1、飞机构造学飞机构造学主讲教师:ZHANG第第1章章 飞机结构飞机结构 1.1 概述 什么是固定翼飞机？所谓固定翼飞机是指飞机的机翼位置、后掠角等参数固定不变的飞机；相对现代一些超音速飞机，在以低速飞行时，为了得到较大的升力，机翼伸展较大（后掠角较小），在飞行中随飞机速度增大，后掠角可以改变加大，这就不再是固定翼飞机了，典型的是直升机，和旋翼机，没有固定的机翼；舰载飞机为了减少停放时占地面积，将机翼折叠；但飞行中机翼不能出现折叠动作的，或改变角度的，仍属于固定翼飞机。目前民航客机都属于固定翼飞机 固定翼飞机的历史 固定翼飞机是人类在20世纪所取得的最重大的科学技术成就之一，有人将它与电视和电脑并
2、列为20世纪对人类影响最大的三大发明。关于世界上最早的固定翼机到底是由谁发明各国尚存在争议，但较为普遍的观点是由美国人莱特兄弟发明。他们在1903年12月17日进行的飞行作为“第一次重于空气的航空器进行的受控的持续动力飞行”被国际航空联合会（FAI）所认可 固定翼飞机固定翼飞机或定翼机定翼机常简称为飞机，是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机身的固定机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的航空器。当今世界的飞机，主是固定翼飞机。另有一种 变后掠翼飞机，即机翼后掠角在飞行中可以改变的飞机，也属于固定翼飞机。米格-23战斗机、图-160战略轰炸机，以及欧洲的“狂风”和美国的F-14战斗机、B-1
3、战略轰炸机都是变后掠翼飞机。后掠翼使作战飞机的最大速度提高很快，但低速时气动效率低，升力较小。事实上，人们既希望飞机有很高的速度，又希望起降速度低，减少起降距离。解决这一问题的办法之一是使机翼的面积和形状可变，这就是可变后掠翼。可变后掠翼的一部分或全部可前后偏转，在向前偏转时，后掠角减小，展弦比增大，因而升力增加；向后偏转并收起时，后掠角增大，升力和阻力都减小。这样飞机通过改变机翼后掠角，使机翼面积和展弦比发生变化，适应了起飞和着陆阶段以及高速飞行阶段对升阻比的不同要求。变后掠翼飞机在起飞和着陆时，机翼是展开的，而在高空巡航飞机时，机翼是收拢的。1951年6月20日，美国贝尔公司研制的世界第一
4、架可变后掠翼试验机X-5进行了首次飞行。试飞表明，采用可变后掠翼可增加航程35%，起飞着陆速度可降低20%，起降性能大为改善。20世纪60年代美国通用动力公司借鉴了可变后掠翼试验机的技术成果，研制出世界上第一种实用可变后掠翼战斗/攻击机F-111，于1964年12月21日首次试飞。由于可变后掠翼兼有良好的低速和高速性能，所以许多战斗机、轰炸机都采用了可变后掠翼。固定翼飞机的机体组成机身、机翼、安定面、飞行操纵面和起落架其中安定面和飞行操纵面在这里主要指的是尾翼 尾翼是用来平衡、稳定和操纵飞机飞行姿态的部件，通常包括垂直尾翼（垂尾）和水平尾翼（平尾）两部分。垂直尾翼由固定的垂直安定面和安装在其后
5、部的方向舵组成，水平尾翼由固定的水平安定面和安装在其后部的升降舵组成，一些型号的飞机升降舵由全动式水平尾翼代替。方向舵用于控制飞机的航向运动，升降舵用于控制飞机的俯仰运动。机身机身：装载。机翼机翼：产生升力。尾翼尾翼：使飞机具有操纵性与稳定性。起落架起落架：起飞、着陆、滑跑用。1.2 飞机载荷 1.2 飞机载荷载荷：飞机在起飞、飞行、着陆及地面停放等过程中，作用在飞机上的各种力外载荷：空气动力、惯性力以及飞机在着陆、地面滑行和停机时地面的反作用力一、平直飞行情况一、平直飞行情况此时此时 Y=G,P=X 这种情况的外载荷特点是：这种情况的外载荷特点是：作用在飞机上的升力等于作用在飞机上的升力等于
6、飞机的重量，即飞机的重量，即 (Y/G=1)。二、俯冲拉起情况二、俯冲拉起情况这是一种常用的在垂直平面内作曲线机动飞行的情况。这是一种常用的在垂直平面内作曲线机动飞行的情况。作用在飞机上的外载荷作用在飞机上的外载荷有：有：Y、P、X、G 以及质以及质量惯性力量惯性力Ny。设飞机的速度为设飞机的速度为V，航线，航线的曲率半径为的曲率半径为r，则法向，则法向（y向）加速度为向）加速度为rVay2 离心惯性力为离心惯性力为rVmmaNyy2 图图3-3 3-3 俯冲攻击后拉起时的受载情况俯冲攻击后拉起时的受载情况飞机的动平衡方程为飞机的动平衡方程为rVmGY2 cos由此可见，曲线飞行由此可见，曲线
7、飞行时，时，Y是是G的的ny倍。倍。GnYgrVGYnyy cos2用用ny表示表示Y/G，则，则该升力与重力之比值称为过载系数，简称该升力与重力之比值称为过载系数，简称。当飞机在弧形航线的最低点，即当飞机在弧形航线的最低点，即 =0(cos =1)时，其过载系时，其过载系数达到最大值数达到最大值grVGYny2max1图3-3 俯冲攻击后拉起时的受载情况俯冲拉起情况俯冲拉起情况俯冲拉起情况三、进入俯冲情况三、进入俯冲情况rVmGY2-cos飞机在此情况下飞机在此情况下视视 V 与与 r 的不同情况，的不同情况，ny可以为正，可以为正，也可以为负，还可以为零。也可以为负，还可以为零。grVGY
8、ny2cos-四、垂直俯冲情况四、垂直俯冲情况图3-4 进入俯冲情况飞机在此情况下飞机在此情况下Y=0，ny=0在在x方向可能存在过载方向可能存在过载nx=(T-X)/G=(Nx G)/G五、等速水平盘旋情况五、等速水平盘旋情况这是飞机机动性能的主要项目之一，此这是飞机机动性能的主要项目之一，此时的受载特点为时的受载特点为盘旋倾斜角盘旋倾斜角 越大，越大，ny 越大。当大坡越大。当大坡度盘旋度盘旋 =7580 时，时，ny=46。GY cos cos1GYny 盘旋时水平方向的过载为盘旋时水平方向的过载为 sinsinyhnGYn 当当 =7580 时，时，nh=3.75.7。六、垂直突风（阵
9、风）情况六、垂直突风（阵风）情况垂直突风是各种突风中的最严重情况。垂直突风是各种突风中的最严重情况。SqCKYy 当飞机处于直线水平无侧滑飞行时，遭遇到一个确定形状和强度当飞机处于直线水平无侧滑飞行时，遭遇到一个确定形状和强度的孤立垂直阵风的孤立垂直阵风 u u，由于飞行速度，由于飞行速度V V0 0 远大于阵风速度，可以认为飞机仍远大于阵风速度，可以认为飞机仍以速度以速度V V 0 0相对空气运动，只增加机翼迎角相对空气运动，只增加机翼迎角。升力增量。升力增量 Y Y 为为SuVKCVSVuKCYHyHy2210200 又因又因2/,/,200Vq=VuCCHyy 垂直突风情垂直突风情况况则
10、飞机平飞时遇突风过载则飞机平飞时遇突风过载ny 为为式中式中 C Cy y升力系数增量；升力系数增量；迎角增量；迎角增量；Y Y0 0 飞机原平飞升力；飞机原平飞升力；u 垂直突风速度；垂直突风速度；Cy 升力线斜率；升力线斜率；H 飞行高度飞行高度H上的空气密度；上的空气密度；p=G/S 翼载荷；翼载荷；K 垂直突风衰减系数。当垂直突风来得愈突然（扰动气流垂直突风衰减系数。当垂直突风来得愈突然（扰动气流影响区影响区L愈小），愈小），V0愈大，愈大，K值就愈接近于值就愈接近于 1。在暴风雨中飞行时，在暴风雨中飞行时，u可达可达40m/s，将产生较大的过载。，将产生较大的过载。除此之外，周期性突
11、风还将引起振动而产生疲劳，同时产除此之外，周期性突风还将引起振动而产生疲劳，同时产生附加的振动过载。生附加的振动过载。puVKCGYYnHyy2100 七、考虑飞机转动时的过载七、考虑飞机转动时的过载在距重心在距重心 xi 处处 i 点的线加速度为点的线加速度为izxa 在在 i 点点 y 方向总加速度方向总加速度 ai 为为 iznnixaaaa 飞机在空中飞行时，通常既有平移运动，又有旋转运动。若飞飞机在空中飞行时，通常既有平移运动，又有旋转运动。若飞机在对称面内作曲线运动，平尾上会产生使飞机作机动的载荷机在对称面内作曲线运动，平尾上会产生使飞机作机动的载荷Y Ytmtm，使飞机产生绕使飞
12、机产生绕z z轴的角速度轴的角速度 z z。ni 随飞机各处随飞机各处 xi 的不同而不同，的不同而不同，xi 有正有负，附加力矩有一有正有负，附加力矩有一定方向性，因而旋转惯性力及其附加的旋转过载也有正有负。定方向性，因而旋转惯性力及其附加的旋转过载也有正有负。由上式可以方便地计算某一处局部的过载或外载。由上式可以方便地计算某一处局部的过载或外载。如果如果 i 点处物体的重力为点处物体的重力为Gi，则质量力为，则质量力为 Gi cos +mi ai（见图（见图3-8b）。）。i 点处的过载系数点处的过载系数 ni 为为izyizniiiiixgngxgaGamGn coscos飞机转动时的过
13、载飞机转动时的过载飞机转动时的过载着陆时，作用在飞机上的外载荷着陆时，作用在飞机上的外载荷有哪些？有哪些？着陆时，作用在飞机上的外载荷着陆时，作用在飞机上的外载荷包括重力，升力，及地面的反包括重力，升力，及地面的反作用力。作用力。飞机的过载 1.2.1 飞机重心的过载一、过载的基本概念 在曲线飞行中，作用于飞机上的升力经常不等于飞机的重量。为了衡量飞机在某一飞行状态下受外载荷的严重程度，引出过载(或称载荷因数)这一概念。过载系数过载系数除重力外，作用在飞机上的某方向上所有外力之合力与当时飞机重量之比值，叫载荷系数。由上面定义可以看出，载荷系数是一个矢量，用符号n表示它在机体坐标轴系三个主轴方向
14、的分量如图 过载的定义过载的定义 作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过载，用n表示。飞机在Y轴方向的过载，等于飞机升力（Y）与飞机重量的比值，即GYny过载系数的物理意义过载系数的物理意义G 用来计算实际载荷的大小。如果我们知道了飞机的过载系数，用来计算实际载荷的大小。如果我们知道了飞机的过载系数，就能很方便地求得飞机实际载荷的大小和方向，这便于设计飞就能很方便地求得飞机实际载荷的大小和方向，这便于设计飞机的结构，检验其强度、刚度。机的结构，检验其强度、刚度。G 过载系数与飞机机动性等飞行状态密切相关，因此它是飞机设过载系数与飞机机动性等飞行状态密切相关
15、，因此它是飞机设计的一个重要参数。计的一个重要参数。设计时如能正确选取过载系数的极限，则既能使飞设计时如能正确选取过载系数的极限，则既能使飞机满足机动性要求，又能使飞机满足结构的重量要求。机满足机动性要求，又能使飞机满足结构的重量要求。过载系数表示了飞机实际的外力与飞机重力的过载系数表示了飞机实际的外力与飞机重力的关系。它是用倍数的概念来表示的，是一个相对值。关系。它是用倍数的概念来表示的，是一个相对值。ynGY 一般情况下，一般情况下，x 和和 z 方向的过载系数均较小，常略去不计，主方向的过载系数均较小，常略去不计，主要考虑要考虑 y 方向的过载。方向的过载。另一方面，过载系数又表示飞机实
16、际的质量力的另一方面，过载系数又表示飞机实际的质量力的情况。情况。以俯冲拉起机动飞行为例，实际以俯冲拉起机动飞行为例，实际y向质量力向质量力(Gcos +Ny)是是G的多少倍，这个倍数就是的多少倍，这个倍数就是ny，即，即yynGNG cos3.3.过载系数的实际应用过载系数的实际应用 飞机在X轴方向的过载等于发动机推力P与飞机阻力X之差与飞机重量的比值，即GXPnx)(飞机在Z轴方向的过载等于飞机侧向力（Z）与 飞机重量的比值，即GZnz飞机在飞行中，Y轴方向的过载 往往较大，它是飞机结构设计中的主要指标之一，飞机的结构强度主要取决于Y方向的过载。而其它两个方向的过载（）较小，它们对飞机结构
17、强度的影响也较小。ynxnznn什么是飞机的重心过载？什么是飞机升力方什么是飞机的重心过载？什么是飞机升力方向的过载？向的过载？n作用在飞机某方向的除重力之外的外载作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过载。飞机在升力方向的过载等机重心过载。飞机在升力方向的过载等于飞机升力与飞机重量的比值于飞机升力与飞机重量的比值.三、过载的大小 在不同的飞行状态下，飞机重心过载的大小往往不一样。过载可能大于1、小于1、等于1、等于零甚至是负值，这决定于曲线飞行时升力的大小和方向。飞机平飞时，升力等于飞机的重量，等于1；曲线飞行时，升力经常
18、不等于1。飞行员柔和推杆使飞机由平飞进入下滑的过程中，升力比飞机重量稍小一些，就小于1；当飞机平飞时遇到强大的垂直向下的突风或在垂直平面内做机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值，也就变为负值；当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷因数就等于零。ynynyn 的正、负号与升力的正、负号一致，而升力的正、负号取决于升力与飞机Y轴（立轴）的关系。如果升力的方向与Y轴相同，则取正号；反之则取负号。yn四、着陆时的载荷系数 这里的过载定义与空中飞行情况不同。这里的过载定义与空中飞行情况不同。当空中匀速飞行时当空中匀速飞行时,n,ny y=1=1 表示表示 Y/G=1 Y/G=1 地面滑行或停止态时地
19、面滑行或停止态时,再以升力来定义已毫无意义再以升力来定义已毫无意义,应以用地面的支撑载荷与重量之比来定义应以用地面的支撑载荷与重量之比来定义,即即 n ny y=1=P=1=Plglg/G/G注意注意:i.i.这两种情况下的这两种情况下的n ny y=1,=1,但飞机结构的承载方式却完全不同但飞机结构的承载方式却完全不同,匀速平飞是一种分布载荷作用匀速平飞是一种分布载荷作用,而着陆主要是以集中力形而着陆主要是以集中力形 式作用于起落架上式作用于起落架上,通过起落架作用于机身。通过起落架作用于机身。ii.ii.工程上工程上,常称平飞时常称平飞时 n ny y=1=1 为平飞为平飞1g(g1g(g
20、以重力为单位以重力为单位)；停机时停机时 n ny y=1=1 为停机的为停机的1g1g四、着陆时的载荷系数 着陆时载荷分析着陆时载荷分析:从着陆前到完全着陆瞬间从着陆前到完全着陆瞬间,飞机飞机y y向速度从向速度从-V-Vy y减至零减至零,故此时故此时的减速度为的减速度为:所以，减速度所以，减速度a a指向机体坐标系指向机体坐标系y y的正向，故此时的惯性力的正向，故此时的惯性力(作用于地面作用于地面)的方向是向下的。的方向是向下的。由动平衡分析由动平衡分析:tvtvayy)(0lyYNGPlg四、着陆时的载荷系数 由着陆时的载荷由着陆时的载荷(地面给予的外载荷地面给予的外载荷)与重量之比
21、的过载与重量之比的过载定义定义,即设即设:这个过载不允许过大这个过载不允许过大,一般一般n ny y=3-4(=3-4(因为与飞行时对结因为与飞行时对结构与人的作用不同构与人的作用不同)着陆或滑时的情况多样着陆或滑时的情况多样,还可能发生还可能发生n nx x,或或n nz z.GYNGPPnlyoylglg 影响选择最大载荷系数的因素:I.载荷系数实际反映了飞机的机动性能,因此越大越好,但对运输机或客机则没有太大必要。.载荷系数又反映了对结构的载荷作用,载荷系数越大,表明飞机结构的承载越大,要有足够的刚、强度，则结构重量大。.载荷系数的载荷作用，不仅对结构有作用，而且对机载设备及乘员有载荷作
22、用。载荷系数越大，对他们的作用越强，要视他们的承受能力而定。.飞行时的载荷系数（除突风干扰外），一般来自于发动机的推力，载荷系数大，结构要重，发动机的加力性能要好，即剩余推力要大。.载荷系数的选择影响因素众多，要依据技术性能要求综合确定,并不是越大越好。人对过载的反映：人对过载的反映：说明人在短时间承受较大过说明人在短时间承受较大过载尚可，特别是正过载。较长载尚可，特别是正过载。较长时间承受过载能力很差，特别时间承受过载能力很差，特别是负过载。是负过载。战斗机的过载一般为战斗机的过载一般为-3-3+8+8民机则无必要。民机则无必要。提高人抗过载的能力：提高人抗过载的能力：抗过载服。抗过载服。规
23、范中的过载系数可供选择规范中的过载系数可供选择（飞行包线上给定）。（飞行包线上给定）。四、过载的意义过载表示飞机的外载荷（除重力外）与飞机 重力的关系。这种关系用倍数来表示，是一个相对值。1.2.2 飞机各部位的局部过载 在研究飞机各部件的载荷时，只知道飞机的过载是不够的，还必须知道部件的过载。部件过载是该部件在某一飞行状态中的质量力与其本身重量的比值。当飞机没有对重心的角加速度时，部件的过载等于飞机的过载；当飞机有对重心的角加速度时，飞机重心以外各部件的过载，等于飞机的过载加上或减去一个附加过载。前面在研究飞机过载时，是把整架飞机当作一个质点来看待的，因此，计算得到的过载是指飞机重心处的过载
24、。当飞机绕重心有角加速度 (抬头为正)时，飞机各部位的过载值就会发生改变。zz 当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 时，在机身上某一点 处，就会产生一个线加速度：zi 这个附加的线加速度 将产生一个附加的过载 ，即式中 g-重力加速度。因此，在 i点处的局部过载 为yiaingxganizyiiingxnnnnizii飞机各部位的局部过载沿飞机各部位的局部过载沿飞机长度是按直线规律变飞机长度是按直线规律变化的。部件距离飞机的重化的。部件距离飞机的重心越远，或飞机绕重心转心越远，或飞机绕重心转动的角加速度越大，该部动的角加速度越大，该部件的附加过载也越大。只件的附加过载也越大。只有当飞机绕重心的角
25、加速有当飞机绕重心的角加速度为零时，飞机上沿纵向度为零时，飞机上沿纵向各点处的过载才相等，都各点处的过载才相等，都等于飞机重心处的过载。等于飞机重心处的过载。1.2.3 飞机着陆时的过载 飞机着陆接地时的速度可分解为水平分速和垂直分速。由于水平分速是在着陆滑跑过程中逐渐消失的，因此飞机沿水平方向的受力不大；垂直分速是在飞机与地面相对撞击后很短的时间内消失的，故飞机沿垂直方向的撞击力较大。飞机着陆接地时承受的载荷，主要就是作用于起落架的垂直撞击力。飞机接地时垂直方向的过载，为作用于起落架上的垂直撞击力与飞机重量的比值。飞机着陆时，由于飞机的垂直下降速度在很短的飞机着陆时，由于飞机的垂直下降速度在
26、很短的时间内降为零，出现很大的负加速度，这将引起时间内降为零，出现很大的负加速度，这将引起着陆过载着陆过载。飞机着陆过载：起落架的实际着陆外载荷与 飞机停放在地面时起落架的 停机载荷之比，即：GYNGppnlYylg,0lg 如果飞机没有绕重心的角加速度，则部件的过载就等于飞机重心的过载；否则，还要加上由角加速度引起的附加过载。例如：前三点式起落架飞机以两个主轮接地时，作用于起落架的载荷对飞机重心的力矩，要使飞机产生机头下俯的角加速度。这时，飞机重心后面的部件，其过载等于飞机重心过载加上一个附加过载；而飞机重心前面的部件，则应减去一个附加过载。1.3 飞机最大使用过载和最大允许速压飞机最大使用
27、过载和最大允许速压 1.3.1 飞机的最大使用过载GnYy 过载ny越大，说明作用在飞机上的升力Y也越大。所以，飞机在飞行中的过载值ny就表示了飞机受力的大小。通常把飞机在飞行中出现的过载值ny称为使用过载，用ny,ser表示。设计飞机时所规定的最大使用过载值，称为最大使用过载，用ny,ser,max表示。各种飞机的最大使用过载，主要是由飞机的机动飞行能力，飞行员生理上的限制，以及在飞行中因气流不稳定而可能受到的外载荷等因素确定的。对于不能做特技飞行的飞机，例如大型运输机，其最大使用过载通常是由飞机在不稳定气流中飞行时可能产生的过载来确定的。大型运输机的最大使用正过载大约为34，最大使用负过载
28、为1.52.5。一架飞机的最大使用过载规定得越大，飞机结构承受外载荷的能力就越强。机翼结构机翼结构产生升力。当它具有 上反角时，可为飞机提 供一定的横侧稳定性。1.4.1 机翼的功用有横向操纵用的副翼、扰流片等。为了改善机翼的空气动力效用 在机翼的前、后缘越来越多地装有各种形式的襟翼、缝翼等增升装置，以提高飞机的起降或机动性能。机翼上常安装有起落架、发动机等其它部件。机翼的内部空间常用来收藏主起落架和贮存燃油.v机翼相对机身的垂直位置 三种形式：上单翼、中单翼、下单翼翼型选择翼型选择下单翼中单翼上单翼从机翼与机身的干扰阻力来看，以中单翼为最小，上单翼次之，下单翼最大。从机身内部容积的利用来看，
29、以上单翼为最优跃。因为上单翼飞机机翼通过机身的部分骨架，位于机身上部，不影响机身内部容积的利用；中单翼的翼梁要横穿机身中部，对机身内容积的利用有一定影响；下单翼飞机机身内的可用容积较大，但固定在机身下部的翼梁，会限制安装在机翼下部部件的尺寸。吊装在下单翼飞机下部的发动机可使发动机的维护方便。从起落架的配置来看，如果将起落架装在机翼上，上单翼飞机的起落架较长，这样不仅重量大，而且不易收放。在这方面，下单翼机比较有利。此外，上单翼飞机由于机翼位置较高，检修、拆装机翼上的发动机或其它附件，以及向机翼内的油箱加添燃油都不方便，这会给维护工作带来困难。选择上下位置时，必须认真分析不同布局的特点，结合飞机
30、的设计要求才能确定。一般来说，轻型飞机采用下单翼，军用战斗机采用中单翼，军用运输机采用上单翼，旅客机采用下单翼 机翼结构质量力是机翼结构重量和它在飞机翼结构质量力是机翼结构重量和它在飞行中产生的惯性力的总称，即机翼结构重行中产生的惯性力的总称，即机翼结构重量和变速运动惯性力。量和变速运动惯性力。机翼在外部载荷作用下，象一根固定在机机翼在外部载荷作用下，象一根固定在机身上的悬臂梁一样，要产生弯曲和扭转变身上的悬臂梁一样，要产生弯曲和扭转变形，因此，在这些外载荷作用下，机翼各形，因此，在这些外载荷作用下，机翼各截面要承受剪力、弯矩和扭矩。截面要承受剪力、弯矩和扭矩。机翼上的外载荷与受力图 机翼主要
31、受两种类型的外载荷：机翼主要受两种类型的外载荷：一种是以空气动力载荷为主，包括机翼一种是以空气动力载荷为主，包括机翼结构质量力的分布载荷；结构质量力的分布载荷；另一种是由各连接点传来的集中载荷。另一种是由各连接点传来的集中载荷。这些外载荷在机身与机翼的连接处，由这些外载荷在机身与机翼的连接处，由机身提供的支反力取得平衡。机身提供的支反力取得平衡。如果机翼上只有空气动力和机翼结构质量力，则越靠近机翼根部，横载面上的剪力、弯矩和扭矩越大。当机翼上同时作用有部件集中质量力时，上述力图会在集中质量力作用处产生突变或转折。剪力图弯矩图扭矩图P部件空气动力分布载荷机翼重力分布载荷一、平直机翼各截面的一、平
32、直机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩图剪力、弯矩和扭矩图刚心轴的定义刚心轴的定义?机翼的每个横截面上，都有一个机翼的每个横截面上，都有一个特殊的点，当外力通过这一点时，特殊的点，当外力通过这一点时，不会使横截面转动，这个特殊的不会使横截面转动，这个特殊的点称为该横截面的刚心。机翼各点称为该横截面的刚心。机翼各横截面刚心的连线称为机翼的刚横截面刚心的连线称为机翼的刚心轴。心轴。剪力图弯矩图扭矩图二、后掠机翼各截面的剪二、后掠机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩图力、弯矩和扭矩图机翼结构的典型元件蒙皮桁条翼肋翼梁缘条翼梁腹板纵向元件有翼梁、长桁、墙(腹板)横向元件有翼肋(普通翼肋和加强翼肋)以及包在纵、横元件组
33、成的骨架外面的蒙皮 当蒙皮较厚时，它常与长桁一起当蒙皮较厚时，它常与长桁一起组成壁板，承受机翼弯矩引起的轴力。组成壁板，承受机翼弯矩引起的轴力。蒙皮还参与机翼的总体受力蒙皮还参与机翼的总体受力它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁梁承受机翼的扭矩形成封闭的盒式薄壁梁承受机翼的扭矩 一、蒙皮：蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。一、蒙皮：蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。蒙皮受到垂直于其表面的局部气动载荷；蒙皮受到垂直于其表面的局部气动载荷；l蒙皮分为：布质蒙皮、金属铆接蒙皮、整体蒙皮（壁板式蒙皮）、夹芯蒙皮等l布质蒙皮:只受空气动力11/2
34、7/2022蒙皮蒙皮:承受局部空承受局部空气动力，形成和气动力，形成和维持机翼外形，维持机翼外形，并承受扭矩，有并承受扭矩，有些机翼蒙皮还承些机翼蒙皮还承受弯矩。受弯矩。（a）金属蒙皮（b）整体壁板（蒙皮）二、长桁长桁(也称桁条也称桁条)?长桁的主要功用是：长桁的主要功用是：支持蒙皮，防止在空气动力作支持蒙皮，防止在空气动力作用下产生过大的局部变形，并用下产生过大的局部变形，并与蒙皮一起把空气动力传到翼与蒙皮一起把空气动力传到翼肋上去；肋上去；提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性，提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性，使蒙皮能更好地参与承受机翼使蒙皮能更好地参与承受机翼的扭矩和弯矩；的扭矩和弯矩；长桁还能承受由弯
35、矩引起的部长桁还能承受由弯矩引起的部分轴力。分轴力。蒙 皮传来的力桁 条翼 肋传来的力翼 肋蒙 皮传来的力桁 条翼 肋桁 条翼 肋蒙 皮蒙 皮传来的力各种长桁（a）（d）挤压成型（b）（c）板弯成型11/27/2022长桁长桁:第一是支持蒙皮，防止蒙第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局部空气动力而产皮因受局部空气动力而产生变形过大；生变形过大；第二是把蒙皮传来的气动第二是把蒙皮传来的气动力传给翼肋：力传给翼肋：第三是同蒙皮一起承受由第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生的拉、压力。弯矩而产生的拉、压力。三、翼肋三、翼肋 翼肋是机翼结构的横向受力构件翼肋是机翼结构的横向受力构件 翼肋按其功用可分为普通翼肋和
36、加强翼肋两种。翼肋按其功用可分为普通翼肋和加强翼肋两种。普通翼肋的功用是：构成并保持规定的翼型；把普通翼肋的功用是：构成并保持规定的翼型；把蒙皮和桁条传给它的局部空气动力传递给翼梁腹蒙皮和桁条传给它的局部空气动力传递给翼梁腹板，而把局部空气动力形成的扭矩，通过铆钉以板，而把局部空气动力形成的扭矩，通过铆钉以剪流的形式传给蒙皮；支持蒙皮、桁条、翼梁腹剪流的形式传给蒙皮；支持蒙皮、桁条、翼梁腹板，提高它们的稳定性等。板，提高它们的稳定性等。11/27/2022翼肋翼肋:分为普通翼肋和加强分为普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋用来维持翼肋。普通翼肋用来维持翼剖面形状，将蒙皮上的翼剖面形状，将蒙皮上的空气动
37、力传到其它承力构空气动力传到其它承力构件上去，并支持桁条和蒙件上去，并支持桁条和蒙皮。加强翼肋除具有普通皮。加强翼肋除具有普通翼肋的功用外，还作为机翼肋的功用外，还作为机翼结构的局部加强件，承翼结构的局部加强件，承受较大的集中载荷或悬挂受较大的集中载荷或悬挂部件。部件。腹板式普通翼肋通常都用铝合金板制成，其弯边用来同蒙皮和翼梁腹板铆接。周缘弯边和与它铆接在一起的蒙皮，作为翼肋的缘条承受弯矩。翼肋的腹板则承受剪力。这种翼肋的腹板，强度一般都有富裕，为了减轻重量，腹板上往往开有大孔。利用这些大孔还可穿过副翼、襟翼等传动构件。为了提高腹板的稳定性，开孔处往往还压成卷边，有时腹板上还铆着加强支柱，或者
38、压成凹槽。加强翼肋除具有上述作用外，还要承受和加强翼肋除具有上述作用外，还要承受和传递较大的集中载荷。传递较大的集中载荷。在开口端部或翼根部位的加强翼肋，其主在开口端部或翼根部位的加强翼肋，其主要功用是把机翼盒段上由一圈闭合剪流构要功用是把机翼盒段上由一圈闭合剪流构成的扭矩，转换成一对垂直力构成的力偶成的扭矩，转换成一对垂直力构成的力偶分别传给翼梁或机身加强框。分别传给翼梁或机身加强框。Q 刚 心 q扭 M扭 q1 q2 四、翼梁 翼梁由腹板和缘条(也称凸缘)组成。缘条横剖面形状多为“T”型材或角型材。腹板上还铆接上许多支柱，这些支支柱起连接翼肋和提高腹板受柱起连接翼肋和提高腹板受剪稳定性的作
39、用剪稳定性的作用。缘条和腹板的横剖面面积，由翼尖向翼根逐渐增大。翼梁的主要功用是承受机翼翼梁的主要功用是承受机翼的剪力和部分或全部弯矩的剪力和部分或全部弯矩 。腹板式翼梁整体式翼梁桁架式翼梁BB 截面AA 截面CC 截面DD 截面AA 截面BB 截面腹板支柱缘条直支柱斜支柱缘条翼梁翼梁:一般由缘条和腹一般由缘条和腹板等组成。主要功用板等组成。主要功用是承受弯矩和剪力。是承受弯矩和剪力。梁的上下缘条承受由梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向拉、弯矩引起的轴向拉、压内力。剪力则主要压内力。剪力则主要由腹板承受。由腹板承受。五、纵墙五、纵墙(包含腹板包含腹板)纵墙的缘条比梁缘条弱得多，但大多强于一般长桁
40、，纵墙与机身的连接为铰接。有些腹板没有缘条，有些腹板的缘条与长桁一样强。墙和腹板一般都不能承受弯矩，但可以与蒙皮组成封闭的盒段来承受机翼的扭矩。后墙则还有封闭机翼内部容积的作用。纵墙纵墙(腹板腹板):):相当于翼相当于翼梁，但缘条很弱，甚至梁，但缘条很弱，甚至没有缘条。墙一般不能没有缘条。墙一般不能承受弯矩，所以与机身承受弯矩，所以与机身的连接为铰接，但纵墙的连接为铰接，但纵墙能承受剪力，可和蒙皮能承受剪力，可和蒙皮组成封闭盒段承受扭矩。组成封闭盒段承受扭矩。1.腹板 2.弱缘条接头接头:用来连接机翼与用来连接机翼与机身，把机翼上的力传机身，把机翼上的力传递到机身隔框上。接头递到机身隔框上。接
41、头分为固接和铰接两种，分为固接和铰接两种，固接的接头，接点既不固接的接头，接点既不可移动，也不可转动；可移动，也不可转动；因此，它既能传递剪力因此，它既能传递剪力又能传递弯矩。铰接不又能传递弯矩。铰接不可移动、但可以旋转，可移动、但可以旋转，只传剪力，不传弯矩。只传剪力，不传弯矩。机翼的特点是薄壁结构，因此以上各元件之间的连接大机翼的特点是薄壁结构，因此以上各元件之间的连接大多采用分散连接：如铆钉连接、螺栓连接、点焊、胶接多采用分散连接：如铆钉连接、螺栓连接、点焊、胶接或它们的混合形式或它们的混合形式如胶铆等。如胶铆等。腹板腹板表示铆接关系缘条缘条缘条缘条翼肋翼肋桁条桁条蒙皮蒙皮翼梁翼梁2.1
42、.5 机翼结构的典型受力形式 机翼的典型受力形式有：梁式、单块式、多腹板式或混合式等薄壁结构，此外还有一些厚壁结构(如整体壁板式)的机翼。梁式机翼通常有单梁式和双梁式两种。它们装有一根或两根强有力的翼梁，蒙皮很薄，桁条的数量不多而且较弱，有些机翼的桁条还是分段断开的。梁式机翼的桁条承受轴向力的能力极小，其主要作用是与蒙皮一起承受局部空气动力，并提高蒙皮的抗剪稳定性，使之能够更好地承受扭矩。这种机翼蒙皮的抗压稳定性很差，机翼弯曲时受压部分的蒙皮几乎不能参与受力；而受拉部分的蒙皮，由于截面积很小，分担的拉伸力也很小。由此可见，弯矩引起的轴向力主要是由翼梁缘条承受的。所以，这种机翼叫做梁式机翼。梁式
43、机翼的受力特点是：弯曲引起的轴向力主要由翼梁的缘条承受。剪力由翼梁的腹板承受。对双梁式机翼的扭矩可由前后梁腹板与上下蒙皮组成的盒段（合围框）、前梁腹板与前缘蒙皮组成的盒段承受。梁式机翼的主要受力构件是翼梁，因此，它具有便于开口、与机身(或机翼中段)连接较简便等优点。翼 肋桁 条翼 梁蒙 皮副 翼襟 翼单块式机翼 现代飞机多采用单块式机翼。单块式机翼的构造特点是：蒙皮较厚；桁条较多而且较强；翼梁的缘条较弱，有时缘条的横截面积和桁条差不多。这种机翼的蒙皮，不仅具有良好的抗剪稳这种机翼的蒙皮，不仅具有良好的抗剪稳定性，而且有较好的抗压稳定性，因此，定性，而且有较好的抗压稳定性，因此，它不仅能更好地承
44、受机翼的扭矩，而且能它不仅能更好地承受机翼的扭矩，而且能同桁条一起承受机翼的大部分弯矩。由于同桁条一起承受机翼的大部分弯矩。由于这种机翼结构，是由蒙皮、桁条和缘条组这种机翼结构，是由蒙皮、桁条和缘条组成一个整块构件来承受弯矩所引起的轴向成一个整块构件来承受弯矩所引起的轴向力，所以叫做单块式机翼。力，所以叫做单块式机翼。单块式机翼的受力特点是：弯曲引起的轴向力由蒙皮、桁条和缘条组成的整体壁板承受。剪力由翼梁腹板承受。扭矩由蒙皮与翼梁腹板形成的闭室承受。单块式机翼的优点是：通较好地保持翼型。抗弯、扭刚度较大。受力构件分散。缺点是：不便于开大舱口。不便于承受集中载荷。接头联接复杂。说明单块式机翼蒙皮
45、在机翼受力、传力中的作用？12 1 1、形成机翼的气动外形，承受机翼表面的、形成机翼的气动外形，承受机翼表面的气动载荷；气动载荷；2 2、与翼梁腹板或墙腹板组成闭室，受剪传、与翼梁腹板或墙腹板组成闭室，受剪传递扭矩；递扭矩；3 3、与长桁、梁缘条组成壁板，受拉压传递、与长桁、梁缘条组成壁板，受拉压传递弯矩。弯矩。机翼型式蒙皮桁 条翼 梁梁式机翼薄弱，少，有时断开强，承受剪力和弯矩单 块 式厚多，强较弱，承受剪力，小部分弯矩梁式、单块式机翼的结构特点机翼型式剪 力弯 矩扭 矩梁式机翼翼梁腹板翼梁缘条蒙皮与翼梁腹板的盒段单 块 式翼梁腹板翼梁缘条、桁条、蒙皮组成壁板蒙皮与翼梁腹板的合段梁式、单块式
46、机翼的受力特点 多腹板式(或为多梁式)：这类机翼布置了较多的纵墙(一般多余5个)；蒙皮较厚(可从几mm到十几mm)；无长桁；有少肋、多肋两种。但由于受集中力的需要，每侧机翼上至少要布置35个加强翼肋.机翼的平面形状 分为：直机翼、后掠翼、三角翼、小展弦比直机翼四种 直机翼主要用于低速飞机上。后掠翼主要用于高亚音速和超音速飞机上。国外还有变后掠机翼的飞机，后掠角可在2070之间变化，以适应飞机低空低速、高空高速、低空高速的性能变化要求。三角翼和小展弦比直机翼用于超音速飞机上不同类型的平面形状的机翼。机翼结构横剖面的内力有哪些？飞机在负过载机翼结构横剖面的内力有哪些？飞机在负过载下，机翼的哪些部位
47、受拉，哪些部位受压？下，机翼的哪些部位受拉，哪些部位受压？翼面典型结构传力分析要点1典型元件的受力功用（1）蒙皮（2）翼肋（3）翼梁和墙（4）长桁2.各典型型式受力特点的比较（1）单纯的梁式机翼，薄蒙皮和弱长桁均不参加机翼总体弯矩的传递，只有的缘条承受弯矩引起时轴力。（2）在单块式，多墙式机翼中，蒙皮、长桁，乃至主要是蒙皮发展成为主要的承弯构件，机翼结构一般说材料利用率较高（3）在承受总体力中的剪力和扭矩时，几种形式中各元件的作用基本相同。翼梁腹板翼梁腹板桁桁 条条蒙蒙 皮皮空气动力空气动力剪剪 力力蒙蒙 皮皮弯弯 矩矩扭扭 矩矩翼翼 肋肋翼梁缘条翼梁缘条整体壁板整体壁板机身机身机翼结构中力的
48、传递机翼小结机翼小结飞行中，机翼的外部载荷有空气动力、结构质量力和部件质飞行中，机翼的外部载荷有空气动力、结构质量力和部件质量力。在外部载荷作用下，机翼各截面要承受剪力、弯矩和量力。在外部载荷作用下，机翼各截面要承受剪力、弯矩和扭矩。扭矩。飞行速度的提高是促使机翼结构不断改进的主要原因。金属蒙皮机翼结构有梁式（单梁、双梁）和单块式两类。为了综合利用两类结构型式的优点，并且尽量避免它们的缺点，目前有些飞机的机翼，采用翼根部位为梁式、翼尖部位为单块式的复合式结构。梁式、单块式机翼在受力方面的共同点是：剪力和扭矩都要通过翼肋分别传给腹板和蒙皮承受。不同点是：梁式机翼的弯矩，主要是通过腹板纵向铆缝传给
49、翼梁缘条承受的；而单块式机翼则要传给由蒙皮、桁条和缘条组成的壁板承受。从机翼结构中力的传递情况可知，在维护、修理工作中，对于加强翼肋、翼梁根部等部位的铆钉，必须特别注意检查；对机翼蒙皮进行细心的维护也非常重要。后掠机翼具有很大的后掠角，因此结构受力有本身的特点。1.5 机身结构(1)安置空勤组成员、旅客，装载燃油、各种系统、设备以及货物等；(2)把机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成一架完整的飞机。.机翼、尾翼、机翼、尾翼、起落架等部件起落架等部件的固定接头传的固定接头传来的集中载荷来的集中载荷机身上各机身上各部件及装载部件及装载的质量力的质量力.机身结构机身结构本身的本身的质量力质量力
50、 气密座舱气密座舱的的增压载荷增压载荷机身结构的机身结构的主要外载荷主要外载荷 飞机在飞行和着陆过程中，机身结构飞机在飞行和着陆过程中，机身结构承受的外载荷有哪些？承受的外载荷有哪些？飞机在飞行和着陆过程中，飞机在飞行和着陆过程中，机身结构承受由机翼、尾翼、起机身结构承受由机翼、尾翼、起落架等部件的固定接头传来的集落架等部件的固定接头传来的集中载荷，承受机身上各部件及装中载荷，承受机身上各部件及装载的质量力、机身结构本身的质载的质量力、机身结构本身的质量力以及气密座舱的增压载荷。量力以及气密座舱的增压载荷。作用在机身上的外载荷，通常可以作用在机身上的外载荷，通常可以分为对称载荷和不对称载荷两种
