《飞机结构设计课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞机结构设计课件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第7章 机身结构设计章 机身结构设计 南京航空航天大学 飞机设计技术研究所 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 机身结构设计受机身内部装载的要求和与 其他部件的协调的影响较大 因此机身结 构设计不能仅考虑结构受力本身 还要综 合考虑其它各方面的要求 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 1 机身结构型式的选择 7 1 1 机身的内部布置 合理地布置各种载重 燃油 协调机身与机翼 尾翼
2、起落架等部件的关系 这些布置是总体设计阶段协调安排确定的 满足机身断面形状与尺寸大小沿纵轴的分布符 合气动布局的要求 满足飞机对于重心的要求 机身的内部布置和机身与其它部件的连接往往 决定了机身主要传力元构件的布置 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 1 2 机身结构型式的选择机身结构型式的选择 桁梁式 桁梁的截面面积很大 蒙皮很薄 长桁很弱 这种结构型式适合于大开口 小载荷的情况 桁条式 长桁较密较强 蒙皮较厚 这种 结构适合于小开口 中等载荷的情况 硬壳式 厚蒙皮结构 几乎没有纵向构
3、件 其外形和刚度好 这种结构适合于无开口 大载荷的情况 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 相对弯矩 相对扭矩 eff Z Z 4 D M M eff X X 2 D M M 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 1 当量直径Deff的定义 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 机身结
4、构型式的选择 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 2 机身主要受力构件布置机身主要受力构件布置 受力构件布置的依据 开口 位置 形状 大小和开口特性 由内部布置和机身与其它部件的连接协 调关系确定 集中力载荷 由装载布置与机身机翼 机身尾翼 机身起落架 机身受力构件布置主要是指横向构件 加 强框 普通框 纵向构件 长桁 桁梁 纵向加强壁板 加强长桁 以及蒙皮的布 置 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i
5、 n c o m 图7 2 某强击机机身内部布置与主要受力构件的布置 1 前机身桁条 2 垂尾安定面的后梁轴线 3 机身设计分离面 4 减速伞 舱 5 炸弹舱 6 发动机 7 驾驶舱 8 加强框 8 12 13 16 20 24 25 29 30 41 44号 其中 24号加强框为机翼主梁对接框 17号为 机翼前梁对接框 41号为全动平尾对接框 44为与平尾和垂尾相连的加 强框 29 30为工艺分离面加强框 9 油箱 10 前起落架舱 11 设备舱 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 一 加
6、强框的布置 1 大集中力作用处 如 机翼梁接头处 2 大开口的两端 3 设计分离面前后 4 气密增压座舱端框 加强框的数目应尽量少 布置加强框必须 遵循 一框多用 的基本设计原则 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 普通框 在加强框布置好以后进行的 取决于框之 间的间距 普通框的间距与长桁的截面或蒙皮的厚度 有一定关系 一般地歼击机的间距为 300mm左
7、右 大型飞机的框间距约了350 500mm范围内 普通框的间距根据统计数据或原准机确定 然后再根据机身内部安装需要作些调整 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 二 桁梁的布置 图7 3 桁梁布置 桁梁一般布置在机身 剖面的四个象限的中 间 即 45 附近 桁梁沿纵向一般等幅 布置 桁梁尽可能保持连续 不断并避免急剧转折 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 4 桁梁错位的设计方案 科技
8、论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 5 桁梁转折的传力 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 三 桁条的布置 加强桁条 一是为了传递平行于机身纵轴方向的集 中力 机身减速板 机翼接头 尾翼接 头 发动机推力接头 二是在机身的背部 上零纵 和腹部 下零 纵 以承受机身的弯矩MZ 注意与原有的长桁或桁梁结合起来 一件多用 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论
9、坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 加强长桁 集中力扩 散件 R 腹板 p 机身轴线 隔框 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 普通桁条 布置比较密 它们与蒙皮组成承力壁板 设计的初始阶段可按原准机或统计数据 来确定长桁的间距与截面形状 纵向布置应尽可能按等角辐射线布置 受力和工艺形好 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 歼击机 80 150mm 轰炸机和运
10、输机 150 250mm 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 四 蒙皮的布置 受剪承担剪力和扭距 作为壁板承受正应力 与机翼相比 结构高度大 载荷小 蒙皮薄 一般按受剪来确定 M3的飞机 在受热影响较大的部位 机身蒙皮采用钛合金或不锈钢板材 一般机身中部受力大 两头受力小 故中部蒙 皮比两头的厚 必须考虑工艺制造 供货来源 生产成本等因 素 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 6 某
11、轰炸机机身蒙皮厚度分布 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 3 加强框的设计加强框的设计 类型 刚框 环形 式 腹板式 包括球面框 构架式 结构型式和参数与机身外形 内部装载布 置 集中力大小 性质以及支持它的机身 结构的特点有密切关系 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 3 1 刚框式加强框刚框式加强框 由内 外缘条 腹板 支柱等元件组成 组合式 由挤压型材弯制的缘条 腹板及 支
12、柱铆接而成 整体式 用整体锻造毛坯经机械加工而成 混合式 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 7 环形刚框在集中力作用下的内力分布 a 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 7 环形刚框在集中力作用下的内力分布 b 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 7 环形刚框在集中力
13、作用下的内力分布 c 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 1 在法向集中力和集中力矩作用处 框缘 截面的弯矩值最大 2 法向集中力和切向集中力相比 前者产 生的弯矩较大 其最大值为RP 4 而切 向集中力产生的最大弯矩值约为RT 16 因此 当T P时 法向集中力产生的最大 弯矩值为切向集中力产生的最大弯矩值 的4倍 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 上述曲线不能作为强度计算的依据 工程
14、梁假设不适宜机身的强度校核 实际上刚框的内力分布与刚框截面形状 框缘形状与尺寸 蒙皮对框的支持情况等 因素有关 实际刚框真实的内力分布必须通过有限元 数值分析或者试验才能获得 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 二 刚框型式的选择 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 三 结构设计 采用优化设计的方法 将框设计成等强 度曲梁 布局优化 趋势 整体件 疲劳性能优越 重量轻 不符合损伤容限设计
15、要特别重视结构细 节设计和总体应力水平的控制 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 8 刚框的几种典型的形式 a 分段式整体刚框 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m b 框腹板上的孔边裂 纹 高拉应力区 c 刚框整体件 图7 8 刚框的几种典型的形式 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o
16、m d 运八43号环形框上部 e 旅客机框 图7 8 刚框的几种典型的形式 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 8 刚框的几种典型的形式 f 安 12的13号加强框 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 7 3 2 腹板式加强框腹板式加强框 框平面布置有腹板和纵横向型材 它相当 于一个平面板杆结构 全腹板框 大多数是部分腹板框 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 图7 9 腹板框 a 带有旅客机通过门腹板框 b 某轰炸 机前起落架连接框 科技论坛 科 技 论 坛 t e c h d o m a i n 科技论坛 w w w t e c h d o m a i n c o m 腹板框的受力特点 传力过程与平面板杆结构相同 在集中 力作用处布置加强型材 集中力扩散件 科技论坛 科
