Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
?ела
{?} = [De]{?}
где {?} - матрица напряжений-деформаций, [De] - матричное выражение уравнения состояния, устанавливает связь между напряжениями и деформацией и называется матрицей упругих напряжений-деформаций [11].
Композиты, в частности слоистые пластмассовые пластины, армированные стекловолокном, обладают следующими свойствами:
) являются ортотропными;
) имеют очень узкие диапазоны нагружения, в которых постоянные материала не зависят от напряжений (или деформаций), т. е. материал является нелинейным [15].
Поэтому при рассмотрении слоистых пластин, армированных стекловолокном, необходимо принимать во внимание указанные выше обстоятельства [15].
При расчете композитов можно пользоваться как микро-, так и макроподходами. При микроподходе композит разделяют на матрицу и армирующий материал и, исходя из особенностей соединения матрицы и армирующего материала, рассматривают механику поведения композита. В случае макроподхода наполнитель и связующий материал рассматривают как одно целое.
3.3 Виртуальные испытания лонжерона лопасти НВ
Изначально проведем построение виртуальной модели лонжерона. Исходные данные для геометрического построения содержатся в таблице 3.1.
Концевое сечение лонжерона имеет профиль NACA 63А12, комлевое сечение представляет собой сечение прямоугольной формы. Подобный переход геометрии обоснован конструктивной необходимостью, т.к. именно в комлевом сечении располагаются узел крепления лопасти к втулке несущего винта. Кроме того, у корня лопасти действует наибольший крутящий момент. Длина комлевого уширения порядка 0,20 м, далее он плавно переходит в профиль NACA 63А15. Диаметр отверстий равен 0,02 м.
Таблица 3.1 - Исходные данные для моделирования лонжерона
Длина, м2,90Ширина участка с профилем, 10-2 м: NACA 63А12 NACA 63А15 7 8Длина участка с профилем, м: NACA 63А12 NACA 63А15 1,65 1,15Толщина стенки, 10-3 м7,8Ширина комлевого участка, м0,12
Моделирование происходит следующим образом:
. Строятся контуры комлевого участка и участков аэродинамических профилей NACA 63А12 и NACA 63А15 на относительных радиусах лопасти r = 0,2, r = 1, r = 0,45 начиная с комлевого сечения соответственно.
. При помощи функции Бобышка/основание по сечениям последовательно соединяются полученные контуры. Указывается толщина сечения лонжерона 0,005 м.
. Задается положение центров и диаметры отверстий.
. Задаются физико-механические параметры используемого материала.
Материал - стеклопластик со следующими физико-механическими свойствами:
Массовая плотность - 1800 кг/м3,
Предел прочности на растяжение - 1160 МПа,
Модуль упругости при растяжении - 22000 МПа,
Коэффициент Пуассона - 0,3.
На рисунке 3.1 представлен внешний вид смоделированного при помощи Solid Works лонжерона.
Рисунок 3.1 - Внешний вид смоделированного лонжерона
Далее производится испытание лонжерона на сопротивление разрыву от центробежной силы. Осуществляется закрепление модели по отверстиям (рисунок 3.2).
винт вертолет лонжерон лопасть
Рисунок 3.2 - Закрепление модели лонжерона
В соответствии с силовой схемой лонжерон нагружается растягивающей нагрузкой N = 30100 Н (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 - Нагружение модели лонжерона
После задания ограничений и нагрузок программой производится расчет напряженно-деформированного состояния смоделированного объекта путем разбиения его на конечные элементы.
.3 Результаты испытаний
В результате испытаний, произведенных встроенным в Solid Works модулем COSMOS Work, получили распределения напряжений в материале лонжерона, проиллюстрированные на рисунках 3.4 и 3.5.
Рисунок 3.4 - Распределение напряжений от действия продольной силы N = 30100 Н
Рисунок 3.5 - Распределение напряжений в зоне отверстий
.4 Выводы
. Системы автоматизированного проектирования позволяют производить моделирование явлений, процессов, конструкций в реальном времени, в диалоговом режиме с пользователем. Однако в силу использования при вычислениях математических моделей, имеющих определенные ограничения, расчеты в САПР не являются окончательными, но дополняют результаты опытных испытаний.
. По полученной при помощи расчета в Solid Works картине напряжений можно сказать, что максимальные напряжения, возникающие в лонжероне при действии центробежной силы (?max = 81 МПа), являются меньшими, чем предел прочности материала (?в = 1160 МПа). Это гарантирует работу конструкции в исследованных условиях.
. Как и ожидалось, максимальные напряжения ?max возникли в зоне крепежных отверстий, что объясняется перераспределением напряжений возле дефектной зоны.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОПТИМИЗАЦИИ ЛОНЖЕРОНА
.1 Определение дальности и продолжительности полета
Под дальностью полета вертолета понимают расстояние, которое может пройти вертолет по маршруту от места взлета до места посадки. Продолжительность полета вертолета - это время пребывания вертолета в полете от взлета до посадки.
Дальность и продолжительность полета вертолета зависят от запаса горючего и от режима полета, т. е. скорости, высоты и числа оборотов несущего винта, а также от атмосферных условий и регулировки двигателя. Дальность и продолжительность полета, кроме того, зависят от полетного веса вертолета. Чем больше полетный вес вертолета, тем больше должна быть тяга несущего винта и, следоват