Киль. Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Конструкция самолётов Проектирование киля самолёта Ил76
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА» ИНСТИТУТ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ КАФЕДРА КиПЛА Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Конструкция самолётов» «Проектирование киля самолёта Ил-76» Выполнил: студент группы 3509 Минеев А.А Проверил: Тюпко А.Г Самара 2020 ЗАДАНИЕ Темой курсового проекта является проектирование киля военно-транспортного самолёта Ил-76. Объектом исследования является киль Ил-76, чертежи и прочностные расчёты. На рисунке 1 представлен чертёж самолёта Ил-76. Рисунок 1 – Ил-76 1 ИЗУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ КИЛЯ Самолёт Ил-76 предназначен для парашютного и посадочного десантирования личного состава, военной техники, грузов, топлива, контейнеров. За счет усиления его основных конструктивных элементов (планер, шасси) увеличена максимальная взлетная масса и транспортная нагрузка. На самолете установлены 4 турбореактивных двухконтурных двигателя Д-30КП 2 серии, с тягой по 120000 Н каждый. Силовая установка обеспечивает самолету высокую тяговооруженность, а наличие реверсивного устройства уменьшает пробег. Ил-76МД имеет мощную механизацию крыла и многоколесное шасси с высокоэффективной системой торможения, что позволяет осуществлять взлет и посадку на грунтовые полосы. Самолёт имеет герметизированную грузовую кабину и грузовую рампу для обеспечения удобства погрузки-разгрузки и парашютного десантирования личного состава и перевозимых грузов. В грузовой кабине возможна установка трёх пассажирских модулей, выполненных в виде стандартных грузовых контейнеров. В таблице 1 представлены лётно-технические характеристики самолёта Ил-76. Таблица 1 - Лётно-технические характеристики самолёта Ил-76 Наименование Величина Длина самолета 46,6 м. Размах крыла 50,5 м Общая площадь крыла 300 кв. м. Максимальная взлётная масса 210000000 кг. Минимальная взлетная масса 88500000 кг. Максимальная грузоподъёмность 60000000 кг. Объём топливных баков 109000 л. Максимальная скорость 850 км/ч. Максимальная дальность полёта 6500 км. Длина грузовой кабины 24,54 м. Ширина грузовой кабины 3,45 м. Высота грузовой кабины 3,4 м Срок службы 30 лет Высота самолета 14,76 м Колея шасси (по внешним колесам), м 8,16 База шасси, м 14,17 Длина фюзеляжа, м 43,25 Диаметр миделевого сечения, м 4,8 Продолжение таблицы 1 - Лётно-технические характеристики самолёта Ил-76 Средняя аэродинамическая хорда (CAX), м 6,436 Удлинение 8,5 Сужение 3 Угол стреловидности (по линии 1/4 хорд), град 25 Угол поперечного v, град -3 Установочный угол атаки, град: по борту фюзеляжа 3 на конце крыла 0 Оперение Размах горизонтального оперения, м 17,4 Угол стреловидности горизонтального оперения (по линии 1/4 хорд), град 30 Угол стреловидности вертикального оперения (по линии 1/4 хорд), град 38 внешнего 10,6 Количество x тип двигателя 4хТРДД Двигатель Д-30КП, сер. 2 Максимальная тяга (МСА, Н=0), Н 120000 Крейсерская скорость, км/ч 750–780 Высота полета, м 9 100–12 100 Длина разбега, м 1 700 Длина пробега, м 930 Длина x Ширина x Высота, м 24,54х3,45х3,4 Объем грузовой кабины, м³ 321 Количество полетов 8 000 Количество летных часов, ч 12 000 Коэффициент перегрузки 3 Корневая хорда, м 50,1 Концевая хорда, м 2,71 Аэродинамический профиль 10,5% Хвостовое оперение предназначено для обеспечения устойчивости и управляемости самолета. Оно состоит из горизонтального оперения (ГО), вертикального оперения (ВО) и обтекателя. Горизонтальное оперение (ГО) состоит из стреловидного стабилизатора и двух рулей высоты (РВ) с триммером-сервокомпенсатором на каждом. Горизонтальное оперение подвижно закреплено на верхней части киля. Вертикальное оперение состоит из: неподвижного стреловидного киля и руля направления (РН) с сервокомпенсатором и триммером. Обтекатель закрывает стык стабилизатора с килем. На хвостовом оперении размещены: элементы электрообогрева передних кромок киля и стабилизатора; блоки и антенны радиотехнического оборудования, агрегаты и тяги управления рулями высоты, направления и стабилизатором. Киль - стреловидный, симметричного профиля, состоит из следующих основных агрегатов: кессона, трехлонжеронной конструкции; носовой части с электрообогреваемым носком; гребня, обеспечивающего плавный переход от фюзеляжа к килю; надстройки верхней части киля; верхней и нижней опор и трех кронштейнов навески руля направления; сектора - ограничителя РН с механизмом стопорения; узлов стыка с фюзеляжем и навески стабилизатора. В верхней части киля размещены: задний узел крепления стабилизатора на стыке среднего лонжерона киля; нижний узел крепления винтового подъемника стабилизатора на переднем лонжероне киля; упорные ролики, ограничивающие боковые перемещения стабилизатора в горизонтальной плоскости вместе с клыками стабилизатора. На двух торцевых и трех промежуточных опорах в хвостовой части киля навешен руль направления. Нижней частью киль присоединяется к фюзеляжу с помощью специального профиля. По обеим сторонам шпангоутов на участке стыка в гнездах размещается но два болта, соединяющих киль с фюзеляжем. В гнезда болтов ставятся узлы такелажного приспособления, что позволяет демонтировать и монтировать киль в вертикальном положении. Кессон является основным силовым агрегатом киля, воспринимающим нагрузку от вертикального и горизонтального оперения. Он состоит из переднего, среднего и заднего лонжеронов, поперечного набора из нервюр, расположенных перпендикулярно заднему лонжерону, и обшивки из шести панелей, прессованных вместе с ребрами- стрингерами. Лонжероны киля однотипные. Они представляют собой клепаную балку швеллерного сечения, состоящую из двух поясов и стенки, усиленной стойками. Пояса и стойки изготовлены из прессованных, механически обработанных профилей переменного сечения. В нижней части переднего лонжерона приклепан профиль для стыка с фюзеляжем, а в верхней части находится узел крепления подъемника стабилизатора. В этих местах пояса и стенки лонжерона усилены профилями и накладками. Средний лонжерон нижней пастью соединяется со стыковым профилем на фюзеляже. Б верхней части лонжерона пояса лонжерона развиваются в мощный профиль, двутаврового сечения, полки которого являются продолжением обшивки киля. Лонжерон стыкуется с узлом навески стабилизатора и нервюрой. На стенке лонжерона в стыке с нервюрами установлены подкрепляющие профили. Задний лонжерон подобен переднему. На нем, кроме крепления нервюр поперечного силового набора, предусмотрены усиления. Нервюры расположены перпендикулярно заднему лонжерону, одна (наклонная) замыкает верхнюю часть киля. Нервюры имеют балочную конструкцию, состоят из поясов и стенки, подкрепленной стойками. Пояса и стойки нервюр изготовлены из прессованных профилей. Силовые нервюры воспринимают воздушную нагрузку и нагрузку от: верхней балки нижней опоры РН; кронштейнов навески РН; сектора- ограничителя и механизма стопорения; наклонной нервюры; направляющих тяг РН и РВ (рисунок 2). Рисунок 2 - Киль Кессон закрыт с обеих сторон обшивкой из шести панелей с каждой стороны. Толщина полотна панелей по высоте киля и по хорде разная. Верхняя часть киля заканчивается надстройкой, на которую надвигается верхний обтекатель стабилизатора. В передней части надстройки размещаются винтовой подъемник стабилизатора и направляющая стойка с роликом, удерживающим стабилизатор от боковых перемещений. В задней части надстройки расположены кессон и наклонная нервюра. Передняя надстройка состоит из трех однотипных носков балочной конструкции. Обшивка лобовой части передней надстройки съемная, обогреваемая. На боковых поверхностях обшивки имеются съемные люки для подхода к винтовому подъемнику. На левом борту надстройки имеются съемные крышки для снятия панели кессона. Обшивка надстройки крепится на диафрагмах, опирающихся на наклонную нервюру и на профили, закрепленные на панелях кессона (рисунок 3). Рисунок 3 – Крепления киля Правая и левая направляющие стойки с роликом предотвращают перемещения стабилизатора в поперечном направлении. По ним ролики скользят по направляющим клыкам при отклонении стабилизатора, удерживая его от перемещений. Стойка представляет собой штампованную боковину двутаврового сечения, усиленную ребрами. В верхней части боковины имеется вилка, в которой помещается упорный ролик с втулкой. Смазка подается в ролик через пpecc-масленку, находящуюся в оси. Нижняя опора имеет коробчатую конструкцию, она находится между задним лонжероном киля и подкилевым пилоном фюзеляжа. Опора состоит из нижней и верхней балок и семи диафрагм, В стыке РН с верхней балкой нижняя опора закрыта съемным обтекателем. В задней части на верхней балке и первой диафрагме нижней опоры закреплена штампованная пята с ребрами, в которой находится ось нижней опоры РН. Для подхода к узлу в обшивке левого борта имеется съемный люк. По конструкции опоры подобны. Киль с фюзеляжем соединен посредством стыковых профилей. Профили соединяются с фюзеляжем по шпангоутам стыковочными болтами с цилиндрическими вкладышами и сферическими шайбами. Закрывается стык химически фрезерованными лентами с дренажными отверстиями, с краями окрашенными в зеленый цвет. По оси шпангоута и заднего лонжерона стык закрыт зализом из магниевого литья. Хвостовая часть киля расположена между задним лонжероном киля и передней кромкой РН. Состоит из диафрагм, обшивки и панелей зашивки щелей. Панели хвостовой части киля изготовлены из сотовых конструкций, они имеют вырезы для кронштейнов навески РН и сектора ограничителя. Панели съемные, крепятся болтами с анкерными гайками. 2 РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К КИЛЮ К оперению самолета относятся горизонтальное и вертикальное оперение. Горизонтальное оперение служит для обеспечения продольной, а вертикальное – путевой устойчивости и управляемости самолета. К вертикальному оперению самолета предъявляются следующие основные требования: - обеспечение путевой устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета, в том числе и на режимах, близких к αкр (посадка, штопор); - наименьшее лобовое сопротивление; - возможно меньшее затенение оперения крылом, фюзеляжем, гондолами двигателей, а также одной части оперения другой; - исключение возможности возникновения вибраций; - простота монтажа и демонтажа оперения на самолете. Все требования взаимосвязаны. Изменение степени выполнения каждого требования в отдельности может либо улучшить, либо ухудшить качество самолёта в целом. Требования могут выражаться количественно (например: ресурс в часах), либо качественно (например: требование обеспечить минимальное аэродинамическое сопротивление ВО). Все требования обычно подразделяют на функциональные, эксплуатационные, производственно-технологические и экономические. 2.1 Функциональные требования Функциональные требования – перечень основных функций, выполняемых килём на самолёте, а так же перечень свойств, без которых выполнение его функций невозможно. Сюда относят следующие требования: 1) Вертикальное оперение и РН должны обеспечивать самолёту продольную балансировку, устойчивость и управляемость; 2) В конструкции и при компоновке оперения должны быть исключены причины, способные вызвать вибрации типа флаттер при обтекании воздушным потоком; 3) Ресурс киля должен быть примерно равным ресурсу планеру самолёта; 4) Киль должен обладать достаточной прочностью и жёсткостью, так как особенностью киля является значительное нагружение заднего лонжерона сосредоточенными силами в узлах подвески рулей; 5) Киль должен обладать минимальной массой. Вес конструкции можно уменьшить, делая её равнопрочной, применяя новые конструкционные материалы, уменьшая количество и размеры несиловых элементов, увеличивая количество функций, выполняемых одним силовым элементом, совмещая технологические и эксплуатационные разъёмы и т.д.; 6) Киль лучше выполнять стреловидной формы, что объясняется стремлением увеличить расстояние между его центром давления и центром масс самолёта. 2.2 Эксплуатационные требования В совокупности эксплуатационные требования определяют уровень эксплуатационной технологичности киля. Эксплуатационные требования удовлетворяются целым комплексом качеств конструкции. К такому комплексу относятся следующие требования: 1) Надёжность, т.е. способность киля выполнять поставленные задачи перед ним с сохранением своих лётных данных и эксплуатационных показателей в заданных пределах в течении заданного промежутка времени. Надёжность обеспечивается прочностью и жёсткостью конструкции безотказным функционированием его систем, механизмов и оборудования. Повышение надёжности повышается резервированием и дублированием ответственных систем; 2) Должен быть обеспечен хороший доступ ко всем частям и деталям киля, подлежащим текущему и периодическому осмотру и обслуживанию; 3) Необходимо обеспечить возможность ремонта конструкции киля; 4) Должна быть возможность эксплуатировать киль в различных метеорологических условиях; 5) Компоновка киля должна соответствовать его назначению; 6) Должна быть возможность замены деталей и узлов конструкции киля в процессе его эксплуатации. 2.3 Производственно-технологические требования Данная группа требований определяет производственную технологичность конструкции киля. Его конструкция должна быть рассчитана на возможность применения наиболее прогрессивных и экономичных технологических процессов при данном объёме производства. К производственно-технологическим можно отнести следующие требования: 1) Применение большего числа стандартных и нормализованных элементов, что позволяет осуществлять их массовое производство на специализированных предприятиях. Это снижает себестоимость и повышает качество; 2) Большая унификация элементов, т.е. применение конструктивно подобных, идентичных элементов с небольшими изменениями. Например, применение конструктивно подобных кронштейнов. Это приводит к повторяемости процессов изготовления, повышению серийности, снижению себестоимости; 3) Обеспечение высокой преемственности конструкции киля, т.е. создание новой конструкции с использованием уже освоенных технологических процессов; 4) Использование в конструкции легкообрабатываемых материалов; 5) Возможно меньшие требования к точности и чистоте обработки поверхности, что снижает трудоёмкость, а следовательно, и стоимость; 6) Обеспечение наивысшего коэффициента использования материала. 2.4 Экономические требования Стремление наиболее полно удовлетворить производственно-технологические и эксплуатационные требования неизбежно приводят к снижению весового совершенства конструкции. Повышение ресурса и надёжности в эксплуатации при неизменном весе конструкции киля ведёт к удорожанию производства: 1) Необходимо обеспечить минимальную себестоимость изготовления киля за счёт применения улучшенных технологических процессов и совершенствования конструкции; 2) Необходимо обеспечить минимальные затраты на эксплуатацию в течение всего срока службы киля; 3) Применение в конструкции стандартизированных, нормализированных и унифицированных конструктивных элементов позволит снизить себестоимость изготовления киля; 4) Стоимость изготовления можно снизить за счёт разумного снижения требований к точности и чистоте обработки поверхности. Разработанные требования имеют характер директивных указаний. Любое решение, принимаемое при последующей разработке конструкции киля, должно быть направлено на то, чтобы в максимальной степени способствовать выполнению этих требований. |