无人机方向舵设计.docx

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 4
、结构形式 4
、翼肋布置 4
、悬挂点配置 4
、操纵接头的布置 4
、配重方式 4
、开口补强方案 5
、方向舵理论图 5
二、载荷分布及内力图 5
、载荷分布 5
、悬挂点位置的确定 5
、内力图 7
三、设计计算
、梁
、尺寸的确定 7
、材料的选择 8
、扭矩及扭矩图 8
、梁腹板校核 10
、梁缘条的校核 11
、蒙皮的设计计算 12
、前缘蒙皮校核 12
、后段蒙皮校核 12
、肋的设计计算 14
、后段普通肋的计算 14
、后段中间加强肋设计 17
、端肋肋的设计 17
、前缘加强肋的设计 17
、接头和转轴设计 17
、接头与梁的位置关系 17
、轴承的选择 18
、螺栓组合件的选择 18
、支座的设计 18
、支承接头支座设计 18
、摇臂支座设计 19
、铆钉设计 20
、铆钉直径的确定 20
、铆钉长度的确定 20
、铆钉间距及边距的确定 20
、尾刃的设计 21
四、重心计算及配重设计 21
、重心计算 21
、前缘蒙皮重量重心计算 21
、梁的重量重心计算 21
、前缘肋重量重心计算 21
、后缘肋重量重心计算 22
、后段蒙皮重量重心计算 24
、尾刃重量重心计算 24
、支承支座重量重心计算 25
、摇臂支座重量重心计算 26
、质量和质心计算 26
、配重设计 26
五、总结 27
六、装配工艺流程 28
七、参考资料 29
第一部分初步方案
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NACA 0008。
方向舵前段外形参数(单位:mm)
X
0
20
40
62
80
100
270
310
Y
0






0
方向舵外形
翼型最大厚度在62mm处,。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。
翼肋的布置
共布置九个翼肋(含两个端肋),。
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。
单梁式
梁腹板距前缘
62mm
梁截面为“U”形
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
操纵接头的布置
为使最大扭矩尽量小,将接头布置在中间。
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重块。

前缘闭室开口处两侧采用加强肋
梁腹板开口处采用支座的三面对其加强。

第二部分载荷分布及内力图

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:
9个翼肋
3个悬挂点
两个集中配重
已知方向舵的使用载荷为,安全系数为f=,故设计载荷为
展向载荷分布为

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。
其中,
由解得:
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:
2)B:
3)A、B之间:以A为原点,向右为正建立坐标系OX,
则
当时,得
所以,
即
(= 时,)
寻找结