飞机部件设计研究.docxVIP

一、设计要求方向舵在其活动范围内运动，在任何情形下不得与其支撑结构或邻近构件发生干扰，所以其要满足一定的协调关系。方向舵平面要满足几何尺寸及协调关系如图1。这是设计的前提条件。图1、方向舵平面尺寸及协调关系 图2、最终设计方向舵另外方向舵在XOY平面内的外形由垂尾翼型后段和方向舵前段外形决定。垂尾翼型和方向舵外形数据如表1和表2所示。表1、垂尾翼型（垂尾前缘为原点）（单位：mm）X03.48…1042.01112.01181.51320.51390Y09.97…29.5823.6617.755.920表2、方向舵前段外形（方向舵前缘为原点）（单位：mm）X020406280Y012.8017.8019.6019.40方向舵最大偏转角为。按飞机强度规范确定方向舵载荷及其分布。安全系数为。方向舵使用载荷为11000N。其载荷分布见图3和图4。为防止方向舵与垂直安定面发生耦合颤振，对与本设计的可逆操纵的方向舵，设计要求质量平衡。图3，展向载荷分布图4，弦向载荷分布二、初步方案的确定2.1、结构形式方向舵通常结构采用梁式布局。操纵面一般都靠近前缘的转轴处布置单梁（即成为单梁式结构），其典型剖面见图5。图5、方向舵典型剖面形式由方向舵几何尺寸可知（见表1、2和图6），方向舵面积较小，最大厚度在62mm处为39.2mm。载荷为11000N，相对也较小，故可采用单梁式结构。另外平尾与方向舵前缘存在干涉，需要在方向舵前缘开口，弦向长度为45mm（与前缘的距离），在最大厚度处之前，所以可以采用单梁结构而不用破坏梁。翼型厚度为C=39.2/320=0.1225，可知其为中等厚度的翼型，对于中翼型的单梁式方向舵，由梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，前缘布置翼肋，间距通常较小，以便增加蒙皮的强度和刚度，并能承受较大的扭转载荷和局部气动载荷。后段主要承受气动载荷，由于梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗弯和抗剪设计。另外后段厚度小，从工艺上考虑，不便采用机翼装配中的在蒙皮上开口来方便装配翼肋形式，所以中采用半翼肋的设计，半翼肋与其蒙皮装配形成壁板，两半壁板再与梁和尾缘条装配。图7、方向舵主要结构视图尾翼蒙皮一般较薄，长空一号为中速飞机，中速飞机尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。由于方向舵尺寸较小，为装配方便，剖面上由前缘蒙皮、上半蒙皮（上壁板）、下半蒙皮（下壁板）、尾缘条构成。2.2、梁的结构形式从几何上考虑，在最大厚度处布置单梁后，梁距前缘平尾开口为17mm，此距离不足以在梁前面布置缘条，所以采用“匚”形梁。从装配工艺考虑，若有前缘条，则前缘蒙皮装配时不便于打铆，造成装配上的困难，所以采用“匚”形梁，对前缘蒙皮铆接装配方便。2.3、悬挂点配置操纵面悬挂点的数量和位置确定主要根据以下两点:1、根据操纵面展长和所受载荷的大小确定悬挂点的数目，使操纵面梁有较好的受力特性；2、保证使用可靠，在舵面转动时不卡死；舵面受载荷时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多。为满足损伤容限设计，一般悬挂点不少于2个。由于载荷较小，所以可以采用3个接头，对称布置。在长空一号无人机方向舵为矩形，即方向舵根稍弦长相同，无后掠，所以运动协调十分容易。2.4、翼肋布置参考如下表各机型的肋间距，长空一号采用铆接壁板，则可初步选定肋间距为160mm，1250mm展长可等间距布置9个翼肋（含2 端肋）。表3、典型机型翼肋间距由于梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗弯和抗剪设计。另外后段厚度小，从工艺上考虑，不便采用机翼装配中的在蒙皮上开口来方便装配翼肋形式，所以中采用半翼肋的设计，半翼肋与其蒙皮装配形成壁板，左右两半壁板再与梁和尾缘蒙皮装配。且左右半肋应分别向上、下偏移一小段距离，以方便壁板与梁的铆接。2.5、配重方式配重方式有两种，即集中配重与分散配重。因为这架飞机速度较低，且对重量较敏感，所以采用集中配重的方式。在方向舵的上下两端前伸出配重块。2.6、操纵接头的布置为使最大扭矩尽可能小，将接头布置在中间，与中部悬挂点采用螺栓连接。中部接头支座为一件两用，既作为接头支座，又作为摇臂支座与梁缘条连接的加强支柱，所以对其进行加强设计。2.7、开口补强前缘开口处两侧采用加强肋，梁腹板开口处采用支座的三面对其加强。则可初步设计出方向舵，其CATIA初步模型如图8所示。图8、初步设计的方向舵CATIA数值模型三、载荷计算与设计计算3.1、展向载荷计算方向舵相当于矩形机翼，跟梢比为1，其弦线是各处相等的，所以根据图2可知其载荷沿展向是均布载荷。使用载荷为11000N，安全系数取1.3，则均布载荷：图9、展向载荷示意图展向载荷设计时以弯矩为主要设计载荷。3.2、接头位置确定接头布置要使受载情况最好，即使梁的内力最小。梁的设计载荷