飞机结构—第一章-绪论

飞机结构刘晖将军路校区11502室Tel：13512519912Email：[e-mail]飞机的基本组成1.飞机结构：•机体：－机身（装载、连接）－机翼（产生升力）－尾翼（使飞机具有操纵性与稳定性）•起落架（起飞、着陆、滑跑）•发动机（产生推力）2.操纵系统（保证操纵性与稳定性）3.机载设备等航电、机电系统（保证飞机可靠控制与飞行安全）飞机结构飞机结构飞机的基本组成1.飞机结构：•机体：－机身（装载、连接）－机翼（产生升力）－尾翼（使飞机具有操纵性与稳定性）•起落架（起飞、着陆、滑跑）•发动机（产生推力）2.操纵系统（保证操纵性与稳定性）3.机载设备等航电、机电系统（保证飞机可靠控制与飞行安全）主要教学内容第一章绪论：飞机结构设计概述第二章飞机的外载荷与设计规范第三章翼面结构分析第四章机身结构分析第五章飞机结构材料第六章起落架飞机结构参考文献1.陶梅贞，现代飞机结构综合设计，西北工业大学出版社，20012.王志瑾等，飞机结构设计，国防工业出版社，20073.冯元生，飞机结构设计，国防工业出版社，19854.王宝忠等，飞机设计手册－结构设计，航空工业出版社，20005.高泽迥等，飞机设计手册－起飞着陆系统设计，航空工业出版社，2000飞机结构考核方式1.平时成绩30％2.考试成绩70％飞机结构飞机结构第一章绪论：飞机结构设计概述第一章绪论：飞机结构设计概述本章内容：1.飞机的分类2.飞机的研制3.飞机结构设计的基本要求和设计方法第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类§1飞机的分类世界上第一架成功的飞机“飞行者”1号第一次有动力、载人、持续、可操纵、重于空气的飞行器成功飞行第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类1.军用飞机1）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。2）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。3）发展：数量多、发展快、采用最新技术、标志一个国家空军或者国防的实力。–活塞式–喷气式：历经五代机的发展。一、按功能分类－军用飞机和民用飞机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、(歼10)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-22T50歼20第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类1.军用飞机3）发展一、按功能分类－军用飞机和民用飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机1）航线飞机/民用运输机（用于商业飞行的客机和货机）①按功能分：客机、货机、客货两用机。②按巡航速度：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、涡喷第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机1）航线飞机/民用运输机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：第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机波音-747-400属于：洲际（12970km）巨型（378吨、550座）高亚音速（900~939km/h）涡扇式宽体（6.13m）客机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机2）通用航空飞机通用航空：是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、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。第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机2）通用航空飞机可分为：①公务机（商务飞机或行政机）在行政事务中或商务活动中作为交通工具的小型飞机（许多公司拥有自己的公务机）。如AC500第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机2）通用航空飞机②农林飞机：直接为农业、林业、牧业、渔业生产服务的飞机。如：N5B第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机2）通用航空飞机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，如AD-100、200第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类一、按功能分类－军用飞机和民用飞机2.民用飞机3）民用飞机的发展喷气式干线客机经历的五代发展开始服役年代特点典型机种一50年代涡喷发动机，带后掠角机翼波音-707、DC-8、图-104二60年代低涵道比涡扇发动机波音-727、737、DC-9、图-154三70年代高涵道比涡扇发动机，双通道宽体波音-747、DC-10、A300四80年代超临界翼形、加大机翼展弦比、新铝合金（降低成本）波音-757、767、A-310、A-320（电传操纵）、图-204五90年代电传操纵，复合材料，液显波音-777、A330、A340第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类二、按构造型式分类第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类1.垂直/短距起落飞机优点:•不依赖机场，可象直升机起落也可象固定翼飞机有速度和攻击能力；•发动机喷口方向可转。“鹞”式战斗机:第一种垂直起落飞机三、其他型式的飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类2.无人机优点:–可执行危险性大的任务：军事上可用作靶机、用于侦察、诱惑、电子对抗、对地攻击等；–质量轻、尺寸小、成本低，故花费低；–民用上可用于大地测量、气象观测、森林防火、人工降雨等。原理：自动程序控制或无线电遥控长空一号（靶机）三、其他型式的飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类3.地效飞机地面效应：当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时，整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小，阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象，称为地面效应。三、其他型式的飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类3.地效飞机优点:飞机下面的气流速度小，静压大，使升力增加，飞机的升阻比提高，故所需功率减小，承载增加或航程增大，燃料仅为一般客机的1/5。中国的“天鹅”、“天翼”、“信天翁”。三、其他型式的飞机天翼一号第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类3.地效飞机三、其他型式的飞机天使鸟第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类4.太阳能飞机原理：白天吸收太阳能，通过太阳能电池将其转化为电能，部分电能带动电动机产生推力和供机载设备使用，部分输入电解池，将水电解成氧气和氢气储藏能量；夜间将氢气和氧气进行化学反应释放化学能转化成电能供飞机使用。•美国的“太阳神”三、其他型式的飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§1飞机的分类4.太阳能飞机•瑞士的“阳光动力”世界首架载人、昼夜飞行三、其他型式的飞机第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制§2飞机的研制飞机研制过程：1.拟定技术要求2.飞机设计过程3.飞机制造过程4.飞机的试飞、定型过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制一、拟定技术要求•通常由飞机设计单位和订货单位协商共同制订。•决定飞机的主要性能指标、主要使用条件和机载设备等。•是飞机设计的基本依据。第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制1.总体设计1）主要参数：估算飞机总重（结构、推进系统、设备、燃油、有效载荷）、发动机推力、翼载荷；2）基本外形和尺寸：机翼、尾翼、机身，如上单翼、平直翼、鸭式布局等；3）初步部位安排：内部布置（油箱、各种仪表设备）及主要受力构件的安排与协调（机身大开口、起落架的位置）。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计1）结构本课程中，结构指：能承受和传递载荷的系统，即受力结构。一架飞机的整个结构，包含：机翼、尾翼、机身、发动机短舱、起落架、操纵系统（机械操纵系统部分）及其他受力结构等部件或组件结构。•部件结构：机翼、机身。•组件结构：组成部件的大段结构。•构件：很少零件装配而成。•元件：零件或构件作为具有一定功用的基本单元。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计2）结构设计的含义根据结构设计的原始条件和基本要求，提出方案及进行具体的部件和零构件设计，进行强度计算和必要的试验，最后绘出结构图纸，完成相应的技术文件，以使生产单位能根据这些图纸和技术文件进行生产。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计2）结构设计的含义内涵：①创造性的思维过程；②全面综合的辩证过程（矛盾分析，抓主要矛盾）；③设计的不唯一性；④设计的反复性；⑤设计的继承性；⑥设计与科学实验的关系。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计3）结构设计的原始条件①结构的外载以及对结构受力特性的要求；•外载的形式（集中的、分布的、冲击型、周期型、热的等）；•外载的历程特征（不同的飞行，载荷的变化规律）；•外载对结构的作用效应（抖振、颤振）；•结构承载的强度、刚度要求（静、动、热、整体的、局部的）；•结构寿命要求，损伤容限要求。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计3）结构设计的原始条件②飞机结构的协调关系：•各部件的相对位置以及相互间连接交点的位置（不能改动）；•零、构件之间在连接尺寸上的协调关系；•各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调；•部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论外形相协调；•其内部边界可能需与某个内部装载协调，也可能不需协调。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计3）结构设计的原始条件③结构的使用条件，包括：•环境条件：飞机在飞行或停机时的气象条件或周围介质条件；•起飞着陆场所：陆上飞机、水上飞机、水陆两栖；不同的陆上跑道类型（水泥，土）•维修条件和使用条件：维修周期和次数、维修能力、维修速度要求，维修场所（外场、场站、基地）。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计3）结构设计的原始条件④结构的生产条件•加工能力（设备类型、精度，人员素质水平）•装配能力（精度，装配量）•生产能力（产量）•生产质量保障体系（技术与管理）二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制2.结构设计4）结构设计过程简介：①通过计算和试验，确定外载荷的大小、分布、性质；②进行部件的打样设计；③确定各结构的基本尺寸；④画出结构详细打样图，并进行细节设计；⑤强度计算，对关键件进行疲劳、耐久性、损伤容限的初步分析，如不满足要求则修改设计；⑥零构件详细设计，绘制全套生产图纸，编制相应技术文件；⑦全机疲劳寿命、损伤容限分析；可靠性分析；⑧根据试验、试飞结果对设计进行必要的修改。二、飞机设计过程第一章绪论：飞机结构设计概述——§2飞机的研制三、飞机制造过程飞机制造工厂根据飞机设计单位提供的设计图纸和技术资料进行试制、安装。首批（一般称“0”批，2～4架）新飞机即可投入全机强度、疲劳和损伤容限的验证试验和试飞。数字化设计/制造/管理一体