1、1第第 十三十三 讲讲飞机结构分析与设计飞机结构分析与设计北京航空航天大学北京航空航天大学2本本 讲讲 内内 容容尾翼与操纵尾翼与操纵面的结构设面的结构设计特点计特点 尾翼与操纵尾翼与操纵面的结构设面的结构设计特点计特点 全动尾翼的设全动尾翼的设计特点计特点尾翼与操纵面功用、设计要求尾翼与操纵面功用、设计要求尾翼与操纵面的载荷特点尾翼与操纵面的载荷特点操纵面的结构特点操纵面的结构特点安定面的结构特点安定面的结构特点操纵面的气动补偿和气动平衡操纵面的气动补偿和气动平衡全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴的位置和布置转轴的位置和布置
2、现场课现场课34.14 尾翼和操纵面结构分析与设计尾翼和操纵面结构分析与设计一、尾翼、操纵面的结构设计特点尾翼、操纵面的结构设计特点1 1、尾翼和副翼的功用和设计要求、尾翼和副翼的功用和设计要求平平 尾尾垂垂 尾尾 水平安定面水平安定面升升 降降 舵舵垂直安定面垂直安定面方方 向向 舵舵副副 翼翼操操纵纵面面4副翼和扰流片的功用副翼和扰流片的功用：用来保证飞机绕用来保证飞机绕X X轴的横向操纵性和平衡作用；轴的横向操纵性和平衡作用；横向的稳定性可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证。横向的稳定性可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证。尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点
3、尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点平尾的功用：平尾的功用： 提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕Z轴的俯仰平衡、稳定和操纵性；轴的俯仰平衡、稳定和操纵性；垂尾的功用：垂尾的功用： 提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕Y轴的航向平衡、稳定和操纵性；轴的航向平衡、稳定和操纵性；5尾翼和操纵面的设计主要要求尾翼和操纵面的设计主要要求（1 1）在飞机所有允许的飞行状态中，均能起到足够的平衡、稳）在飞机所有允许的飞行状态中，均能起到足够的平衡、稳定和操纵性作用定和操纵性作用；（2 2）为飞机的机动飞行提供操纵性作用
4、）为飞机的机动飞行提供操纵性作用；（3 3）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻；（4 4）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式的振动和）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式的振动和气动弹性问题。气动弹性问题。尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷。结构的质量载荷较小。尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷。结构的质量载荷较小。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。2、尾翼和副翼的载荷特点、尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼
5、的载荷特点6（1）：安定：安定面无大开口，其构造可以由翼梁、面无大开口，其构造可以由翼梁、翼肋和带长桁的壁板（或整体壁板）翼肋和带长桁的壁板（或整体壁板）组成单块式翼盒结构；或多梁式翼组成单块式翼盒结构；或多梁式翼盒结构（如现代喷气运输机）。盒结构（如现代喷气运输机）。（2）（3） 一般都与机身固定连接。一般都与机身固定连接。3、安定面的结构特点安定面的结构特点连连接接形形式式固定式固定式：含：含分段固定分段固定和和贯穿机身贯穿机身二种二种可调式可调式：贯穿机身贯穿机身71） 构造特点构造特点：单梁或多梁结构：单梁或多梁结构 边界条件边界条件：多支点连续梁：多支点连续梁 载荷传递载荷传递：剪力
6、：剪力Q、弯矩弯矩M 通过悬挂接头传给安定面；通过悬挂接头传给安定面； 扭矩扭矩Mt 传给操纵摇臂和悬挂接头传给操纵摇臂和悬挂接头2） 操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑：操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑： a）保证使用可靠，舵面受载时的变形不致引起与安定面相保证使用可靠，舵面受载时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多；碰或突出安定面外形太多； b）保证在转动舵面时不致卡死；保证在转动舵面时不致卡死； c）操纵面梁的受力特性好一些。操纵面梁的受力特性好一些。4、操纵面的结构特点和传力分析操纵面的结构特点和传力分析83） 补强原因补强原因：悬挂点接头处
7、的开口破坏了扭矩的传力路线：悬挂点接头处的开口破坏了扭矩的传力路线 补强措施补强措施：4、操纵面的结构特点和传力分析操纵面的结构特点和传力分析5、操纵面的气动补偿和气动平衡操纵面的气动补偿和气动平衡（不讲）（不讲）二、全动平尾的设计特点二、全动平尾的设计特点全动尾翼的全动尾翼的设计特点设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴的型式和布置转轴的型式和布置9超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。操纵性要求操纵性要求尾翼效能低尾翼效能低机翼机翼焦点后焦点后移，
8、要求尾移，要求尾翼效能高翼效能高平衡性要求平衡性要求尾翼效尾翼效能低能低飞机飞机焦点后移，焦点后移，要求尾翼效能高要求尾翼效能高1、全动尾翼的来由10（1）整体式平尾有）整体式平尾有 梁式结构梁式结构和和单块式结构单块式结构。 连接方式见右图连接方式见右图全动平尾全动平尾的两种结构型式的两种结构型式分段式分段式整体式整体式（2）分段式平尾）分段式平尾平尾外段有平尾外段有 梁式梁式和和单块单块式式等结构形式。等结构形式。该平尾的结构特点主要在该平尾的结构特点主要在转轴转轴和和根部结构（根部结构（见上图见上图）两方面。两方面。2、全动尾翼的结构特点11转轴型式转轴型式斜轴式斜轴式直轴式直轴式平尾后
9、掠角较小平尾后掠角较小平尾后掠角较大平尾后掠角较大根据根据尾翼尾翼平面平面形状形状3、转轴的型式和布置12转轴型式转轴型式定定 轴轴动动 轴轴按照转轴与尾翼连接关系按照转轴与尾翼连接关系3、转轴的型式和布置动轴式动轴式：轴与尾翼连成一体；轴与尾翼连成一体；缺点缺点是尾翼的扭转刚度差。是尾翼的扭转刚度差。定轴式定轴式：轴与机身相连；轴与机身相连；缺点缺点是机身侧面开槽，削弱结构较多。是机身侧面开槽，削弱结构较多。13转轴的布置原则转轴的布置原则1）尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直径，提高承载能力，尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直径，提高承载能力，减轻转轴重量；减轻转轴重量；2 2）尽量减小平
10、尾气动合力对转轴的力臂，以减小铰链力矩；）尽量减小平尾气动合力对转轴的力臂，以减小铰链力矩；3 3）为了有利于防止颤振，转轴应放在尾翼重心附近。）为了有利于防止颤振，转轴应放在尾翼重心附近。动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的结构（见下图）动轴式平尾的结构（见下图）4、全动平尾受力分析全动平尾受力分析14总 结平平 尾尾垂垂 尾尾 水平安定面、升降舵水平安定面、升降舵 垂直安定面、方向舵垂直安定面、方向舵全动尾翼的全动尾翼的设计特点设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴
11、的型式和布置转轴的型式和布置1516操纵面的边界条件操纵面的边界条件17操纵面的边界条件操纵面的边界条件18操纵面前缘缺口补强图补强措施补强措施：(1)可加一对斜加强可加一对斜加强肋，与梁构成三角肋，与梁构成三角架。扭矩由斜肋受架。扭矩由斜肋受弯和缺口段的梁受弯和缺口段的梁受附加弯矩来传递；附加弯矩来传递；(2)加一短墙，与缺加一短墙，与缺口两端的加强肋构口两端的加强肋构成一局部闭室。扭成一局部闭室。扭矩在缺口段由局部矩在缺口段由局部闭室传递；闭室传递；(3)对某些小型低速对某些小型低速飞机，可直接对梁飞机，可直接对梁进行局部加强，由进行局部加强，由梁本身受扭。梁本身受扭。19气动补偿的几种形式气动补偿的几种形式20动轴式全动平尾的结构载荷受力情况21动动轴轴式式全全动动平平尾尾结结构构、载载荷荷、受受力力情情况况剪力传递剪力传递扭矩传递扭矩传递弯矩传递弯矩传递N4C
