Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ЛОНЖЕРОНА ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
РЕФЕРАТ
Работа состоит из 5 разделов, соответствующих заданию на дипломный проект, и включает в себя: 91 страницы текста; 7 таблиц; 33 рисунков. В качестве литературных источников использовано 16 изданий, в том числе: справочники, книги отдельных авторов по соответствующей тематике.
Ключевые слова: лонжерон, лопасть, оптимизация, масса конструкции, вертолет, САПР.
Объектом исследования в данной работе выступает лонжерон лопасти несущего винта легкого вертолета.
Цель работы: подбор оптимальной конструкции лонжерона лопасти несущего винта легкого вертолета, которая должна соответствовать требованиям достаточной прочности и жесткости, эксплуатационным требованиям, требованиям минимального веса.
В качестве метода исследования использован метод математического программирования в задаче оптимизации конструкций из композиционных материалов с применением компьютерной программы виртуального конечноэлементного моделирования Solid Works. В результате работы было получено оптимальное значение толщины стенки лонжерона 6,6 мм, которое меньше на 1,2 мм толщины стенки исходного лонжерона. Оптимизированная конструкция соответствует эксплуатационным требованиям.
ВВЕДЕНИЕ
Вертолетостроение традиционно было лидирующим в применении композитов. В последнее время доля их использования в конструкции вертолета существенно возросла. Использование композитов предъявляет дополнительные требования к содержанию знаний конструктора. Сложность конструирования деталей, выполняемых из композитов, обусловлена тем, что деталь и материал изготавливаются одновременно. Поэтому наряду с выбором внешней формы, оптимальной с точки зрения изготовления детали, конструктор должен определить структуру композита, которая была бы оптимальна для выбранной формы детали и наилучшим образом соответствовала действию внешних нагрузок. Для успешного решения этой задачи конструктор должен знать свойства композитов, методы их расчета и способы изготовления из них конструкций [2].
С первого взгляда, для получения наилучшей конструкции достаточно составить математическую модель проектируемого объекта и найти его оптимальные параметры по одному или нескольким заранее выбранным критериям эффективности. Однако есть принципиальные трудности, которые не позволяют решить эту задачу достаточно корректно. Во-первых, определение оптимальных параметров конструкции возможно лишь для заданной конструктивно-силовой схемы, при этом остается нерешенным вопрос об оптимальности самой схемы. Во-вторых, не всегда удается формализовать все ограничения и требования к конструкции при построении математической модели. Выбор и определение комплексного критерия оптимизации также является достаточно сложной и неоднозначной в своем решении задачей. Поэтому упомянутые вопросы конструирования обычно решаются последовательно, в порядке определенного соподчинения [2].
Значительный прогресс в совершенствовании процесса проектирования достигается при переходе на CAD/CAM/CAE технологии. Имеющийся в них широкий набор инструментов автоматизации конструкторских работ позволяет не только сократить сроки проектирования и выпуска изделия, но и повысить качество конструкции по многим показателям [2].
Целью данного дипломного проекта является:
оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета. Подбор оптимальной конструкции будет осуществляться с использованием персонального компьютера и прикладной программы Solid Works;
оценка возможности использования прикладной программы Solid Works как инструмента системы автоматизированного проектирования (САПР) конструкций из КМ.
1. НЕСУЩИЙ ВИНТ ВЕРТОЛЕТА
.1 Общие требования к конструкциям элементов несущего винта
Общие требования, предъявляемые к конструкции элементов НВ, противоречивы и проектирование несущей системы вертолета является сложной задачей нахождения компромисса между ними. Требования можно подразделить на следующие группы.
Аэродинамические требования. Взаимное расположение частей НВ, его формы и параметры должны обеспечивать высокие летно-технические характеристики. Конструкция лопастей должна обеспечивать заданные характеристики аэродинамического контура и балансировку в пределах, которые позволяют эксплуатировать вертолет с учетом установленных ограничений, ресурсов и сроков службы [3].
Требования прочности. Все элементы конструкции вертолета должны выдерживать все виды нагрузок в соответствии с нормами летной годности вертолетов, в которых предусмотрены различные случаи нагружения частей вертолета [1].
По видам нагрузок элементы несущего винта должны проектироваться с учетом статической, усталостной прочностей и их совокупности. Также, ввиду того, что лопасть НВ является длинномерной конструкцией, необходим учет прочности по устойчивости конструкции.
Статическая прочность конструкции проверяется при больших редко действующих нагрузках. При этом расчет и выбор параметров конструкции проводится по разрушающей нагрузке Рразр. которая должна превосходить эксплуатационную Рэ в некоторое число раз. Это число называют коэффициентом безопасности f . Для авиационных конструкций f принято выбирать равным 1,5. Чрезмерное увел