Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
результате получают ткань с прямым или изломанным диагональным рисунком. Особенностью такой ткани является большая гибкость и лучшая драпирующая способность, нежели у тканей с полотняным или сеточным переплетениями [16]. Вид переплетения стеклоткани Т-25/1-7 характеризуется чередованием двух нитей основы и двух нитей утка при плетении.
Таблица 2.4 - Рецептура раствора связующего ЭДТ-69Н
Наименование компонентовМассовая доля компонентов связующего, %Смола ЭТФ19,0Смола УП-631У19,0Смола КДА19,0Отвердитель 93,1Спирт этиловый24,0Ацетон16,0
Физико-механические свойства эпоксидного стеклопластика приведены в таблице 2.5.
Таблица 2.5 - Физико-механические свойства эпоксидного стеклопластика
Предел прочности на растяжение, МПа1160Модуль упругости, МПа22000Модуль сдвига, МПа3400Плотность, кг/м31800Коэффициент Пуассона0,3Толщина элементарного слоя, 10-3 м0,6
2.2 Функция оптимизации и пространство проектирования
Конструкция лопасти, не считая узла крепления, состоит из лонжерона, расположенного в передней части сечения, и хвостового отсека с поперечными разрезами. Этот отсек необходим для образования подъемной силы, а всю нагрузку воспринимает лонжерон. Таким образом, вес хвостовой части известен и оптимальному проектированию подлежит лонжерон. Целевой функцией оптимизации лонжерона является его масса
M = LS (h1 + h2)?
где L - длина лонжерона, S - длина периметра сечения лонжерона, h1 - толщина слоя с углом укладки ?1 = 0, h2 - толщина слоя с углом укладки ?2 = 45, ? - плотность материала
Как видно из формулы, параметры, которые можно варьировать при заданном материале - это толщины слоев композита. Они и будут составлять пространство проектирования (ПП). Ввиду того, что ПП представлено параметрами, имеющими конкретные значения, то ПП является арифметическим, а задача оптимизации решается методами математического программирования.
2.3 Оптимизация лонжерона лопасти НВ
Для того чтобы выполнить оптимизацию по обозначенным ограничениям пространства проектирования необходимо знать величины продольной силы N и крутящего момента Mz, действующих на лопасть и, соответственно, лонжерон. Для этого, установим максимальные значения центробежной силы N и изгибающего момента Mz. Эпюры нагрузки от центробежной силы и крутящего момента изображены на рисунке 2.2, а наибольшие полученные результаты равны= 30100 Н и Mz = 603 Нм.
В11 = 12,4109 Пам;
В33 = 1,9109 Пам.
Рисунок 2.2 - Эпюры распределения центробежных сил и крутящего момента по длине лопасти, где N - нагрузки от центробежной силы; Mz - крутящий момент; - относительный радиус
Определяем относительные деформации стенки лонжерона, учитывая изменение площади поперечного сечения профиля (индекс 12 соответствует профилю 63А12, индекс 15 - 63А15):
?z12 = 9,710-3;
?z15 = 7,510-3;
?zs12 = 0,610-3;
?zs15 = 0,4910-3.
Определяющими являются напряжения вдоль оси основы стеклоткани, поэтому расчет можно вести по нитяной модели. Тогда:
?112 = 5,3106 Па;
?115 = 3,7106 Па.
Найденные напряжения в слоях значительно ниже предела прочности стеклопластика на разрыв, следовательно, ограничение по прочности выполняется.
Ограничение по жесткости выполняется при условии, когда угол закручивания (депланации) сечения ? будет менее 5.
? = 1,210-3; ? < 5.
Толщину слоев можно найти из уравнений и неравенств ограничений:
Решение задачи оптимизации представляется графическим построением линий ограничения (рисунок 2.3).
Пересечение кривых 1 и 3 на рисунке 2.3 показало, что толщина продольного слоя равна h1 = 1,810-3 м, толщина спирального слоя равна
h2 = 3,510-3 м. Однако толщина данного слоя должна быть кратной четному числу, т. к. слои дополняют друг друга. Тогда с учетом технологического ограничения толщина спирального слоя равна h2 = 4,810-3 м и толщина продольного слоя равна h1 = 1,810-3 м.
Рисунок 2.3 - Графики, характеризующие распределение толщин слоев в зависимости от ограничений, где 1 - ограничение по прочности продольного слоя, 2 - ограничение по прочности слоя 45, 3 - ограничение по жесткости
2.4 Выводы
Пространство проектирования представляется двумя толщинами слоев композита по направлению армирования вдоль конструкции (h1) и под углом 45 (h2). Пространство проектирования является арифметическим. Оптимизация ведется методами математического программирования.
Пространство проектирования имеет ряд ограничений, связывающий их по прочности. Для расчета ограничений используется балочная теория тонкостенных конструкций.
Толщины слоев пакета стенки лонжерона зависят от нагрузок, создаваемых внешними аэродинамическими силами и собственных весовых параметров лопасти. Расчетными нагрузками являются центробежная сила
N = 30100 Н и крутящий момент Mz = 603 Нм.
В ходе оптимизации получены толщины слоев для оптимального армирования лонжерона под действием нагрузок. Ограничения соблюдены. Толщина продольного слоя равна h1 = 1,810-3 м, толщина спирального слоя равна h2 = 4,810-3 м. Суммарная толщина стенки лонжерона h = 6,610-3 м, что на 1,210-3 м меньше, чем у изначальной конструкции.
Масса оптимизированного лонжерона равна 4,3 кг.
3 ВИРТУАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЛОНЖЕРОНА ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРОЛЕТА
.1 Характеристика программы виртуального моделирования
В настоящее время в различных областях науки и техники активно используются систем?/p>