Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
ирования композита. Наиболее низкая прочность при срезе будет для однонаправленных материалов, когда ориентация волокон совпадает с направлением нагружения. Максимальная прочность достигается при ориентации волокон под углами 45 за счет повышения прочности при сдвиге и снижении концентрации напряжений в зоне отверстия.
Прочность композитов при смятии болтом представляет собой весьма условную характеристику материала, т.к. при нагружении пакета через болт около него устанавливается сложное напряженное состояние. В инженерном расчете соединений принимается предположение о равномерном распределении напряжений сжатия по диаметральной плоскости.
Наибольшую прочность при смятии имеет материал, образованный слоями с ориентацией 0 и ?. Здесь же важное значение имеет последовательность расположения слоев, влияющая на напряжения межслоевого сдвига и вызывающая кромочный эффект. Установлено, что прочность соединений углепластика с неравномерной укладкой 0/0/+ 45/- 45/0/0 на 16 % меньше, чем с равномерной 0/+ 45/0/0/- 45/0.
Исследования влияния диаметра отверстия на прочность композита при смятии показывают, что она монотонно уменьшается с увеличением отношения d/h (рисунок 1.19) [8].
.8 Выводы
Из произведенного литературного обзора можно сделать следующие выводы:
. К авиационным конструкциям и, в частности, к элементам несущего винта вертолета предъявляются различные требования: надежности, прочности, жесткости, технологичности, оптимальности по массе, аэродинамике, долговечности. Эти требования выполнимы, однако вместе с тем, они являются ограничивающими друг друга. Взаимное влияние прослеживается между всеми требованиями, что ведет к компромиссным решениям в конструкциях элементов несущего винта.
. Для деталей из композитов, ввиду особенностей структуры материала, выбирается увеличенный коэффициент безопасности f = 2,0-2,5, либо занижается уровень допустимых напряжений до 2/3?в при расчете конструкции на предельную несущую способность.
. Лопасти во время полета испытывают аэродинамические и массовые нагрузки. Поскольку лонжерон является силовым элементом лопасти, то он испытывает влияние передаваемых ему нагрузок, что приводит к возникновению усилий в сечениях.
Лонжерон подвергается действию центробежной Nцб силы, поперечной силы Q, крутящего Mкр и изгибающего Mизг момента.
. Расчетными для лонжерона являются нагрузки от центробежной силы N и крутящего момента Mкр.
Масса лонжерона, как основного силового элемента, составляет бльшую часть массы лопасти. То есть, массовая характеристика лопасти ?0 в значительной степени зависит от массы лонжерона.
. Массовая характеристика является отношением действующих на лопасть аэродинамических сил к инерционным силам. Она определяет взаимосвязь массы лопасти и нагрузок, возникающих в ней. Для малых лопастей (R = 4 м) массовая характеристика равна ?0 = 4,5 и для больших лопастей (R ? 16 м) - ?0 = 7. Чем больше массовая характеристика для заданной лопасти, тем меньше возможная минимальная конструктивно-технологическая масса лопасти.
2. ОПТИМИЗАЦИЯ ЛОНЖЕРОНА ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
.1 Описание объекта оптимизации
В работе оптимизируется лонжерон лопасти несущего винта легкого вертолета. Характеристики вертолета представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Характеристики легкого вертолета
ТипЛегкий двухместный вертолет нормальной схемыНормальная взлетная масса, кг570Максимальная взлетная масса, кг650Диаметр НВ, м6,84Количество лопастей НВ, шт3Количество лопастей рулевого винта, шт2Втулка НВБесшарнирная с упругими торсионамиСкорость вращения НВ, м/сек205Хорда лопасти НВ, м0,17Профиль лопасти НВПереходный, NACA 63А12/63А15Длина лопасти, м2,966Масса лопасти, кг7,5Площадь ометаемой поверхности, м236,745Мощность силовой установки, кВт (л.с.)115 (156)Стандартный запас топлива, л (кг)72 (53)Часовой расход топлива, л/ч28-35Максимальная скорость при полной загрузке, км/ч180Крейсерская скорость при полной загрузке, км/ч157
Характеристики оптимизируемого лонжерона приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Характеристики лонжерона
Длина, м2,900Ширина участка с профилем, 10-2 м: NACA 63А12 NACA 63А15 7 8Масса, кг5,3Площадь поперечного сечения, 10-6 м2: профиля NACA 63А12 профиля NACA 63А15 250 320Периметр поперечного сечения стенки, 10-2 м: профиля NACA 63А12 профиля NACA 63А15 140 200Длина участка с профилем, м: NACA 63А12 NACA 63А15 1,65 1,15Толщина стенки, 10-3 м7,8Толщина слоя с армированием, 10-3 м 0 45 3 4,8
Схематический вид лонжерона представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Схематический вид лонжерона, где а - вид сверху; б - сечение комлевой части; в - сечение профиля NACA 63А15; г - сечение профиля NACA 63А12; r - относительный радиус; R - радиус лонжерона
Материалом лонжерона является стеклопластик на основе стеклоткани Т-25/1-76 (ТУ 6-48-53-90) и эпоксидного связующего специального назначения ЭДТ-69Н. Физико-механические характеристики стеклоткани приведены в таблице 2.3, рецептура связующего приведена в таблице 2.4.
Таблица 2.3 - Физико-механические свойства стеклоткани Т-25/1-76
Толщина, 10-3 м0,35 0,05Поверхностная плотность, кг/м20,395 0,025Плотность ткани, нитей/м основа уток 900+50 50010Разрывная нагрузка, Н основа уток 3920 980Ширина, м0,92Вид переплетениясаржа 2/2
Саржевое (диагональное) переплетение создается переплетением одного или более элементов основы двумя или более элементами утка в правильном чередовании. В