Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет на прочность узла вертолета

Введение

вертолет трансмиссия конструкция прочность

Цель данной курсовой работы - определить наиболее выгодную конструкцию вала трансмиссии вертолета, полую или сплошную. Для достижения поставленной цели необходимо рассчитать по прочности и жесткости полый вал трансмиссии и сплошной вал трансмиссии и сравнить полученные результаты.

Для упрощения расчетов принимаем, что вертолет находится в режиме висения на уровне моря в условиях стандартной атмосферы без учета влияния воздушной подушки.

Данные:

1. Взлетная масса вертолета m=12500 кгс.

2. Произведение угловой скорости вращения несущего винта на радиус: щ_нв^.R_нв=220 м/с.

3. Длина горизонтального участка вала трансмиссии Lгу=10500 м.

4. Наружный диаметр горизонтального участка хвостового вала Дн=40,50 мм.

5. Внутренний диаметр горизонтального участка хвостового вала dв=35,30 мм.

1.Теоретическая часть

Технология проверки системы отопления и вентиляции кабин после замены агрегатов этой системы.

Общие сведения

Вертолет оборудован системой отопления и вентиляции, которая обеспечивает подачу подогретого или атмосферного воздуха в кабины вертолета с целью поддержания в них нормальных температурных условий. Система отопления и вентиляции обеспечивает обогрев ног пилотов, обдув передних стекол и блистеров кабины экипажа, а также сливного крана дренажного бачка. В систему отопления и вентиляции (рис. 1)входят: обогреватель КО - 50, правый и левый отопительный короба 10 и 11, распределитель 9, соединительный короб 12, короб 13 обдува передних стекол и блистеров, заслонки 1 и 16 подачи воздуха к ногам летчика, заслонки 2 и 4 управления системой обогрева и вентиляции, регулятор 6 температуры воздуха.

Керосиновый обогреватель КО - 50 установлен с внешней стороны правого борта фюзеляжа перед правым топливным баком и закрыт специальным капотом обтекателем. Обогреватель притянут лентами к кронштейнам, которые, в свою очередь закреплены к каркасу фюзеляжа при помощи тяг и вильчатых болтов.

КО - 50 предназначен для подогрева воздуха, поступающего в кабины вертолета.

В комплект Керосиновый обогреватель КО - 50 входят обогреватель, вентилятор, топливная коробка, два пневмореле, подогреватель топлива, блок управления регулятора температуры, электромагнитный клапан, два приемника температуры, задатчик температуры, агрегат зажигания, два датчика температуры, два термопереключателя и термовыключателя.

Обогреватель (рис. 2) состоит из камеры сгорания 3 и калорифера 4, изготовленных из жаропрочной стали. Камера сгорания обеспечивает сгорание топливовоздушной смеси и состоит из конуса и цилиндра с вваренным дном. В передней части конуса по окружности расположены круглые и щелевые отверстия для лучшего завихрения топочного воздуха и смесеобразования. В конусной части камеры сгорания установлены топливная форсунка 2 с перепуском и запальная свеча 6. Подогреватель 5 топлива установлен на кожухе 1 обогревателя. Калорифер 4 предназначен для нагрева холодного воздуха, поступающего от вентилятора в кабины вертолета. Он состоит из цилиндра с приваренным кольцом и переходниками (газоходами), соединяющими камеру сгорания с калорифером. К внешнему цилиндру калорифера приварен выхлопной патрубок 7, отводящий продукты сгорания в атмосферу. Для улучшения теплоотвода поверхности цилиндров камеры сгорания и калорифера имеют сферические штампованные выпуклости, расположенные в шахматном порядке. В передней части обогревателя установлен воздухозаборник с дефлектором, состоящий из каркаса и приклепанной к нему обшивки с обтекателем.

Вентилятор (рис. 3) предназначен для продува воздуха через обогреватель и подачи топочного воздуха в камеру сгорания. В комплект вентилятора входят электродвигатель МВ - 1200, направляющий аппарат 1, рабочее колесо 2 и спрямляющий аппарат 3. Электродвигатель 4 установлен на фланце спрямляющего аппарата, рабочее колесо крепят на носке вала электродвигателя гайкой 6 и фиксируют от проворачивания шпонкой 5, а направляющий аппарат соединен винтами со спрямляющим аппаратом. Спрямляющий аппарат, рабочее колесо и направляющий аппарат изготовлены из алюминиевого сплава. К фланцу спрямляющего аппарата крепится переходник, соединяющий вентилятор с обогревателем.

Обогреватель рекомендуется включать при температуре окружающего воздуха ниже +10^оС на земле и в полете при работающих двигателях на всех режимах полета, кроме режима самовращения несущего винта. Вентилятор обогревателя забирает воздух из атмосферы через воздухозаборник или через перекрывную заслонку для ускоренного прогрева из пассажирской кабины (рециркуляция). Возможны промежуточные положения заслонки. Запуск обогревателя на земле и при висении на небольших высоте рекомендуется производить на режиме рециркуляции во избежание попадания в воздухозаборник КО - 50 пыли и посторонних предметов. Управление заслонкой воздухозаборника осуществляется из пассажирской кабины с помощью рукоятки, которая установлена на правом борту между шпангоутами № 2 и 3.

Нагретый в обогревателе воздух поступает в выходной распределитель, в котором разделяется на два потока: в пассажирскую (грузовую) кабину и в кабину экипажа. В распределителе имеются две заслонки, кинематически связанные между собой и управляемые общей рукояткой. В зависимости от положения заслонок нагретый воздух может подаваться либо в пассажирскую (грузовую) кабину, либо в кабину экипажа, либо в обе кабины одновременно в разных пропорциях.

Теплый воздух в пассажирскую (грузовую) кабину поступает через нижние отопительные короба. Выход теплого воздуха в кабину экипажа осуществляется через патрубки обогрева и через заслонки к ногам пилотов. Для ускорения прогрева стекол кабины экипажа следует закрыть заслонки подачи теплого воздуха к ногам пилотов.

В полете, если необходимо, можно использовать насадки индивидуальной вентиляции, для подогрева воздуха следует открыть заслонку подачи воздуха в верхние короба. Управление заслонкой осуществляется от рукоятки, расположенной за спиной второго пилота.

Теплопроизводительность керосинового обогревателя КО-50 - 50000 ккал/ч при перепаде температур на земле 130^оС.

Расход воздуха - 1760 кг/ч при давлении 10 мм рт ст.

Расход топлива - 8,7 кг/ч.

При высоких температурах окружающего воздуха керосинового обогревателя КО-50 может работать в режиме вентиляции без подачи топлива. В этом случае воздух забирается из атмосферы через воздухозаборник и подается (без подогрева) в выходной распределитель и далее поступает в кабины по тем же каналам, что и в режиме отопления.

Кроме того, атмосферный воздух от скоростного напора поступает в приемный патрубок и по вертикальному трубопроводу направляется в вентиляционные короба. Из вентиляционных коробов воздух через насадки индивидуальной вентиляции поступает в пассажирскую кабину.

Пассажирская кабина вертолета оборудована вытяжной вентиляцией. При необходимости принудительного отсоса воздуха из кабины следует включить центробежный вентилятор ДВ-1КМ.

Вертолеты, предназначенные для эксплуатации в районах с жарким климатом, оборудуются двумя бортовыми фреоновыми кондиционерами (изд. 2411).

В этом случае обогреватель КО-50 снимается и на его место друг за другом устанавливаются агрегаты кондиционеров, кроме испарителей. Испарители устанавливаются в пассажирской кабине на багажных полках. На передней панели испарителя имеются ручки управления. Одна из ручек предназначена для включения электромагнитной муфты и для управления частотой вращения электродвигателя, что дает возможность изменять расход воздуха, проходящего через испаритель. Вторая ручка управляет терморегулирующим вентилем, что дает возможность изменять хладопроизводительность кондиционера.

Проверка работоспособности обогревателя КО-50

Проверка в автоматическом режиме

Проверка производится при температуре наружного воздуха +10^оС и ниже и только при подключенном наземном источнике питания.

Внимание:

1. при отрицательной температуре наружного воздуха, перед запуском КО-50 осмотреть воздухозаборник на отсутствие льда, снега, посторонних предметов при полностью открытой заслонке. Деревянным стержнем длиной 300 мм, Ш 10 мм произвести страгивание рабочего колеса вентилятора. При невозможности его проворачивания (примерзание) произвести прогрев МП - 85.

2. после регламентных работ в топливной коробке КО-50 или устранения дефекта в топливной системе, перед нажатием кнопки «ЗАПУСК», произвести заливку системы КО-50 путем 3-4 кратковременных нажатий переключателя «РЕЖИМ» в сторону «ЗАЛИВКА СИСТЕМЫ» на пульте управления обогревателем.

1. Открыть крышки капота КО-50 и слить топливо из дренажного бачка, для чего нажать на сливной кран и зафиксировать его в верхнем положении. Закрыть сливной кран и крышки капота КО-50.

Рис. 5

2. Установить переключатель «АККУМУЛ. - АЭРОДРОМНОЕ ПИТАНИЕ» в положение «АЭРОДРОМНОЕ ПИТАНИЕ». Включить выключатель «Сеть на аккумулятор» (рис. 4).

3. Включить АЗС «Обогреватель», «Подогреватель», «Насос», «Термометр» на правой панели АЗС (рис. 5).

4. Установить задатчик температуры на отметку +30^оС.

5. На пульте управления обогревателем (рис. 6) установить переключатель «АВТОМАТ - РУЧНОЕ» в положение «АВТОМАТ» и на (2-3) с нажать кнопку «Запуск КО-50». При этом должны загореться светосигнальное табло «ПОДОГРЕВ ТОПЛИВА», через некоторое время табло «ЗАЖИГАНИЕ», табло «ПОДОГРЕВ ТОПЛИВА» при этом погаснет. Одновременно с отключением подогрева топлива должен включиться вентилятор и загореться светосигнальное табло «ОБОГРЕВАТЕЛЬ РАБОТАЕТ НОРМАЛЬНО», а затем должно погаснуть табло «ЗАЖИГАНИЕ», что свидетельствует о стабилизации процесса горения. Время запуска с момента нажатия на кнопку до выключения зажигания должно быть не более 2 минут

Внимание: если за 2 минуты с момента нажатия на кнопку «Запуск КО-50» обогреватель не выйдет на рабочий режим, прекратить запуск, установив переключатель «Автомат - ручной» в среднее положение, слить дренажное топливо и повторить запуск в режиме «Ручной».

Предупреждения:

1. при открытых грузовых створках и входной двери запускать обогреватель следует только в ручном режиме при среднем положении переключателя режимов.

2. запрещается при работе обогревателя переключать режимы работы с автоматического управления на ручное или наоборот. Необходимо сначала выключить КО-50 и охладить его в течение (10-15) минут. Ускоренное охлаждение обогревателя осуществляется включением выключателя «Вентилятор» на (3-8) минут (в зависимости от температуры наружного воздуха).

3. при повышенной влажности воздуха, дожде или снеге перед выключением обогревателя рекомендуется за 2 минуты переключить его на режим рециркуляции для продувки кабинным воздухом и удаления влаги.

4. запрещается работа на рециркуляции при температуре в грузовой кабине свыше +15^оС.

5. обогреватель разрешается запускать только при работающих двигателях или при наличии аэродромного источника электроэнергии.

6. включение обогрева кабины экипажа на земле на рекомендуется, так как возможно коробление остекления из органического стекла.

6. Выключить обогреватель, установив переключатель «АВТОМАТ - РУЧНОЙ» в среднее положение, при этом должно погаснуть светосигнальное табло «ОБОГРЕВАТЕЛЬ РАБОТАЕТ НОРМАЛЬНО», а вентилятор выключится автоматически через некоторое время (по мере охлаждения воздуха на выходе из подогревателя).

Проверка в ручном режиме

1. Убедиться, что заслонка заборника окружающего в обогреватель открыта и находится в положении «В КАБИНУ».

2. На пульте управления обогревателем (рис. 6) установить переключатель «АВТОМАТ - РУЧНОЕ» в положение «РУЧНОЕ». Установить переключатель режимов в положение «ПОЛНЫЙ» (при температуре окружающего воздуха ниже -13^оС) или «СРЕДНИЙ» (от -13 до +15^оС).

Предупреждение: запрещается при работе обогревателя переключать режим полный на средний и наоборот.

3. Процесс запуска аналогичен запуску в автоматическом режиме.

4. Если при запуске обогреватель в течении 2 минут не запустился (табло «ЗАЖИГАНИЕ» не гаснет), то необходимо:

- установить переключатель «АВТОМАТ - РУЧНОЕ» в среднее положение;

- найти и устранить неисправности;

- произвести повторный запуск.

5. Для ускоренного охлаждения обогревателя установить переключатель «ВЕНТИЛЯТОР» на пульте управления в положение «ВКЛ.».

6. Выключить АЗС «Обогреватель», «Насос», «Термометр». Проверить выключение переключателя «АВТОМАТ-РУЧНОЙ» на правом щитке электропульта.

7. Выключить переключатели «Аэродромное питание» и «Сеть на аккумуляторе», отключить от вертолета источник аэродромного питания.

2.Практическая часть

1. Для устойчивого висения вертолета необходимо, Чтобы тяга несущего винта была равна силе тяжести вертолета во взлетном положении:

2. Используя формулу тяги несущего винта, находим коэффициент тяги несущего винта:

, отсюда

,

где

- массовая плотность воздуха. В стандартных условиях при

. - площадь, ометаемая несущим винтом.

3. Используя поляру несущего винта (приложение В), находим коэффициент крутящего момента:

4. Используя формулу крутящего момента несущего винта, находим крутящий момент:

, где

- радиус несущего винта.

5. Крутящий момент несущего винта по величине равен реактивному моменту несущего винта, но имеет противоположное направление.

6. Реактивный момент уравновешивается моментом, создаваемым тягой рулевого винта и равен , где - расстояние от оси вращения несущего винта до оси вращения рулевого винта и равно 12,661^.10³ мм (приложение Г). Таким образом:

, кгс



7. Используя формулу тяги РВ, находим коэффициент тяги РВ:

, кгс, отсюда

, где - площадь, ометаемая рулевым винтом.

8. Используя поляру рулевого винта (приложение Д), находим , учитывая, что окружная скорость конца лопасти рулевого винта примерно равна окружной скорости конца лопасти несущего винта:

9. Используя формулу, находим крутящий момент рулевого винта:

, кгс^.м

10. Отношение крутящего момента вала трансмиссии к крутящему моменту рулевого винта при неизменной передаваемой мощности обратно пропорционально частотам их вращения (приложение Е), т.е.:

, откуда:

.

11. Необходимые формулы для расчета вала на прочность и жесткость:

,

где

- максимальные касательные напряжения при кручении,

- допускаемые касательные напряжения,

- крутящий момент,

- полярный момент сопротивления сечения, мм³.

Полярный момент сопротивления сечений:

- сплошного круглого:

- полого (кольцевого) круглого:

,

где

Полярный момент инерции сечений:

- сплошного круглого:

- полого (кольцевого) круглого:

,

где

- угол закручивания вала, рад;

- длина горизонтального участка хвостового вала, мм;

G - модуль упругости второго рода (для стали МПа).

12. Находим полярный момент инерции полого вала:

13. После некоторых преобразований можно записать:

14. Далее необходимо определить максимальное касательное напряжения, которые будут в точках сечения, лежащих у внешней поверхности вала:

15. Находим угол закручивания:

рад



16. Для проведения сравнительного анализа определяем диаметр сплошного вала, имеющего такую же прочность, т.е. такой же полярный момент сопротивления как полый вал:

Wр=0,2Д³_н, мм³,

откуда , мм, где равен по величине полого вала, определённого в пункте 13.

30,56мм.

17. Для сравнения массы сплошного вала с массой полого находим отношение площадей сечений валов:

,

т.е. , где

n - число, показывающее во сколько раз площадь поперечного сечения сплошного вала больше площади сечения полого вала.

18. После некоторых преобразований видно, что для сравнения углов закручивания валов достаточно сравнить полярные моменты инерции сечений:

,

т.е.

- сплошного круглого

19. Сравнительные расчеты на прочность и жесткость сплошного и полого хвостовых валов трансмиссии при висении вертолета в условиях МСА без учета влияния воздушной подушки на уровне моря, показали, что полый вал трансмиссии является лучше по решаемым характеристикам, чем сплошной.

Список использованной литературы

1. Данилов В.А. Вертолет Ми-8: устройство и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1988.

2. Данилов В.А. Эксплуатация и ремонт вертолета Ми-8. Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1980.

3. Технологические указания по замене агрегатов вертолёта Ми-8.

Размещено на Allbest.ru

...