Проектирование фюзеляжа административного самолета

Ркст.взл £ 0.9Р*ст.взл; 25 £ 0.9×31.4; 25 < 28.3;

Ркст.пос £ 0.9 Р*ст.пос; 20.6 £ 0.9×23; 20.6 < 20.7;

Vвзл £ V*взл; 220£350;

Vпос £ 0.9V*пос; 220<0.9×300.

Так как Ркст.пос £ 0.9 Р*ст.пос , то пересчитываем колеса по формулам:

Р0 = Р*0×Ркст.пос/Р*ст.пос = 1060×20.6/23 = 949 [кПа];

Рmg = P*mg×Pkст.пос/ Р*ст.пос = 90.2×20.6/23 = 80.8 [кПа];

dст = d*mg× P*ст.пос/ P*mg = 90×23/90.2 = 22,9 [мм] – стояночное обжатие пневматика.

Определим коэффициент  грузоподъемности колеса:

nгр = P*mg/ Р*ст.пос = 90.2/20.4 = 44.2

Для коэффициента перегрузки nэпос принимаем значение:

Требование nэ£nгр удовлетворяется, тогда nэвзл=2. Тогда получаем эксплуатационные нагрузки на колесо:

Рэ к пос=nэпос×Ркст.пос=2.98∙20.6=61.4[кН];

Рэ к взл=nэвзл×Ркст.взл=2∙25=20[кН].

Так как стойка содержит спаренные колеса, то при посадке  более нагруженное колесо воспринимает усилие:

Рэ пос=2×Рэк.пос∙0.6=2∙61.4∙0.6=73.7[кН].

4.3.3 Определение параметров амортизатора

Эксплуатационная работа, поглощаемая амортизационной системой при посадке:

 

Аэ=mред(Vуэ)2/2;

 

где mред - редуцированная масса, кг;

Vуэ–приведенная вертикальная составляющая скорости самолета во время удара, м/с

для основных стоек: mред=mпос=9.46∙103[кг];

запишем значение для скорости:

 

,

 

тогда Аэ=9.46∙103∙3.52/2=58[кДж]. Одна стойка воспримет Аэ=Аэ/2=58/2=29[кДж].

Вычислим эксплуатационную работу, поглощаемую одним пневматиком  при обжатии его на величину δэ при посадке:

Аэпн=К∙Рэк пос∙δэпос=0.41∙61.4∙0.068242=1.72[кДж],

где δэпос= δст∙nэпос=0.0229∙2.98=0.068242,

 

К=А*mg/(δ*мg∙P*mg)=3330/(0.09∙90200)=0.41.

 

Для потребной энергоемкости  одного амортизатора получим:

Аэам=(Аэст-z∙Аэпн)/к,

где z – количество пневматиков на стойке;

к – количество амортизаторов  на стойке;

Аэпн – эксплуатационная работа, поглощаемая одним пневматиком;

Аэст - эксплуатационная работа, воспринимаемая одной стойкой  шасси;

Аэам =(29-2∙1.72)/1=25.56[кДж].

Вычислим эксплуатационный ход штока амортизатора:

 

,

 

где ηэ – коэффициент  полноты диаграммы обжатия амортизатора при восприятии работы Аэам;

nэ пос – коэффициент посадочной перегрузки;

Р кст.пос – стояночная нагрузка на колесо, Р кст.пос=20.6 [кПа];

Φэ – передаточное число при ходе поршня Sэ.

Так как рассматривается телескопическая стойка и при этом предполагается, что в момент касания колесами земли ось стойки перпендикулярна поверхности земли, то ηэ=0.7и φэ=1.

Для определения поперечных размеров амортизатора находим Fг - площадь, по которой газ воздействует на шток амортизатора. Зададимся значениями параметров:

 

,

 

где n0=0.8 – коэффициент предварительной затяжки амортизатора;

φ0=1 – передаточное число  в момент начала обжатия амортизатора;

P0=2.6∙103[МПа] – начальное давление газа в амортизаторе;

æ=0.1 – коэффициент трения;

.

Когда площадь Fг известна, можно в зависимости от конструкции амортизатора найти внутренний диаметр цилиндра dц или внешний диаметр штока Dшт.

Для амортизатора с уплотнением, закрепленным на цилиндре, внешний  диаметр штока равен:

 

.

 

Толщину уплотнительных колец принимаем δу=10[мм], тогда  внутренний диаметр цилиндра равен:

dцил=Dшт+2 ∙δу=120+2∙10=0.14[м].

Начальный объем газовой  камеры V0 находим по формуле (примем к=1.2):

 

.

 

Высота газовой камеры при необжатом амортизаторе:

hг.о.=4V0/πdц=4∙0.00468/3.14∙0.142=0.304[м].

Предельный ход амортизатора Smax и перегрузка nmax находятся по следующему алгоритму. Параметры Smax и nmax соответствуют работе Аамmax, индексы “э” заменяем индексами “max”.

Вначале вычисляем вспомогательные  величины:

Аmax=1.5∙Аэ=1.5∙58=87[кДж] – максимальная работа;

Астmax= Аmax/2=87/2=43.5[кДж] – максимальная работа, воспринимаемая одной стойкой;

ηmax=0.78 – коэффициент полноты диаграммы обжатия амортизатора при поглощении работы Аамmax ;

φmax – передаточное число, соответствующее ходу штока Smax;

 

;

 

где Р0 и Р0* - давление в пневматиках;

 

;

 

;

 

; .

 

Полученные значения заносим в таблицу 5.

 

Таблица 5. Значения Smax и f.

Smax, м	b	f1	f2	f
0.312	27	4.62	-3.83	0.79
0.327	28.3	5.69	-3.69	2
0.342	29.6	7.31	-3.56	3.75

 

Строим зависимость Smax=f(f), рис.13.

 

 

Рис. 13. График зависимости Smax=f(f).

 

Точка пересечения кривой с осью f=0 дает значение Smax=0.3[м]. Из зависимости (2.33) следует:

 

 

Давление газа в амортизаторе при его максимальном обжатии:

 

[МПа], n0=0.8.

 

Высоту уровня жидкости hжо находим из условия равенства объемов жидкости над клапаном в необжатом состоянии и объема жидкости, перетекающей в запоршневое пространство при максимальном ходе:

 

[см]=0.79[м],

 

при этом hж0+hг0≥Smax, 7.9+30.4≥30.

Задаваясь значениями

Sк=Smax+(2÷3) -конструктивний ход амортизатора,

Sк=300+2=302[мм];

hδв+hδн=dц=140[мм];

0.5(hδв+hδн)=70[мм] - средняя высота букс;

b=1.7dц=1.7·140=238 [мм] - для телескопических стоек;

Σhузл=2Dшт=240 [мм],

получим длину амортизатора.

Длина амортизатора в  необжатом состоянии:

Lам=Sк+hж0+hг0+0.5(hδв+hδн)+b+ Σhузл=302+79+304+70+238+240=1233[мм].

Длина амортизатора при  эксплуатационном обжатии:

Lэам=Lам-Sэ=1233-297=936[мм].

4.3.4 Определение  нагрузок на стойку

Для коэффициента расчётной  перегрузки запишем:

; где f – коэффициент безопасности, f=1.5

.f=1.3.

Из этих двух значений выбираем максимальное, таким образом  , которое и будем использовать в дальнейшем.

Расчётная вертикальная и горизонтальная нагрузки на стойку равны:

 

,

. (4.33)

 

Нагрузки между спареными  колёсами принимаем 0.6:0.4. Между колесами усилие распределяется в соотношении 123.6:82.4, а усилие - 30.9:20.6.

 

4.3.5 Построение эпюр изгибающего и крутящего моментов

Стойка шасси является, как правило, комбинированной системой и состоит из стержней, работающих на растяжение – сжатие, и из балок, работающих на изгиб.

При расчете стойки на прочность вначале находят усилия в стержнях, т.е. разрезаем мысленно подкос и в месте разреза вводим неизвестное усилие S (см. рис.14).

Записывая для стойки уравнение равновесия (сумма моментов относительно шарнира О1 равна нулю), получаем:

 

; S = 243[кН].

 

Силу S можно разложить на составляющие (см. рис.14): Sx = Sz = S·sin45°=172 [кН].

Изгибающий момент Мх, действующий  в плоскости ZOY, постоянен по длине стойки и равен величине . Изгибающий момент Му действует в плоскости ХОZ и в шарнире О1, его значение равно нулю.

В точках G и A значение Му равно ,

 

Рис.14.Схема нагружения при резанном подкосе

 

Эпюры изгибающих и крутящих моментов всегда строятся относительно оси стержня. Но сила Sz приложена с эксцентриситетом по отношению к оси стойки. Поэтому эпюра Му в сечении, содержащем шарнир узла крепления подкоса, имеет скачок на величину: 172·0.123=21.2 [кНм], а момент Му в точке В: 62.2-21.2=41 [кНм].

Крутящий момент Мz равен величине: Мz=30.9·0.18-20.6·0.18=1.85 [кНм].

Эпюры этих моментов представлены на рис.15 и рис.16.

 

Рис.15. Эпюра Му и Мz

 

 

Рис. 16. Эпюра Мх и Nц, Nш.

 

Соединяя точки G, A и B, O1 прямыми линиями, строим эпюру изгибающих моментов Му для стойки в целом.

 

Рис.17.Расчетная схема стойки в  плоскости XOZ

 

 

Стойка состоит из штока и  цилиндра, связанных между собой  буксами (в смысле силовой схемы). В плоскости XOZ, например, для стойки можно принять расчётную схему, изображенную на рис.17. Тогда момент Му для штока равен нулю в точке С, а момент Му для цилиндра – нулю в точке D. Следовательно, линии CD и EF на эпюрах изгибающих моментов для стойки в целом (см. рис.15, 16) делят эти эпюры на две части. Так, на эпюре Му область ABO1CD соответствует цилиндру, а область CDGO – штоку.

4.3.6 Определение толщин штока и цилиндра

Расчётным для штока  выбираем сечение, проходящее через  центр нижней буксы, для цилиндра – сечение, содержащее шарнир узла крепления подкоса. В этих сечениях действуют изгибающие моменты:

 

;

.

 

Материал для штока  и цилиндра – сталь 35ХГСА, для  которой  .

При подборе толщин стенок штока и цилиндра (проектировочный  расчёт) осевую силу и крутящий момент не учитываем, напряжение σr полагаем равным нулю, кпл=1.27, таким образом, получим зависимости для определения толщины δ. При вычислении величины δ используем метод последовательных вычислений.

 

; ; ; ;

,

 

где d – диаметр средней поверхности элемента.

Рассмотрим два варианта этой формулы :

а) перед слагаемым  стоит знак «-», что соответствует  случаю растянутой зоны от воздействия изгибающего момента;

б) перед слагаемым  стоит знак «+» (сжатая зона).

Для цилиндра на первой итерации:

; ;

;

;

.

Из этих значений выбираем наибольшее и вводим запас на восприятие осевой силы и крутящего момента, т. е. принимаем δц = 2.5мм.

Повторяя вычисления при d=142.5мм, получаем:

d=142.5мм; А=1176 [Н·мм]; В=2846 [Н·мм];

;

; следовательно, значение δц = 2.5мм  принято обоснованно.

Для штока на первой итерации

; ; ;

;

.

Принимаем δшт = 3мм, повторяя при d=117 мм, получим:

А=965; В=4222; δ=2.373 [мм]; δ=2.95 [мм].

 

4.3.7 Заключение о прочности штока и цилиндра

Цилиндр и шток прочны в пределах точности принятой расчетной схемы, если толщины их стенок имеют значения

δшт=3 [мм]; δц=3.5 [мм].

Может оказаться, что  толщина стенки цилиндра зависит  от локальной прочности в месте  приложения к цилиндру сосредоточенной  силы от подкоса. Однако для решения  этой задачи следует ввести более точную расчетную схему, в частности, использовать теорию оболочек.

 

Раздел 5

Проектирование  лонжерона минимальной массы

5.1 Выбор и обоснование КСС лонжерона.  Исходные данные для расчета

 

Лонжероны являются основными  элементами силового набора крыла и оперения. Они представляют собой продольные балки или фермы, воспринимающие полностью или частично изгибающий момент и поперечную силу крыла.

Расчет будет проводиться  для переднего лонжерона крыла, конструктивно-силовая схема которого – балочная. Балочные лонжероны наиболее выгодны в весовом отношении при больших интенсивностях нагрузок, при средних и малых строительных высотах, чем ферменные. Они представляют собой двухпоясную балку со стенкой, подкрепленной стойками, которые могут использоваться также для присоединения нервюр к лонжерону.

Форма поперечного сечения  – двутавр, так как двутавровое  сечение имеет преимущество в  весовом отношении по сравнению  со швеллерным при больших интенсивностях нагрузки.

По технологическим  признакам – лонжерон сборочный, клепаной конструкции, с монолитными поясами.

В качестве расчетного сечения  выбираем сечение с координатой 

 

, ,

.

 

- изгибающий момент, воспринимаемый крылом в расчетном сечении;

- поперечная сила, действующая на  крыло.

Значения МΣизг и  мы берем из курсового проекта по прочности.