机构基本参数设计BoeingNGm查后缘襟翼系统基本参数可知内侧主襟翼尺寸约为×mkgs重约正常操纵期间后缘襟翼完全放下或完全收回约需备用mins操纵期间后缘襟翼完全放下或收回约需。m参考以上资料拟定设计方案各基本参数如下:内侧主襟翼尺寸约为mkgs×重约正常操纵期间后缘襟翼完全放下或完全收回约需备mins用操纵期间后缘襟翼完全放下或收回约需。、大客飞机后缘襟翼气动载荷分析m=kgS=L=m假设飞机着陆重量翼面积为翼展长着陆时m升力系数下滑时升力系数C,C,C,L,HLtdL,tdWK,由飞行力学知识可知:接地速度式中为速度修tdVK,SCLtd正系数此处取取代入上式得:,,kgcmWKV,,ms,mstd,SCLtd进场速度。V,V,ms,msHtd下滑时所需升力:L,,SCV,N,NHLHHCJ将全机机翼近似为矩形机翼参考p平均气动弦长数据取平均气动弦长c=m再设气动力分布如图所示:载荷襟翼a=c=m峰值作用于翼弦处即pabc图b=c=m翼型前缘及后缘到载荷峰值间的气动载荷沿弦向线性分布。则单位展长翼型气动力满足:bbapppabcLL,xdx,x(ab)dx,p,pH,,,,baab代入数据解得:p,Pa襟翼弦长按照上述假设单位展长襟翼所受气动力为:c,m襟c襟翼pF,FL,xdx,Nm故F,Nmm,N襟,b为简便计算设襟翼展向受载均布均作用于弦长处则其受力模型如图所示。图大客飞机后缘襟翼运动机构的传力分析BD设襟翼质心位于弦长处并且近似认为后缘襟翼与图中直线安装角为。由对称性可知两边收放机构受力完全相同。设所有杆均为刚性轻杆。当襟翼完全O放出时对点取矩得:。。,(,sin,,,c,sinFOAABBD)WOAABBD()襟襟,,N,mTBCDC取作分离体对点取矩得:F,OC,sinW,OAABBD(),c,OC,cos,F,(OAABBDOC,cos)OAB襟襟OAB代入数据解得:其中为杆对的作用力。F,NFABBOABx列方向平衡方程得:FWcos,FsinFcosCOABx襟解得:(水平向右)F,NCxy列方向平衡方程得:Fsin,FcosWcosFOABCy襟解得:(竖直向下)F,NCy故:(水平向左)(竖直向上)F,NF,NBCDCyBCDCxF,N,NBCDC由于OAAB共线且均为两端受力构件所以有:F,F,F,F,NOAOOAAAB,AAB,B从而(水平向左)(竖直F,Fcos,NF,Fsin,NOAOOAOOAOyOAOx向上)第五章轴的设计计算驱动轴(O轴)设计、驱动轴的材料和热处理的选择选择钢正火硬度HB=,、驱动轴的设计计算与强度校核、按抗扭强度估算轴径《机械设计》教材(北京航空航天出版社版王之栎、马纲、陈心查颐等编著)P表得许用扭转切应力代入设计公式:,,MPad,T,,,,mmOd,mmO由于扭矩及气动载荷均按工程估算考虑到安全性取、轴的空间受力分析该轴所受的外载荷为输入转矩、连杆OA传来的径向作用力及支座的支反力空间受力图如图(a)所示。受力分析如下:输入轴转矩为:T,N,m连杆OA传来的径向力为:F,NOAO支座的支反力为:R,F,NOOAO、计算弯矩并绘出弯矩图危险截面为轴的中部弯矩为:M,Nmm,N,mmO弯矩图如图(b)所示。、计算当量弯矩,,b,,,b转矩按脉动循环考虑取由《机械设计》教材(北京航空航天出版社版王之栎、马纲、陈心颐等编著)P表查得,,MPab由P表查得,,,,MPa,,MPabb,,,则。危险截面C处当量弯矩:M,M(,T),(),N,mmeOO、按弯扭合成应力校核轴的强度MeO,,,,MPa,,,MPa安全bbW、驱动轴的受力图及弯矩图连杆传动轴(A、B、C轴)设计、连杆传动轴的材料和热处理的选择选择钢正火硬度HB=,、连杆传动轴的设计计算与强度校核、轴的空间受力分析A、B轴不受转矩作用所受的外载荷为连杆传来的径向作用力空间受力图如图(a)所示。受力分析如下:对于A(B)轴连杆OA(BCD)传来的径向力为:F(F),NOAABCDBAB杆设计为叉状两边支座对A(B)的支反力为:R(R),F(F),NABOAABCDBC轴不受转矩作用所受的外载荷为连杆传来的径向作用力和支座对其的支反力空间受力图如图(b)所示。受力分析如下:对于C轴连杆BCD传来的径向力为:F,NBCDC支座的支反力为:R,F,NCBCDC、计算弯矩并绘出弯矩图A、B轴的危险截面均为轴的中部弯矩为:M(M),Nmm,N,mmAB弯矩图如图(c)所示。C轴的危险截面为轴的中部弯矩为:M,Nmm,N,mmC弯矩图如图(d)所示。、按弯曲强度设计轴径由《机械设计》教材(北京航空航天出版社版王之栎、马纲、陈心颐等编著)由P表查得。,,MPabMMM,,,,,由得:代入弯矩数据得:d,bbWd,bMMCAd,d,,mmd,,mmACB,,bbd,d,d,mmABC考虑安全性轴径适当取大、连杆传动轴的受力图及弯矩图第六章螺纹连接件的设计与校核机翼后梁与O轴铰支座的连接设计及校核O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组结构设计本螺栓组对称布置螺栓数目z=(俯视从左上开始记为顺时针依次记为)。O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组受力分析()在工作载荷的作用下螺栓组连接承受以下各力和翻转力矩F,NOAO的作用:轴向力(压)F,F,Fsin,NQOAOOAOx横向力F,F,Fcos,NROAOOAOy翻转力矩。M,FF,N,mmRQ()在轴向力作用下各螺栓所受压力为:F,F,NQ()在翻转力矩作用下最下方螺栓(,)受拉且最大拉力为:MrF,,,Nzr,i,i故,螺栓所受的轴向工作拉力为:F,FF,N()在横向力作用下底板连接接合面可能产生滑移根据底板接合面不滑移条件并考虑轴向力对预紧力的影响则各螺栓所需要的预紧力为:FQkcF'fR对于钢或铸铁零件查得连接接合面的摩擦因数,,,F(F)sQz,ccscc查得螺栓的相对刚度则取可靠性系数则各螺k,,,fcccc'栓所需要预紧力为F,(),Nc'()螺栓所受的总拉力F,FF,NccO、机翼后梁与轴铰支座螺栓组直径设计与校核选择螺栓强度等级为级可得取螺栓连接的安全系数,,MPasS=则螺栓材料的许用应力则所需的螺栓,,,S,MPa,MPasF按GBT选用M的螺栓危险剖面的直径为d,,mm,,d=mm螺纹小径d,mm,mm机翼后梁与C轴铰支座的连接设计及校核O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组结构设计本螺栓组对称布置螺栓数目z=(俯视从左上开始记为顺时针依次记为)。O、机翼后梁与轴铰支座螺栓组受力分析()在工作载荷的作用下螺栓组连接承受以下各力和翻转力F,NBCDD矩的作用:轴向力(拉)F,F,NQBCDCy横向力F,F,NRBCDCx翻转力矩。M,F,N,mmR()在轴向力作用下各螺栓所受拉力为:F,F,NQ()在翻转力矩作用下最右方螺栓(,)受拉且最大拉力为:MrF,,,Nzr,i,i故,螺栓所受的轴向工作拉力为:F,FF,N()在横向力作用下底板连接接合面可能产生滑移根据底板接合面不滑移条件并考虑轴向力对预紧力的影响则各螺栓所需要的预紧力为:FQkcF'fR对于钢或铸铁零件查得连接接合面的摩擦因数,,,F(F)sQz,ccscc查得螺栓的相对刚度则取可靠性系数则各螺k,,,fcccc'栓所需要预紧力为F,(),Nc'()螺栓所受的总拉力F,FF,NccO、机翼后梁与轴铰支座螺栓组直径设计与校核选择螺栓强度等级为级可得取螺栓连接的安全系数,,MPasS=则螺栓材料的许用应力则所需的螺栓,,,S,MPa,MPasF危险剖面的直径为按GBT选用M的螺栓d,,mm,,d=mm螺纹小径d,mm,mm第七章连杆的设计与校核驱动杆的设计及校核、驱动杆的材料和热处理选择驱动杆为两端受力构件承受轴向外力作用。考虑到轴向外力不大故采用钢正火硬度HB=,。、驱动杆的强度校核mmmm驱动杆具体形式与尺寸见零件图。危险截面尺寸为×两端受轴向载荷作用故而危险截面正应力为:F,F,F,NNOAOOAAN,,FS,,MPaNmmmmn=查《机械设计手册》可知材料的屈服极限为取安全因数,,MPas则许用应力为。易见安全。,,MPa,,,从动杆的设计及校核、从动杆的材料和热处理选择从动杆为两端受力构件承受轴向外力作用。考虑到轴向外力不大故采用钢正火硬度HB=,。、从动杆的强度校核mmmm从动杆具体形式与尺寸见零件图。危险截面尺寸为×两端受轴向载荷作用故而危险截面正应力为:F,F,F,NNABAABBN,,FS,,MPaNmmmmn=查《机械设计手册》可知材料的屈服极限为取安全因数,,MPas则许用应力为。易见安全。,,MPa,,,第八章设计方案综合分析后缘襟翼工作状态与安装角设计、后缘襟翼工作状态设计BoeingA参考及的数据对设计方案的后缘襟翼偏转角设计如下:。起飞时襟翼放下至与机体轴线成巡航时襟翼收起襟翼轴线与机体。。轴线成着陆时襟翼完全放下与机体轴线成。、后缘襟翼安装角设计。x驱动摇臂与机体轴线成(平面机体坐标轴轴为机体轴线正方向由y机头指向机尾轴位于机体对成面内垂直于机体轴线正方向由下指向上角度逆时针旋转为正)时设计为巡航时襟翼收起的状态。据此条件将襟翼轴线。设计成与连杆BCD的BD直线成下偏。计算机辅助运动机构仿真模拟根据以上设计内容用Catia生成后缘襟翼运动机构并进行运动仿真模拟以上的三个工作位置。巡航状态起飞状态着陆状态设计工作总结本设计参考Boeing的后缘襟翼收放运动机构采用简单的铰链枢轴驱动连杆系统。该设计的襟翼导轨整流罩比传统的大客飞机的襟翼导轨整流罩要小得多。得益于这一特性本设计可以在降低油耗与成本的同时获得高效的升阻比性能。此外简单的枢轴后缘需要更少的零部件维修也随之减少结构简单能有效减轻增升装置的结构重量对全机的飞行性能有显著提高。由于在本设计中仅采用了三个连杆其运动较为简单。后缘襟翼固连于其中一个连杆其运动仅为绕铰链C的简单圆弧运动。这种设计能获得很大的襟翼偏角(设计值为度)能有效增加机翼弯度。但同时限于简单的圆弧运动襟翼的后退量较小富勒运动较差不能很有效地增加机翼面积所以仍需要高性能的飞行系统与之配合。设计中主要采用三维构型软件Catia进行计算机辅助设计。在完成构型、装配的工作后还利用其中的DMU运动机构模块进行了运动机构仿真模拟仿真效果也很好地满足了设计的工作状态。总的来说设计效果较好。,参考文献王之栎,王大康《机械设计综合课程设计》,,,北京:机械工业出版社,王之栎,马纲,陈心颐《机械设计》,,,北京,北京航空航天大学出版社,方振平,陈万春,张曙光《航空飞行器飞行动力学》M北京,北京航空航天大学出版社,郦正能《飞行器结构学》M北京,北京航空航天大学出版社,,顾诵芬《飞机总体设计》M北京,北京航空航天大学出版社,,单辉祖《材料力学,I,》M北京,高等教育出版社,,谢传峰,王琪《理论力学》M北京,高等教育出版社,,

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