飛機(jī)結(jié)構(gòu)課設(shè)011010206季佳燕

1、飛機(jī)部件課程設(shè)計(jì)長空一號(hào)無人機(jī)方向舵設(shè)計(jì)南京航空航天大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)研究所學(xué)院：航空宇航學(xué)院專業(yè)：飛行器設(shè)計(jì)與工程班級(jí)：0110107學(xué)號(hào)：011010206姓名:季佳燕指導(dǎo)教師：徐惠民、羅東明時(shí) 間：2012.12.24-2013.1.11目錄 TOC o 1-1 h z u t 標(biāo)題 5,2,標(biāo)題 6,3 3一、設(shè)計(jì)要求1二、初步方案的確定22.1、結(jié)構(gòu)形式22.2、梁的結(jié)構(gòu)形式32.3、懸掛點(diǎn)配置32.4、翼肋布置42.5、配重方式42.6、操縱接頭的布置52.7、開口補(bǔ)強(qiáng)5三、載荷計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算53.1、展向載荷計(jì)算53.2、接頭位置確定63.3、梁的設(shè)計(jì)計(jì)算83.3.1、梁和前緣蒙

2、皮的設(shè)計(jì)83.3.2、前緣閉室計(jì)算103.3.3、彎心和扭矩計(jì)算103.3.4、梁腹板校核123.3.5、梁緣條的校核133.4、蒙皮設(shè)計(jì)計(jì)算133.4.1尾緣條設(shè)計(jì)133.4.2、弦向載荷分布計(jì)算143.4.3、前緣蒙皮校核143.4.4、后段壁板肋的數(shù)量和蒙皮最大撓度校核143.4.5、后段壁板蒙皮正應(yīng)力校核163.5、肋的設(shè)計(jì)計(jì)算163.5.1、后段肋的設(shè)計(jì)163.5.2、后段普通肋的校核173.5.3中部加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)213.5.4整體端肋設(shè)計(jì)213.5.5前緣肋和加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)213.5.6、前緣開口加強(qiáng)肋校核223.6、接頭和轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)223.6.1、支承接頭設(shè)計(jì)223.6.2、選取軸承23

3、3.6.3、螺栓組合件的選擇243.7、支座設(shè)計(jì)243.7.1、支承接頭支座設(shè)計(jì)243.7.2、搖臂支座設(shè)計(jì)253.8、鉚釘設(shè)計(jì)273.9、尾緣條設(shè)計(jì)27四、質(zhì)量質(zhì)心計(jì)算及配重設(shè)計(jì)284.1、質(zhì)量計(jì)算284.1.1、前緣蒙皮質(zhì)量計(jì)算294.1.2、梁質(zhì)量計(jì)算294.1.3、前緣肋質(zhì)量計(jì)算294.1.4、后蒙皮質(zhì)量計(jì)算294.1.5、尾緣條質(zhì)量計(jì)算304.1.6、端肋質(zhì)量計(jì)算304.1.7、后半肋質(zhì)量計(jì)算304.1.8、支承支座質(zhì)量計(jì)算314.1.9、搖臂支座質(zhì)量計(jì)算314.1.10、質(zhì)量和質(zhì)心計(jì)算314.2、配重設(shè)計(jì)324.3、方向舵重新設(shè)計(jì)33五、裝配工藝流程34六、總結(jié)35七、參考資料35

4、35一、設(shè)計(jì)要求方向舵在其活動(dòng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在任何情形下不得與其支撐結(jié)構(gòu)或鄰近構(gòu)件發(fā)生干擾，所以其要滿足一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。方向舵平面要滿足幾何尺寸及協(xié)調(diào)關(guān)系如圖1。這是設(shè)計(jì)的前提條件。圖1、方向舵平面尺寸及協(xié)調(diào)關(guān)系 圖2、方向舵實(shí)物圖另外方向舵在XOY平面內(nèi)的外形由垂尾翼型后段和方向舵前段外形決定。垂尾翼型和方向舵外形數(shù)據(jù)如表1和表2所示。X03.481042.01112.01181.51320.61390Y09.9729.5823.6617.755.920表1、垂尾翼型（垂尾前緣為原點(diǎn)）（單位：mm）X020406280Y012.8017.8019.6019.40表2、方向舵前段外形（方向舵前緣

5、為原點(diǎn)）（單位：mm） 方向舵最大偏轉(zhuǎn)角為。按飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范確定方向舵載荷及其分布。安全系數(shù)為。方向舵使用載荷為12000N。其載荷分布見圖2和圖3。圖3，展向載荷分布 圖4，弦向載荷分布為防止方向舵與垂直安定面發(fā)生耦合顫振，對(duì)與本設(shè)計(jì)的可逆操縱的方向舵，設(shè)計(jì)要求質(zhì)量平衡。二、初步方案的確定2.1、結(jié)構(gòu)形式方向舵通常結(jié)構(gòu)采用梁式布局。操縱面一般都靠近前緣的轉(zhuǎn)軸處布置單梁（即成為單梁式結(jié)構(gòu)），其典型剖面見圖4。圖5、方向舵典型剖面形式由方向舵幾何尺寸可知（見表1、2和圖5），方向舵面積較小，最大厚度在62mm處為39.2mm。載荷為12000N，相對(duì)也較小，故可采用單梁式結(jié)構(gòu)。另外平尾與方向舵前緣

6、存在干涉，需要在方向舵前緣開口，弦向長度為45mm（與前緣的距離），在最大厚度處之前，所以可以采用單梁結(jié)構(gòu)而不用破壞梁。圖6、方向舵擬合剖面尺寸翼型厚度為，可知其為中等厚度的翼型，對(duì)于中翼型的單梁式方向舵，由梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，前緣布置翼肋，間距通常較小，以便增加蒙皮的強(qiáng)度和剛度，并能承受較大的扭轉(zhuǎn)載荷和局部氣動(dòng)載荷。后段主要承受氣動(dòng)載荷，由于梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗彎和抗剪設(shè)計(jì)。另外后段厚度小，從工藝上考慮，不便采用機(jī)翼裝配中的在蒙皮上開口來方便裝配翼肋形式，所以中采用半翼肋的設(shè)計(jì)，半翼肋與其蒙皮裝配形成壁板，兩半壁板再與梁和尾緣條裝配。圖7

7、、方向舵主要結(jié)構(gòu)視圖尾翼蒙皮一般較薄，長空一號(hào)為中速飛機(jī)，中速飛機(jī)尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。由于方向舵尺寸較小，為裝配方便，剖面上由前緣蒙皮、上半蒙皮（上壁板）、下半蒙皮（下壁板）、尾緣條構(gòu)成。2.2、梁的結(jié)構(gòu)形式從幾何上考慮，在最大厚度處布置單梁后，梁距前緣平尾開口距離不足以在梁前面布置緣條，所以采用“匚”形梁。從裝配工藝考慮，若有前緣條，則前緣蒙皮裝配時(shí)不便于打鉚，造成裝配上的困難，所以采用“匚”形梁，對(duì)前緣蒙皮鉚接裝配方便。2.3、懸掛點(diǎn)配置操縱面懸掛點(diǎn)的數(shù)量和位置確定主要根據(jù)以下兩點(diǎn):1、根據(jù)操縱面展長和所受載荷的大小確定懸掛點(diǎn)的數(shù)目，使操縱面梁有較好的受力特性；2、保證使用可

8、靠，在舵面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不卡死；舵面受載荷時(shí)的變形不致引起與安定面相碰或突出安定面外形太多。為滿足損傷容限設(shè)計(jì)，一般懸掛點(diǎn)不少于2個(gè)。由于載荷較小，所以可以采用3個(gè)接頭，對(duì)稱布置。在長空一號(hào)無人機(jī)方向舵為矩形，即方向舵根稍弦長相同，無后掠，所以運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)十分容易。2.4、翼肋布置參考如下表各機(jī)型的肋間距，長空一號(hào)采用鉚接壁板，則可初步選定肋間距為160mm，1330mm展長可等間距布置9個(gè)翼肋（含2 端肋）。表3典型機(jī)型翼肋間距由于梁和前緣蒙皮構(gòu)成主抗扭閉室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗彎和抗剪設(shè)計(jì)。另外后段厚度小，從工藝上考慮，不便采用機(jī)翼裝配中的在蒙皮上開口來方便裝配翼肋形式，所以中采用半

9、翼肋的設(shè)計(jì)，半翼肋與其蒙皮裝配形成壁板，左右兩半壁板再與梁和尾緣蒙皮裝配。且左右半肋應(yīng)分別向上、下偏移一小段距離，以方便壁板與梁的鉚接。 2.5、配重方式配重方式有兩種，即集中配重與分散配重。應(yīng)本飛機(jī)速度較低，且對(duì)重量較敏感，所以采用集中配重的方式。在方向舵的上下兩端前伸出配重塊。 2.6、操縱接頭的布置為使最大扭矩盡可能小，將接頭布置在中間，與中部懸掛點(diǎn)采用螺栓連接。中部接頭支座為一件兩用，既作為接頭支座，又作為搖臂支座與梁緣條連接的加強(qiáng)支柱，所以對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。2.7、開口補(bǔ)強(qiáng)前緣開口處兩側(cè)采用加強(qiáng)肋，梁腹板開口處采用支座的三面對(duì)其加強(qiáng)。則可初步設(shè)計(jì)出方向舵，理論簡(jiǎn)圖如圖所示。圖8、初步

10、設(shè)計(jì)的方向舵CATIA數(shù)值模型三、載荷計(jì)算與設(shè)計(jì)計(jì)算3.1、展向載荷計(jì)算方向舵相當(dāng)于矩形機(jī)翼，跟梢比，其弦線是各處相等的，所以根據(jù)圖2可知其載荷沿展向是均布載荷。如圖：圖9、展向載荷示意圖 已知方向舵使用載荷,安全系數(shù)，故 展向載荷設(shè)計(jì)時(shí)以彎矩為主要設(shè)計(jì)載荷。3.2、接頭位置確定3.2.1、載荷分布 布置3個(gè)懸掛點(diǎn)，其中懸掛點(diǎn)A,C對(duì)稱布置，結(jié)構(gòu)為一度靜不定。由B點(diǎn)撓度為零可求解支點(diǎn)約束。由于載荷及約束均對(duì)稱，所以只分析結(jié)構(gòu)的一半，如圖：圖10、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖圖11、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受力分析圖 尋找結(jié)構(gòu)最優(yōu)解，此時(shí)A,B,C中兩點(diǎn)或三點(diǎn)的彎矩相近3.2.2、內(nèi)力圖懸掛點(diǎn)最終如圖： 圖12懸掛點(diǎn)最終位置內(nèi)力

11、圖如下： 圖13、剪力分布圖圖14、彎矩分布圖此時(shí) 3.3、梁的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1、梁和前緣蒙皮的設(shè)計(jì)梁可采用壓彎型材，壓成“匚”形梁，即加工出來的腹板與緣條厚度相同。受載不大，所以梁的材料可以選用普通易成型的鋁合金，如LY12鋁合金，其有：梁腹板受剪，腹板最大高度略小于39.2mm，則腹板厚度有：即腹板厚度可以很小，大于等于0.3mm即可，強(qiáng)度足夠了?？紤]到前緣開口影響，腹板會(huì)承受額外剪力，所以可取腹板厚度為1mm。由于方向舵比較小，為保證鉚接裝配后的方向舵流場(chǎng)特性良好，采用LY10的120度沉頭鉚釘，鉚釘直徑可用范圍為2.5-4mm。梁緣條上要鉚接前緣蒙皮和后段壁板，所以采用雙排平行鉚釘，

12、鉚釘直徑取2.5-4mm，則鉚釘邊距為5-10mm，則緣條寬度要大于10-20mm。因?yàn)橄揖€較短，緣條又是矩形，所以其緣條寬度不宜過大，否則會(huì)支撐蒙皮時(shí)對(duì)外形有較大影響。初步選取緣條寬度為26mm，中速飛機(jī)尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。則可初步取蒙皮厚度為1mm。圖15、梁剖面3.3.2、前緣閉室計(jì)算圖16、前緣擬合外形曲線 圖17、前緣和梁閉室簡(jiǎn)圖 如圖所示，前緣蒙皮與梁構(gòu)成一個(gè)單閉室。閉室的彎心距離梁腹板mm；轉(zhuǎn)軸位置Z點(diǎn)距離梁腹板15mm，方向舵氣動(dòng)中心Y點(diǎn)距離閉室前緣。根據(jù)給定翼型數(shù)據(jù)擬合前緣蒙皮形狀，以上翼面為例由此可得前緣蒙皮長度，前緣閉室面積。3.3.3、彎心和扭矩計(jì)算計(jì)算閉

13、室彎心：假設(shè)在彎心處作用力Qy圖18、開剖面剪流如圖在點(diǎn)2處左側(cè)斷開， 開口剪流計(jì)算公式： 剖面靜距分布如下： 此時(shí)前緣蒙皮沒有剪流。由閉室。有：注：負(fù)號(hào)表示與方向相反。對(duì)3點(diǎn)取矩。 分布扭矩在支點(diǎn)處由疊加集中扭矩，扭矩反對(duì)稱分布，剩余部分扭矩由搖臂支反力提供扭矩在中點(diǎn)平衡： 得扭矩圖：圖19、扭矩圖 所以3.3.4、梁腹板校核方向舵上最危險(xiǎn)的截面是方向舵對(duì)稱面，此處剪力和彎矩最大。，前緣閉室受扭時(shí)：腹板中點(diǎn)處剪力最大，有所以，則腹板中剪切應(yīng)力的最大值為故梁腹板是安全的，且有較大富裕。 3.3.5、梁緣條的校核方向舵中央對(duì)稱面處彎矩、扭矩、剪力均最大，故方向舵中央對(duì)稱面處為危險(xiǎn)截面。由第三強(qiáng)度

14、理論故梁緣條安全且能較充分發(fā)揮梁緣條的作用。3.4、蒙皮設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1尾緣條設(shè)計(jì)尾緣要與上下壁板鉚接裝配，且上下兩排鉚釘錯(cuò)開，所以也是雙排鉚釘。由于還要滿足鉚接厚度要求，可初步估算出1mm厚度處距后緣位置為18mm，圖20、尾緣條設(shè)計(jì)圖所以可以初步選取尾緣條寬度為43mm。材料同取LY12鋁合金。3.4.2、弦向載荷分布計(jì)算弦向載荷分布如圖21。圖21、弦向載荷分布由壓心位置可計(jì)算出前段2P長度為0.09681b。如下所示：3.4.3、前緣蒙皮校核扭矩主要由前緣閉室承受，扭矩在前緣蒙皮上產(chǎn)生最大剪流有：所以前緣蒙皮是安全的。3.4.4、后段壁板肋的數(shù)量和蒙皮最大撓度校核蒙皮與梁和尾緣條及端

15、肋都是單排鉚釘連接，所以可以將其簡(jiǎn)化為四邊鉸支。這樣設(shè)計(jì)更安全。如圖所示為其簡(jiǎn)化模型。圖22、后蒙皮簡(jiǎn)化模型 圖23、弦向蒙皮載荷分布初步選定尾刃長度43mm,肋寬度40mm,將計(jì)算模型簡(jiǎn)化為四邊簡(jiǎn)支約束的矩形板，計(jì)算模型如圖22。弦向載荷最大值在板的左側(cè)，即：板的右側(cè)載荷為將板所受載荷分解成兩部分：均布載荷和弦向直線分布載荷 圖24分解圖查詢飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第三冊(cè)上冊(cè)（強(qiáng)度計(jì)算），矩形板在分布載荷q作用下最大撓度為：1)均布載荷2） 直線分布載荷 由于兩種載荷作用時(shí)，最大撓度位置不同，所以最大撓度。要使氣動(dòng)容差滿足要求，可以增加蒙皮厚度或肋的個(gè)數(shù)，此時(shí)取15根肋（含兩端肋）此時(shí)：此時(shí)。3.4.5

16、、后段壁板蒙皮正應(yīng)力校核肋間距調(diào)整之后，長邊比短邊為，比值大于3。則根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第九冊(cè)P316，對(duì)于簡(jiǎn)支矩形，板長邊比短邊比值大于3時(shí)，有如下表中四邊間支矩形板應(yīng)力計(jì)算公式。表4、四邊間支矩形板應(yīng)力計(jì)算公式其中P為均布載荷，這里蒙皮載荷不是均布的，取P0以保證安全，其，LY12的，所以求出的正應(yīng)力大于真實(shí)正應(yīng)力。短邊比長邊為：比小，再綜合考慮上面說的安全考慮，這樣的計(jì)算是可以接受的。所以蒙皮是安全的。3.5、肋的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1、后段肋的設(shè)計(jì)肋承受蒙皮的氣動(dòng)載荷，與梁和尾緣條鉚接，相當(dāng)于簡(jiǎn)支，所以肋與梁相接處要斜削。與尾緣條連接處厚度小，載荷小，所以也有部分斜削。為加工制造方便，去中間緣

17、條最大高度位于肋與梁連接端的斜削端。所以可以初步設(shè)計(jì)如下：圖25、后段半肋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖沿斜邊從后緣起分別為13mm,179mm,13mm肋總長有效長度半肋總長度為205mm。本設(shè)計(jì)中，肋主要承受彎矩，所以主要考慮中間緣條長度，除去前后斜削部分，則其有效長度（中間緣條長度）約為179mm。左右與蒙皮鉚接部分的緣條寬度為13mm，取最大高度也為13mm。下圖所示為其設(shè)計(jì)圖。 圖26 后緣肋3.5.2、后段普通肋的校核后段普通肋承載很小，可用板彎件，用于維持氣動(dòng)外形，增加蒙皮穩(wěn)定性。肋的材料選用LY-12M，厚度為1mm，肋承受載荷如下圖，根據(jù)前面算出的肋數(shù)量，肋承所受載荷的蒙皮寬度為： 簡(jiǎn)化計(jì)算模型，

18、圖27、肋承受蒙皮載荷分布其中： 為方便計(jì)算，再次簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)不考慮尾緣條承受氣動(dòng)載荷，即所有載荷分布作用在肋的有效長度上，如下圖所示:圖28、簡(jiǎn)化肋載荷分布則1、2點(diǎn)支反力有： 則半肋上的剪力分布為：圖29、肋上剪力分布圖半肋上彎矩：圖30、肋上彎矩分布圖在Q=0處，即 此處，有最大彎矩：此處，半肋中緣條高度 取最大高度為13mm，以便于計(jì)算。圖31、最大彎矩處肋剖面圖計(jì)算剖面慣性距：在CATIA里面畫出如上圖所示截面，利用測(cè)量慣量命令， 圖32測(cè)量慣量測(cè)出，重心慣量距為則肋剖面最大正應(yīng)力有：X=0處，Q最大： 假設(shè)剪力全由腹板承受，則最大剪應(yīng)力：故肋是安全的。3.5.3中部加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)與普

19、通肋相似，采用LY-12M板彎件，尺寸相同，但為保證更大的剛度，厚度為1mm。布置數(shù)量為2個(gè)3.5.4整體端肋設(shè)計(jì)在方向舵的兩個(gè)端面各布置一個(gè)端肋，材料LY-12M ，厚度1mm，緣條寬度13mm 圖33、整體端肋3.5.5前緣肋和加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)前緣加強(qiáng)肋的主要作用在于將開口處的蒙皮上的剪流傳遞到梁上。在三個(gè)開口的兩個(gè)端面處各布置一個(gè)前緣加強(qiáng)肋，另外配重塊連接處（即前緣蒙皮端面）布置一個(gè)前緣加強(qiáng)肋。前緣肋采用LY-12M板彎件，其形狀為翼型形狀，前端為加工方便留有7mm長空隙，取厚度1mm，緣條寬13mm 。為增大剛度，開口加強(qiáng)肋緣條加寬到16mm。在兩側(cè)與配重塊連接處，為連接蒙皮和配重塊，需要雙

20、排鉚釘連接，所以將其緣條加寬到25mm 。安裝時(shí)為方便裝配，緣條應(yīng)在開口側(cè)。 圖34、前緣肋 圖35、前緣加強(qiáng)肋前緣開口加強(qiáng)肋共6個(gè)，配重連接前緣開口加強(qiáng)肋共2個(gè)；則按長度和間距分配，普通前緣肋可取5個(gè)，分布見圖。圖36、前緣肋布置3.5.6、前緣開口加強(qiáng)肋校核因?yàn)榍熬夐_口加強(qiáng)肋的主要作用在于將開口處的蒙皮上的剪流傳遞到梁上，所以同蒙皮校核相似。扭矩主要由前緣閉室承受，扭矩在前緣開口加強(qiáng)肋上產(chǎn)生最大剪流有：所以前緣開口加強(qiáng)肋也是安全的。3.6、接頭和轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)3.6.1、支承接頭設(shè)計(jì)因?yàn)榉较蚨嬷亓枯^小，支承接頭主要承受水平方向外力，即氣動(dòng)載荷。 另外舵面需要偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)角為15度，所以要進(jìn)行可

21、動(dòng)部位的干涉處理。即接頭邊緣高度有限制，不能發(fā)生干涉。圖37、接頭干涉處理 腹板高度為36mm ，所以腹板開口的最大高度也是36mm 。設(shè)計(jì)軸心距離梁腹板為15mm 。開口開到梁處，軸心距開口最大高度點(diǎn)距離為 23.431mm ，假設(shè)接頭邊緣上某一點(diǎn)偏轉(zhuǎn)15度后到達(dá)開口最大高度點(diǎn)，則這個(gè)點(diǎn)偏轉(zhuǎn)0度時(shí)，距軸線的高度為h=13.504mm。即接頭最大高度為2h=27.009mm，則設(shè)計(jì)可取距軸心19.148mm 處最大高度為25mm 。厚度取4mm。為保證強(qiáng)度和耐腐蝕，材料選取1Cr18Ni9TiA不銹鋼。接頭連接處與支承接頭的的形狀一樣，厚度大，加上材料強(qiáng)度更大，所以接頭強(qiáng)度肯定滿足要求。3.6

22、.2、選取軸承方向舵接頭軸承要保證有轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)。所以采用帶補(bǔ)償?shù)耐馇蛎孑S承。接頭處最大剪力為2769.5N ，根據(jù)航空機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取關(guān)節(jié)軸承U5，其容許負(fù)荷為1000kg ，其具體尺寸如下：圖38、U5 軸承尺寸 圖39、加強(qiáng)支座接頭螺栓連接示意圖3.6.3、螺栓組合件的選擇螺栓組件用于連接支承接頭和方向舵與安定面的連接接頭。軸承孔直徑為5mm，所以螺栓選用M5。螺栓承受的剪切應(yīng)力大小為：螺栓用GB30- 66 M5X16，材料為 1Cr18Ni9TiA 。螺母選用GB58-66AM5；墊圈選用GB97- 66A5；開口銷選用GB91-671.516。3.7、支座設(shè)計(jì)3.7.1、支承接頭支

23、座設(shè)計(jì)要求保證三個(gè)接頭共線，故接頭應(yīng)有較大剛度，采用LC4CZ 鋁合金，。每個(gè)接頭有2 個(gè)支座，則每個(gè)支座剪力 Q=2769.5 N，外形設(shè)計(jì)如圖。受剪面積：最大剪應(yīng)力：支承接頭支座也是設(shè)計(jì)安全的。圖40、接頭支座外形 圖41、中部加強(qiáng)支座外形中部接頭支座為一件兩用，還作為搖臂支座與梁緣條連接的加強(qiáng)支柱，所以對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，如圖所示，其上下緣條加長到25mm，腹板也加長加大。圖42、接頭與支座局部裝配圖3.7.2、搖臂支座設(shè)計(jì)搖臂支座為方向舵提供操縱偏轉(zhuǎn)力矩，去平衡方向舵的扭矩，既主要承受操縱反扭矩產(chǎn)生的拉力，載荷相對(duì)不大，但剛度要求較高，故可選用LC4CZ 鋁合金型材。操縱搖臂半徑為最大扭

24、矩有：最大拉力由圖可算出承受剪力的最小截面積為：則最大剪應(yīng)力：所以搖臂支座安全 。為保證強(qiáng)度也可采用高強(qiáng)度鋼來制作支座圖43、搖臂支座為保證連接強(qiáng)度，在方便安裝螺栓的上邊的外側(cè)兩個(gè)孔處，底座用2個(gè)螺栓連接，剩下4個(gè)孔用鉚釘連接。 鉚釘選用HB6235-89-13 螺栓選用GB30-66 M5X203.8、鉚釘設(shè)計(jì)1）鉚釘連接處包括梁-蒙皮、肋-蒙皮、壁板尾緣條連接，其夾層厚度為2mm 。根據(jù)飛機(jī)零構(gòu)件設(shè)計(jì)取d=3mm，材料選用LY10。2）鉚釘長度確定 根據(jù)航空機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) L=0.8d+s ；取5mm。3）鉚釘間距及邊距 取展向間距16mm ；弦向間距16mm ；邊距5mm左右。圖44、鉚釘

25、孔布置圖3.9、尾緣條設(shè)計(jì)尾緣條用來連接上下壁板，維持翼型后緣形狀。材料為LY12。為方便裝配，設(shè)計(jì)如下圖。此設(shè)計(jì)中，左右壁板蒙皮寬度和肋長度是不一樣的。圖45、尾緣條四、質(zhì)量質(zhì)心計(jì)算及配重設(shè)計(jì)4.1、質(zhì)量計(jì)算坐標(biāo)系的定義：將支點(diǎn)定為坐標(biāo)系原點(diǎn)，翼型對(duì)稱線為Ox軸。由于鉚釘較多，不便計(jì)算，所以把鉚釘重量計(jì)入蒙皮、肋和梁中，即計(jì)算蒙皮、肋和梁時(shí)，不考慮鉚釘開孔。另外接頭處螺栓組件軸線即為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，且其質(zhì)量較小，所以對(duì)其可忽略計(jì)算。圖46、CATIA設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)圖圖47、CATIA數(shù)字模型由CATIA直接得出裝配完成的方向舵的重量和質(zhì)心位置：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。體積：則質(zhì)量：4.1.1、前緣蒙皮質(zhì)量計(jì)算利

26、用CATIA數(shù)字建模，質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。體積：則質(zhì)量：4.1.2、梁質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。體積：則質(zhì)量：4.1.3、前緣肋質(zhì)量計(jì)算前緣普通肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：前緣加強(qiáng)肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.4、后蒙皮質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.5、尾緣條質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.6、端肋質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.7、后半肋質(zhì)量計(jì)算后半普通肋：利用CATI

27、A設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：后半加強(qiáng)肋：利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.8、支承支座質(zhì)量計(jì)算 普通支承支座：利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量： 加強(qiáng)支承支座：利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.9、搖臂支座質(zhì)量計(jì)算利用CATIA設(shè)計(jì)測(cè)量得：體積：質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸距離：。則質(zhì)量：4.1.10、質(zhì)量和質(zhì)心計(jì)算由上可得重量和重心分布表：序號(hào)名稱數(shù)量質(zhì)心相對(duì)位置 x/mm質(zhì)量M/ Kg質(zhì)量乘距離/M*x/Kg.mm1前緣蒙皮1-39.2060.45276-17.750908562梁1-8.0460.32

28、48-2.61334083前緣肋5-38.3650.0094304-0.3617972964前緣加強(qiáng)肋6-38.0750.0144228-0.549148115后蒙皮1102.0261.56996160.1767396尾緣條1204.820.48398.928067端肋245.4750.0366241.66547648后半肋2411.910.0223440.266117049后半加強(qiáng)肋211.710.02542560.29773377610接頭支座4-8.5130.006468-0.05506208411加強(qiáng)接頭支座2-4.2380.0085248-0.03612810212搖臂支座14.18

29、0.00538440.022506792方向舵1243.6782.959144239.990248表3、重量分布則方向舵質(zhì)心距轉(zhuǎn)軸距離為：4.2、配重設(shè)計(jì)在方向舵上下兩端各設(shè)計(jì)一個(gè)配重塊，配重塊形式有如下表表4、配重塊形式長空一號(hào)，速度不高，為加工制造方便，采用圓柱鈍頭形的彈頭式配重設(shè)計(jì)。配重塊前端超過方向舵前緣不宜過長，尺寸要求如圖CATIA標(biāo)注，總長度為162mm,半圓球的直徑為30mm,測(cè)得其重心離前緣距離為32.103mm，體積為，為縮小體積，采用普通結(jié)構(gòu)鋼材，可采用45鋼。其密度，則其重量為： 圖48、配重塊簡(jiǎn)圖 圖49、配重模型配重連接處前緣蒙皮也用45鋼制成，且與配重是一體的，所

30、以配重長度可適當(dāng)修形減短。配重處鋼蒙皮再與加強(qiáng)肋和端肋鉚接裝配。則方向舵總重為：。4.3、方向舵重新設(shè)計(jì)加上配重后，CATIA建模完成最后的方向舵如圖50。圖50、方向舵完整模型五、裝配工藝流程圖51、裝配工藝流程圖裝配從零件裝配開始，裝配成組件之后，各組件再裝配成最后的方向舵，所以其裝配要按一定的順序，并且要注意前面設(shè)計(jì)中提到的裝配考慮事項(xiàng)。長空一號(hào)方向舵的裝配流程如下。6、 總結(jié) 長空一號(hào)的設(shè)計(jì)大概做了兩個(gè)星期，本來以為不需要花太長時(shí)間，所以到第二周才開始畫CATIA圖，畫圖是個(gè)很艱巨的任務(wù)，本來想直接用工程制圖來畫，但是想象不出來方向舵的具體形狀，于是就畫三維的立體圖，原本大三的時(shí)候?qū)W過CATIA，但隔了太長時(shí)間沒