Проектирование основной опоры шасси самолета СААБ JAS-39А «Грипен»

1. Исходные данные

2. Проектировочные расчеты

2.1 Подбор тормозных колес для основных опор шасси

2.2 Проверка тормозов подобранного колеса

2.2.1 Проверка тормозов по энергоемкости

2.2.2 Проверка тормозов по тормозному моменту

2.3 Расчет амортизатора основной опоры шасси

2.3.1 Расчет основных параметров амортизатора

2.3.2 Построение диаграммы обжатия амортизатора

2.3.3 Определение суммарной площади проходных отверстий в амортизаторе

2.4 Построение эпюр сил и моментов элементов шасси для разных расчетных случаев

2.4.1 Определение нагрузок, действующих на основную опору при разных расчетных случаях

2.4.2 Определение реакций в закреплении основной опоры от расчетных нагрузок

2.4.3 Построение эпюр сил и моментов

2.5 Расчет элементов шасси

2.5.1 Определение параметров подкоса

2.5.2 Определение параметров полуоси

2.5.3 Определение параметров траверсы

2.5.4 Определение параметров шлиц-шарнира Список литературы

1. Исходные данные Рисунок 1.1 — Три проекции самолета СААБ JAS-39А «Грипен»

Параметры самолета:

— длина — 14,1 м;

— высота — 4,5 м;

— размах крыла — 8,4 м;

— колея шасси — 2,4 м;

— база шасси — 4,9 м;

— максимальная взлетная масса — 9700 кг;

— силовая установка — 1 ТРДДФ Вольво Аэро RM12;

— максимальная взлетная тяга без форсажа — 5510 кгс, с форсажом — 8220 кгс;

— посадочная скорость — 270 км/ч.

2. Проектировочные расчеты

2.1 Подбор тормозных колес для основных опор шасси Колесо должно удовлетворять следующим условиям:

.

где и — стояночная нагрузка на одно колесо при взлетной и посадочной массах, кН;

и — взлетная и посадочная скорости, км/ч;

и — максимально допустимые скорости для колеса при разбеге и при пробеге, км/ч.

Определяем стояночную нагрузку на одно колесо основной опоры шасси самолета по формуле

т.к. самолет относится к классу многофункциональных истребителей, то предусматривается вариант посадки без выработки топлива, т. е. .

где — расчетная максимальная взлетная масса самолета, кг;

— ускорение свободного падения, м/с²;

— количество основных опор;

— количество колес на каждой из основных опор;

— вынос носового колеса, м;

— база шасси самолета, м.

.

Рисунок 2.1 — Схема расположения опор шасси относительно ц.м. самолета По таблице 6.3 подбираем тормозное колесо с пневматиком высокого давления 800 230 В.

Таблица 2.1 — Характеристики тормозного колеса 800 230В

Характеристики колеса удовлетворяют условиям:

.

Поскольку значения характеристик колеса с МПа превышают требуемые, то для повышения ресурса колес можно уменьшить начальное давление в пневматике

где — пересчитанное начальное давление в пневматике, МПа.

.

Для полученного значения определяем максимально допустимую нагрузку на колесо и соответствующую ей максимально допустимую работу пневматика :

где — максимально допустимая нагрузка на колесо при, кН;

— максимально допустимая работа пневматика при, кДж;

и — максимально допустимая нагрузка на колесо и соответствующая ей максимально допустимая работа пневматика по каталогу при .

.

Таблица 2.2 — Пересчитанные характеристики тормозного колеса 800 230В

2.2 Проверка тормозов подобранного колеса

2.2.1 Проверка тормозов по энергоемкости

Энергоемкость тормозов колес должна удовлетворять условию

где — энергоемкость тормозов, кДж;

— максимальная энергоемкость тормозов, кДж.

рассчитываем по приближенной формуле

где — коэффициент, характеризующий долю кинетической энергии самолета, которую необходимо поглотить тормозами колеса.

Значение коэффициента принимаем, т.к. для торможения также используются тормозные щитки и ПГО.

.

Энергоемкость тормозов колес удовлетворяет условию.

2.2.2 Проверка тормозов по тормозному моменту

Тормозной момент подобранного колеса должен обеспечивать:

а) возможность реализации предельного коэффициента трения торможения авиашин с поверхностью ВПП

где — предельный коэффициент трения пневматика о ВПП;

— радиус качения обжатого колеса, м;

— гарантированный тормозной момент, кНм.

Принимаем для сухого бетона ;

.

Условие выполняется.

б) предотвращение возможности проворачивания заторможенного колеса самолета при работе всех двигателей на взлетном режиме

где — тяга всех двигателей самолета на взлетном режиме, кН

.

Условие выполняется.

в) удержание самолета на стоянке с уклоном ВПП 1:10

где .

.

Условие выполняется.

2.3 Расчет амортизатора основной опоры шасси

2.3.1 Расчет основных параметров амортизатора Определяем эксплуатационную энергию вертикального посадочного удара

где — редуцированная масса, приходящаяся на 1 опору, кг;

— приведенная вертикальная скорость, м/с.

где — вертикальная составляющая скорости самолета в момент касания земли, м/с;

— посадочная скорость, м/с;

— уклон ВПП (по нормативам).

где — высота начала парашютирования, м;

— посадочное качество.

.

Определяем максимальную энергию вертикального посадочного удара. Т. к., то принимаем

.

Эксплуатационную перегрузку при посадке принимаем .

Для обеспечения прочности и длительной эксплуатации авиаколес необходимо выполнить условие

.

Условие выполняется.

Определяем максимальную перегрузку при посадке

.

Необходимо также выполнение условия

где — предельная нагрузка на колесо гарантируемая заводом-изготовителем.

.

Условие выполняется.

Определяем максимальную энергию, приходящуюся на амортизатор

где — энергия, поглощаемая пневматиком при, кДж;

— количество колес.

.

Определяем ход амортизатора при восприятии им энергии

где — передаточный коэффициент;

— коэффициент полноты диаграммы обжатия амортизатора.

.

Определяем площадь газового поршня

где — коэффициент предварительной затяжки;

— передаточный коэффициент;

— коэффициент, учитывающий силы сопротивления трения в уплотнениях и в направляющих буксах амортизатора;

— начальное давление газа, Па.

.

Определяем диаметр газового поршня

.

Определяем начальный объем газовой камеры

Параметры газа при обжатии амортизатора на стоянке от до можно определить для всех типов жидкостно-газовых амортизаторов, принимая .

.

Определяем высоту газовой камеры

где — внутренний диаметр цилиндра, м.

где м.

.

Определяем необходимую высоту столба жидкости над уровнем верхней буксы

где — конструктивный ход штока амортизатора, м.

.

Необходимо выполнение условия

.

Условие выполняется.

Определяем расстояние между буксами

где ;

;

— угол наклона оси амортизатора;

— коэффициент трения.

.

Принимаем конструктивные размеры в первом приближении:

— высота уплотнения, м;

— толщина днища цилиндра, м;

— высота нижнего узла, м;

— расстояние между буксами, м;

— высота нижней буксы, м;

— высота верхней буксы, м;

— высота газовой камеры, м;

— конструктивный ход амортизатора, м;

— высота столба жидкости над уровнем верхней буксы, м.

Определяем общую длину амортизатора

м.

Рисунок 2.2 — Схема жидкостно-газового амортизатора

2.3.2 Построение диаграммы обжатия амортизатора Построение политропы сжатия газа

Определяем значения для случаев и

где — усилие предварительной затяжки амортизатора при, кН;

— максимальное усилие на шток амортизатора при, кН.

.

Определяем промежуточные значения

.

Строим график

Рисунок 2.3 — Политропа сжатия газа Построение графика, характеризующего изменение сопротивления амортизатора при прямом ходе Через известные из расчета точки при и при проводим плавную кривую так, чтобы площадь диаграммы АБСДА в масштабе соответствовала, т. е., чтобы выполнялось условие

.

Рисунок 2.4 — Диаграмма прямого хода амортизатора

Построение графика, характеризующего силу сопротивления газа и жидкости амортизатора Для нескольких значений по диаграмме (рисунок 3.4) определяем и вычисляем

, ,

, ,

, ,

, .

Рисунок 2.5 — Диаграмма сопротивления газа и жидкости амортизатора Рисунок 2.6 — Диаграмма обжатия амортизатора

2.3.3 Определение суммарной площади проходных отверстий в амортизаторе Определяем суммарную площадь отверстий

где — площадь поперечного сечения, на которую действует избыточное давление сопротивления жидкости, м2;

— скорость обжатия амортизатора, м/с;

— коэффициент истечения жидкости;

— массовая плотность жидкости (для АМГ-10), кг/м3;

— сила сопротивления жидкости (определяем по диаграмме обжатия амортизатора (рисунок 3.6)), кН.

где

— диаметр поперечного сечения, на которое действует избыточное давление сопротивления жидкости, м.

.

где — скорость вертикального перемещения редуцированной массы, м/с;

— скорость обжатия пневматика, м/с;

— коэффициент передачи

где — кинетическая энергия редуцированной массы, оставшаяся не поглощенной амортизацией, кДж.

где — энергия, воспринятая амортизатором, кДж;

— энергия, воспринятая пневматиками колес, кДж.

где — полная сила сопротивления берем из диаграммы (рисунок 2.6), кН;

— максимальная работа, совершаемая колесом, кДж.

.

Расчет ведем в табличной форме (таблица 3.3).

Таблица 2.3 — Результаты расчета

Определяем среднее значение

.

Окончательно принимаем .

2.4 Построение эпюр сил и моментов элементов шасси для разных расчетных случаев

2.4.1 Определение нагрузок, действующих на основную опору при разных расчетных случаях

«Нормальная посадка на 2 или 3 опоры»

Сила действует на опору нормально к поверхности ВПП, самолет считается находящимся в положении, соответствующем стоянке на земле.

где — расчетная максимальная взлетная масса самолета, кг;

— ускорение свободного падения, м/с²;

— эксплуатационная перегрузка при посадке;

— коэффициент безопасности;

— вынос носового колеса, м;

— база шасси самолета, м.

.

Случай G_ш

«Посадка с передним ударом в основные опоры»

Этот случай введен для проверки прочности передних подкосов шасси.

Самолет считается находящимся в положении, соответствующем стоянке на земле. Нагрузка проходит через ось колеса и направлена спереди и снизу под углом к горизонту.

где — максимальная перегрузка при посадке;

— коэффициент безопасности.

где — диаметр основного колеса, мм.

.

«Посадка с боковым ударом в основные опоры шасси»

Этот случай введен для проверки прочности боковых подкосов шасси.

Самолет рассматривается в положении посадки на основные опоры. Вертикальная составляющая нагрузки приложена к колесу основной опоры. Боковая составляющая нагрузки приложена в точке пересечения нормали, проходящей через ось симметрии колеса с поверхностью ВПП.

где — посадочная скорость, м/с.

.

Для случаев Е_ш, R_1ш определяем силу сопротивления, действующую на колесо при движении по ВПП.

где — коэффициент трения качения.

.

2.4.2 Определение реакций в закреплении основной опоры от расчетных нагрузок

Рисунок 2.7 — Расчетная схема для определения реакций для случая

Случай Е_ш

Плоскость YOX

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Плоскость YOZ

Учитываем, что .

.

Делаем проверку

(верно).

Плоскость XOZ

Учитываем, что .

.

Делаем проверку

(верно).

Определяем суммарные силы

.

Случай G_ш

Рисунок 2.8 — Расчетная схема для определения реакций для случая

Плоскость YOX

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Плоскость YOZ

Учитываем, что .

.

Делаем проверку

(верно).

Плоскость XOZ

Учитываем, что .

.

Делаем проверку

(верно).

Определяем суммарные силы

.

Случай R_1ш

Рисунок 2.9 — Расчетная схема для определения реакций для случая

Плоскость YOX

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Плоскость YOZ

Учитываем, что .

.

Делаем проверку

(верно).

Плоскость XOZ

Учитываем, что .

Делаем проверку

(верно).

Определяем суммарные силы

.

2.4.3 Построение эпюр сил и моментов

Случай Е_ш

Полуось ab

Рисунок 2.10 — Расчетная схема для построения эпюр для полуоси

Рисунок 2.11 — Эпюры сил и моментов для полуоси

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Шлиц-шарнир bccd

Рисунок 2.12 — Расчетная схема для построения эпюр для шлиц-шарнира Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.13 — Эпюры сил и моментов для шлиц-шарнира Подкос-подъемник кl

Рисунок 2.14 — Расчетная схема и эпюры сил для подкоса-подъемника Составляем уравнение

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Нормальная сила

.

Стойка с траверсой bdegfh

Плоскость YOZ

Рисунок 2.15 — Расчетная схема для построения эпюр для стойки

Строим эпюры Нормальная сила

.

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Плоскость YOХ Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Плоскость ZOX

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.16 — Эпюры сил и моментов для стойки Суммарные эпюры строим, используя теорему Пифагора.

Нормальная сила

.

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Рисунок 2.17 — Суммарные эпюры сил и моментов для случая

Случай G_ш

Полуось ab

Рисунок 2.18 — Расчетная схема для построения эпюр для полуоси

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.19 — Эпюры сил и моментов для полуоси

Шлиц-шарнир bccd

Рисунок 2.20 — Расчетная схема для построения эпюр для шлиц-шарнира Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.21 — Эпюры сил и моментов для шлиц-шарнира Подкос-подъемник кl

Рисунок 2.22 — Расчетная схема и эпюры сил для подкоса-подъемника Составляем уравнение

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Нормальная сила

.

Стойка с траверсой bdegfh

Плоскость YOZ

.

Строим эпюры Нормальная сила

.

Рисунок 2.23 — Расчетная схема для построения эпюр для стойки

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Плоскость YOХ Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Плоскость ZOX

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.24 — Эпюры сил и моментов для стойки

Суммарные эпюры строим, используя теорему Пифагора.

Нормальная сила

.

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Рисунок 2.25 — Суммарные эпюры сил и моментов для случая

Случай R_1ш

Полуось ab

Рисунок 2.26 — Расчетная схема для построения эпюр для полуоси

Рисунок 2.27 — Эпюры сил и моментов для полуоси

Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Шлиц-шарнир bccd

Рисунок 2.28 — Расчетная схема для построения эпюр для шлиц-шарнира Составляем уравнения

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.29 — Эпюры сил и моментов для шлиц-шарнира Подкос-подъемник кl

Рисунок 2.30 — Расчетная схема и эпюры сил для подкоса-подъемника Составляем уравнение

.

Решаем уравнения

.

Строим эпюры Нормальная сила

.

Стойка с траверсой bdegfh

Плоскость YOZ

Рисунок 2.31 — Расчетная схема для построения эпюр для стойки Строим эпюры Нормальная сила

.

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Плоскость YOХ Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Плоскость ZOX

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Рисунок 2.32 — Эпюры сил и моментов для стойки

Суммарные эпюры строим, используя теорему Пифагора.

Нормальная сила

.

Перерезывающая сила

.

Изгибающий момент

.

Крутящий момент

.

Рис. 2.33 — Суммарные эпюры сил и моментов для случая

2.5 Расчет элементов шасси

2.5.1 Определение параметров подкоса Усилие в подкосе определяем по эпюрам и выбираем максимальное значение (случай).

Материал подкоса сталь 30ХГСА.

Подкос работает на растяжение.

Площадь поперечного сечения определяем из условия прочности на растяжение-сжатие.

где — нормальная сила, действующая на подкос, Н;

— предел прочности, МПа.

.

Параметры подкоса выбираем по рекомендациям:

диаметр штока ;

длина штока ;

внешний диаметр цилиндра ;

длина цилиндра ;

толщина стенки цилиндра, мм.

Рассматриваем крепление подкоса к шпангоуту фюзеляжа.

Определяем диаметр болта из условия прочности на срез.

где — усилие среза, Н;

— количество плоскостей среза;

— предельные касательные напряжения, МПа.

.

Окончательно принимаем .

Определяем ширину проушины из условий прочности при смятии втулки болтом и смятии проушины втулкой.

1) Смятие втулки болтом Материал втулки БрАЖМц10−3-1,5.

где — усилие смятия, Н;

— диаметр болта, мм;

— длина втулки, мм;

— количество плоскостей смятия (число втулок);

— для малоподвижного соединения;

— предел прочности материала втулки, МПа.

.

2) Смятие проушины втулкой

где — усилие смятия, Н;

— внешний диаметр втулки, мм;

— ширина проушины, мм;

— количество плоскостей смятия (число втулок);

— коэффициент, учитывающий упрочнение;

— предел прочности материала проушины, МПа.

.

Окончательно принимаем ширину проушины подкоса, ширина проушин кронштейна .

Определяем величину перемычек проушины из условий прочности на разрыв и на срез:

1) условие прочности на разрыв

.

2) условие прочности на срез

.

Окончательно величину перемычки принимаем .

Рассматриваем крепление подкоса к стойке.

Определяем диаметр болтов из условия прочности на разрыв.

где — разрывающее усилие, Н;

— количество болтов;

— предел прочности, МПа.

.

Окончательно принимаем .

2.5.2 Определение параметров полуоси Полуось воспринимает изгибающий момент, нормальную и перерезывающую силы.

Материал полуоси сталь 30ХГСА.

Диаметр полуоси определяем из условий прочности на изгиб, сжатие и сдвиг:

1) условие прочности на изгиб

где — максимальный изгибающий момент, Н*мм;

— момент сопротивления, мм³;

— предел прочности материала проушины, МПа.

.

2) условие прочности на сжатие

где — максимальная нормальная сила, Н.

.

3) условие прочности на сдвиг

где — максимальная перерезывающая сила, Н;

— предельные касательные напряжения, МПа.

.

Принимаем диаметр полуоси .

Проверяем полуось по условию прочности по эквивалентным напряжениям:

(верно).

2.5.3 Определение параметров траверсы Траверса воспринимает изгибающий момент, нормальную и перерезывающую силу.

Материал траверсы сталь 30ХГСА.

Диаметр оси определяем из условий прочности на смятие, сжатие и срез:

1) условие прочности на смятие

где — максимальный изгибающий момент, Н*мм;

— середина участка gf, мм;

— максимальная перерезывающая сила, Н;

— предел прочности материала проушины, МПа.

.

2) условие прочности на срез

где — максимальная перерезывающая сила, Н;

— предельные касательные напряжения, МПа.

.

3) условие прочности на сжатие

где — максимальная нормальная сила, Н.

.

Принимаем диаметр оси .

Проверяем ось по условию прочности по эквивалентным напряжениям:

(верно).

Величину перемычки определяем из условий прочности на срез и отрыв:

1) условие прочности на срез

.

2) условие прочности на отрыв

.

Принимаем величину перемычки в сечении g, а в сечении f .

2.5.4 Определение параметров шлиц-шарнира Полки звена воспринимают изгибающий момент, а стенка — перерезывающую силу.

Материал шлиц-шарнира сталь 30ХГСА.

Конструктивно принимаем ширину полок .

Рассматриваем два сечения: первое сечение выбираем вблизи шарнира, второе — вблизи места крепления звена к стойке.

Сечение I

Рисунок 2.34 — Расчетная схема звена шлиц-шарнира в сечении I

Составляем уравнения равновесия

.

Решаем уравнения

.

Определяем минимально необходимую высоту полок

.

Сечение II

Рисунок 2.35 — Расчетная схема звена шлиц-шарнира в сечении II

Составляем уравнения равновесия

.

Решаем уравнения

.

Определяем минимально необходимую высоту полок

.

Окончательно принимаем высоту полок, а толщину стенок .

Конструктивно выбираем диаметр болтов .

Определяем внешний диаметр из условия прочности на смятие

.

Принимаем .

Ширину проушины определяем из условия прочности на срез

.

Принимаем .

опора шасси тормозной

1. Проектирование конструкции шасси: Методические указания к курсовому проекту по курсу «Проектирование конструкции самолётов» / Сост. В. И. Елин. — Комсомольск-на-Амуре: Комсомольск-на-Амуре гос. техн. ун-т 2007. 42 с.

2. Бадягин А. А. Проектирование самолётов. М.: Машиностроение, 1972. — 516 с.

3. Проектирование конструкции самолётов. Войт Е. С., Единогур А. И. — М.: Машиностроение, 1987. — 416 с.

4. Проектирование самолетов: Учебник для ВУЗов / С. М. Егер, В. Ф. Мишин, Н. К. Лисейцев и др., Под ред. С. М. Егера. — 3-е изд. — М.: Машиностроение, 1983 г. — 616 с.