无人机方向舵设计

1飞机部件课程设计长空一号无人机方向舵设计目录一、初步方案........................................................41.1、结构形式....................................................41.2、翼肋布置.....................................................41.3、悬挂点配置...................................................41.4、操纵接头的布置...............................错误!未定义书签。1.5、配重方式....................................错误!未定义书签。1.6、开口补强方案.................................错误!未定义书签。1.7、方向舵理论图.................................错误!未定义书签。二、载荷分布及内力图................................错误!未定义书签。2.1、载荷分布.....................................错误!未定义书签。2.2、悬挂点位置的确定.............................................52.3、内力图.......................................................7三、设计计算3.1、梁23.1.1、尺寸的确定..............................................73.1.2、材料的选择..............................................83.1.3、扭矩及扭矩图............................................83.1.4、梁腹板校核.............................................103.1.5、梁缘条的校核............................错误!未定义书签。3.2、蒙皮的设计计算..............................................123.2.1、前缘蒙皮校核...........................................123.2.2、后段蒙皮校核............................错误!未定义书签。3.3、肋的设计计算................................................143.3.1、后段普通肋的计算........................错误!未定义书签。3.3.2、后段中间加强肋设计......................错误!未定义书签。3.3.3、端肋肋的设计............................错误!未定义书签。3.3.4、前缘加强肋的设计........................错误!未定义书签。3.4、接头和转轴设计..............................................173.4.1、接头与梁的位置关系.....................................173.4.2、轴承的选择.............................................183.4.3、螺栓组合件的选择.......................................183.5、支座的设计..................................................183.5.1、支承接头支座设计.......................................183.5.2、摇臂支座设计...........................................193.6、铆钉设计....................................................203.6.1、铆钉直径的确定.........................................203.6.2、铆钉长度的确定.........................................203.6.3、铆钉间距及边距的确定....................错误!未定义书签。3.9、尾刃的设计................................错误!未定义书签。四、重心计算及配重设计.............................................214.1、重心计算....................................................214.1.1、前缘蒙皮重量重心计算...................................214.1.2、梁的重量重心计算.......................................214.1.3、前缘肋重量重心计算.....................................2134.1.4、后缘肋重量重心计算......................错误!未定义书签。4.1.5、后段蒙皮重量重心计算....................错误!未定义书签。4.1.6、尾刃重量重心计算........................错误!未定义书签。4.1.7、支承支座重量重心计算....................错误!未定义书签。4.1.8、摇臂支座重量重心计算....................错误!未定义书签。4.1.9、质量和质心计算..........................错误!未定义书签。4.2、配重设计....................................................26五、总结...........................................................27六、装配工艺流程..................................错误!未定义书签。28七、参考资料.......................................................294第一部分初步方案1.1方向舵的受力型式方向舵使用载荷为12000N，载荷相对较小，选择单梁式，转轴后为无墙三角单闭室结构。长空无人机方向舵在XOY平面内的外形由垂直尾翼的后段和方向舵前段外形决定。综合考虑可得外形。其中，垂尾的翼型为NACA0008。方向舵前段外形参数（单位：mm）X020406280100270310Y012.817.819.619.418.54.70方向舵外形翼型最大厚度在62mm处，最大厚度为39.2mm。因此将梁布置在离前缘62mm处，为了方便与前缘蒙皮的连接和安装，采用的“U”形梁。同时,平尾需要与方向舵连接，则在方向舵上要开口，深度为45mm，不会影响到梁。1.2翼肋的布置共布置九个翼肋（含两个端肋），间距157.5mm。由于方向舵结构高度较低，为了装配方便，后部翼肋分为2个翼肋，分别与蒙皮铆接组成壁板后与梁铆接，且左右两个半肋分开布置，以便壁板与梁的铆接。1.3悬挂点的布置《飞机结构设计》中悬挂点的数目的选择和位置的布置原则是保证使用可靠，转动灵活，操纵面积悬挂点接头的质量轻。悬挂点接头的数目增加使操作面受到的弯矩减小，降低操作面的质量，与此同时，悬挂接头质量增加，运动协调难度增大；反之，减少悬挂点的数目，运动协调容易，但操纵面上弯矩大，且不符合损伤容限设计思想。综合考虑，确定悬挂点的数目为3个1.4操纵接头的布置为使最大扭矩尽量小，将接头布置在中间。1.5配重方式配重方式分集中和分散配重。考虑到长空无人机速度低，对质量敏感，采用集中配重的方式，即在方向舵的上下两端前伸出配单梁式梁腹板距前缘62mm梁截面为“U”形9个翼肋3个悬挂点两个集中配重5重块。1.6开口补强方案○1前缘闭室开口处两侧采用加强肋○2梁腹板开口处采用支座的三面对其加强。1.7方向舵理论图第二部分载荷分布及内力图2.1载荷分布载荷沿展向的分布与弦长成正比，由于b根/b尖=1，故载荷沿展向是均匀分布的，如图：已知方向舵的使用载荷为NPe4102.1，安全系数为f=1.3，故设计载荷为NPefPd41056.1展向载荷分布为mNlPdq/1024.126.11056.1442.2悬挂点的位置确定布置三个悬挂点，其中悬挂点A、C对称布置，结构为一度静不定。由B点挠度为零可求解支点约束。2PqBBB其中，EIqaEIaqbaaaaEIqaaaaEIaqbqB245422224226212422323222EIaPaaEIaPPB642348322222mNq/1024.146由0B解得：PbaqPbaqPbaaqP221222212221)65(4由于载荷及约束均对称，所以只分析结构约束一半，如图：1）A：bqMA2212）B：baqaPbaqMB282122123)A、B之间：以A为原点，向右为正建立坐标系OX，则)2343(2)(2122212xabaxxbqxPxbqMx当0xMx时，得abax438320所以，)2()()0()(000maxaxlaMaxxMMxx即)3.329()2(8)6303.329()649649167(2122242maxabaqaabbqM（)649649167(21242abbq=)2(822baq时，mma3.329）寻找结构最优解，此时A、B、C中两点或三点的弯矩相近。①当a≤0x≤2l时，若有最优解，则BAMM或MAXAMM，此时有ba6所以mma447，这与3.329a矛盾，故此情况不存在最优解。②当ax0时，7可以验证，MAXAMM且MAXBMM，若要有最优则BAMM，由此可得，mma447,mmb183满足mmamm6303.329，这种情况有最优解最终NP50451NP553522.3内力图悬挂点最终位置如图内力图如下：第三部分设计计算3.1梁3.1.1尺寸的确定考虑到方向舵上载荷较小，梁采用加工方便的板弯件，梁缘条的宽度定为26mm，因为缘条太宽则梁弯心太靠外，最大扭矩就mma447mmb183NQMAX8.2775NMMAX6.2078mma26mmh2.37会太大；太窄，铆钉的边距可能不够。梁的宽度取mm11，蒙皮的厚度取mm12，梁的尺寸如图：3.1.2材料的选择根据同类设计，梁采用LY-12，特性如下：抗拉强度MPab420抗剪强度MPab265材料密度33/108.2mkg3.1.3扭矩及扭矩图如图所示，前缘蒙皮与梁构成一个单闭室。闭室的弯心M距梁腹板xmm；转轴位置Z点距梁腹板18mm；方向舵气动中心Y距闭室前缘0.293b=90.8mm。根据给定翼型数据拟合前缘蒙皮形状，以上翼面为例：)(90913.001531.010267.9235mmxxxy上由此可得前缘蒙皮长度921750mm136mmSl