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：0112105
学号：*********
*名：**
指导教师：徐惠民、王强
时间：2015.12.25-2016.1.15
目录
一、设计要求 (4)
二、初步方案的确定 (5)
2.1、方向舵的受力及结构形式 (5)
2.2、梁的结构形式 (6)
2.3、悬挂点配重 (6)
2.4、翼肋的布置 (7)
2.5、配重方式 (7)
2.6、操纵接头的布置 (8)
2.7、开口补强 (8)
2.8、方向舵理论图 (8)
三、总体载荷计算与设计计算 (8)
3.1、气动载荷展向分布 (8)
3.2、悬挂点的位置确定 (9)
3.3、梁的设计计算 (10)
3.3.1、梁和前缘蒙皮的设计 (10)
3.3.2、前缘闭室计算 (12)
3.3.3 、弯心和扭矩计算 (13)
3.3.4、梁腹板校核 (15)
3.3.5、梁缘条的校核 (15)
3.4、蒙皮设计计算 (16)
3.4.1、尾缘条设计 (16)
3.4.2、弦向载荷分布计算 (16)
3.4.3、前缘蒙皮校核 (17)
3.4.4、后段壁板肋的数量和蒙皮最大挠度校核 (17)
3.4.5、后段壁板蒙皮正应力校核 (19)
3.5、肋的设计计算 (19)
3.5.1、后段肋的设计 (19)
3.5.2、后段普通肋的校核 (20)
3.5.3、中部加强肋设计 (22)
3.5.4、整体端肋设计 (23)
3.5.5、前缘肋和加强肋设计 (23)
3.5.6、前缘开口加强肋校核 (24)
3.6、接头和转轴设计 (24)
3.6.1、支承接头设计 (24)
3.6.2、选取轴承 (25)
3.6.3、螺栓组合件的选择 (26)
3.7、支座设计 (26)
3.7.1、支承接头支座设计 (26)
3.7.2、摇臂支座设计 (28)
3.8、铆钉设计 (29)
3.9、尾缘条设计 (30)
四、质量质心计算及配重设计 (30)
4.1、质量计算 (30)
4.1.1、前缘蒙皮质量计算 (31)
4.1.2、梁质量计算 (31)
4.1.3、前缘肋质量计算 (32)
4.1.4、后蒙皮质量计算 (32)
4.1.5、尾缘条质量计算 (32)
4.1.6、端肋质量计算 (33)
4.1.7、后半肋质量计算 (33)
4.1.8、支承支座质量计算 (33)
4.1.9、摇臂支座质量计算 (33)
4.1.10、质量和质心计算 (34)
4.2、配重设计 (34)
4.3、方向舵重新设计 (36)
五、装配工艺流程 (37)
六、总结 (37)
七、参考资料 (38)
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。
图1、方向舵平面尺寸及协调关系图2、最终设计方向舵
其中，A=310mm、B=1330mm、C=1390mm
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。垂尾翼型为NACA0008。
方向舵最大偏转角为15
。按飞机强度规范确定方向舵载荷及其分布。安全系数为f=1.2。方向舵使用载荷为11000N。其载荷分布见图2和图3。
图三沿展向分布的规律图四沿弦向分布的规律
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。
二、初步方案的确定
2.1、方向舵的受力及结构形式
使用载荷11kN，载荷较小，故选用单梁式，转轴后为无墙三角单闭室结构。
由方向舵几何尺寸可知，方向舵面积较小，最厚位置为62mm处,最大厚度为39.2mm。载荷为11000N，相对也较小，故可采用单梁式结构。同
时平尾与方向舵存在干涉，需要在方向舵上开一口，深度为45mm，在最大厚度处之前，所以可以采用单梁结构而不用破坏梁。
翼型厚度为39.2/310=0.126，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，并能承受较大的扭转载荷和局部气动载荷。
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。
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。
2.2、梁的结构形式
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。
2.3、悬挂点配重
参考《飞机结构设计》，悬挂点的数量和位置的确定原则是：保证使用可靠、转动灵活、操纵面和悬臂街头的综合质量轻。
