飞行器的结构

第三章航空飞行器结构飞行器结构是飞行器各受力部件和支撑构件的总称。飞机——机翼、机身、尾翼、起落架等3.1飞行器结构的一般要求及采用的材料苏27导弹——弹翼、弹身、舵面等战斧式巡航导弹¾重量要求在满足强度、刚度和寿命的条件下重量尽量轻强度——抗破坏能力刚度——抗变形和振动能力质量——结构越轻，有效载荷越大，性能越好3.1.1对飞行器结构的一般要求¾空气动力要求结构应满足飞行性能所要求的气动外形和表面质量¾使用维护要求结构便于检查、维护和修理，易于运输、储存和保管¾工艺和经济性要求工艺简单、制造方便、生产周期短、成本低3.1.2飞行器结构采用的主要材料¾对飞行器结构材料的要求9比强度大、比刚度大；比强度=抗拉强度/密度抗破坏能力比刚度=弹性模量/密度抗变形能力9耐高低温；9抗腐蚀、耐老化；9抗疲劳性好；9易加工，价格低。¾常用的飞行器结构材料铝合金：密度小（2.8g/cm2），价格低，常用镁合金：密度小（1.75g/cm2）合金钢：密度大（3倍铝合金），比强度高主承力构件（接头、大梁），价格低钛合金：密度小（4.5g/cm2），强度接近合金钢，价格贵¾复合材料：多种材料复合而成。树脂和纤维组成。价格贵，密度低，比强度和比刚度很高，优越的性能。广泛采用：不承力、次承力、主承力¾材料发展的方向：密度低，比强度和比刚度高，工艺简单。气球一般用薄膜材料制造球体。氢气球和氦气球用塑料薄膜，热气球用尼龙、涂胶薄膜。载人气球通常是在气球下方安装吊篮，吊篮中乘坐人员或安放动力装置。3.2航空器的构造3.2.1气球和飞艇的基本构造飞艇通常是流线型囊体，尾部有安定面和操纵面，囊体下部安装吊舱和动力装置等，动力装置也有安装在囊体两侧或尾锥部位的型式。飞艇囊体有软式、半硬壳式和硬壳式三种。半硬壳式和硬壳式的囊体由硬式骨架，表面蒙气囊材料构成。3.2.2飞机的基本构造飞机的组成及各部件的功用机身：次承力，提供内部装载空间，是其它部件的安装基础。机翼：主承力，主要提供升力，作为起落架、发动机等其它部件的安装基础尾翼：次承力，提供平衡气动力，操纵力和力矩起落装置：主承力，飞行器起飞、着陆和停放用的部件操纵系统：控制舵面运动的系统1、机翼（1）机翼功用¾产生升力¾布置油箱和弹药库¾在飞行中可以收藏起落架（2）作用在机翼上的外载荷：　　分布力－－气动力，重力　　集中力－－发动机、起落架等的作用力要求机翼有很好的结构强度承受巨大载荷，同时有很大的刚度保证机翼在巨大的载荷作用下不会过分变形。机翼上的受力形式弯（弯矩）、扭（扭矩）、剪（剪力）机翼结构设计时，要能够承受弯、扭、剪（3）机翼的构造　　机翼的基本受力构件包括纵向骨架、横向骨架、蒙皮和接头。1-翼梁；2-前纵墙；3-后纵墙；4-普通翼肋；5-长桁；6-对接接头；7-加强翼肋；8-蒙皮纵向骨架：由翼梁、纵墙和桁条等组成，沿翼展方向。翼梁：最主要纵向构件，承受全部或大部分弯矩和剪力。纵墙：不与机身相连，布置在前后缘，与上下蒙皮相连形成封闭盒段，承受扭矩，不承受弯矩。靠后缘的还可悬挂襟翼和副翼。桁条：用铝合金或板材弯制，支撑蒙皮，将气动力传给翼肋。横向骨架普通翼肋：维持翼型，把蒙皮和桁条的力传给翼梁；加强翼肋：除普通翼肋作用外，承受集中力。在机翼和机身连接部位，或在机翼的内段和外段，放置起落架的地方，发动机吊挂。蒙皮：维持气动外形，将气动力传给桁条和翼肋，与翼梁纵墙的腹板形成闭室承受扭矩。现代飞机蒙皮多用硬铝板材制成。（4）机翼的构造形式　　a）蒙皮骨架式（单梁、双梁、多梁）翼梁承受大部分弯矩，梁腹板承受剪力，蒙皮和腹板组成的盒段承受扭矩　　b）整体壁板式蒙皮与骨架、横向骨架合并而成上下两块整体壁板减少了连接的铆钉和螺栓孔，重量减轻，飞行阻力减小。2、尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，保证飞机的稳定性和操作性。（1）水平尾翼由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成，保持飞机在飞行中的稳定性和控制飞机的飞行姿态，操纵飞机抬头或低头运动。（2）垂直尾翼也叫立尾。使飞机在左右方向具有一定的静稳定性，由固定的垂直安定面和可偏转的方向舵组成。（2）要求¾具有尽可能大的空间¾迎风面积应减到最小，表面光滑，没有突角和缝隙¾有足够的强度、刚度、抗疲劳¾重量最轻3、机身（1）机身功用¾装载人员、货物、燃油、各种装备和设备¾把机翼、尾翼、起落架连接成为一个整体（3）机身构造形式机身与机翼类似，也分为三种：¾蒙皮骨架式¾整体壁板式¾夹层式蒙皮骨架式没有腹板；蒙皮承载；隔框代替翼肋桁条式机身硬壳式机身加强隔框普通隔框桁条普通隔框桁梁式机身桁梁整体壁板式夹层式纵向加强筋横向加强筋夹心蒙皮隔框4、起落架（1）功用¾承受飞机在地面停放、滑行、起飞（着陆）滑跑时的重力¾消耗和吸收飞机在着陆时的撞击能量¾滑跑与滑行时的制动（刹车）¾滑跑与滑行时操纵飞机（转弯）（2）种类轮式、滑撬式、浮筒式、滑车式、气垫式等滑撬式（直9）浮筒式（3）典型起落架组成（4）起落架的布置形式　a）后三点式飞机重心在两个主轮之后。后三点式优点：¾构造简单，重量轻¾易于在螺旋桨飞机上布置¾飞机停机角与最佳起飞迎角接近，易于起飞¾便于利用气动阻力使飞机减速后三点式缺点：¾方向稳定性差，飞机容易发生旋转¾着陆必须三点接地，操纵较困难，若两点接地可导致飞机跳跃¾飞机在高速滑行过程中采用刹车时，容易发生倒立、翻筋斗现象　b）前三点式飞机重心在两个主轮之前。前三点式优点：¾滑行时方向稳定性好¾着陆时两主轮接地，容易操纵¾可以大力使用刹车，缩短着陆滑跑距离¾驾驶员视野良好前三点式缺点：¾起落架所受载荷较大，前轮在滑跑时容易摆振。　c）自行车式飞机的两组主轮分别安置在机身下，另外有两个辅助护翼轮。自行车式缺点：¾承受载荷较大，使尺寸、质量增大¾起飞时抬头困难，使起飞滑跑距离增大目前仅有少数飞机采用这种起落架前三点式与后三点式起落架性能比较：¾前三点可强力制动而无“倒立”危险¾前三点式具有滑跑稳定性¾前三点式机身轴线基本水平，驾驶员视野好，可安装喷气发动机¾前三点承载大，结构复杂，重，前轮摆振5、辅助起落装置a）起飞：增升装置，起飞助推火箭，弹射装置b）着陆：减速伞，反推力装置，拦截索增升装置前缘缝翼、襟翼、附面层控制（1）前缘缝翼小翼面，装在机翼的前缘。前缘缝翼主要作用：¾延缓机翼上表面的气流分离，提高了临界迎角¾增大最大升力系数Cymax(一般可增大50%)前缘缝翼分为固定式和自动式。固定式自动式美制轰炸机B－1B机翼上有七段前缘缝翼（2）襟翼有前缘襟翼和后缘襟翼两类。a）前缘襟翼安装在机翼前缘。前缘襟翼广泛用在超声速飞机上。1-前缘襟翼；2-后缘襟翼；3-副翼；4-机翼b）后缘襟翼有简单襟翼、开裂襟翼、开缝襟翼和富勒襟翼等1.简单襟翼¾放下襟翼时，升阻比是降低的¾构造简单，只有增升作用¾高速飞机上很少单独使用简单襟翼1-简单襟翼；2-机翼；3-未放下时；4-放下时；5-副翼2.开裂襟翼增升效果相当好，一般可把最大升力系数增大约75%-85%。1-开裂襟翼；2-低压区（具有吸引作用）1-开裂襟翼（放下）；2-开裂襟翼（闭合）；3-机翼；4-副翼；5-缝隙3.开缝襟翼4.富勒襟翼增升效果好，在大、中型喷气飞机上使用较多。1-双缝襟翼；2-三缝襟翼（3）附面层控制作用：¾大大提高一般增升装置的增升作用¾获得很大的Cymax值和临界迎角¾降低飞机的翼型阻力主要有两种装置：吹除和吸取。1.附面层吹除增升装置使高压空气从机翼上表面的翼缝中吹出，以高速流入附面层，增加气流的动能，提高气流的流动速度，以推迟气流分离，达到增升目的。利用吸气泵，通过机翼上表面的缝隙，吸取附面层，使其中气流的速度和能量增大延缓翼面上的气流分离。2.附面层吸取增升装置起飞助推火箭航空母舰以舰载机为主要武器并作为其海上活动基地的大型水面战斗舰艇。大作业（占期末成绩40%+附加5分）（4月8日上课交作业）查阅最新航空器（飞艇、军用飞机、民用飞机、直升机等任选一种）相关资料，包括结构特点、动力系统、使用情况等等，字数3000字左右，打印上交。可以1～5个人自由组合成一组，交一份作业。做PPT的同学将PPT发到邮箱[e-mail]，同时交3000字打印的作业。