飞机部件课程设计。
长空一号无人机方向舵设计。
南京航空航天大学。
飞行器设计技术研究所。
学院：航空宇航学院。
专业：飞行器设计与工程。
班级：0111106
学号：姓名：
时间：2014.12.22-2015.1.16
目录。一、设计要求 4
二、初步方案的确定 5
2.1、结构形式 5
2.2、梁的结构形式 7
2.3、悬挂点配置 7
2.4、翼肋布置 7
2.5、 配重方式 8
2.6、 操纵接头的布置 8
2.7、 开口补强 9
三、载荷计算与设计计算 9
3.1、展向载荷计算 9
3.2、接头位置确定 10
3.3、梁的设计计算 12
3.3.1、梁和前缘蒙皮的设计 12
3.3.2、前缘闭室计算 13
3.3.3、弯心和扭矩计算 14
3.3.4、梁腹板校核 16
3.3.5、梁缘条的校核 17
3.4、蒙皮设计计算 18
3.4.1尾缘条设计 18
3.4.2、弦向载荷分布计算 18
3.4.3、前缘蒙皮校核 19
3.4.4、后段壁板肋的数量和蒙皮最大挠度校核 19
3.4.5、后段壁板蒙皮正应力校核 21
3.5、肋的设计计算 21
3.5.1、后段肋的设计 21
3.5.2、后段普通肋的校核 22
3.5.3中部加强肋设计 24
3.5.4整体端肋设计 24
3.5.5前缘肋和加强肋设计 25
3.5.6、前缘开口加强肋校核 26
3.6、接头和转轴设计 27
3.6.1、支承接头设计 27
3.6.2、选取轴承 28
3.6.3、螺栓组合件的选择 28
3.7、支座设计 29
3.7.1、支承接头支座设计 29
3.7.2、摇臂支座设计 30
3.8、铆钉设计 31
3.9、尾缘条设计 32
四、质量质心计算及配重设计 32
4.1、质量计算 32
4.1.1、前缘蒙皮质量计算 34
4.1.2、梁质量计算 34
4.1.3、前缘肋质量计算 34
4.1.4、后蒙皮质量计算 35
4.1.5、尾缘条质量计算 35
4.1.6、端肋质量计算 35
4.1.7、后半肋质量计算 35
4.1.8、支承支座质量计算 36
4.1.9、摇臂支座质量计算 36
4.1.10、质量和质心计算 36
4.2、配重设计 36
4.3、方向舵重新设计 38
五、装配工艺流程 39
六、总结 40
七、参考资料 40
一、设计要求。
方向舵在其活动范围内运动，在任何情形下不得与其支撑结构或邻近构件发生干扰，所以其要满足一定的协调关系。方向舵平面要满足几何尺寸及协调关系如图1。这是设计的前提条件。
方向舵平面尺寸及协调关系最终设计方向舵。
另外方向舵在xoy平面内的外形由垂尾翼型后段和方向舵前段外形决定。垂尾翼型和方向舵外形数据如表1和表2所示。
表1、垂尾翼型（垂尾前缘为原点）（单位：mm）
表2、方向舵前段外形（方向舵前缘为原点）（单位：mm）
方向舵最大偏转角为。按飞机强度规范确定方向舵载荷及其分布。安全系数为。方向舵使用载荷为12000n。其载荷分布见图2和图3。
展向载荷分布
弦向载荷分布。
为防止方向舵与垂直安定面发生耦合颤振，对与本设计的可逆操纵的方向舵，设计要求质量平衡。
方向舵通常结构采用梁式布局。操纵面一般都靠近前缘的转轴处布置单梁（即成为单梁式结构），其典型剖面见图4。
图5、方向舵典型剖面形式。
由方向舵几何尺寸可知（见表和图5），方向舵面积较小，最大厚度在62mm处为39.2mm。载荷为12000n，相对也较小，故可采用单梁式结构。
另外平尾与方向舵前缘存在干涉，需要在方向舵前缘开口，弦向长度为45mm（与前缘的距离），在最大厚度处之前，所以可以采用单梁结构而不用破坏梁。
方向舵拟合剖面尺寸。
翼型厚度为，可知其为中等厚度的翼型，对于中翼型的单梁式方向舵，由梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，前缘布置翼肋，间距通常较小，以便增加蒙皮的强度和刚度，并能承受较大的扭**荷和局部气动载荷。
后段主要承受气动载荷，由于梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗弯和抗剪设计。
另外后段厚度小，从工艺上考虑，不便采用机翼装配中的在蒙皮上开口来方便装配翼肋形式，所以中采用半翼肋的设计，半翼肋与其蒙皮装配形成壁板，两半壁板再与梁和尾缘条装配。
方向舵主要结构视图。
尾翼蒙皮一般较薄，长空一号为中速飞机，中速飞机尾翼蒙皮厚度大多等于或小于1mm。
由于方向舵尺寸较小，为装配方便，剖面上由前缘蒙皮、上半蒙皮（上壁板）、下半蒙皮（下壁板）、尾缘条构成。
从几何上考虑，在最大厚度处布置单梁后，梁距前缘平尾开口为17mm，此距离不足以在梁前面布置缘条，所以采用“匚”形梁。
从装配工艺考虑，若有前缘条，则前缘蒙皮装配时不便于打铆，造成装配上的困难，所以采用“匚”形梁，对前缘蒙皮铆接装配方便。
操纵面悬挂点的数量和位置确定主要根据以下两点：
1、根据操纵面展长和所受载荷的大小确定悬挂点的数目，使操纵面梁有较好的受力特性；
2、保证使用可靠，在舵面转动时不卡死；舵面受载荷时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多。
为满足损伤容限设计，一般悬挂点不少于2个。由于载荷较小，所以可以采用3个接头，对称布置。
在长空一号无人机方向舵为矩形，即方向舵根稍弦长相同，无后掠，所以运动协调十分容易。
参考如下表各机型的肋间距，长空一号采用铆接壁板，则可初步选定肋间距为160mm，1270mm展长可等间距布置9个翼肋（含2 端肋）。
表1、典型机型翼肋间距。
由于梁和前缘蒙皮构成主抗扭闭室，即后段翼肋不受扭，所以后段翼肋主要以抗弯和抗剪设计。
另外后段厚度小，从工艺上考虑，不便采用机翼装配中的在蒙皮上开口来方便装配翼肋形式，所以中采用半翼肋的设计，半翼肋与其蒙皮装配形成壁板，左右两半壁板再与梁和尾缘蒙皮装配。且左右半肋应分别向上、下偏移一小段距离，以方便壁板与梁的铆接。
配重方式有两种，即集中配重与分散配重。应本飞机速度较低，且对重量较敏感，所以采用集中配重的方式。在方向舵的上下两端前伸出配重块。
为使最大扭矩尽可能小，将接头布置在中间，与中部悬挂点采用螺栓连接。中部接头支座为一件两用，既作为接头支座，又作为摇臂支座与梁缘条连接的加强支柱，所以对其进行加强设计。
工程结构课设
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