專業(yè)課程設(shè)計大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)設(shè)計

1、飛機總體設(shè)計專業(yè)課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目 大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)設(shè)計分析航空科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院班設(shè)計者指導(dǎo)教師2012年9月20日目錄第一章 前言1第二章 設(shè)計任務(wù)書及背景分析22.1 課題題目與設(shè)計要求2課題題目2 設(shè)計要求2 原始技術(shù)資料2 課題背景分析2第三章 設(shè)計方案機構(gòu)分析3常見后緣襟翼運動機構(gòu)類型及特點分析3 常見后緣襟翼運動機構(gòu)類型3 常見后緣襟翼運動機構(gòu)特點分析3設(shè)計方案機構(gòu)特點及尺寸分析4 設(shè)計方案特點分析4 設(shè)計方案尺寸設(shè)計及機構(gòu)簡圖4第四章設(shè)計方案載荷及傳力分析5大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)的載荷分析5大客飛機后緣襟翼及其運動機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計5大客飛機后緣襟翼氣動載荷分析

2、5大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)的傳力分析6第五章 軸的設(shè)計計算8驅(qū)動軸（O軸）設(shè)計8驅(qū)動軸的材料和熱處理的選擇8驅(qū)動驅(qū)動軸的設(shè)計計算與強度校核 8驅(qū)動軸的受力圖及彎矩圖 9連桿傳動軸（A、B、C軸）設(shè)計9連桿傳動軸的材料和熱處理的選擇 9連桿傳動軸的設(shè)計計算與強度校核 9連桿傳動軸的受力圖及彎矩圖9第六章 螺紋連接件的設(shè)計與校核116.1 機翼后梁與O軸鉸支座的連接設(shè)計及校核11、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計11、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組受力分析11、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組直徑設(shè)計與校核12機翼后梁與C軸鉸支座的連接設(shè)計及校核126.2.1、機翼后梁與C軸鉸支座螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計12、機翼

3、后梁與C軸鉸支座螺栓組受力分析12、機翼后梁與C軸鉸支座螺栓組直徑設(shè)計與校核13第七章 連桿的設(shè)計與校核147.1 驅(qū)動桿的設(shè)計與校核14、驅(qū)動桿的材料和熱處理的選擇14、驅(qū)動桿的強度校核147.2 從動桿的設(shè)計與校核14、從動桿的材料和熱處理的選擇14、從動桿的強度校核14第八章 設(shè)計方案綜合分析158.1 后緣襟翼工作狀態(tài)與安裝角設(shè)計15、后緣襟翼工作狀態(tài)設(shè)計15、后緣襟翼安裝角設(shè)計158.2 計算機輔助運動機構(gòu)仿真模擬158.3 設(shè)計工作總結(jié)17參考文獻18第一章 前 言本說明書主要內(nèi)容是進行大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)的設(shè)計計算。在設(shè)計計算中運用到了機械設(shè)計基礎(chǔ)、空氣動力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)學(xué)、

4、飛行力學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)、加工工藝學(xué)等多門課程知識，因此是一個非常重要的綜合實踐環(huán)節(jié)，也是一次全面的、 規(guī)范的實踐訓(xùn)練。通過這次訓(xùn)練，我們在眾多方面得到了鍛煉和培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：（1）培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練了綜合運用機械設(shè)計課程和其他相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論并結(jié)合生產(chǎn)實際進行分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、深化和擴展了相關(guān)飛機部件設(shè)計及機械設(shè)計方面的知識。（2）通過對通用機械零件、常用機械傳動或簡單機械的設(shè)計，使我們掌握了一般機械設(shè)計的程序和方法，樹立正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)獨立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。（3）另外培養(yǎng)了我們查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、

5、圖冊及相關(guān)技術(shù)資料的能力以及計算、繪圖數(shù)據(jù)處理、計算機輔助設(shè)計方面的能力。（4）加強了我們對Office軟件中Word功能的認(rèn)識和運用。第二章 設(shè)計任務(wù)書、課題題目大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)設(shè)計與分析。、設(shè)計要求(1) 分析大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)在飛機設(shè)計中的地位和重要性，后緣襟翼運動機構(gòu)同機翼的關(guān)系，后緣襟翼運動機構(gòu)的功能和做用；(2) 分析后緣襟翼運動機構(gòu)的載荷情況、使用情況和設(shè)計要求；(3) 分析和確定后緣襟翼運動機構(gòu)的位置及功率需求；(4) 進行后緣襟翼運動機構(gòu)的分析、設(shè)計和運動分析；(5) 進行結(jié)構(gòu)強度、剛度分析計算(6) 畫出后緣襟翼運動機構(gòu)的裝配圖（注意部件的裝配關(guān)系）(7) 選

6、擇三個零件，畫出零件圖(8) 完成課程設(shè)計報告。2.1.3、原始技術(shù)資料(1) 空客320飛機后緣襟翼參考資料(2) 波音737-800飛機后緣襟翼參考資料(3) CJ818飛機后緣襟翼參考資料(4) 大客飛機后緣襟翼基本尺寸2.2 課題背景分析現(xiàn)代飛機設(shè)計中，為了增加低速飛行時的升力，改善飛機的起飛和著陸性能，在飛機機翼前緣和后緣上，除布置橫向操縱用的副翼和擾流片外，還布置了大量的增升裝置。由于大型客機翼載較大，起飛和降落的重量也比較大，而起飛降落場地情況復(fù)雜，需要具有良好的起降性能，較強的場地適應(yīng)性，所以對增升裝置的設(shè)計要求越來越高。設(shè)計的增升效率高，增升效果好的襟翼成為有關(guān)設(shè)計人員追求的

7、目標(biāo)。第三章 設(shè)計方案分析3.1常見后緣襟翼運動機構(gòu)類型及特點分析3.1.1、常見后緣襟翼運動機構(gòu)類型(1)簡單鉸鏈?zhǔn)剑航笠硗ㄟ^與其相連的搖臂繞轉(zhuǎn)軸上的鉸鏈點作圓弧運動。上世紀(jì)70年代的MD82、MD90等飛機的襟翼都采用這種鉸鏈?zhǔn)降倪\動方式。(2)四連桿機構(gòu)式：襟翼通過與其相連的連桿實現(xiàn)舵面的收放運動。Boeing767的襟翼采用了復(fù)合四桿機構(gòu)，而Boeing777采用了較為簡單的倒置/正四桿機構(gòu)，Boeing787采用的鉸鏈四桿機構(gòu)則更為簡單。四連桿機構(gòu)驅(qū)動襟翼運動的這一形式更普遍地應(yīng)用在大多數(shù)通用飛機上。(3)連桿一滑軌式：襟翼通過滑輪架沿固定在機翼上的滑軌運動。目前大多數(shù)飛機的襟翼都采

8、用這種形式來實現(xiàn)舵面的運動，其中滑軌的軌跡多種多樣，有圓弧、曲線、直線及直線+曲線等多種形式。這些都有助于襟翼實現(xiàn)不同的運動以滿足最佳的氣動性能要求。3.1.2、常見后緣襟翼運動機構(gòu)特點分析（1）簡單鉸鏈?zhǔn)綑C構(gòu)特點1) 結(jié)構(gòu)和運動簡單，可實現(xiàn)舵面的上、下運動。2) 富勒運動較差。襟翼繞鉸鏈點的運動是一種單純的圓弧運動，在小角度起飛時，襟翼的直線后退量有限，同時還產(chǎn)生一定的阻力。3) 巡航阻力大。整流罩的高度高、迎風(fēng)面積大。從整流罩與氣流的迎風(fēng)面積計算，襟翼鉸鏈運動形式的巡航阻力最大。4) 襟翼搖臂不能承受氣動側(cè)向載荷。襟翼搖臂既是薄形構(gòu)件，又是運動件，它不能承受來自外襟翼由于向上的安裝角帶來的

9、氣動側(cè)向載荷，否則，驅(qū)動襟翼搖臂與襟翼偏轉(zhuǎn)時，側(cè)向載荷作用在鉸鏈上會產(chǎn)生阻止襟翼搖臂運動的摩擦力矩，引起襟翼運動阻滯或卡住。（2）四連桿機構(gòu)特點1) 有好的富勒運動。四連桿機構(gòu)簡單，連桿機構(gòu)運動靈活,可以實現(xiàn)較好的襟翼富勒運動。2) 整流罩的高度和寬度尺寸都可以比較小。3) 連桿多，機構(gòu)運動復(fù)雜。受連桿長度的限制，舵面運動的連桿數(shù)量較多，多桿系的運動非常復(fù)雜。（3）連桿-滑軌式機構(gòu)特點1) 富勒運動效果好。直線滑軌或直線-圓弧滑軌都有較長行距的直線段，提供襟翼在起飛小角度運動時的大后退量，以增加機翼面積及減小阻力，從而大大提高了飛機起飛的升阻比。2) 整流罩高度低和寬度窄。這種形式的整流罩高度

10、很短，滑軌-滑輪架式也適合于順氣流布局，整流罩的寬度相對較窄。這些就使得整流罩的迎風(fēng)面積大大減小，從而降低了巡航飛行的阻力。3) 滑軌-滑輪架結(jié)構(gòu)和運動較復(fù)雜。滑軌-滑輪架集承載與運動于一體，既要承受復(fù)雜的氣動載荷(法向、切向及側(cè)向載荷)，同時還需滿足襟翼起飛、著陸復(fù)雜的運動要求，從而使它變得結(jié)構(gòu)較重、形狀復(fù)雜。3.2設(shè)計方案機構(gòu)特點及尺寸分析3.2.1、設(shè)計方案特點分析圖1本設(shè)計方案參照Boeing787的鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計而成（如圖1）。這種機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成與運動過程都十分簡單，能夠輕易控制襟翼的放下和收起。由于該機構(gòu)中襟翼繞鉸鏈點的運動是一種單純的圓弧運動，因而在小角度起飛時，襟翼的直線后退

11、量有限，同時還產(chǎn)生一定的阻力，相對直線滑軌，它的富勒運動較差，但是鉸鏈四桿式襟翼的放下角度可達53度，為各種運動形式之最。3.2.2、設(shè)計方案尺寸設(shè)計及機構(gòu)簡圖圖2 本設(shè)計方案為鉸鏈四桿機構(gòu)。襟翼弦長參考A320、Boeing737-800及CJ818后緣襟翼尺寸設(shè)計為1m。機構(gòu)尺寸參考Boeing787后緣襟翼運動機構(gòu)設(shè)計如圖2。其中O、C兩處與機翼后梁固接。后緣襟翼固連于剛件BCD上并使1/3弦長點（氣動力合力近似作用點）與D點重合，并有一定安裝角，使得如圖狀態(tài)時（OA、AB、BD成一直線時），襟翼放下角度最大（對應(yīng)于著陸狀態(tài)，具體的安裝角及襟翼放下最大角度由飛機具體的空氣動力需求決定）。

12、第四章 方案機構(gòu)零部件設(shè)計計算4.1大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)的載荷分析4.1.1、大客飛機后緣襟翼及其運動機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計查Boeing737-NG后緣襟翼系統(tǒng)基本參數(shù)可知，內(nèi)側(cè)主襟翼尺寸約為×，重約123kg，正常操縱期間，后緣襟翼完全放下或完全收回約需38s，備用操縱期間，后緣襟翼完全放下或收回約需2min39s。參考以上資料，擬定設(shè)計方案各基本參數(shù)如下：內(nèi)側(cè)主襟翼尺寸約為×，重約125kg，正常操縱期間，后緣襟翼完全放下或完全收回約需40s，備用操縱期間，后緣襟翼完全放下或收回約需2min40s。4.1.2、大客飛機后緣襟翼氣動載荷分析假設(shè)飛機著陸重量m=70000k

13、g，翼面積為S=120，翼展長L=34m，著陸時升力系數(shù)，下滑時升力系數(shù)由飛行力學(xué)知識可知：接地速度，式中為速度修正系數(shù)，此處取0.9，取，代入上式得：進場速度。下滑時所需升力：襟翼 cab圖3 將全機機翼近似為矩形機翼，參考CJ818平均氣動弦長數(shù)據(jù)，取平均氣動弦長c=，再設(shè)氣動力分布如圖3所示：載荷峰值作用于1/3翼弦處，即a=c/3=，b=2c/3=3m，翼型前緣及后緣到載荷峰值間的氣動載荷沿弦向線性分布。則單位展長翼型氣動力滿足：，代入數(shù)據(jù)解得：襟翼弦長，按照上述假設(shè)，單位展長襟翼所受氣動力為：，故為簡便計算，設(shè)襟翼展向受載均布，均作用于1/3弦長處，則其受力模型如圖4所示。圖44.2

14、大客飛機后緣襟翼運動機構(gòu)的傳力分析設(shè)襟翼質(zhì)心位于40%弦長處，并且近似認(rèn)為后緣襟翼與圖2中 BD直線安裝角為0。由對稱性可知兩邊收放機構(gòu)受力完全相同。設(shè)所有桿均為剛性輕桿。當(dāng)襟翼完全放出時，對O點取矩，得：取BCD作分離體，對C點取矩，得：代入數(shù)據(jù)，解得：，其中為桿OA對B的作用力。列x方向平衡方程，得：，解得：（水平向右）列y方向平衡方程，得：解得：（豎直向下）故：（水平向左），（豎直向上），由于OA，AB共線且均為兩端受力構(gòu)件，所以有：，從而（水平向左），（豎直向上）第五章 軸的設(shè)計計算5.1驅(qū)動軸（O軸）設(shè)計、驅(qū)動軸的材料和熱處理的選擇 選擇45鋼，正火，硬度HB=170217、驅(qū)動軸的

15、設(shè)計計算與強度校核1、按抗扭強度估算軸徑查機械設(shè)計教材（北京航空航天出版社2011版，王之櫟、馬綱、陳心頤等編著）P38表1-3得許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，代入設(shè)計公式：，由于扭矩及氣動載荷均按工程估算，考慮到安全性，取2、軸的空間受力分析 該軸所受的外載荷為輸入轉(zhuǎn)矩、連桿OA傳來的徑向作用力及支座的支反力，空間受力圖如圖5.1.3（a）所示。受力分析如下：輸入軸轉(zhuǎn)矩為：連桿OA傳來的徑向力為：支座的支反力為：3、計算彎矩并繪出彎矩圖危險截面為軸的中部，彎矩為：彎矩圖如圖5.1.3（b）所示。4、計算當(dāng)量彎矩轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)考慮，取，由機械設(shè)計教材（北京航空航天出版社2011版，王之櫟、馬綱、陳心頤等編著

16、）P33表1-2查得，由P39表1-4查得,則。 危險截面C處當(dāng)量彎矩：5、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度，安全5.1.3、驅(qū)動軸的受力圖及彎矩圖5.2連桿傳動軸（A、B、C軸）設(shè)計、連桿傳動軸的材料和熱處理的選擇 選擇45鋼，正火，硬度HB=170217、連桿傳動軸的設(shè)計計算與強度校核1、軸的空間受力分析A、B軸不受轉(zhuǎn)矩作用，所受的外載荷為連桿傳來的徑向作用力，空間受力圖如圖5.2.3（a）所示。受力分析如下：對于A（B）軸，連桿OA（BCD）傳來的徑向力為：AB桿設(shè)計為叉狀，兩邊支座對A（B）的支反力為： C軸不受轉(zhuǎn)矩作用，所受的外載荷為連桿傳來的徑向作用力和支座對其的支反力，空間受力圖如圖（

17、b）所示。受力分析如下：對于C軸，連桿BCD傳來的徑向力為：支座的支反力為：2、計算彎矩并繪出彎矩圖A、B軸的危險截面均為軸的中部，彎矩為：彎矩圖如圖5.2.3（c）所示。C軸的危險截面為軸的中部，彎矩為：彎矩圖如圖（d）所示。3、按彎曲強度設(shè)計軸徑由機械設(shè)計教材（北京航空航天出版社2011版，王之櫟、馬綱、陳心頤等編著）由P39表1-4查得。由，得：，代入彎矩數(shù)據(jù)得：，考慮安全性，軸徑適當(dāng)取大，5.2.3、連桿傳動軸的受力圖及彎矩圖第六章 螺紋連接件的設(shè)計與校核6.1機翼后梁與O軸鉸支座的連接設(shè)計及校核、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計本螺栓組對稱布置，螺栓數(shù)目z=6（俯視從左上開始記為1

18、，順時針依次記為2，3，4，5，6）。123456、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組受力分析（1）在工作載荷的作用下，螺栓組連接承受以下各力和翻轉(zhuǎn)力矩的作用：軸向力（壓），橫向力，翻轉(zhuǎn)力矩。（2）在軸向力作用下，各螺栓所受壓力為：（3）在翻轉(zhuǎn)力矩作用下，最下方螺栓（4,5）受拉且最大，拉力為：故5,6螺栓所受的軸向工作拉力為：（4）在橫向力作用下，底板連接接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)底板接合面不滑移條件，并考慮軸向力對預(yù)緊力的影響，則各螺栓所需要的預(yù)緊力為：，對于鋼或鑄鐵零件查得連接接合面的摩擦因數(shù)，查得螺栓的相對剛度，則，取可靠性系數(shù)，則各螺栓所需要預(yù)緊力為（5）螺栓所受的總拉力、機翼后梁與O軸鉸支座

19、螺栓組直徑設(shè)計與校核 選擇螺栓強度等級為4.6級，可得，取螺栓連接的安全系數(shù)S=1.5，則螺栓材料的許用應(yīng)力，則所需的螺栓危險剖面的直徑為，按GB/T 196-2003，選用M8的螺栓，d=10mm，螺紋小徑6.2機翼后梁與C軸鉸支座的連接設(shè)計及校核6.2.1、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計本螺栓組對稱布置，螺栓數(shù)目z=6（俯視從左上開始記為1，順時針依次記為2，3，4，5，6）。1234566.2.2、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組受力分析（1）在工作載荷的作用下，螺栓組連接承受以下各力和翻轉(zhuǎn)力矩的作用：軸向力（拉），橫向力，翻轉(zhuǎn)力矩。（2）在軸向力作用下，各螺栓所受拉力為：（3）在翻轉(zhuǎn)力矩

20、作用下，最右方螺栓（3,4）受拉且最大，拉力為：故3,4螺栓所受的軸向工作拉力為：（4）在橫向力作用下，底板連接接合面可能產(chǎn)生滑移，根據(jù)底板接合面不滑移條件，并考慮軸向力對預(yù)緊力的影響，則各螺栓所需要的預(yù)緊力為：，對于鋼或鑄鐵零件查得連接接合面的摩擦因數(shù)，查得螺栓的相對剛度，則，取可靠性系數(shù)，則各螺栓所需要預(yù)緊力為（5）螺栓所受的總拉力6.2.3、機翼后梁與O軸鉸支座螺栓組直徑設(shè)計與校核 選擇螺栓強度等級為4.6級，可得，取螺栓連接的安全系數(shù)S=1.5，則螺栓材料的許用應(yīng)力，則所需的螺栓危險剖面的直徑為，按GB/T 196-2003，選用M8的螺栓，d=10mm，螺紋小徑第七章 連桿的設(shè)計與校

21、核7.1驅(qū)動桿的設(shè)計及校核、驅(qū)動桿的材料和熱處理選擇驅(qū)動桿為兩端受力構(gòu)件，承受軸向外力作用?？紤]到軸向外力不大，故采用45鋼，正火，硬度HB=170217。、驅(qū)動桿的強度校核驅(qū)動桿具體形式與尺寸見零件圖。危險截面尺寸為22mm×30mm，兩端受軸向載荷作用，故而危險截面正應(yīng)力為：查機械設(shè)計手冊可知材料的屈服極限為，取安全因數(shù)n=2.5，則許用應(yīng)力為。易見，安全。7.2從動桿的設(shè)計及校核、從動桿的材料和熱處理選擇從動桿為兩端受力構(gòu)件，承受軸向外力作用?？紤]到軸向外力不大，故采用45鋼，正火，硬度HB=170217。、從動桿的強度校核從動桿具體形式與尺寸見零件圖。危險截面尺寸為80mm&

22、#215;35mm，兩端受軸向載荷作用，故而危險截面正應(yīng)力為：查機械設(shè)計手冊可知材料的屈服極限為，取安全因數(shù)n=2.5，則許用應(yīng)力為。易見，安全。第八章 設(shè)計方案綜合分析8.1后緣襟翼工作狀態(tài)與安裝角設(shè)計、后緣襟翼工作狀態(tài)設(shè)計參考Boeing787及A320的數(shù)據(jù)，對設(shè)計方案的后緣襟翼偏轉(zhuǎn)角設(shè)計如下：起飛時，襟翼放下至與機體軸線成，巡航時襟翼收起，襟翼軸線與機體軸線成，著陸時，襟翼完全放下，與機體軸線成。、后緣襟翼安裝角設(shè)計驅(qū)動搖臂與機體軸線成（平面機體坐標(biāo)軸，x軸為機體軸線，正方向由機頭指向機尾，y軸位于機體對成面內(nèi)垂直于機體軸線，正方向由下指向上，角度逆時針旋轉(zhuǎn)為正）時，設(shè)計為巡航時襟翼收起的狀態(tài)。據(jù)此條件，將襟翼軸線設(shè)計成與連桿BCD的BD直線成下偏。8.2計算機輔助運動機構(gòu)仿真模擬根據(jù)以上設(shè)計內(nèi)容