Расчет на прочность и выбор рациональных проектных параметров отсеков фюзеляжа из композиционных материалов самолетов легкого и среднего классов

• Автор: Канчая Рохас Рауль Анхель
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ
НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ САМОЛЕТОВ
1.1. Объект исследования и цель работы. Краткий анализ литературных источников
1.2. Вопросы проектирования граиеданских самолетов легкого и среднего классов. Факторы, влияющие на выбор формы поперечного сечения отсека фюзеляжа
1.2.1. Параметры и летно-технические характеристики гражданских самолетов легкого и среднего классов
1.2.2. Конфигурации и внешние формы отсека фюзеляжа. Факторы, влияющие на выбор формы поперечного сечения отсека фюзеляжа
1.2.3. Объемная эффективность. Полезный объем конструкции отсека
фюзеляжа пассажирских самолетов
1.2.4 Влияние формы поперечного сечения отсека фюзеляжа на аэродинамические характеристики самолета
1.3. Работа отсека фюзеляжа самолета под нагрузками
1.3.1.Конструктивно-силовые схемы (КСС) фюзеляжа
1.3.2. Определение нагрузок на фюзеляж в зависимости от параметров самолета для случаев полета
1.4. Применение композиционных материалов в конструкциях фюзеляжа современных самолетов
1.4.1. Применение углепластиков в гражданском авиастроении
1.4.2. Программы по изготовлению фюзеляжа из углепластиков
1.5. Постановка задачи
ГЛАВА 2 ПОСТРОЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕТОДИКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА
2.1. Механика слоистых композитных тонкостенных цилиндрических оболочек
2.1.1. Вариационные методы
2.1.2. Физическая модель композиционного материала
2.2. Построение аналитической методики определения напряженно
деформированного состояния оболочек типа отсека фюзеляжа
2.2.1. Расчетные соотношения оболочек типа отсека фюзеляжа

2.2.2. Общий алгоритм решения аналитического расчета НДС гладких оболочек с разной формой поперечного сечения
2.2.3. Учет’ внутреннего давления. Неоднозамкнутые контуры
2.2.4. Анализ полученных результатов и их проверка с результатами МКЭ Заключения
ГЛАВА 3 РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА В РЕГУЛЯРНОЙ ЗОНЕ
3.1. Определение структуры конструкции отсека фюзеляжа
3.1.1 Рациональное проектирование. Ограничения
3.1.2 Определение толщин слоев элементов конструкции отсека фюзеляжа
3.2. Перераспределение материала по силовым'Элементам конструкции фюзеляжа
3.2.1. Расчетные модели стрингеров и шпангоутов. Выбор профилей
3.2.2. Расчет на устойчивость конструкции отсека фюзеляжа
3.2.3. Расчет цилиндрических жесткостей стрингеров
3.2.4. Проверка с результатами МКЭ. Заключения
ГЛАВА 4 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ВЕСОВОЙ АНАЛИЗ.
РЕКОМЕНДАЦИИ! ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНСТРУКЦИИ ОТСЕКА ФЮЗЕЛЯЖА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Сравнительный'весовой анализ конструкций с различными формами поперечного сечения отсека фюзеляжа
4.1.1. Влияние формы поперечного сечения отсека фюзеляжа на функции депланации и усилия оболочки
4.1.2. Сравнительный весовой анализ гладких оболочек
4.1.3. Влияние формы поперечного сечения отсека фюзеляжа на летнотехнические характеристики самолета
4.2. Рекомендации по выполнению конструкции отсека фюзеляжа из композиционных материалов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В современном авиастроении, наряду с ужесточением требований к качеству техники и услуг, важным является повышение эффективности и конкурентоспособности новых изделий.
Основным условием обеспечения высокой эффективности объекта авиационной техники является распространение инноваций в области проектирования, технологии и расчета на прочность конструкций. Одним из важнейших направлений в современном авиастроении является применение композиционных материалов (КМ), которые позволяют создать более легкую конструкцию, придать изделию новые свойства, а в перспективе добиться снижения цены. Проектирование многослойных композитных конструкций требует применения аналитических и численных методов расчета прочности, позволяющих провести предварительный расчет структуры композита, и последующего уточненного расчета.
Отсюда вытекает актуальность данной работы, в которой рассматриваются вопросы проектирования конструкции отсека фюзеляжа легкого и среднемагистрального пассажирского самолета, выполненного с широким применением композиционных материалов. Разработаны методики аналитического и численного расчета на прочность силовой подкрепленной оболочки фюзеляжа, определения и выбора рациональных проектных параметров конструкции.
В работе содержатся результаты теоретических исследований и методологические принципы выбора конструктивно-технологических решений по критерию минимума массы на этапе конструирования.
Отсек фюзеляжа представляется в виде оболочки, так как оболочечные силовые конструкции являются наиболее широко используемыми элементами, которые воспринимают и противостоят внешним силовым факторам.

Диапазон значений коэффициента кд для современных пассажирских самолетов можно принять кд = 0,75~1 (см. рис. 1.19)
Изгибающий момент:
мизг = мZ-kq = (2 - кф)кфкч = qcp~(2 - ккфк, (1.15)
Если на эскизном Региональные и
проектировании Легкие и Сверхлегкие Среднемагистральные
Административные Самолеты Пассажирские Самолеты
Adam А700 Airbus А
определить qCp трудно, Aerocomp Airbus А 320 NEO
Aerostar FJIOO Boeing
то можно пользоваться Cessna Citation Mustang Boeing 737 Next Generation
статистической Cirrus Vision SJ50 Bombardier CRJ
Citation Columbus Bombardier CRJ1000
Dassault Falcon 900 Bombardier CRJ900
зависимостью цср = Edipse 500 China ARJ
Embraer Phanom 100 China ARJ
/(О), обоснованной на Embraer Phenom 300 Embraer ERJ
Eviation Vantage EV20 Embraer ERJ
исследовании Gulfstream G550 Embraer ERJ
Gulfstream G6 lluishin IL
популярных Hawker Siddeley 125 Irkut MC
Learjet 85 Mitsubichi MRJ
современных самолетов Diamond D Jet Mitsubichi MRJ
Spectrum 33 Sukhoy SSJ
(рис. 1.20).
Рис. 1.20 Список использованных Яср = , (1-16) современных самолетов для статистики
где к0 — коэффициент формы поперечного сечения фюзеляжа (рис. 1.21), йф — диаметр фюзеляжа, если неизвестный можно его определить с помощью формулой (1.17):
йф =2.=1,1375; (1.17)
где Бм ф — площадь отмываемой поверхности фюзеляжа
Рис. 1.21 Коэффициент формы поперечного сечения фюзеляжа