北航5系课程设计报告

.课程设计(论文)院（系）名称航空科学与工程学院专业名称飞行器设计与工程题目名称梦想系列飞机初步设计学生姓名班级/学号120516/12051218指导教师成绩2015年10月北京航空航天大学本科生课程设计（论文）任务书Ⅰ、课程设计（论文）题目：梦想系列飞机初步工程设计Ⅱ、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：数据来源：《飞机设计手册》技术要求：CCAR-23-R3《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》Ⅲ、课程设计（论文）工作内容：根据梦想号公务机的总体设计组提出的飞机总体飞行速度、高度、以及飞行状态，飞机总体重量要求，我小组细化飞机的襟翼设计以满足足够的强度刚度设计要求，并且对方案技术的可行性进行了细致的分析，最终完成了襟翼的详细设计。注：任务书应该附在已完成的课程设计（论文）的首页。北京航空航天大学课程设计(论文)第1页目录小组总体分工情况.........................................................1个人任务总结.............................................................21.校核基本思路..........................................................22.襟翼强度基本要求......................................................23.传统的估算校核方法....................................................33.1襟翼的展向方向...................................................33.1.1襟翼的展向剪力和弯矩的计算...................................33.1.2襟翼的剪力图和弯矩图.........................................43.2襟翼的弦向方向...................................................63.2.1襟翼的弦向受力分析...........................................63.2.2襟翼的弦向校核...............................................84.ANSYS的直观力学分析云图.............................................134.1.加强肋应力云图分析..............................................134.2.加强肋应变云图分析..............................................15致谢....................................................................17参考文献：..............................................................18附录A：机械制图部分.....................................................19附录B零件图.............................................错误!未定义书签。北京航空航天大学课程设计(论文)第1页小组总体分工情况小组设计基本思路：1.小组讨论，确定襟翼的基本情况。经过讨论，我们把结构的基本形式确定为单梁形式，由襟翼翼肋和翼梁构成基本骨架，外部用蒙皮提供较好气动外形。2.任务分工。根据每个人的擅长方面不同，充分发挥每个人的能力，我们大体上将工作分为初步设计制图、ＦＬＵＥＮＴ拟合气动状态、ＡＮＳＹＳ强度校核和剪流校核四部分工作。首先有组长绘制了初步的ＣＡＴＩＡ文件图，确定了基本的尺寸。由气动分析出了总体受力，最后有我进行了强度校核，对模型设计进行了合理的优化建议，形成了迭代分析，不断完善的过程。3.阶段审查，每个成员定期向小组长汇报情况，同时小组例会我们共同讨论每个人遇到的问题提出可行的办法。这让我们的整个工作都充满的集体的智慧，因而是合理的。4.最终汇总。在课程的收尾阶段，我们将每个人的工作汇总到了一起，形成了课程设计说明书。每个人的单独工作形成了课程设计个人任务汇报。小组基本人员分工：姓名职务主要任务王雷组长结构的初步设计，结构的尺寸确定，结构的三维模型建立靳世成组员ＦＬＵＥＮＴ气动分析任浩源组员结构强度校核，弯矩、剪力分析王亚茹组员结构强度校核，扭矩，剪流分析，重量估算。北京航空航天大学课程设计(论文)第2页个人任务总结1.校核基本思路我在组内的工作为结构强度的校核，通过查阅相关的机械设计文献资料，我采用两种校核方法。第一种是材料力学和结构力学的工程梁理论，这部分假设较为粗略，但是对于结构初步设计具有简单的截面形状时，这种校核方式方便快捷，能够对设计初期有很好的指导作用，因此我用传统的校核方法来校核初步设计。第二种是运用有限元分析方法，借助计算机ＡＮＳＹＳ软件，把设计组的复杂结构进行了仿真模拟，加上了适当的载荷和边界约束，能够精准的求解有限元晶格内部的受力状态，对结构的进一步优化提出了指导性意见。在机构静强度计算阶段，我采用了如下步骤：图1.1校核基本思路图2.襟翼强度基本要求1.载荷分析襟翼整体上作用有分布的气动载荷，元件的重量载荷，襟翼与机翼连接的挂载集中载荷，摇臂对襟翼的驱动集中力。这里忽略气动弹性的耦合作用和空气摩擦产生的热载荷。在这些载荷的约束下要求襟翼能够在飞机飞行的任意状态能够保持当前的位置，并且变形量满足气动特性的要求，即气动效果良好，在飞行员给摇臂施加控制时摇臂能够北京航空航天大学课程设计(论文)第3页操纵襟翼，不会出现卡死的情况。2.强度要求要求结构满足动强度、静强度、疲劳及损伤容限强度要求，结构设计合理，选材合适，力求襟翼的结构重量最轻。3.刚度要求总体的刚度要求是防止襟翼的刚度不够导致襟翼气动失效或者发生弯扭振颤；局部的刚度保证襟翼的表面光滑，减小凹凸不平，避免破坏气动布局。由于襟翼的结构是薄壁结构，受压的稳定性承载能力远远低于材料强度，所以应该进行合理的刚度校核，保证高的结构稳定承载能力。3.传统的估算校核方法3.1襟翼的展向方向3.1.1襟翼的展向剪力和弯矩的计算根据《空气动力学》的基本原理，飞机机翼由于存在翼尖气流上反，机翼根部存在翼身相互作用，根部机翼升力系数比较大，因此飞机的升力分布成椭圆状，如图２所示。我们要计算的是襟翼的受力状态，只要找到襟翼参与的机翼展向范围，通过特殊剖面的升力差值出展向的升力分布图，进而可以求出襟翼展向的弯矩和剪力图，便于为强度校核做准备。图3.1.1机翼的载荷分布理论图气动升力重力载荷襟翼参与区域北京航空航天大学课程设计(论文)第4页表3.1.1符号约定表符号含义q襟翼的分布剪力bq气动力引起的分布剪力wq重力引起的分布剪力Q襟翼的集中剪力M襟翼的集中弯矩Z襟翼展向的位置坐标（翼根为０）运用积分的方式求解：bwqqq,/2ZdilQqdzP/2ZlMQdz然而由于fluent的数据具有离散性，因此采用如下的等距剖面来求解剪力增量：112;2;iiiiqqQZQQQQMZMM注：总加的Q以及M由机翼自由端向机身方向计算。3.1.2襟翼的剪力图和弯矩图表3.1.2襟翼展向方向数据表翼剖面襟翼偏转前（N/单位米展长）襟翼偏转后（N/单位米展长）1剖面襟翼部分受力6123122962剖面襟翼部分受力7000102423剖面襟翼部分受力558489454剖面襟翼部分受力33536476北京航空航天大学课程设计(论文)第5页图3.1.2襟翼展向受力分布拟合图图3.1.3襟翼展向方向剪力图：北京航空航天大学课程设计(论文)第6页图3.1.4襟翼展向方向弯矩图分析图表可知，剪力和弯矩在接头处会出现突变，因此接头处的翼肋应该选用加强肋，需要详细的设计，并且在校核的时候，一定要着重校核加强肋的强度。3.2襟翼的弦向方向3.2.1襟翼的弦向受力分析图3.2.1理论上的的机翼气动状态图气动载荷结构重量翼梁的集中力襟翼参与区域北京航空航天大学课程设计(论文)第7页图3.2.2理论上的襟翼气动状态图图3.2.3机翼整体的气动压强分布图根据图８，襟翼偏转前，机翼剖面中部的压强差较大，提供的升力较大，而后缘也就是襟翼部分的压强差较小，提供的升力小；襟翼偏转后，机翼剖面后部的升力较大，因而襟翼偏转后襟翼的受力情况急剧恶化，在校核襟翼强度的时候更应该集中注意力在偏转后的襟翼强度校核。北京航空航天大学课程设计(论文)第8页图3.2.4襟翼的弦向气动压强分布图3.2.2襟翼的弦向校核由图可知：襟翼在向下偏转后，受力急剧增大，元件的受力状态恶劣，因此我选用襟翼下偏时刻的受力数据作为翼肋强度校核的依据。翼肋的结构的简化：由于在进行传统的强度校核的时候，需要将平面形状进行简化，以达到方便分析的效果。而这与真实情况的差距并不大。图3.2.5翼肋的初步设计图北京航空航天大学课程设计(论文)第9页图3.2.6加强肋简化分析图受力的状态函数为：气动力函数：432260.0000020.00060.085218.98242405/538/10bqxxxxNmmmm注：取0x为翼肋的根部；重力函数363654.2752.75/9.8/731310/(0.20962.7)52.75/9.8/(28.168449)10/wwqmmmmgcmNkgNmmqxmmmmgcmNkgxNmm注：由于襟翼的翼梁安装在40xmm的位置，因此我们在校核剪力弯矩的时候要进行分段考虑。集中力：由matlab给出的数据，翼肋在40xmm的位置翼梁提供集中的固支力。计算剪力分量：在40xmm时：432(0.000380.11416.23634.748048501)cbwqqqxxxx北京航空航天大学课程设计(论文)第10页30043254326(0.000380.11416.23634.748048501)2016786300(0.0000760.02855.41817.48048501)/10xQxxxxdxxxxxx图3.2.7襟翼剖面剪力和位置函数曲线剪力校核：考虑剪切破坏形式：Qbh带入函数：54326622016786300(0.0000760.02855.41817.48048501)/10(0.20967.2)5/10xxxxxNQbhxm绘制的图像：北京航空航天大学课程设计(论文)第11页图3.2.8襟翼剖面剪切应力和位置函数曲线说明在没有打孔的时候，剪应力处于比较均匀分布的状态，4.9Mpa。662bbMpaff，虽然满足强度要求，但是余量过大，会导致结构的重量大大增加，不符合航空产业的减重设计要求，因此需要在应力小的位置打减重孔，合理设计襟翼翼肋的结构。弯矩校核计算弯矩分量:300300543211695644322016786300(0.0000760.02855.41817.48048501)/10000001.267105.7101.35106.06104.022016.8260900/1000xxMQdxxxxxxdxxxxxxx北京航空航天大学课程设计(论文)第12页图3.2.9襟翼剖面弯矩和位置函数曲线26bbzMMWbh带入数据2116956443226661.