Название самолета

С-80

Як-58

М-101Т

Тип двигателя.

ТВД

-----

----

Мощность двигателя, л.с.

1500

-----

750

Максимальная взлетная масса, кг.

10000

2100

2900

Максимальный запас топлива, кг.

4500

------

600

Коммерческая нагрузка, кг.

------

450

630

Экипаж, чел

1-2

1-2

1-2

Скорость полета, максимальная, км/ч.

450

300

500

крейсерская, км/ч.

350

-----

----

Крейсерская высота полета, м.

3000

4000

7600

Дальность полета, м.

------

----

- с дополнительным запасом топлива

2200

------

----

Длина разбега, м.

350

------

290

Длина пробега, м.

180

------

280

Взлетная дистанция, (до Н=15 м.)

620

610

---

Посадочная дистанция (до Н=15 м.)

614

600

---

Сx

0,688

0,827

0,96

1,08

1,195

1,25

1,31

1,35

1,22

Cy

0,043

0,058

0,0746

0,094

0,1146

0,13

163

0,207

0,278

X

0

2,5

10

15

20

30

40

50

0

2,01

2,92

4,02

4,83

5,51

6,4

5,82

0

-1,03

-1,52

-1,96

-2,17

-2,47

-2,6

-2,78

Yв

0

0,06

0,087

0,12

0,14

0,16

0,19

0,20

0,20

0,208

Yн

0

-0,03

-0,04

-0,05

-0,06

-0,07

-0,07

-0,08

-0,08

-0,09

№

1

0

0

3,2

3600

1440

3600

3600

360

-

0

1800

2

0,4

0,1

3,06

3442,5

1377

3240

3442,5

344,25

-

0

1721,25

3

0,8

0,2

2,92

3285

1314

2880

3285

328,5

-

0

2956,5

4

1,2

0,3

2,78

3127,5

-

2520

3127,5

№

1

0

1800

1760,6

0,4

1760,6

1760,6

125

579,25

694,9

231,7

2749,44

2

0,1

1721,3

2338,9

0,4

2338,9

16986

125

810,55

919,9

324,22

2517,74

3

0,2

2956,5

2885,6

0,4

2885,6

14647

125

1029,3

843,5907

411,7

2193,52

4

0,3

2814,8

1957,3

0,4

1957,3

11761

125

657,93

480,6142

263,17

1781,82

5

0,4

1099,9

1070,7

0,4

1070,7

9804

125

303,3

354,1314

121,32

1518,65

6

0,5

1041,6

1012,4

0,4

1012,4

8733,3

404,97

525,5828

161,99

1397,33

7

0,6

983,25

1615,5

0,4

1615,5

7720,9

646,2

758,475

258,48

1235,34

8

0,7

2247,8

2176,9

0,4

2176,9

6105,4

870,75

842,4

348,3

976,86

9

0,8

2106

2035,1

0,4

2035,1

3928,5

814,05

785,7

325,62

628,56

10

0,9

1964,3

1893,4

0,4

1893,4

1893,4

757,35

378,675

302,94

302,94

11

1

1822,5

0

0

0

№

1

0

3,2

756

739,46

295,79

2728,2

2

0,1

3,06

722,93

706,39

282,56

2320

3

0,2

2,92

689,85

673,31

269,33

1938,2

4

0,3

2,78

656,78

679,56

271,83

1567,1

5

0,4

2,64

702,35

683,73

273,49

1412,2

6

0,5

2,5

665,11

646,49

258,59

1071,6

7

0,6

2,36

627,86

609,24

243,7

760,88

8

0,7

2,22

590,62

571,99

228,8

479,94

9

0,8

2,08

553,37

505,85

202,34

240,36

10

0,9

1,94

458,33

441,79

176,72

6,615

11

1

1,8

425,25

0

№

1

0

3,2

0,4

0,2

0,5

0,45

0,2

0,1

0,05

3600

360

0

720

36

0

756

2

0,1

3,06

0,4

0,2

0,5

0,45

0,2

0,1

0,05

3442,5

344,25

0

688,5

34,425

0

722,92

3

0,2

2,92

0,4

3. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ КРЫЛИ

Существуют три основные силовые схемы крыла: лонжеронные, моноблочные и кессонные. Определяющим фактором силовой схемы крыла является степень восприятия нагрузок такими силовыми элементами как лонжероны, стрингеры и обшивка. Силовая схема лонжеронных крыльев отличается от силовых схем моноблочного и кессонного крыльев. В лонжеронных крыльях связь между лонжеронами велика, но тем не менее каждый лонжерон работает в этой схеме, сохраняя свою самостоятельность.

В моноблочных же крыльях лонжероны полностью теряют свою самостоятельность и деформируются в общей системе крыла как единое целое. В поперечном сечении крыла появляется единая нейтральная ось, которая является вынужденной для всех элементов продольного набора.

Лонжероны в лонжеронных крыльях воспринимают до 60-70% изгибающего момента, действующего в поперечном сечении крыла. Поэтому они имеют массивные полки, которые поддерживаются в одном направлении стенкой и обшивкой в другом направлении. Такие полки лонжеронов допускают значительные сжимающие нагрузки, близкие к пределу прочности материала.

Лонжероны в моноблочных и кессонных крыльях воспринимают порядка 10-20% изгибающего момента. Остальную нагрузку воспринимают на себя стрингеры и обшивка. Если лонжероны не подвержены к общей потери устойчивости, так как лонжероны подкреплены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а возможна лишь местная потеря устойчи­вости, значение которой может быть значительно ниже, чем в лонжеронных крыльях, то стрингеры, закрепленные только по нервюрам, способны терять устойчивость при напряжениях значительно меньших, чем разрушающие.

Следовательно, моноблочные крылья позволяют в большей степени использовать работоспособность материала. Но, с другой стороны дробление материала ведёт к уменьшению критических напряжений при сжатии и тем самым не позволяет получить высокие напряжения в продольных элементах конструкции крыла.

При небольших удельных давлениях на крыло, лонжеронное крыло будет легче по массе, чем моноблочное. По при росте удельного давления, более выгодным оказывается моноблочное крыло, а при повышенных требованиях к жесткости крыла и при больших взлетных массах и скоростях, единственно возможным.

Моноблочное и кессонное крыло принципиально друг от друга ни чем не отличаются. Разница состоит лишь в том, что в моноблочном крыле нормальные усилия при изгибе воспринимаются обшивкой и подкрепляющими её стрингерами по всему контуру поперечного сечения крыла, а в кессонном крыле обшивкой и стрингерами лишь в межлонжеронной зоне контура, а остальная часть контура с более тонкой обшивкой слабее подкреплена и в работе на изгиб практически не участвует.

Исходя из опыта проектирования крыльев, можно дать следующие рекомендации по расположению продольного набора в сечении крыла:

в двухлонжеронном крыле передний лонжерон располагается на ; задний лонжерон – на ; в трехлонжеронном крыле передний на ; средний - на ; а послед­ний на .

Расстояние между стрингерами в лонжеронных крыльях составляет при расстоянии между нервюрами , а в моно­блочных крыльях при .

3.1 Подбор сечении элементов силовой схемы крыла

3.1.1 Определение толщины обшивки лонжеронного крыла

Толщину обшивки определяют по формуле Бредта, по величине крутящего момента в расчётном сечении крыла: [5]

(24)

Принимаем 0.5 (мм)

где - удвоенная площадь, ограниченная частью контура сечения, расположенного между началом носка и задним лонжероном или между лонжеронами, в зависимости от конструкции крыла (в первом случае носок жёстко завязан с лонжероном, во втором случае носок не включается в общую работу крыла, а является как бы аэродинамическим обтекателем).

Разрушающие касательные напряжения можно принять: [5]

(25)

- предел прочности материала. Нижний предел относится к тонкой обшивке (), а верхний - к более толстой ().

Рис.4

3.2 Подбор элементов продольного набора

3.2.1 Подбор поясов лонжеронов и стрингеров в растянутой зоне

Необходимая площадь сечения первого лонжерона в растянутой зоне определяется по формуле: [5]

(26)

Принимаем профиль

Таблица 9

где коэффициент, определяющий долю нормальной силы, приходя­щейся на пояса лонжеронов .Обычно принимают ;

большая из высот лонжеронов.

Нормальная сила N в расчётном сечении определяем исходя из вели­чины изгибающего момента действующего в сечении для расчётного случая А. [5]

(27)

здесь средняя высота лонжеронов.

где габаритные размеры лонжерона;

количество лонжеронов;

коэффициент, учитывающий уменьшение высоты лонжерона, за счёт несовпадения центра тяжести пояса лонжерона с габаритными разме­рами.

Можно принять . Потребная площадь сечения растянутого поя­са любого пояса 1-го лонжерона находящегося из равенства: [5]

(28)

По значениям найденных площадей выбирают так и размеры прессованных профилей .

Необходимая площадь сечения стрингеров определяется по формуле: [5]

(29)

де число стрингеров в растянутой зоне крыла;

разрушающее напряжение материала стрингера. При определении нормальных сил , воспринимаемых поясами лонжеронов можно воспользоваться формулой: [5]

(30)

Усилие, приходящееся на обшивку определяется по формуле: [5]

(31)

где расстояние между передним и задним лонжероном;

редукционный коэффициент, значение которого можно взять из таблиц.

Значения в растянутой зоне

Таблица10

По найденной площади стрингера подбираются тип и размеры профиля по каталогу стандартных профилей.

Выбираем профиль ПК2-220

Таблица 11

Рис.6

3.2.2 Подбор поясов лонжеронов и стрингеров в сжатой зоне. Принимаем, что в сжатой зоне площади сечений стрингера и рас­стояния между ними такие же, как и в растянутой зоне. В этом случае расчет сжатой зоны сводится к подбору поясов лонжеронов.

Потребные площади сечений поясов вычисляем по следующей фор­муле: [5]

(31)

(32)

В качестве разрушающего напряжения сжатого пояса лонжерона можно взять временное сопротивление материала, если они достаточно массивны. Если же пояса лонжеронов выполнены из профилей недостаточно большого сечения, то разрушающие напряжения принимаются равными критическим напряжениям местной потери устойчивости, которые определяются только при известной форме и размерах сечения. Поэтому первом приближении принимаем форму и размеры пояса как для растяну той зоны и определяем для этого пояса критические напряжения местной потери устойчивости. Если критические напряжения меньше, чем то необходимо увеличить площади поясов и определить критические напряжения для нового профиля, затем определить несущую способность поясов и сравнить с несущей способностью растянутой зоны. Должно быть со блюдено условие:

После чего делается проверка на устойчивость: [5]

(33)

Если это условие не выполняется, то следует увеличить сечения поя сов, или стрингеров, или количество стрингеров.

приведенная площадь стрингера с присоединенной к нему обшивкой:

Приведенная ширина обшивки определяется по формуле: [5]

(34)

расстояние между стрингерами;

редукционный коэффициент:

(35)

Критические напряжения в обшивке можно вычислить:

(36)

Величина берется равной минимальному критическому напря­жению местной или общей потери устойчивости стрингера.

В первом приближении приведенную ширину обшивки можно при­нять равной:

3.3 Определение толщин стенок лонжеронов

Толщина стенок лонжеронов определяется из расчета на сдвиг от изгиба, при условии, что перерезывающая сила воспринимается только стенками лонжеронов.

Перерезывающая сила перераспределяется пропорционально их изгибной жесткости: [5]

(37)

где перерезывающая сила в расчетном сечении. Тогда толщина стенки i-го лонжерона: [5]

(38)

Принимаем стандартную толщину 0.5 (мм)

можно принять равным .

После определения стандартной толщины стенки , необходимо провести проверку на устойчивость при работе на сдвиг: [5]

(39)

величина критического напряжения стенки при сдвиге. Если стенка заднего лонжерона окажется тоньше обшивки, то необ­ходимо принять толщину стенки этого лонжерона равной толщине обшивки, так как эта стенка входит в контур воспринимающий крутящий момент. Это касается и стенки 1-го лонжерона, если в конструкции заложен неработающий носок.

4. ВЫБОР И РАСЧЕТ КРОНШТЕЙНА

4.1 Определение диаметра болта [7]

Рис. 7

(40)

(41)

Принимаем

(42)

Запас прочности

4.2 Определяем геометрические параметры проушины [7]

(43)

(44)

(45)

Принимаем (46)

Определяем радиус проушины при условии прочности на срез. [7]

(47)

(48)

(49)

Из условия прочности на разрыв: [7]

(50)

Принимаем

Определяем высоту стенки проушины [7]

(51)

4.3 Определяем геометрические параметры корпуса кронштейна [7]

(52)

(53)

Принимаем

(54)

Проверочный расчет на местную устойчивость. Материал стенки и полки Д16Т. [7]

(55)

(56)

(57)

(58)

Пояса нагружены усилиями: [7]

(59)

(60)

(61)

Запас прочности на устойчивость: [7]

(62)

4.4 Расчёт крепления кронштейнов

В общем случае на кронштейн действует сила Р с тремя составляющими Р_Х, Р_Y, P_Z. Для определения усилий действующих на крепёж рассматривается действие каждой составляющей отдельно, а результат суммируется.

Сила Р_Х переносится в центр жёсткости, болтов работающих на отрыв и распределяется между болтами пропорционально их жёсткости на растяжение. В определении центра жёсткости в этом случае могут не участвовать болты, работающие на срез и на срез-отрыв, которые исключают запас прочности из работы болтового соединения после анализа в каждом конкретном случае нагружения. Сила Р_Х распределится по формуле [7]

(63)

Опрокидывающий момент M_Z определяется двумя силовыми факторами

– от эксцентриситета силы Р_Х относительно центра жёсткости болтов;

– от силы Р_Y на плече L

(64)

опрокидывающий момент относительно линии упора параллельной оси Z.

hi – расстояние от оси болта до линии упора.

Опрокидывающие моменты M_Z, M_Y стремятся развернуть кронштейн относительно линии упора или линии опрокидывания.

В вариантах достаточно жёстких конструкций участвующих в болтовом соединении (жёсткий кронштейн и жёсткая опора) линии опрокидывания проходят по кромкам подошвы кронштейна, как показано на рис. 1. В случае очень жёсткого кронштейна линия опрокидывания может проходить через центр жёсткости болтов опоры, через которую опрокидывается кронштейн.

Опрокидывающий момент распределится между болтами пропорционально произведению жёсткости растяжения линии опрокидывания наиболее распространённый в силу достаточной жёсткости конструкций. [7]

(64) (65)

Опрокидывающий момент M_Y возникающий от силы Р_Z на плече L распределится между болтами (работающими на отрыв) аналогично моменту M_Z . [7]

(66)

- опрокидывающий момент относительно линии упора параллельной оси Y

Суммарное расчётное усилие отрыва болта определяется из выражения: [7]

(67)

Сила Р_Х чаще распределяется между болтами в силу большой статической неопределимости с учётом коэффициентов неравномерности К_Н=1,1…1,2…1,25…1,5

Величина коэффициентов неравномерности должна выбираться в каждом отдельном случае особо.

Далее вычисляется коэффициент запаса прочности болта, работающего на отрыв [7]

(68)

где - разрушающее усилие болта на разрыв, берётся по соответствующим таблицам

При перенесении сил Р_Y и Р_Z в центр жёсткости болтового соединения получаем не только опрокидывающие моменты М_Y и М_Z но и срез по направлениям действия этих составляющих.

В этом случае, когда один и тот же болт по главной части одновременно работает на отрыв и сдвиг (или сдвигом нельзя пренебречь), коэффициент запаса прочности определяют по формуле: [7]

(69)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте был спроектирован самолёт на основе прототипа С-80:

определены воздушные и массовые силы, воздушная нагрузка, толщины стенок лонжеронов, диаметры болта, геометрические параметры проушины, корпуса кронштейна.

Построены поляра профиля, эпюры перерезывающих сил и изгибающих, крутящих моментов.

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя М.: Машиностроение, 1967

2. Егерь С.М. Проектирование Самолётов. М.: Машиностроение, 1983

3. Житомирский Г.И. Конструкция самолётов М.: Машиностроение, 1991

4. Мамет О.П. Краткий справочник конструктора-машиностроителя М.: Машиностроение, 1964

5. Матвеев Е.Н. Расчёт нестреловидного крыла. Учебное пособие. Ульяновск.: УлГТУ, 1998.

6. Московский Международный Авиационно-Космический Салон. М.

«Афрус», 1995

7. Чернов А.А Конструкция и проектирование летательных аппаратов Ульяновск.: УлГТУ, 1998