北航5系课程设计报告

注：总加的 Q 以及 M 由机翼自由端向机身方向计算。 3.1.2 襟翼的剪力图和弯矩图
表 3.1.2 襟翼展向方向数据表 翼剖面 1 剖面襟翼部分受力 2 剖面襟翼部分受力 3 剖面襟翼部分受力 4 剖面襟翼部分受力 襟翼偏转前（N/单位米展 长） 6123 7000 5584 3353 襟翼偏转后（N/单位米展长） 12296 10242 8945 6476
Q
M Z
运用积分的方式求解：
q qb qw
Q
l /2
qdz P
Z l /2
Z
d ,i
M Qdz
然而由于 fluent 的数据具有离散性，因此采用如下的等距剖面来求解剪力增量： q q Q i i 1 Z 2 Q Q;
M
Qi Qi 1 Z 2 M M ;
小组基本人员分工： 姓名 王雷 职务 组长 主要任务 结构的初步设计，结构的尺寸确定，结构的三维 模型建立 靳世成 任浩源 王亚茹 组员 组员 组员 ＦＬＵＥＮＴ气动分析 结构强度校核，弯矩、剪力分析 结构强度校核，扭矩，剪流分析，重量估算。
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小组总体分工情况
小组设计基本思路： 1. 小组讨论，确定襟翼的基本情况。经过讨论，我们把结构的基本形式确定为单梁形 式，由襟翼翼肋和翼梁构成基本骨架，外部用蒙皮提供较好气动外形。 2. 任务分工。根据每个人的擅长方面不同，充分发挥每个人的能力，我们大体上将工 作分为初步设计制图、ＦＬＵＥＮＴ拟合气动状态、ＡＮＳＹＳ强度校核和剪流校 核四部分工作。首先有组长绘制了初步的ＣＡＴＩＡ文件图，确定了基本的尺寸。 由气动分析出了总体受力，最后有我进行了强度校核，对模型设计进行了合理的优 化建议，形成了迭代分析，不断完善的过程。 3. 阶段审查，每个成员定期向小组长汇报情况，同时小组例会我们共同讨论每个人遇 到的问题提出可行的办法。这让我们的整个工作都充满的集体的智慧，因而是合理 的。 4. 最终汇总。在课程的收尾阶段，我们将每个人的工作汇总到了一起，形成了课程设 计说明书。每个人的单独工作形成了课程设计个人任务汇报。
图 1.1 校核基本思路图
2. 襟翼强度基本要求
1. 载荷分析 襟翼整体上作用有分布的气动载荷，元件的重量载荷，襟翼与机翼连接的挂载集中 载荷，摇臂对襟翼的驱动集中力。这里忽略气动弹性的耦合作用和空气摩擦产生的热载 荷。在这些载荷的约束下要求襟翼能够在飞机飞行的任意状态能够保持当前的位置，并 且变形量满足气动特性的要求，即气动效果良好，在飞行员给摇臂施加控制时摇臂能够
注：取 x 0 为翼肋的根部； 重力函数
qw 54.27mm 5mm 2.75 g / cm3 9.8 N / kg 7313N 106 / mm qw (0.209 x 62.7)mm 5mm 2.75 g / cm3 9.8 N / kg (28.16 x 8449) 106 N / mm
图 3.2.5 翼肋的初步设计图
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图 3.2.6 加强肋简化分析图
受力的状态函数为： 气动力函数：
qb 0.000002 x4 0.0006 x3 0.0852 x2 18.982 x 42405 N / mm2 5 38 /106 mm
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Q
300
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x
(0.00038 x 4 0.114 x3 16.2 x 2 3634.74 x 8048501)dx
5 4 3 2 6 2016786300 (0.000076 x 0.0285 x 5.4 x 1817.4 x 8048501x) /10
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图 3.2.4 襟翼的弦向气动压强分布图
3.2.2 襟翼的弦向校核
由图可知：襟翼在向下偏转后，受力急剧增大，元件的受力状态恶劣，因此我选用 襟翼下偏时刻的受力数据作为翼肋强度校核的依据。
翼肋的结构的简化： 由于在进行传统的强度校核的时候，需要将平面形状进行简化，以达到方便分析的 效果。而这与真实情况的差距并不大。
注：任务书应该附在已完成的课程设计（论文）的首页。
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目
录
小组总体分工情况 ......................................................... 1 个人任务总结 ............................................................. 2 1. 校核基本思路 .......................................................... 2 2. 襟翼强度基本要求 ...................................................... 2 3. 传统的估算校核方法 .................................................... 3 3.1 襟翼的展向方向 ................................................... 3 3.1.1 襟翼的展向剪力和弯矩的计算 ................................... 3 3.1.2 襟翼的剪力图和弯矩图 ......................................... 4 3.2 襟翼的弦向方向 ................................................... 6 3.2.1 襟翼的弦向受力分析 ........................................... 6 3.2.2 襟翼的弦向校核 ............................................... 8 4. ANSYS 的直观力学分析云图 ............................................. 13 4.1. 加强肋应力云图分析 .............................................. 13 4.2. 加强肋应变云图分析 .............................................. 15 致谢 .................................................................... 17 参考文献： .............................................................. 18 附录 A：机械制图部分 ..................................................... 19 附录 B 零件图 ............................................. 错误!未定义书签。
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操纵襟翼，不会出现卡死的情况。 2. 强度要求
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要求结构满足动强度、静强度、疲劳及损伤容限强度要求，结构设计合理，选材合 适，力求襟翼的结构重量最轻。 3. 刚度要求 总体的刚度要求是防止襟翼的刚度不够导致襟翼气动失效或者发生弯扭振颤；局部 的刚度保证襟翼的表面光滑，减小凹凸不平，避免破坏气动布局。由于襟翼的结构是薄 壁结构，受压的稳定性承载能力远远低于材料强度，所以应该进行合理的刚度校核，保 证高的结构稳定承载能力。
3.2 襟翼的弦向方向 3.2.1 襟翼的弦向受力分析
气动载荷
结构重量 襟翼参 翼梁的集中力 与区域
图 3.2.1 理论上的的机翼气动状态图
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图 3.2.2 理论上的襟翼气动状态图
图 3.2.3 机翼整体的气动压强分布图
根据图８，襟翼偏转前，机翼剖面中部的压强差较大，提供的升力较大，而后缘也 就是襟翼部分的压强差较小，提供的升力小；襟翼偏转后，机翼剖面后部的升力较大， 因而襟翼偏转后襟翼的受力情况急剧恶化，在校核襟翼强度的时候更应该集中注意力在 偏转后的襟翼强度校核。
气动升力
襟翼参 与区域
重力载荷
图 3.1.1 机翼的载荷分布理论图
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表 3.1.1 符号约定表
符号
含义
q
襟翼的分布剪力 气动力引起的分布剪力 重力引起的分布剪力 襟翼的集中剪力 襟翼的集中弯矩 襟翼展向的位置坐标（翼根为０）
qb
qw
梦想系列飞机初步工程设计
Ⅱ、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：
数据来源： 《飞机设计手册》 技术要求： CCAR-23-R3《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》
Ⅲ、课程设计（论文）工作内容：
根据梦想号公务机的总体设计组提出的飞机总体飞行速度、高度、以及飞行状 态，飞机总体重量要求，我小组细化飞机的襟翼设计以满足足够的强度刚度设计要求， 并且对方案技术的可行性进行了细致的分析，最终完成了襟翼的详细设计。
3. 传统的估算校核方法
3.1 襟翼的展向方向 3.1.1 襟翼的展向剪力和弯矩的计算 根据《空气动力学》的基本原理，飞机机翼由于存在翼尖气流上反，机翼根部存在 翼身相互作用， 根部机翼升力系数比较大， 因此飞机的升力分布成椭圆状， 如图２所示。 我们要计算的是襟翼的受力状态，只要找到襟翼参与的机翼展向范围，通过特殊剖面的 升力差值出展向的升力分布图，进而可以求出襟翼展向的弯矩和剪力图，便于为强度校 核做准备。
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个人任务总结
1. 校核基本思路
我在组内的工作为结构强度的校核，通过查阅相关的机械设计文献资料，我采用两 种校核方法。 第一种是材料力学和结构力学的工程梁理论，这部分假设较为粗略，但是对于结构 初步设计具有简单的截面形状时，这种校核方式方便快捷，能够对设计初期有很好的指 导作用，因此我用传统的校核方法来校核初步设计。 第二种是运用有限元分析方法，借助计算机ＡＮＳＹＳ软件，把设计组的复杂结构 进行了仿真模拟，加上了适当的载荷和边界约束，能够精准的求解有限元晶格内部的受 力状态，对结构的进一步优化提出了指导性意见。 在机构静强度计算阶段，我采用了如下步骤：
注：由于襟翼的翼梁安装在 x 40mm 的位置，因此我们在校核剪力弯矩的时候要进行 分段考虑。 集中力： 由 matlab 给出的数据，翼肋在 x 40mm 的位置翼梁提供集中的固支力。
计算剪力分量： 在 x 40mm 时：
qc qb qw (0.00038x4 0.114x3 16.2x2 3634.74x 8048501)
.
课程设计 ( 论文 )
院（ 系 ）名 称 专 业 名 称 题 目 名 称 学 生 姓 名 班 级 / 学 号 指 导 教 师 成 绩
航空科学与工程学院 飞行器设计与工程 梦想系列飞机初步设计
120516/12051218
2015 年 10 月
北京航空航天大学
本科生课程设计（论文）任务书
Ⅰ、课程设计（论文）题目：
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图 3.1.2 襟翼展向受力分布拟合图
图 3.1.3 襟翼展向方向剪力图：
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图 3.1.4 襟翼展向方向弯矩图
分析图表可知，剪力和弯矩在接头处会出现突变，因此接头处的翼肋应该选用加强 肋，需要详细的设计，并且在校核的时候，一定要着重校核ຫໍສະໝຸດ Baidu强肋的强度。