第一讲 飞机结构概述

Allrightsreserved明德任责致知力行飞机结构与系统张靠民杨晶晶呈贡校区公教楼337室Tel：13577030982Email：[e-mail]明德任责致知力行主要内容飞机结构液压系统飞行操纵系统起落架系统气源系统座舱环境控制系统燃油系统防冰/除冰和排雨系统防火系统机舱设备/设施和水系统Allrightsreserved明德任责致知力行飞机结构：三大部分机体：机翼：提供升力尾翼：操纵、增稳机身：装载、连接起落架：起飞、着陆、滑跑、停放发动机：产生推力飞机的基本组成Allrightsreserved明德任责致知力行飞机系统:七大系统飞机的基本组成液压系统操纵系统燃油系统航电系统气源系统防火排冰系统环控系统Allrightsreserved明德任责致知力行1.平时成绩：作业、考勤，30%2.考试成绩：期末考试，70%考核方式Allrightsreserved明德任责致知力行一飞机分类二典型民机概述三飞机结构四飞机载荷本讲内容Allrightsreserved明德任责致知力行一飞机分类按功能分类军用飞机民用飞机Allrightsreserved明德任责致知力行功能完成空中拦击、侦察、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输、空降等任务。种类歼击机、侦察机、轰炸机、攻击机、预警机、反潜机、电子干扰机、舰载机、运输机等。军机功能与种类种类多、发展快、采用最新技术，是一个国家空军或者国防实力的重要标志。Allrightsreserved明德任责致知力行1903年飞行者一号，木、布、钢二战，三菱硬质铝合金一战Fokker钢、木美国F100,1.08Ma首次大量采用钛合金，美国F4，整体铝合金结构，钛合金美国F16，2.8%复合材料，铝合金为主美国F22，25%复合材料，机身蒙皮全部采用复合材料，铝合金、钛合金、钴合金等。美国F35，30%复合材料，主承力结构J20六代？军机的发展Allrightsreserved明德任责致知力行开始服役年代主要特征典型机种一40年代末大多后掠翼、高亚音速美F-86、苏米格-15二50年代初第一代超音速战机（最大M=1.3~1.5）美F-100、苏米格-19三50年代末~70年代初三角翼、最大M=2.0、高速、高空美F-104、F-4苏米格-21、23四70年代中~80年代中边条翼、前缘襟翼、翼身融合，电传操纵系统，主动控制系统，机动性好，超视距作战美F-15、16米格-29、苏-27、法幻影-2000、J10五90年代末~至今隐身、复合材料较多、超音速巡航、短距起落、过失速机动、推力矢量控制等美F-22T50J20什么是五代机Allrightsreserved明德任责致知力行民机功能与种类功能从事公共航空运输及其它特定民用航空活动，包括客运、货运以及工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋检测、科学试验、教育培训、文化体育等方面的飞行活动。种类航线飞机、通用航空飞机等。Allrightsreserved明德任责致知力行①按功能分：客机、货机、客货两用机。②按巡航速度：亚音速低亚（M0.3）中亚（M=0.3~0.7）高亚（M=0.7~0.85）超音速（M=1.2~5）跨音速（M=0.85~1.2）③按动力装置：活塞、涡桨、涡扇、涡喷航线飞机----用于商业飞行的客机和货机Allrightsreserved明德任责致知力行④按机身宽度：窄（＜4m＜6座）、半宽（4~5.5m6~8座）、宽（5.5~6.5m9~10座）、双层宽体（6m）按客座数与航程：见下表：航线飞机----用于商业飞行的客机和货机Allrightsreserved明德任责致知力行航线飞机----用于商业飞行的客机和货机航线飞机航程＞3000km载客＞100干线飞机小型：1—30座中型：40-60座大型：70座以上第一代：50年代，B707，DC-8，图-104第二代：60年代，737-100，DC-9，图-154第三代：70/80年代，757,737-300,A320第四代：90年代：737NG,777,A330,图-204第五代：21世纪后，787，A380，A350支线飞机第一代：70年代，DC-3，安-24第二代：80年代，荷兰福克50，ATR42第三代：90年代，ATR72，新舟600第四代：21世纪：CRJ900，ARJ21，MA700航程＜3000km载客＜100轻量化、大推力、舒适性、经济性NANS:未来基础；欧盟：清洁天空中远程：航程＞6000km中短程：航程＜5000km发展趋势Allrightsreserved明德任责致知力行①公务机（商务飞机或行政机）在行政事务或商务活动中作为交通工具的小型飞机通航飞机AC500：南京轻型飞机股份有限公司湾流G650：美国湾流宇航公司CRJ200：加拿大庞巴迪宇航公司AG300Allrightsreserved明德任责致知力行②农林飞机：直接为农业、林业、牧业、渔业生产服务的飞机。通航飞机AT402BAllrightsreserved明德任责致知力行③其它飞机：用于抢险救灾、娱乐旅游、体育运动、空中摄影与测量、航空物理探矿等。通航飞机SH5BAC312SH5BDXF100Allrightsreserved明德任责致知力行B737飞机是美国BOEING公司生产的B737系列商用运输飞机中的一种。B737系列飞机分为三种：初始型（ORIGINAL）：100/200,1967.4经典型（CLASSIC）：300/400/500,1984.2新一代(NG):600/700/800/900/B737MAX,1998.1/二典型民机介绍---以B737为例Allrightsreserved明德任责致知力行B737-300飞机：双发中短程客机，单一经济舱最大载客量149人，混合舱最大载客量126人。结构：全金属飞机，采用悬臂式下单翼机翼、悬臂式低平尾尾翼、半硬壳式机身、可收放式起落架。尺寸翼展：28.9m长度：33.4m二典型民机介绍---以B737为例Allrightsreserved明德任责致知力行总体布局机身分为四个制造段（41、43、46和48段）41段（前部）：包括雷达天线、玻璃钢整流罩、前增压隔框、驾驶舱、前登机门和前勤务门部分、前起落架舱、电子电器设备舱。43段（中前部）：包括前部客舱、前货舱。46段（中后部）：包括中部客舱、后部客舱、机翼中段、空调舱、主轮舱、液压舱、后货舱、后增压隔框。48段（后部）：辅助动力装置和水平安定面架构。二典型民机介绍---以B737为例Allrightsreserved明德任责致知力行重量：最大滑行重量：适航部门核准的地面滑行最大允许重量（134000-135000LB）最大起飞重量：适航部门核准的起飞时最大允许重量（124000-134000LB）使用空重（operatingemptyweight，OEW）：正在服役中的飞机处于空机状态时的重量，包括所有辅助设备和油品。制造空重（MANUFACTURERSEMPTYWEITHT，MEW）：飞机出厂时的空机重量（60000LB）二典型民机介绍---以B737为例Allrightsreserved明德任责致知力行重量：设计着陆重量（DESIGHLANDINGWEIGHT,DLE）：适航部门核准为保护飞机结构所确定的着陆接地最大重量（114000LB）零燃油重量（ZEROFUELWEIGHT,ZFW）：适航部门核准的起飞时最大允许重量（105000LB）零燃油重量=最大飞机重量-可用燃油重量二典型民机介绍---以B737为例Allrightsreserved明德任责致知力行轻质化高可靠长寿命高效能低成本可设计抗疲劳结构/功能一体化质轻飞机发展目标耐腐蚀高隐身三飞机结构与设计3.1飞机结构与功能发展目标Allrightsreserved明德任责致知力行3.2飞机结构设计3.2.1飞机研制流程：1拟定技术要求2飞机设计过程－飞机总体设计－飞机结构设计3飞机制造过程4飞机的试飞定型过程三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行飞机总体设计（1）确定全机主要参数（2）初步确定外形和尺寸（3）绘制三面图（4）初步结构设计（5）较为详细的重量和重心计算（6）较为详细的气动性能和操稳计算（7）绘制总体布置图三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行飞机结构设计（1）飞机结构部件的初步设计（2）飞机零构件设计（3）完成部件的结构图纸（4）重量和重心计算及强度计算三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行3.2.2飞机结构设计思想的演变三飞机结构与设计静强度、刚度设计阶段：20世纪20—40年代；强度、刚度、疲劳安全寿命设计阶段：50-60年代；强度、刚度、损伤容限设计阶段：70年代到二十世纪末；可靠性设计阶段：目前正在采用和发展的设计思想。设计准则的采用与当时的科学技术发展水平紧密相关。Allrightsreserved明德任责致知力行彗星号客机：Thefirstpressurisedcabincommercialaircraft；Thefirstturbo-jetenginebeusedincommercialaircraft；BuiltbydeHavillands,UK;Crusingaltitude35000ft/10668m;cruisingspeed788km/h.是一款明星机、提气机，是超越时代的飞机。航空灾难推动航空技术进步！三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行英国皇家航空研究院(RAE)的研究人员对事故进行调查分析后证实：首批三架彗星号失事的原因是由于增压座舱金属疲劳破坏引起的，是结构设计中没有考虑到疲劳的结果。DeHavilland公司的设计人员认为“座舱在两倍于工作压力下试验不会损伤，则服役中不会在疲劳作用下失效。”DeHavilland公司和英国民用航空工业用沉重的代价证明这种认识是完全错误的。飞机结构设计技术引入了疲劳安全寿命的概念。三飞机结构与设计Allrightsreserved明德任责致知力行四飞机载荷机体坐标系俯仰滚转偏航Allrightsreserved明德任责致知力行载荷及其分类4.1载荷、变形和应力的概念飞机的外载荷飞行、起飞、着陆、地面停机等过程中，作用在飞机上的气动力、重力和地面反力等外力的总称。外载荷的大小取决于飞机的重量、飞行性能、外形的气动力特性、起落架的减震特性以及使用情况等许多因素。四飞机载荷Allrightsreserved明德任责致知力行四飞机载荷按力的性质：飞机重力、升力、阻力、发动机推力、地面撞击力、座舱增减压载荷。其中，升力、座舱增压载荷和地面撞击力对飞机结构的影响最大。Allrightsreserved明德任责致知力行气动力分布载荷机翼质量力分布载荷发动机集中载荷机身反作用力四飞机载荷按作用方式，分为集中载荷和分布载荷按作用于构件的性质不同，分为静载荷和动载荷。Allrightsreserved明德任责致知力行四飞机载荷气动载荷起飞、滑行载荷着陆载荷机动弹射着陆撞击突风中断起飞回弹操纵面偏转颠簸侧偏运动部件干扰转弯单轮着地动力装置载荷惯性载荷其他载荷推力加速牵引扭矩滚转顶起陀螺力矩振动增压振动颤振鸟撞进气道压力坠撞按载荷来源：Allrightsreserved明德任责致知力行构件在载荷作用下的变形构件在载荷作用下，其尺寸和形状会有不同程度的变化，这种尺寸和形状的改变叫做变形。根据可恢复性变形分为弹性变形、永久变形。按载荷的类型：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转。四飞机载荷当构件受到外力作用而变形时，材料分子之间的距离发生变化，导致分子间产生一种反抗变形、力图使