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1、1第 六 讲 飞机结构分析与设计飞机结构分析与设计 2 3.5 平直机翼的传力分析 一、传力分析的一般原理 1、传力分析的概念、目的 q “传力分析”的一般含义：当支承在某基础上的一个结构受有 某种外载，分析这些外载如何通过结构的各个元件逐步地向 支承它的基础传递，则称此过程为结构的传力分析。 传力分析不可能给出 精确的量的概念，而只是通过定性的或 粗定量的分析来研究结构的传力特性，并进而研究结构的受 力形式和主要受力构件的布置等问题。 q 传力分析的目的：了解结构受力的物理本质，并弄清楚每个 主要受力元件在结构中的作用和地位。 3 从受力的角度看，机翼结构有 2、实际结构传力分析的基本方法
2、主要部分：如主要受力翼盒 次要部分：如机翼后缘 主要构件元件：如翼梁、肋、长桁、蒙皮、接头等 次要元件：如连接角片、垫片等 1) 弄清楚结构所受的载荷最后应传向何处。通常分析机翼时， 以机身为支持基础；分析机身时，以机翼作为支持基础。 2) 分清结构的主要和次要受力部分，主要和次要受力元件。首 先着重研究在总体受力中占主导地位的受力部分和元件的受力 传力作用，次要元件和次要部分通常可以略去。 3) 对主要元件的连接关系、连接方式进行详细了解，以便正确 确定支持形式和传力方式。 传力分析中，着重研究参加承受机翼总体力的主要结构元件、 主要部分的传力情况。 对实际结构进行传力分析的基本方法： 4
3、4) 依次选取元件为分离体，按静力平衡条件逐步分析，这样才 能反映出正确的传力路线。 5) 分析传力时，还须具备刚度概念。对静不定系统 a) 载荷分配与元件刚度有关。刚度大，分配到的载荷大； b) 载荷分配与支持刚度有关。刚性支持分配到的载荷大， 弹性支持分配到的载荷小； c) 传力多少与传力路线的长度有关，传力路线短的元件，传 走的力多。 （刚度概念对分辨主、次受力元件，选取计算模型，对静不定结 构作近似设计计算，布置受力元件时有意识地分配载荷，控制 传力路线等都很有用。） 5 3、基本结构元件的传力特性 判断一个构件或元件能否传递某种载荷，就要看它在此种载荷下 是否满足强度要求，或是否会产
4、生过大的变形（超过容许的变形 量）。 飞机机体结构大多是薄壁结构，基本上由板、杆组成。 各构件在结构中应根据它们的传力特性进行最佳组合，使它们 分别承担最符合各自受力特点的载荷，这样才能使设计出来的结构 重量轻。 （1） 杆 只能承受（或传递）沿杆轴向的分散力或集中力。机翼中的长 桁、翼梁缘条就属此类元件。因为杆的抗弯能力很小，故认为它不 能受弯矩，或只能受很小的弯矩（如长桁上局部气动载荷引起的弯 矩）。 6 （2）薄板 q 在垂直于板中面方向：根本不能承受横向集中载荷，只能承受 横向分布载荷，如气动载荷、增压舱的压力载荷、燃油舱燃油质量 载荷和气压载荷等。 q 在平行于板中面方 向：如果直接
5、承受集 中力，薄板将被局部 撕裂或压塌；能够承 受板平面内的拉应力、 压应力和剪应力。抗 拉能力强，抗剪次之 ，抗压能力最低。 基本结构元件的传力特性 7 （3）平面板杆结构 它由位于同一平面内的板、杆组成，适宜 受作用在该平面内的载荷。因为杆宜于受轴 向力，因此，可沿板杆结构中的任何杆件加 以沿杆轴方向的力。 板杆结构中的矩形板（或梯形板）则有两 种受载情况： q 板、杆之间只能相互传递剪流。如 果板将拉伸应力传给杆时，则从右图可 知，必定会使杆受到一横向载荷而引起 弯矩，这将与杆不能受弯的假设相矛盾。 q 三角形板杆结构因为力矩不能平衡， 其中的板不能受剪力。 三角形板杆结 构板不受载 M
6、 板、杆传递法向载 荷，则杆将受弯矩 板、杆传递剪切载 荷，则杆将受轴力 8 （4）平面梁 可以是薄壁结构组合梁，也可以是整体梁，它适于受梁平面内 的载荷。在传力分析中，可近似认为腹板只受分布剪流形式的剪 力，而缘条作为杆元受轴向力，上、下两缘条分别受拉和受压， 即可承受平面内的弯矩。 整体梁的构造 9 （5）空间薄壁结构与厚壁筒 厚壁筒与空间薄壁结构经过合理的安排，可承受空间任意方向的力。 现在若在杆中点C处单独作用一横向集中力Q，并取max = b ，则可 求得此杆所能承受的最大横向力仅为 Q max = 75 kg。Q = 4.5% Pmax ，若受横向载荷，增加以重量为代价。 （5）空
7、间薄壁结构与厚壁筒 例题例题： 右图为两端铰支的高强铝合 金圆杆AB。已知杆剖面面积 F= 40 mm2，l = 80 mm，E = 7200 kg/mm ，b = 42 kg/mm2。 在 轴力P 作用下，有P/F = ， 则Pmax = F b = 1680 kg。 ACB Q PP L L/2 10 重点以平直机翼为例，详细分析载荷在结构中的传力过程。 伊 尔 28 11 二、梁式机翼的传力分析 (1) 蒙皮把气动载荷分别传给桁条和翼肋 蒙皮受气动吸力气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支 反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，此时铆 钉不受力。 1、气动载荷的传递
8、12 (2)桁条又把自身承担的那部分气动载荷传给翼肋 桁条与翼肋直接用角片或间接通过蒙皮与翼肋相连，因此， 桁条可以看成支持在翼肋上的多点连续梁受横向弯曲。 至此，作用在蒙皮上的气动载荷全部传给了翼肋：一部分是 直接传给翼肋的，另一部分是通过桁条间接传给翼肋的。 13 (3)翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮 翼肋的受载形式是一根梁，其支持 是分散的、弹性的。翼肋上的载荷有 蒙皮传来初始局部气动载荷，以及由 桁条传来的小集中力形式的载荷。 14 (4)翼梁将载荷向根部传递 翼梁腹板受到由翼肋 传来的剪力，使腹板 受剪。由于腹板与很 多翼肋相连，翼肋传 给腹板的剪力也就一 个一个叠加上去，所 以从翼尖
9、至翼根，梁 腹板上的剪力成阶梯 形增加。 15 (4)翼梁将载荷向根部传递 腹板上所有剪力的总和最终 在机身侧边接头上得到平衡。 这种横向剪力还会引起弯矩 ，这些剪力在向根部传递时引 起的弯矩，依靠梁的上、下缘 条提供一对沿着翼展方向相反 的支反剪流所形成的支反力矩 来平衡。 腹板也就将弯矩以轴向剪流 的形式传给了翼梁的上、下缘 条。最后在机翼根部通过与机 身的固接接头传给机身。 16 (5)周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递 扭矩传到机翼根部，由于机翼是用梁上的集中接头和其它部 件连接，因此，根部必须设置加强肋，以便将扭矩从分散剪流 形式转变成一对力偶传给前后梁，再通过加强支柱或加强垫板 传
10、给连接接头。 17 2、集中载荷的传递 机翼上较小的集中载荷可由普通翼肋承受。 机翼上较大的集中载荷，如副翼、襟翼、发动机、起落架、各种外 挂和装载传来的集中力，通过加强翼肋转化成分散力传给翼梁腹板 和蒙皮。 加强翼肋受集中力时，肋剖面中有相当大的剪力和弯矩，因此 翼肋腹板和上下缘条都相当强，与翼梁腹板和蒙皮连接也很强， 必要时腹板上还铆上支柱。 18 单梁式机翼的传力分析 与双梁式机翼对比： 相同处相同处：单梁式机翼的结构受力 形式和各结构的受力功用与双梁 式机翼基本相同。 相异处相异处：单梁式机翼仅有一根强 有力的梁，另外还有12根纵墙； 机翼机身连接，梁上有可传递弯 矩的接头，纵墙上是只
11、能传递剪 力的铰链接头。因此，纵墙在根 部不能传弯，它所承受的弯矩要 通过根段蒙皮以剪流方式传到梁 上，再传给机身。 19 三、单块式机翼的传力分析 单块式机翼的结构特点： 长桁较多、较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般梁缘条的剖面 面积与长桁的剖面面积接近或略大一些，有时只布置纵墙而不 采用缘条面积特别大的翼梁。 桁 条 翼 肋 气动载荷 蒙 皮 梁（墙）腹板 缘条、桁条和蒙皮组成的壁板 20 三、单块式机翼的传力分析 梁缘条传给 蒙皮的剪流 相临的蒙皮 铆 钉 最近的桁条 桁 条 蒙皮内剪流 的分布 21 四、多腹板式机翼的传力分析 多腹板式机翼的结构特点： 这类机翼布置了较多纵墙（一般多于5个
12、，有的多达10余个）， 蒙皮较厚，无长桁，翼肋很少。厚蒙皮单独承受全部弯矩。 气动载荷 蒙 皮 腹 板 蒙 皮 侧 边 翼 肋 机翼接头 机身或中央翼 22 补充：扭矩在多闭室中的分配 B 薄壁管的剪流计算公式为 式中 F0 为管壁中线所围的面积 。 B 薄壁管单位长度扭转角为 式中 称为扭转常数 i 第 i 段管壁的厚度 S i 第 i 段管壁的长度 B 双闭室薄壁结构中，各闭室的 扭转角相同，即 1 = 2 又因为 Mt1 + Mt2= Mt 所以 上式说明：剖面扭矩在各闭室间 按扭转刚度 GJp 正比分配。多闭 室的扭矩分配同法类推。 23 总 结 基本结构元件的传力特性 梁式、单块式、多腹板式平直机翼的传力分析 24 退退 出出 第六讲结束第六讲结束
