飞行器结构设计

2020/5/2613.0机翼、尾翼和机身的典型结构2020/5/2623.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:波音飞机结构2020/5/2633.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:歼7飞机机翼2020/5/2643.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:歼6飞机机翼2020/5/2653.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:U2飞机机翼2020/5/2663.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:零式飞机机翼2020/5/2673.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:木质机翼结构2020/5/2683.0机翼、尾翼和机身的典型结构一.机翼结构:机翼机身接头2020/5/2693.0机翼、尾翼和机身的典型结构二.尾翼结构:歼6平尾2020/5/26103.0机翼、尾翼和机身的典型结构二.尾翼结构:RF-101平尾2020/5/26113.0机翼、尾翼和机身的典型结构三.机身结构:轰5机身结构2020/5/26123.0机翼、尾翼和机身的典型结构三.机身结构:轰5机身结构2020/5/26133.0机翼、尾翼和机身的典型结构三.机身结构:轰5机身结构2020/5/26143.0机翼、尾翼和机身的典型结构三.机身结构:轰5机身结构2020/5/26153.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点1.机翼的功用(1)升力面:产生升力,还可增加横侧安定性(上反角和后掠角)。(2)增升装置:襟翼、缝翼。(3)操纵面:副翼、扰流片横向操纵。(4)外挂装载:武器外挂、发动机、内部如油，旅客机现大多油全部装在机翼中。(5)连接其它部件:主起落架一.机翼的功用与设计要求2020/5/26163.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点2.设计要求(1)主要产生升力所以气动要求高，即刚度要求总刚度:弯\扭变形局部刚度:凸凹表面光滑要满足很多特殊设计要求——增升、增阻减升、横向操纵(2)强度、重量最轻(3)如是整体油箱,则燃油系统的可靠性十分重要,为保证其安全,必须保证绝对可靠,必要时可牺牲重量。(示图,运十机翼下表面有一大排减轻孔)2020/5/26173.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点1.尾翼的功用水平尾翼（平尾）：纵向（俯仰）安定性、纵向操纵性；正常式平尾包括水平安定面和升降舵超音速飞机全动水平尾翼垂直尾翼：航向安定性、航向操纵性；垂尾包括垂直安定面和方向舵2.尾翼的设计要求尾翼也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似二、尾翼的功用与设计要求2020/5/26183.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点三、外载特点（1）分布气动力整个翼面都有，吸力或压力，合力R可按机体坐标轴分为Y和X，Y与X之比约为10:1机翼盒段H与B之比约10:1C从15%--5-6%影响受力主要是Y的因素，讨论一般以Y向力为例MX与MY之比约为10:1，但MX与MY之比可能100:1（如为双梁式盒子的情况）2020/5/26193.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点（2）其他部件（操纵面）传来的力通过接头，则大多为集中力；起落架上本身受的力（撞击力）其它装载如：发动机----推力+质量力（集中力、力矩形式）油----如是结构油箱主要是分布力（质量力+内压力）内压力=1—0.2大气压H=6Km时p=0.5大气压H=11Km时p=0.2大气压2020/5/26203.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点(4)机翼的一般工作形式（简化模型）：（A）悬臂梁----两半机翼侧面固定在机身边（B）双支点外伸梁----全机翼固定在机身（可以是中、上、下单翼）问题:静平衡（等速直线水平飞行）整个飞机作各种飞行时静不平衡（机动飞行）如何分析?就机翼本身作受力分析时均可用静力学来分析，为何呢？2020/5/26213.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点答：以升力为例----升力是传到机身上，由机身带起全机。或说扣除机翼上自己那部分，其它部分给机身。所以如果把机翼拿出来进行受力分析，即研究对象就是机翼和机身之间的关系，机身作为支持，而它们相互之间固定不动，故研究它们之间力的传递时，可用静力平衡方法分析。2020/5/26223.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点机翼是一个薄壁盒段，即当机翼受载时，一般Y不在其刚心上，所以有垂直向上的趋势，且有弯和转动的趋势。其所以没有动，是因为机身限制了它，也即提供了约束（提供了支反力）。所以可认为机身是机翼的支持，机翼把载荷传给机身，最后达到总体平衡。总体力Y方向：QyMxMtX方向：QxMyMt2020/5/26233.1机翼与尾翼的功用设计要求和外载特点但MxMy，因为Y/X=10/1，所以一般只讨论Q(Qy)、M(Mx)、Mt，在承受和传递Q(Qy)、M(Mx)、Mt中起作用的受力的元件叫做参加总体受力（研究重点）；只承受局部气动载荷的为非主要构件。2020/5/26243.2机身的载荷特点1.机身上所受的载荷及承载方式（1）装载引起的质量力（2）各部件传来的集中力（3）作用在飞机机身上的空气动力（4）机身结构的质量力2020/5/26253.2机身的载荷特点2020/5/26263.2机身的载荷特点2020/5/26273.2机身的载荷特点2.飞行载荷下图显示了飞机匀速直线飞行时作用在机身上的各种载荷。这些载荷包括发动机推力，阻力，重力和升力。2020/5/26283.2机身的载荷特点飞机水平匀速直线飞行时，机身的受载形式类似于承受集中载荷及分布载荷的变刚度梁。如下图所示。2020/5/26293.2机身的载荷特点可以将后机身看成是悬臂梁，所有载荷在“支点”（即升力中心）处得到了平衡。对于后机身，水平尾翼产生的总体平衡载荷将使后机身在水平方向产生弯曲变形，如下图所示。2020/5/26303.2机身的载荷特点3.机身增压载荷民用飞机要通过机身增压来满足乘坐飞机的舒适性要求。机身增压时，机身蒙皮结构类似于内部充气的薄壁物体，例如氢气球。机身内外的压力差（△P）在机身结构产生纵向和环向拉伸载荷。机身内部增压导致的纵向和环向拉伸载荷在机身蒙皮壁板、隔框以及机身前后的球形端框内部形成平衡力系。2020/5/26313.2机身的载荷特点图下描述了机身蒙皮在压差△P作用下的变形情况。机身内外压强差导致的蒙皮环向和纵向应力。2020/5/26323.2机身的载荷特点图下描述了机身蒙皮在压差△P作用下的变形情况。机身内外压强差导致的蒙皮环向和纵向应力。2020/5/26333.2机身的载荷特点2020/5/26343.3机翼与机身的构造一、机翼构造元件2020/5/26353.3机翼与机身的构造纵向构件：梁，桁条，纵墙2020/5/26363.3机翼与机身的构造横向构件：普通翼肋，加强翼肋2020/5/26373.3机翼与机身的构造蒙皮2020/5/26383.3机翼与机身的构造接头2020/5/26393.3机翼与机身的构造典型元件总结(1)纵:翼梁、长桁、墙(腹板)(2)横:翼肋(如加强肋普通肋)(3)蒙皮它们的作用?2020/5/26403.3机翼与机身的构造蒙皮:承受局部空气动力，形成和维持机翼外形，并承受扭矩，有些机翼蒙皮还承受弯矩。长桁:其主要功用是：第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局部空气动力而产生变形过大；第二是把蒙皮传来的气动力传给翼肋：第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生的拉、压力。翼肋:翼肋，分为普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋用来维持翼剖面形状，将蒙皮上的空气动力传到其它承力构件上去，并支持桁条和蒙皮。加强翼肋除具有普通翼肋的功用外，还作为机翼结构的局部加强件，承受较大的集中载荷或悬挂部件。典型元件的作用:2020/5/26413.3机翼与机身的构造翼梁:翼梁，一般由缘条和腹板等组成。主要功用是承受弯矩和剪力。梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向力N拉、N压。剪力则主要由腹板承受。纵墙(腹板):纵墙，相当于翼梁，但缘条很弱，甚至没有缘条．因此纵墙能承受剪力，还可和蒙皮组成封闭盒段承受扭矩。接头:用来连接机翼与机身，把机翼上的力传递到机身隔框上。接头分为固接和铰接两种，固接的接头，接点既不可移动，也不可转动；因此，它既能传递剪力又能传递弯矩。铰接不可移动、但可以旋转，只传剪力，不传弯矩。2020/5/26423.3机翼与机身的构造启发性问题：A.可以发现它们是互为支持,是否只要互相搭住就一定互为支持?B.所谓提供支持是哪些支持?由什么来决定的?C.支持的简化模型?2020/5/26433.3机翼与机身的构造二、机翼构造型式(受力型式)所谓“受力型式”--是指结构中起主要作用的元件的组成形式，不同的受力型式,表征了不同的总体受力特点。1.梁式机翼：梁强，少长桁，薄蒙皮。2020/5/26443.3机翼与机身的构造2.单块式机翼：梁弱，多长桁，厚蒙皮2020/5/26453.3机翼与机身的构造3.多腹板式机翼：梁弱，多腹板（多长桁），厚蒙皮2020/5/26463.3机翼与机身的构造受力型式总结1.梁式:强梁，薄蒙皮，弱长桁，常分左右机翼-----用几个集中接头相连。2.单块式:强桁，弱梁，较厚蒙皮，左右机翼一般连成整体穿过机身，但机翼本身可能分成几段。3.多腹板式:厚蒙皮，多墙，少肋，无长桁，左右翼连成整体,贯穿机身。2020/5/26473.3机翼与机身的构造三、机身构造元件（1）蒙皮（2）桁条（3）桁梁（4）普通框（5）加强框2020/5/26483.3机翼与机身的构造框:普通框、加强框2020/5/26493.3机翼与机身的构造2020/5/26503.3机翼与机身的构造四、机身构造型式1.构架式机身2020/5/26513.3机翼与机身的构造1.桁条式机身2020/5/26523.3机翼与机身的构造1.硬壳式机身2020/5/2653第三章、飞机结构的受力分析当支承在某基础上的一个结构受有某种外载荷时，分析这些外载如何通过结构的各个构件传递给支承它的基础，称之为结构的传力分析。传力分析的含义为什么要进行传力分析呢?2020/5/2654第三章、飞机结构的受力分析外载荷在结构中按一定规律传递在结构中存在相应的传力路线2020/5/2655第三章、飞机结构的受力分析1．传力路线例如:机翼上作用有分布气动载荷和各接头传来的集中载荷，这些外载通过机翼的各受力构件相继受载产生内力来传递，最后到机翼机身对接处，由支承机翼的机身提供支反力与之相平衡。2020/5/2656第三章、飞机结构的受力分析2020/5/2657第三章、飞机结构的受力分析2．传力过程各元件均可能受力由上例可见：飞机结构的绝大部分构件都是为了合理地传递载荷而布置的，因此为了设计出符合最小重量要求的满意的结构，必须首先弄清各种结构中载荷的传递规律。2020/5/2658第三章、飞机结构的受力分析3．传力分析的必要性由于传力过程的重要性及在传力中各元件受力的复杂性，所以必须对传力进行仔细的分析。4．传力分析的目的理解飞机结构中各元件的受力原理和应用，为合理进行飞机结构设计打下基础。2020/5/2659一、结构的简化与典型化目的：把千变万化的实际结构通过取近似，简化成可用典型理论来解的典型问题。要求：根据问题性质取不同程度的简化，但都应抓住主要矛盾（依据、粗定量），且要心中有数。具体方法：将结构形状、结构元件、元件受力特性等进行合理简化。3.4结构传力分析的基本方法2020/5/26601.合理简化(最重要、最关键一步）（1）形状简化（2）降低整个结构的静不定度要求：A.将高次静不定结构合理简化为静定或1―2次静不定结构。在不同分析中，同一构件视其具体情况可作不同处理。如求支反力时可把整机翼作一刚体，在分析内应力时则是静不定的。B.略去次要结构部分和次要元件一般工程上认为少于5％－10％承载能力可在分析时略去。3.4结构传力分析的基本方法2020/5/2661（3）简化元件的受力特性如认为长桁在受总体力时，是只受轴向力的杆，而略去其受弯能力。但在局部载荷下，作为梁可受垂直于杆的力。在传力分析时，一般以偏安全简化为原则。