一种平尾接头及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直升机技术领域，具体涉及一种平尾接头及其设计方法。
【背景技术】
[0002]平尾接头是直升机全动平尾中最关键的部位，其作用为扩散作动器载荷到机身结构上。
[0003]现有平尾接头为两个接头的组合，用以扩散载荷，这种形式结构复杂，对装配要求很高，而且其重量大，传力不够直接。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种平尾接头及其设计方法，以解决或至少减轻技术背景中所述的平尾接头所存在的问题。
[0005]本发明采用的技术方案是:提供一种直升机平尾接头的设计方法，包含以下步骤:步骤一:构建平尾接头模型；步骤二:通过拓扑优化确定步骤一中构建的平尾接头模型最优的材料分布形式；步骤三:通过尺寸优化确定经步骤二优化后的平尾接头模型最优的厚度值；步骤四:通过实验校核优化后平尾接头的静强度、刚度与疲劳强度。
[0006]优选地，所述步骤一中构建平尾接头模型需要考虑其结构形式、材料选用、连接方式、空间布局以及制造性。
[0007]优选地，所述步骤二中在确定最优材料分布形式的同时，需要根据平尾接头尺寸的大小，确保设计的结构具有可制造性。
[0008]优选地，所述材料分布形式包含平尾接头结构的对称性约束和抜模方向的约束。
[0009]优选地，所述步骤三中的尺寸优化采用了变形控制技术和应力控制技术，以满足静强度和疲劳强度要求。
[0010]优选地，所述确定材料最优分布形式的依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的刚度。
[0011]优选地，所述步骤三中通过尺寸优化确定平尾接头最优的厚度值，依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的应力、刚度及疲劳强度。
[0012]—种直升机平尾接头，安装在垂尾前梁上，所述平尾接头为整体结构，包含连接部和两个对称部，所述对称部关于所述连接部对称，所述连接部上设置有连接耳片，所述平尾接头通过所述耳片与作动器连接。
[0013]优选地，所述连接部的两侧边与所述对称部的一侧边形成第一夹角，两个对称部的侧边形成第二夹角。
[0014]优选地，所述第一夹角的角度为110度至120度，所述第二夹角的角度为60度至70度。
[0015]本发明的有益效果在于:
[0016]本发明的平尾接头设计方法在设计过程中采用了拓扑优化和尺寸优化，通过拓扑优化确定了平尾接头材料的最优分布形式，然后通过尺寸优化确定了平尾接头最优的厚度值。使用本发明的方法设计的平尾接头重量较轻，且承载承受力大。
[0017]本发明的平尾接头为整体结构，结构形式简单，连接方便。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的直升机平尾接头设计方法的流程图；
[0019]图2是根据本发明方法设计的平尾接头的示意图；
[0020]图3是图2所示的平尾接头的轴测图。
[0021]其中，1-连接部，2-对称部，3-耳片，4-加强筋。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0023]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0024]如图1，一种直升机平尾接头的设计方法，包含以下步骤:步骤一:构建平尾接头模型；步骤二:通过拓扑优化确定步骤一中构建的平尾接头模型最优的材料分布形式；步骤三:通过尺寸优化确定经步骤二优化后的平尾接头模型最优的厚度值；步骤四:通过实验校核优化后平尾接头的静强度、刚度与疲劳强度。
[0025]在步骤一中构建平尾接头模型时，需要考虑其结构形式、材料选用、连接方式、空间布局以及制造性。
[0026]平尾接头的结构形式要考虑其在满足承载能力的同时，其结构应该尽可能小，以节省安装空间。
[0027]平尾接头在选用材料时，主要考虑材料承载能力，在能够承受大载荷的前提下，其重量应该尽可能的小。
[0028]步骤二中在确定最优材料分布形式的同时，需要根据平尾接头尺寸的大小，确保设计的结构具有可制造性。主要考虑在加工过程中的工艺性，如钻头直径和长度，尽量避免细长孔的出现，同时还要考虑平尾接头的倒角的大小，以减少受力时的应力集中。
[0029]在确定平尾接头的材料分布形式时，主要涉及平尾接头结构的对称性约束和抜模方向的约束。具体为:根据平尾接头安装位置的尺寸限制及平尾接头安装方式的分析，确定平尾接头加强筋的布置位置；从制造简单性考虑，可将接头设计为对称形式，便于制造。
[0030]步骤三中的尺寸优化采用了变形控制技术和应力控制技术，以满足静强度和疲劳强度要求。具体为:根据设计要求，平尾接头在额定载荷下的变形不能超过2.0mm ;根据材料的强度性能确定其应力控制数值为不超过470MPa ;根据其疲劳寿命要求，确定其寿命不小于10000小时。
[0031]确定平尾接头材料最优分布形式的依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的刚度，根据设计要求，平尾接头在额定载荷下的变形不能超过2.0mm。
[0032]步骤三中通过尺寸优化确定平尾接头最优的厚度值，依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的应力、刚度及疲劳强度。根据设计要求，平尾接头在额定载荷下的变形不能超过2.0mm ;根据材料的强度性能确定其应力控制数值为不超过470MPa ;根据其疲劳寿命要求，确定其寿命不小于10000小时。
[0033]—种直升机平尾接头，安装在垂尾前梁上，平尾接头为整体结构，包含连接部1和两个对称部2，对称部2关于所述连接部1对称，连接部1上设置有连接耳片3，平尾接头通过所述耳片3与作动器连接。
[0034]在本实施例中，连接部1的两侧边与对称部2的一侧边形成第一夹角，两个对称部2的侧边形成第二夹角。所述第一夹角的角度为110度至120度，所述第二夹角的角度为60度至70度。
[0035]在本实施例中，第一夹角设置为115度，第二夹角设置为65度。
[0036]可以理解的是，所述第一夹角的角度可以根据实际情况。例如，在一个备选实施例中，所述第一夹角的角度设置为110度，在另一个备选实施例中，第一夹角设置为120度；且第一夹角的角度可以在110度至120度之间根据需要任意设定。
[0037]可以理解的是，所述第二夹角的角度可以根据实际情况设定。例如，在一个备选实施例中，第二夹角设置为60度，在另一个备选实施例中，第二夹角设置为70度；且第二夹角的角度可以在60度至70度之间根据需要任意设定。
[0038]在平尾接头的中部沿连接部1和对称部2设置有加强筋4，加强筋4可以提高平尾接头的刚度。
[0039]最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种直升机平尾接头的设计方法，其特征在于，包含以下步骤: 步骤一:构建平尾接头模型； 步骤二:通过拓扑优化确定步骤一中构建的平尾接头模型最优的材料分布形式； 步骤三:通过尺寸优化确定经步骤二优化后的平尾接头模型最优的厚度值； 步骤四:通过实验校核优化后平尾接头的静强度、刚度与疲劳强度。2.根据权利要求1所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述步骤一中构建平尾接头模型需要考虑其结构形式、材料选用、连接方式、空间布局以及制造性。3.根据权利要求1所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述步骤二中在确定最优材料分布形式的同时，需要根据平尾接头尺寸的大小，确保设计的结构具有可制造性。4.根据权利要求3所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述材料分布形式包含平尾接头结构的对称性约束和抜模方向的约束。5.根据权利要求1所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述步骤三中的尺寸优化采用了变形控制技术和应力控制技术，以满足静强度和疲劳强度要求。6.根据权利要求3所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述确定材料最优分布形式的依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的刚度。7.根据权利要求1所述的直升机平尾接头的设计方法，其特征在于:所述步骤三中通过尺寸优化确定平尾接头最优的厚度值，依据为，根据输入的载荷检测平尾接头的应力、刚度及疲劳强度。8.—种直升机平尾接头，安装在垂尾前梁上，其特征在于:所述平尾接头为整体结构，包含连接部(1)和两个对称部(2)，所述对称部(2)关于所述连接部(1)对称，所述连接部(1)上设置有连接耳片(3)，所述平尾接头通过所述耳片(3)与作动器连接。9.根据权利要求8所述的直升机平尾接头，其特征在于:所述连接部(1)的两侧边与所述对称部(2)的一侧边形成第一夹角，两个对称部(2)的侧边形成第二夹角。10.根据权利要求9所述的直升机平尾接头，其特征在于:所述第一夹角的角度为110度至120度，所述第二夹角的角度为60度至70度。
【专利摘要】本发明公开了一种直升机平尾接头及其设计方法，涉及直升机技术领域。所述直升机平尾接头的设计方法包含以下步骤，步骤一：构建平尾接头模型；步骤二：通过拓扑优化确定步骤一中构建的平尾接头模型最优的材料分布形式；步骤三：通过尺寸优化确定经步骤二优化后的平尾接头模型最优的厚度值；步骤四：校核优化后的结果。所述直升机平尾接头为整体结构，包含连接部和两个对称部，对称部关于连接部对称，连接部上设置有耳片，平尾接头通过耳片与作动器连接。本发明的有益效果在于：本发明的平尾接头设计方法通过拓扑优化确定了平尾接头材料的最优分布形式，通过尺寸优化确定了平尾接头最优的厚度值。使用本发明的方法设计的平尾接头重量轻，承载力大。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105279336
【申请号】CN201510742536
【发明人】张桥, 吴远飞, 吕乐丰, 邢益辉, 马凤飞, 王莹, 邵元新
【申请人】中国直升机设计研究所
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月4日