1、第14讲机身结构2北北京京航航空空航航天天大大学学3第五章第五章 机身结构分析与设计机身结构分析与设计5.1 机身的功用与设计要求机身的功用与设计要求一、机身的功用一、机身的功用 机身用途机身用途把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机起，形成一架完整的飞机安置空勤组人员、旅客，装载燃油、武安置空勤组人员、旅客，装载燃油、武器、设备和货物等器、设备和货物等根据飞机用途不同，机身中装载和内部布置也不一样根据飞机用途不同，机身中装载和内部布置也不一样（见下图所示见下图所示）4机身结构和布局全视图机身结构和布局全视图机身占飞机质量的机身占飞机质量的8
2、%15%。5机身结构和布局全视图机身结构和布局全视图6机身结构和布局全视图机身结构和布局全视图机身占飞机质量的机身占飞机质量的8%15%。军机开口率达军机开口率达50以上。以上。7机身结构和布局全视图机身结构和布局全视图8二、机身结构的设计要求二、机身结构的设计要求机身结构机身结构设计要求设计要求必须满足各种装载的特殊需要所提出的众必须满足各种装载的特殊需要所提出的众多的多的使用要求使用要求，并应与机翼、尾翼等连接，并应与机翼、尾翼等连接部件的主要受力构件的布置、连接点位置部件的主要受力构件的布置、连接点位置进行总体协调，以减轻飞机总重量。进行总体协调，以减轻飞机总重量。在保证机身结构完整性的
3、前提下，结构在保证机身结构完整性的前提下，结构重重量尽可能小。量尽可能小。机身应有足够的机身应有足够的开敞性开敞性以便于维修。以便于维修。有良好的有良好的工艺性工艺性，生产成本要低。，生产成本要低。机身基本不产生升力，所以机身气动力要机身基本不产生升力，所以机身气动力要求求主要是阻力小主要是阻力小。为此机身一般做成细长。为此机身一般做成细长的流线体，希望外形光滑，突出物少等。的流线体，希望外形光滑，突出物少等。是机身设计要求中的重要要求。是机身设计要求中的重要要求。比如座舱盖、开口比如座舱盖、开口等就是必须满足使用要求。等就是必须满足使用要求。9一、外载特点一、外载特点5.2 机身的外载荷与内
4、力特点机身的外载荷与内力特点机身主要用于装载和连接各部件，因此其主要外载有机身主要用于装载和连接各部件，因此其主要外载有其他部件的力：其他部件的力：主要指在飞行或起飞、着陆主要指在飞行或起飞、着陆滑跑中机翼、尾翼或起落架等传来的力。滑跑中机翼、尾翼或起落架等传来的力。装载力：装载力：各装载及机身结构本身都会产生质各装载及机身结构本身都会产生质量力，其中尤以装载的质量力影响更大。量力，其中尤以装载的质量力影响更大。增压载荷：增压载荷：在机身增压舱部分自身平衡而不在机身增压舱部分自身平衡而不影响机身的总体载荷，是增压舱段的重要设影响机身的总体载荷，是增压舱段的重要设计载荷之一。计载荷之一。空气动力
5、：空气动力：由于机身基本上为对称流线体，由于机身基本上为对称流线体，故机身上除局部地区局部气动载荷较大外，故机身上除局部地区局部气动载荷较大外，分布气动力对机身总体内力基本没有影响。分布气动力对机身总体内力基本没有影响。10二、机身总体受力特点二、机身总体受力特点可把机身看成可把机身看成支持在机翼上的双支点或多支点支持在机翼上的双支点或多支点外伸梁。外伸梁。（支点数以及支点提供（支点数以及支点提供的支反力性质视机身的支反力性质视机身-机翼的连接机翼的连接接头的具体情况而定）接头的具体情况而定）剪力剪力，作用在，作用在 Y Y、Z Z轴方向上轴方向上 弯矩弯矩，作用在，作用在 Y Y、Z Z轴方
6、向上轴方向上 扭矩扭矩，作用在，作用在 X X 轴方向上轴方向上11一、机身结构的组成元件及其功用一、机身结构的组成元件及其功用5.3 典型机身结构形式和传力分析典型机身结构形式和传力分析横向元件：横向元件：框、蒙皮框、蒙皮纵向元件：纵向元件：长桁、桁梁长桁、桁梁普通框的作用普通框的作用：1）维持机身的截面形状；）维持机身的截面形状；2）对蒙皮和长桁）对蒙皮和长桁起支持作用。起支持作用。普通框的受载普通框的受载：1）蒙皮传入机身周边的空气动力；）蒙皮传入机身周边的空气动力；2）机身）机身弯曲变形引起的分布压力弯曲变形引起的分布压力 1 1、隔框、隔框 普通框普通框 隔隔 框框 加强框加强框12
7、加强框的作用加强框的作用：除上述作用外，其主要功用为：除上述作用外，其主要功用为：将装载的质将装载的质量力和其他部件上的载荷经接头传到机身结构上量力和其他部件上的载荷经接头传到机身结构上的集中力加以扩散，然后以剪流形式传给蒙皮的集中力加以扩散，然后以剪流形式传给蒙皮。3、蒙皮、蒙皮1）构成机身的气动外形，并保持表面光滑；）构成机身的气动外形，并保持表面光滑；2）承受剪力和扭矩，并与长桁一起组成壁板承受两个）承受剪力和扭矩，并与长桁一起组成壁板承受两个 平面内弯矩引起的轴力。平面内弯矩引起的轴力。蒙蒙皮皮的的作作用用2、长桁与桁梁、长桁与桁梁1）承受机身弯曲时产生的轴力；）承受机身弯曲时产生的轴
8、力；2）支持蒙皮，提高蒙皮的受压、受剪失稳临界应力）支持蒙皮，提高蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；3）承受部分作用在蒙皮上的气动力，并传给隔框。）承受部分作用在蒙皮上的气动力，并传给隔框。的作用的作用长桁与桁梁长桁与桁梁长桁与桁梁长桁与桁梁13二、机身结构的典型受力形式二、机身结构的典型受力形式1、桁条式机身结构、桁条式机身结构结构特点结构特点：1）长桁较密、较强；）长桁较密、较强；2）蒙皮较厚。）蒙皮较厚。承力特点承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力将由许多桁条与较厚的蒙皮）弯曲引起的轴向力将由许多桁条与较厚的蒙皮组成的壁
9、板承受。组成的壁板承受。优优 点点：1）弯、扭刚度比桁梁式机身大；）弯、扭刚度比桁梁式机身大；2）蒙皮较厚，其局部变形小，有利于改善气动性）蒙皮较厚，其局部变形小，有利于改善气动性能。能。缺缺 点点：蒙皮上不宜大开口。蒙皮上不宜大开口。142、桁梁式机身结构、桁梁式机身结构结构特点结构特点：1）有几根桁梁（如四根），桁梁的截面积很大；）有几根桁梁（如四根），桁梁的截面积很大；2）长桁的数量较少而且较弱，甚至可以不连续；）长桁的数量较少而且较弱，甚至可以不连续；3）蒙皮较薄。）蒙皮较薄。承力特点承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的
10、轴向力主要由桁梁承受，蒙皮与长）弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮与长桁只承受很小部分的轴力。桁只承受很小部分的轴力。优优 点点：1）在机身上布置大开口不会显著降低机身的强度）在机身上布置大开口不会显著降低机身的强度和刚度；和刚度；2）开口补强引起的重量增加较少。）开口补强引起的重量增加较少。153、梁式机身结构、梁式机身结构桁条式、桁梁式和梁式机身桁条式、桁梁式和梁式机身统称为统称为半硬壳式机身半硬壳式机身。结构特点结构特点：机身由蒙皮、隔框和纵向大梁组成。：机身由蒙皮、隔框和纵向大梁组成。承力特点承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）
11、弯曲引起的轴向力主要由大梁承受，蒙皮不参与）弯曲引起的轴向力主要由大梁承受，蒙皮不参与纵向受载。纵向受载。优优 点点：1）可以承受较大的轴向集中载荷；）可以承受较大的轴向集中载荷；2）在机身上可以布置大开口；）在机身上可以布置大开口；缺缺 点点：相对桁梁式机身结构而言，重量较大。：相对桁梁式机身结构而言，重量较大。16结构特点结构特点：1）由蒙皮和少数框组成；）由蒙皮和少数框组成；2）没有纵向构件；）没有纵向构件；3）蒙皮较厚。）蒙皮较厚。承力特点承力特点：由厚蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴力：由厚蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴力和剪力。和剪力。优优 点点：弯、扭刚度大。弯、扭
12、刚度大。缺缺 点点：1）机身相对载荷小，因而蒙皮材料利用率低；）机身相对载荷小，因而蒙皮材料利用率低；2）开口补强增重较大。）开口补强增重较大。所以这种机身型式实际上用得很少。所以这种机身型式实际上用得很少。三种典型机身的差别主要是受弯曲引起的轴向力的构件不同三种典型机身的差别主要是受弯曲引起的轴向力的构件不同4、硬壳式机身结构、硬壳式机身结构17三、机身典型结构布局与受力分析三、机身典型结构布局与受力分析1、前机身、前机身结构特点结构特点：桁梁式结构桁梁式结构受力分析受力分析：垂直剪力、水平剪力、弯矩、扭矩：垂直剪力、水平剪力、弯矩、扭矩182、机身中段、机身中段结构特点结构特点：桁梁式结构
13、桁梁式结构受力分析受力分析：剪力、弯矩、扭矩：剪力、弯矩、扭矩193、后机身、后机身结构特点结构特点：桁梁式结构桁梁式结构受力分析受力分析：剪力、弯矩、扭矩：剪力、弯矩、扭矩20总总 结结机身的功用机身的功用设计要求设计要求外载特点外载特点机身总体受载特点机身总体受载特点 典型机身形式典型机身形式和受力分析和受力分析结构组成元件及其功用结构组成元件及其功用机身结构的典型受力型式机身结构的典型受力型式机身结构的受力分析机身结构的受力分析2122机身结构图机身结构图伊尔伊尔-28是前苏联是前苏联伊留申设伊留申设计局研制计局研制的的轻型轰轻型轰炸机炸机，1950年正年正式投入使式投入使用，采用用，采用双发动机双发动机上单翼布上单翼布局。局。23机身结构图机身结构图24加强框的作用25加强框的作用26加强框的作用27加强框的作用28加强框的作用29加强框的作用加强框的作用30桁条式机身结构及其受力形式桁条式机身结构及其受力形式31桁梁式机身结构及其受力形式桁梁式机身结构及其受力形式32硬壳式机身的传力分析硬壳式机身的传力分析THANKS谢谢聆听
