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1、毕业设计（论文）毕业设计（论文） 小型飞机尾翼控制器设计 Controller design for small aircraft tail ： ： 机电学院 ： 机械设计制造及其自动化 ： 机制 0641 ： ： 讲师 ： 2010 年 6 月 17 日 学生姓名 所在院系 所学专业 所在班级 指导教师 教师职称 完成时间 长长 春春 工工 程程 学学 院院 摘 要 水平尾翼简称平尾，安装在机身后部，主要用于保持飞机在飞行中的稳定性和 控制飞机的飞行姿态。尾翼的内部结构与机翼十分相似，通常都是由骨架和蒙皮构 成，但它们的表面尺寸一般较小，厚度较薄，在构造形式上有一些特点。一般来说， 水平尾翼
2、由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成飞机的水平安定面就能够使飞 机在俯仰方向上（即飞机抬头或低头）具有静稳定性。水平安定面是水平尾翼中的 固定翼面部分。当飞机水平飞行时，水平安定面不会对飞机产生额外的力矩；而当 飞机受到扰动抬头时，此时作用在水平安定面上的气动力就会产生一个使飞机低头 的力矩，使飞机恢复到水平飞行姿态。 整个系统由操纵系统、信号检测系统、信号处理系统、步进电机控制系统、齿 轮传动系统组成。操纵机构采用十字手柄，包括前后左右四个方向的运动，这样就 能分别控制左右两片尾翼正负方向 45 度的转角，从而实现飞机起飞、降落、左转弯 或右转弯时对水平尾翼的控制。 MCS-51 系列单片
3、机主要有三种型号的产品 8031、8051、8751。该系列产品是 集中 CPU I/O 端口及部分 RAM 等为一体的功能性很强的控制器，它的主要特点是 集成度高可靠性好、运算速度快，另外，该系列产品只需增加少量外围器件就可以 构成一个完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强，编程灵活性 大，硬件资料也很丰富，是较为理想的主选控制器芯片。 关键词 升降舵 飞行姿态 操纵 单片机 Abstract: Horizontal tail short horizontal tail, installed in the rear fuselage, used to keep the airc
4、raft in flight stability and control aircraft in flight. Tail of the internal structure is very similar to the wing, usually constituted by the skeleton and skin, but their surface size is generally small, thin, in the form of a number of structural features. In general, the horizontal tail from the
5、 fixed horizontal stabilizer and the elevator deflection can be composed of the horizontal stabilizer on the aircraft to the aircraft in the pitch direction (that is, rise or bow planes) with static stability. The horizontal stabilizer is the horizontal tail section in the fixed-wing plane. When the
6、 plane flying level, the horizontal stabilizer on the aircraft would not generate additional torque; while the rise time when the aircraft is disturbed, then the role of the level of stability in the aerodynamic surface will produce a bow of the moment the aircraft, the aircraft recovery to level fl
7、ight attitude. The system consists of control systems, signal detection system, signal processing system, stepping motor control systems, gear transmission system component. Control mechanism with cross handle, including before and after the four directions of movement, so that each can control the
8、direction of about plus or minus two rear corner 45 degrees, enabling the aircraft to take off, landing, turn left or turn right on the horizontal tail control。 MCS - 51 series microcontroller mainly have three types of products, the 8051, 8751 8031. This series of products are concentrated CPU I/O
9、port and part of the RAM as a function of controller, its main characteristic is the integration of high reliability, faster, and other products of this series, only a small increase in peripheral devices can form a complete microcomputer control system, and the development means is complete, the fu
10、nction is strong, programming instruction system, hardware material also big agility is very rich, is the ideal advocate anthology controller chip. Keywords: Elevator Flight attitude Control MCS 目 录 1. 绪论绪论.1 1.1 课题研究的目的和意义1 1.2 国内外的研究状况1 1.3 课题任务、研究的内容和要求2 1.3.1 系统总体方案的制定.2 1.3.2 机械结构设计.2 1.3.3 电气系
11、统设计.3 2. 系统总体方案.3 2.1 操纵系统3 2.2 信号检测系统4 2.3 信号处理系统4 2.4 步进电机控制系统4 2.5 尾翼齿轮传动系统4 3. 机械结构设计.5 3.1 轴的设计5 3.2 齿轮计算7 3.2.1 选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数.7 3.2.2 按齿跟弯曲疲劳强度设计.7 3.3 轴承的选择和计算10 3.4 电机的选择11 4. 控制系统设计.13 4.1 控制部分硬件设计13 4.2 主控制器的 CPU 的选择14 4.2.1 单片机的基本性能.15 4.2.2 MCS-51 系列单片机的引脚及功能15 4.2.3特殊功能寄存器.17 4.3
12、 存储器结构17 4.4 存储器扩展电路设计18 4.5 芯片介绍18 4.5.1 ADC0809.18 4.5.2 8051 芯片21 4.5.3 2764 芯片22 4.6 地址锁存器 74LS373.23 4.7 MCS-51 单片机应用系统中的地址译码.24 4.8 I/O 口扩展电路设计.24 4.9 传感器的选择26 4.10 其它辅助电路的设计27 4.10.1 单片机的时钟电路.27 4.10.2 单片机的复位电路.27 5. 系统控制软件的设计.28 5.1 系统管理程序28 5.2 控制子程序28 5.3 测试子程序28 5.4 键盘操作和显示处理程序28 6. 总结.28
13、 参考文献29 致 谢30 1. 绪论 1.1 课题研究的目的和意义 机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上。其最主要作用是产生升力，同时也可以在机 翼内布置弹药仓和油箱，在飞行中可以收藏起落架。另外，在机翼上还安装有改善起飞和着陆 性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼，有的还在机翼前缘装有缝翼等增加升力的装置。 由于飞机是在空中飞行的，因此和一般的运输工具和机械相比，就有很大的不同。飞机的 各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下尽可能轻，机翼自然也不例外，加之机 翼是产生升力的主要部件，而且许多飞机的发动机也安装在机翼上或机翼下，因此所承受的载 荷就更大，这就需要机翼有很好的结构强度
14、以承受这巨大的载荷，同时也要有很大的刚度保证 机翼在巨大载荷的作用下不会过分变形。 机翼的基本受力构件包括纵向骨架、横向骨架、蒙皮和接头。其中接头的作用是将机翼上 的载荷传递到机身上，而有些飞机整个就是一个大的飞翼，如 B2 隐形轰炸机则根本就没有接头。 以下是典型的梁式机翼的结构。毕业设计首先应满足教学与教育功能，培养和造就学生的创新 能力和工程意识，通过毕业设计教学与教育功能的实现，促进学生科学的智能结构的形成；其 次，毕业设计大多来源于实际，其成果可直接或间接地满足市场需求，为社会服务，实现毕业 设计的社会功能. 1.2 国内外的研究状况 随着现代航空技术的进步，新的飞行动力理论的应用，
15、飞机机身的外形也呈现千姿百态， 变化多端，如隐身战斗机所使用的机翼和机身融为一体的翼身融合体；除去机身和尾翼的飞翼； 除去机翼的升力体机身；以汽车作为机身的汽车飞机等等。 机翼的外形五花八门、多种多样，然而，不论采用什么样的形状，设计者都必须使飞机具有良 好的气动外形，并且使结构重量尽可能的轻。所谓良好的气动外形，是指升力大、阻力小、稳 定操纵性好。以下是用来衡量机翼气动外形的主要几何参数。除此之外，机翼在安装时还可能 带有上反角或者下反角。上反角是指机翼基准面和水平面的夹角，当机翼有扭转时，则是指扭 转轴和水平面的夹角。当上反角为负时，就变成了下反角(Cathedral angle)。飞机机
16、身的功用 主要是装载人员、货物、燃油、武器、各种装备和其他物资，它还可用于连接机翼、尾翼、起 落架和其他有关的构件，并把它们连接成为一个整体。 按照机身的功用，首先在使用方面，应要求它具有尽可能大的空间，使它的单位体积利用 率最高，以便能装载更多的人和物资，同时连接必须安全可靠。应有良好的通风加温和隔音设 备；视界必须广调，以利于飞机的起落。其次在气动方面，它的迎风面积应减小到最小，表面 应光滑，形状应流线化而没有突角和缝隙，以便尽可能地减小阻力。 另外，在保证有足够的强度、刚度和抗疲劳的能力情况下，应使它的重量最轻。对于具有 气密座舱的机身，抗疲劳的能力尤为重要。飞机机身的型式一般有机身型、船身型和短舱型， 机身型是陆上飞机的机体，水上飞机机体一般采用船身型，至于短舱型则是没有尾翼的机体， 它包括双机身和双尾撑。 纵向骨架 机翼的纵向骨架由翼梁、纵樯和桁条等组成，所谓纵向是指沿翼展方向，它们都 是沿翼展方向布置的。 翼梁是最主要的纵向构件，它承受
