1.飞机结构

1飞机系统学科性质•飞机系统是民用飞机驾驶专业的技术基础课教学目的和要求通过该课程的学习，使学员了解现代航空技术在民用飞机系统中的应用与发展，熟悉民用飞机机体结构型式特点与使用安全，各系统的功用、组成及工作原理，掌握现代民用飞机系统的工作控制与基本使用方法。为学员取得商业驾驶执照做好理论准备。41飞机Airplane航空器，是指由空气的反作用而不是由空气对地面发生的反作用在大气中取得支承的任何机器。5飞机的定义•飞机，是指动力驱动的重于空气的一种航空器，其飞行升力主要由给定飞行条件下保持不变的翼面上的空气动力反作用取得•Airplane—Anengine-driven,fixed-wingaircraftheavierthanairthatissupportedinflightbythedynamicreactionofairagainstitswings.6飞机各组成部分尽管飞机可以设计用于很多不同的目的，但大多数飞机的主要结构还是相同的机翼机身动力装置起落装置尾翼7飞机-五大部分组成•机身•机翼•尾翼•起落架•动力装置TheFuselageTheWingTheEmpennageTheLandingGearThePowerplant81.1机体Airframes•机体包括：机身尾翼机翼•是飞机最基本的组成部分B73791.1.1机身机身：用来固定机翼、尾翼、起落架等部件，使之连成一个整体；还用来装载人员、燃料、和其他物资机身的受力•机身以承受装载和部件传给的集中力为主。这些力称为载荷•载荷：结构和结构中的各个构件，在工作中受到的其它物体的作用力11机身的分类飞机机身分为：构架式——早期的低速飞机薄壳式——现代高速飞机薄壳式按结构和和受力特点又分为：——蒙皮式（硬壳式）——桁条式（半硬壳式）——桁梁式（半硬壳式）12构架式机身早期的机身——木制或金属管行成的机身骨架机身用钢或者铝质管子构造。通过把这些管子焊接成一系列三角形来获得强度和刚性，成为桁架结构。称华伦桁架（TheWarrentruss）优点：结构简单便于制造缺点：最大的缺点不流线，气动性差；抗扭刚度差容积利用差13薄壳式机身现代飞机机身是骨架和蒙皮组成的薄壁结构。称为薄壳式机身。分为：蒙皮式、桁条式、桁梁式14蒙皮式机身也叫硬壳式monocoque•硬壳式机身使用加厚的蒙皮，整个结构由蒙皮和隔框构成。蒙皮：承受全部弯曲轴向力、剪力与扭矩•隔框：支持蒙皮并承受、传递集中力•目前只用于小型高速飞机和低速飞机的局部15硬壳式机身优点：由于外部蒙皮承受弯曲轴向力与扭矩，机身内部的撑杆可大大减少，减轻了飞机重量，增大了内部空间。现在只用于小型飞机的局部16早期采用硬壳式机身的飞机17桁条式机身也叫半硬壳式SEMI-MONOCOQUE•硬壳式机身不便于开口，因此飞机上用得较少。半硬壳式机身：•由桁条stringers、•隔板bulkheads和\或•隔框formers组成，•外部铆接铝合金蒙皮•特点：弱梁或无梁，桁条多而强，与较厚蒙皮构成壁板，再与隔框连接而成18SEMI-MONOCOQUE•机身外载荷主要由蒙皮承受，其余由桁条承受，壳体刚度较大，生存力强半硬壳式机身•主要用于高亚音速飞机和现代客机20半硬壳式结构桁梁式较强的四根大梁，较弱的桁条、较薄的蒙皮和隔框铆接而成。机身适于大开口使用复合材料的飞机复合材料通常是增强型复合纤维，强度较高，重量轻，外形光滑可以减小飞机阻力，抗腐蚀能力强。很多飞机如B-777等使用约30%的复合材料增强型碳纤维碳纤维复合纤维玻璃纤维飞机结构小结•现代民用小型飞机•构架式、硬壳式、半硬壳式•中、大型飞机•半硬壳式24防火墙--FIREWALL•在单发飞机上，发动机一般安装在机身的前端。在发动机后面和驾驶舱或客舱之间有防火部分以保护飞行员或乘客免受发动机火焰的意外伤害。这部分称为防火墙，一般由阻热材料如不锈钢制成还是发动机的安装点251.1.2机翼•机翼的功用：产生升力、装载燃油、安装起落架与发动机等A380机翼是连接到机身两边的翼型airfoils，也是支持飞机飞行的主要升力表面。飞机制造商设计了多种不同的机翼样式，尺寸和外形。每一种都是为了满足特定的需要，这些需要由具体飞机的目标性能决定26WINGCOMPONENTS•机翼的外侧：翼尖；靠近机身的一端叫翼根。•机翼上安装的可操纵翼面主要有副翼、襟翼、前缘襟翼、前缘缝翼。运输机的机翼机翼上的操纵面与附属装置1.翼尖小翼2.低速副翼3.高速副翼4.襟翼滑轨整流罩5.前缘襟翼－克鲁格襟翼6.前缘缝翼7.内侧襟翼8.外侧襟翼9.扰流板10.扰流板-减速板在具体机型上，其实际构型、功能和名称也有可能不同。281.1.2机翼•机翼可以安装在机身的上，中或较低部分，分别称为高翼，中翼，低翼设计。机翼的数量也可以不同。high-,mid-,low-wingBiplane30上中下三种单翼机的优缺点1.机翼与机身的干扰阻力—中小，上次，下大2.机身内部容积利用—上下好3.起落架安装—下好31WING有一组机翼的飞机称为单翼机，有两组机翼的飞机称为双翼飞机或者复翼飞机Mono-planeTri-planeBi-plane321.1.2机翼许多上单翼飞机有外部支撑杆，它可以通过支杆把飞行和着陆负荷传递到机身结构。由于支杆一般安装在机翼突出机身的一半位置上，所以这种类型的机翼结构也叫半悬臂机翼。少数上单翼飞机和多数低翼飞机不用外部支杆来承载负荷称悬臂机翼semi-cantileverfullcantilever33半悬臂式SEMICANTILEVER34机翼的平面形状椭圆形梯形后掠翼三角翼矩形35平直翼构造简单广泛用于亚音速飞机轰五36后掠翼与三角翼跨音速与超音速37协和式超音速客机飞行速度可达2.04马赫机翼的剖面形状(翼型)平凸型双凸型对称型39机翼结构•按机翼的构造形式分类：a)构架式、b)梁式、c)壁板式、d)整体式等等40梁式机翼41结构42翼梁SPAR•最强有力的纵向构件，承受全部或大部分的弯矩和剪力。翼梁由缘条、腹板和支柱等组成，剖面多为工字型。翼梁固定在机身上。43翼肋RIB形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。44桁条支承蒙皮，防止产生局部变形，与蒙皮一起把空气动力传给翼肋，由铝合金薄板制成45DH-60WINGSTRUCTURE46机翼油箱WINGTANK•结构式•单体式47B727CWT481.1.3尾翼尾翼EMPENNAGE包括整个的尾部，由垂直尾翼和水平尾翼组成垂直尾翼包括垂直安定面和方向舵水平尾翼包括水平安定面和升降舵。方向舵、升降舵上通常有一个或者多个配平片49尾部-EMPENNAGE50尾翼布局T-TailV-TailMid-TailConventional51平尾按相对于机翼的上下位置不同，大致分为高平尾、中平尾和低平尾三种型式不同的尾翼53方向舵RUDDER安装在垂直安定面上54升降舵55全动式平尾-STABILATOR一种尾翼的设计不需要升降舵。在中央的铰链点安装一片水平尾翼，铰链轴是水平的。这种类型的设计叫全动式水平尾翼，使用控制轮移动，就像使用升降舵一样。例如，当你向后拉控制轮时，水平尾翼转动，平尾边缘向上运动。水平尾翼还有一个沿尾部边缘的反补偿片56反补偿片ANTISERVOTAB反补偿片的运动方向和水平尾翼尾部边缘的运动方向一样。反补偿片也作为减轻控制压力的配平片，帮助维持水平尾翼在需要的位置571.1.4机体使用注意事项581.2飞行载荷和过载飞机载荷：飞机在滑行、起飞、着陆和飞行中所受的气动力、重力、推（拉）力和地面反作力。重点是升力的变化伯努利定理BERNOULLI’SPRINCIPLEOFPRESSURE气体流动速度增加会导致流体压力降低601.2.1.1飞机在飞行中的升力v20v20美式LIFT=CL.½V².SSCYY221迎角AOA和升力系数CY621.2.1.2平飞载荷平飞条件：LIFT=WEIGHTTRUST=DRAG•平飞时飞机结构受力不大什么是平飞：平直、无加速度飞行straight-and-level,unacceleratedflight.631.2.1.2平飞载荷•a）小速度大迎角：上吸、下压•b）大速度小迎角上吸下吸、前压、有可能蒙皮鼓胀前缘凹陷使气动性能变坏。应遵守最大平飞速度限制641.2.1.3水平面内曲线飞行载荷升力垂直分量平衡重力水平分量提供向心力65水平平面内曲线飞行水平转弯时YCOSγ=G或Y=G/COSγ如坡度为60度时，Y=2G66水平平面内曲线飞行坡度越大，所需升力就越大！飞机就越容易失速或损坏！坡度的限制因素：发动机推力；飞机临界迎角；飞机结构强度和刚度。飞行操纵应及时、柔和，不能随意压大坡度,以免飞机受力过大671.2.1.4突风载荷突风：大小、方向变化的不稳定气流。突风载荷：飞机在飞行中遇到不稳定气流作用时产生的附加气动力。1.2.1.4突风载荷水平突风载荷因飞机空速››风速，故水平突风对升力影响很小。垂直突风载荷飞机遇垂直向上突风，机翼迎角增加，升力增加。飞机遇垂直向下突风，机翼迎角减小，升力减小。69遇垂直突风迎角和升力的变化SwvCYYYYSwvCSCYCCCtgyyyvwyyyvw0210002120210070Cy是升力系数曲线斜率的解释ycaacy根据点斜式直线方程y2-y1=k(x2-x1)y2-y1=∆Cyx2-x1=∆αK=Cycycαªy2y1x2x1ª71处理办法•遇垂直突风减小飞行速度可减小突风载荷•不应过分减小飞行速度，以防超临界迎角而失速721.2.2飞机过载LOADFACTOR•飞机过载是飞机在某飞行状态下升力与重力的比值•即飞机过载表明了机体受载荷的严重程度。•载荷通常用G表示•如G=3表明飞机结构所受的总载荷是飞机自重的三倍•称为GFORCEGYn飞机过载的大小•飞机过载可能为零•其正负取决于升力在机体坐标系上的方向0/0/1/1741.2.2.2设计过载与使用过载•设计过载n设计–设计、审定飞机时规定的最大过载，又称极限过载limitloadfactors.•使用过载n使用–正常飞行中允许使用的最大过载，是飞机结构的永久变形限制。•设计过载n设计和使用过载n使用的意义–表明了飞机机动性好坏–表明了飞机抗强突风的能力•使用限制：nn使用n设计751.2.2.3各种状态的飞机过载•几种典型状态下的过载–平飞–垂直平面内曲线飞行–水平平面内曲线飞行1ngRvn2coscos1n76飞机过载GSwvCyn201平飞遭遇垂直突风适当减小飞行速度可减小飞机过载和颠簸，但速度太小则容易失速。在所有可能的情况下都应避开严重颠簸区域。77水平转弯•只与坡度有关78一般通用航空飞机的最大坡度为60度79各种状态的飞机过载80结论•飞机在飞行中受到载荷的大小，与飞行状态或气流是否稳定有关•曲线飞行中，升力可能比平飞大很多•飞行中，最大载荷因数，受飞机机动能力，空气压缩性，人体忍受过载能力的影响81俯卧抗过载高过载座舱座椅向后倾斜到65°，可以使飞行员提高抗过载能力2～3g821947年美国军医约翰・保罗・斯塔普开始以自己为对象，做各种人体过载和冲击承受力试验，研究结果表明：只要有适合的姿态和防护装备，人体至少可以承受45g的过载而不会死亡。斯塔普的试验对后来飞行员的飞行座椅和抗荷服、安全带产生了重要影响83841.3航空器分类两种分类体系按航空器审定按飞行员审定85按航空器审定正常类飞机：正常类飞机，是指座位设置（不包括驾驶员）为9座或以下，最大审定起飞重量为5700公斤（12500磅）或以下，用于非特技飞行的飞机。实用类飞机：b)实用类飞机，是指座位设置（不包括驾驶员）为9座或以下，最大审定起飞重量为5700公斤（12500磅）或以下，用于有限特技飞行的飞机。大多数小型机属于正常类和实用类86按航空器