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1、飞机结构与系统 张靠民杨晶晶呈贡校区公教楼337室Tel 13577030982Email zkmbuaa 1 主要内容 飞机结构液压系统飞行操纵系统起落架系统气源系统 座舱环境控制系统燃油系统防冰 除冰和排雨系统防火系统机舱设备 设施和水系统 2 飞机结构 三大部分机体 机翼 提供升力尾翼 操纵 增稳机身 装载 连接起落架 起飞 着陆 滑跑 停放发动机 产生推力 飞机的基本组成 3 飞机系统 七大系统 飞机的基本组成 液压系统操纵系统燃油系统航电系统气源系统防火排冰系统环控系统 4 平时成绩 作业 考勤 30 考试成绩 期末考试 70 考核方式 5 一飞机分类二典型民机概述三飞机结构四飞机载
2、荷 本讲内容 6 一飞机分类 按功能分类军用飞机民用飞机 7 功能完成空中拦击 侦察 轰炸 攻击 预警 反潜 电子干扰 军事运输 空降等任务 种类歼击机 侦察机 轰炸机 攻击机 预警机 反潜机 电子干扰机 舰载机 运输机等 军机功能与种类 种类多 发展快 采用最新技术 是一个国家空军或者国防实力的重要标志 8 1903年飞行者一号 木 布 钢 二战 三菱硬质铝合金 一战Fokker钢 木 美国F100 1 08Ma首次大量采用钛合金 美国F4 整体铝合金结构 钛合金 美国F16 2 8 复合材料 铝合金为主 美国F22 25 复合材料 机身蒙皮全部采用复合材料 铝合金 钛合金 钴合金等 美国F
3、35 30 复合材料 主承力结构 J20 六代 军机的发展 9 什么是五代机 10 民机功能与种类 功能从事公共航空运输及其它特定民用航空活动 包括客运 货运以及工业 农业 林业 渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生 抢险救灾 气象探测 海洋检测 科学试验 教育培训 文化体育等方面的飞行活动 种类航线飞机 通用航空飞机等 11 按功能分 客机 货机 客货两用机 按巡航速度 亚音速低亚 M 0 3 中亚 M 0 3 0 7 高亚 M 0 7 0 85 超音速 M 1 2 5 跨音速 M 0 85 1 2 按动力装置 活塞 涡桨 涡扇 涡喷 航线飞机 用于商业飞行的客机和货机 12 按机身宽度 窄
4、4m 6座 半宽 4 5 5m6 8座 宽 5 5 6 5m9 10座 双层宽体 6m 按客座数与航程 见下表 航线飞机 用于商业飞行的客机和货机 13 航线飞机 用于商业飞行的客机和货机 航线飞机 航程 3000km载客 100 干线飞机 小型 1 30座中型 40 60座大型 70座以上 第一代 50年代 B707 DC 8 图 104第二代 60年代 737 100 DC 9 图 154第三代 70 80年代 757 737 300 A320第四代 90年代 737NG 777 A330 图 204第五代 21世纪后 787 A380 A350 支线飞机 第一代 70年代 DC 3 安
5、24第二代 80年代 荷兰福克50 ATR42第三代 90年代 ATR72 新舟600第四代 21世纪 CRJ900 ARJ21 MA700 航程 3000km载客 100 轻量化 大推力 舒适性 经济性 NANS 未来基础 欧盟 清洁天空 中远程 航程 6000km中短程 航程 5000km 发展趋势 14 公务机 商务飞机或行政机 在行政事务或商务活动中作为交通工具的小型飞机 通航飞机 AC500 南京轻型飞机股份有限公司 湾流G650 美国湾流宇航公司 CRJ200 加拿大庞巴迪宇航公司 AG300 15 农林飞机 直接为农业 林业 牧业 渔业生产服务的飞机 通航飞机 AT402B 16
6、 其它飞机 用于抢险救灾 娱乐旅游 体育运动 空中摄影与测量 航空物理探矿等 通航飞机 SH5B AC312 SH5B DXF100 17 B737飞机是美国BOEING公司生产的B737系列商用运输飞机中的一种 B737系列飞机分为三种 初始型 ORIGINAL 100 200 1967 4经典型 CLASSIC 300 400 500 1984 2新一代 NG 600 700 800 900 B737MAX 1998 1 二典型民机介绍 以B737为例 18 B737 300飞机 双发中短程客机 单一经济舱最大载客量149人 混合舱最大载客量126人 结构 全金属飞机 采用悬臂式下单翼机翼
7、 悬臂式低平尾尾翼 半硬壳式机身 可收放式起落架 尺寸翼展 28 9m长度 33 4m 二典型民机介绍 以B737为例 19 总体布局机身分为四个制造段 41 43 46和48段 41段 前部 包括雷达天线 玻璃钢整流罩 前增压隔框 驾驶舱 前登机门和前勤务门部分 前起落架舱 电子电器设备舱 43段 中前部 包括前部客舱 前货舱 46段 中后部 包括中部客舱 后部客舱 机翼中段 空调舱 主轮舱 液压舱 后货舱 后增压隔框 48段 后部 辅助动力装置和水平安定面架构 二典型民机介绍 以B737为例 20 重量 最大滑行重量 适航部门核准的地面滑行最大允许重量 134000 135000LB 最大
8、起飞重量 适航部门核准的起飞时最大允许重量 124000 134000LB 使用空重 operatingemptyweight OEW 正在服役中的飞机处于空机状态时的重量 包括所有辅助设备和油品 制造空重 MANUFACTURERSEMPTYWEITHT MEW 飞机出厂时的空机重量 60000LB 二典型民机介绍 以B737为例 21 重量 设计着陆重量 DESIGHLANDINGWEIGHT DLE 适航部门核准为保护飞机结构所确定的着陆接地最大重量 114000LB 零燃油重量 ZEROFUELWEIGHT ZFW 适航部门核准的起飞时最大允许重量 105000LB 零燃油重量 最大飞
9、机重量 可用燃油重量 二典型民机介绍 以B737为例 22 轻质化 高可靠 长寿命 高效能 低成本 可设计 抗疲劳 结构 功能一体化 质轻 飞机发展目标 耐腐蚀 高隐身 三飞机结构与设计 3 1飞机结构与功能发展目标 23 3 2飞机结构设计3 2 1飞机研制流程 1拟定技术要求2飞机设计过程 飞机总体设计 飞机结构设计3飞机制造过程4飞机的试飞定型过程 三飞机结构与设计 24 飞机总体设计 1 确定全机主要参数 2 初步确定外形和尺寸 3 绘制三面图 4 初步结构设计 5 较为详细的重量和重心计算 6 较为详细的气动性能和操稳计算 7 绘制总体布置图 三飞机结构与设计 25 飞机结构设计 1
10、 飞机结构部件的初步设计 2 飞机零构件设计 3 完成部件的结构图纸 4 重量和重心计算及强度计算 三飞机结构与设计 26 3 2 2飞机结构设计思想的演变 三飞机结构与设计 静强度 刚度设计阶段 20世纪20 40年代 强度 刚度 疲劳安全寿命设计阶段 50 60年代 强度 刚度 损伤容限设计阶段 70年代到二十世纪末 可靠性设计阶段 目前正在采用和发展的设计思想 设计准则的采用与当时的科学技术发展水平紧密相关 27 彗星号客机 Thefirstpressurisedcabincommercialaircraft Thefirstturbo jetenginebeusedincommerci
11、alaircraft BuiltbydeHavillands UK Crusingaltitude35000ft 10668m cruisingspeed788km h 是一款明星机 提气机 是超越时代的飞机 航空灾难推动航空技术进步 三飞机结构与设计 28 三飞机结构与设计 29 英国皇家航空研究院 RAE 的研究人员对事故进行调查分析后证实 首批三架彗星号失事的原因是由于增压座舱金属疲劳破坏引起的 是结构设计中没有考虑到疲劳的结果 DeHavilland公司的设计人员认为 座舱在两倍于工作压力下试验不会损伤 则服役中不会在疲劳作用下失效 DeHavilland公司和英国民用航空工业用沉重的
12、代价证明这种认识是完全错误的 飞机结构设计技术引入了疲劳安全寿命的概念 三飞机结构与设计 30 四飞机载荷 机体坐标系 俯仰 滚转 偏航 31 载荷及其分类 4 1载荷 变形和应力的概念 飞机的外载荷飞行 起飞 着陆 地面停机等过程中 作用在飞机上的气动力 重力和地面反力等外力的总称 外载荷的大小取决于飞机的重量 飞行性能 外形的气动力特性 起落架的减震特性以及使用情况等许多因素 四飞机载荷 32 四飞机载荷 按力的性质 飞机重力 升力 阻力 发动机推力 地面撞击力 座舱增减压载荷 其中 升力 座舱增压载荷和地面撞击力对飞机结构的影响最大 33 四飞机载荷 按作用方式 分为集中载荷和分布载荷
13、按作用于构件的性质不同 分为静载荷和动载荷 34 四飞机载荷 气动载荷起飞 滑行载荷着陆载荷机动弹射着陆撞击突风中断起飞回弹操纵面偏转颠簸侧偏运动部件干扰转弯单轮着地动力装置载荷惯性载荷其他载荷推力加速牵引扭矩滚转顶起陀螺力矩振动增压振动颤振鸟撞进气道压力坠撞 按载荷来源 35 构件在载荷作用下的变形 构件在载荷作用下 其尺寸和形状会有不同程度的变化 这种尺寸和形状的改变叫做变形 根据可恢复性变形分为弹性变形 永久变形 按载荷的类型 拉伸 压缩 弯曲 剪切 扭转 四飞机载荷 当构件受到外力作用而变形时 材料分子之间的距离发生变化 导致分子间产生一种反抗变形 力图使分子间的距离回复原状的力 这种
14、力叫内力 构件在外力作用下 单位横截面面积上的内力叫做应力 也称为外应力 内力和应力的概念 36 强度和刚度的概念 构件在外力的作用下 抵抗破坏 或断裂 的能力叫做构件的强度 构件在外力作用下抵抗变形的能力称为构件的刚度 构件在外力作用下保持其原有平衡形式的能力称为构件稳定性 四飞机载荷 飞机承受的主要应力 1 拉伸应力2 压缩应力3 扭转应力4 剪切应力5 弯曲应力 37 4 2飞机的过载 过载的概念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 四飞机载荷 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 飞机在X轴方向的过载等于发动机
15、推力P与飞机阻力X之差与飞机重量的比值 即 38 四飞机载荷 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 习惯上将过载系数称为过载 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 平时所说的过载是指ny 过载系数可正 可负 与坐标轴方向一致为正 反之为负 一般地nx和nz均很小 且x方向的强度 刚度一般较好 39 四飞机载荷 过载系数表示了作用于飞机重心处 坐标原点 飞机所受的实际外力与飞机重力的关系 飞机的过载来源于加速度 如果飞行加速度为0 则过载为1 过载的物理意义 它是飞机设计中很重要的一个原始参数 与飞行状态机动性密切相关 可以确定飞机结构上
16、的各部分实际载荷的大小及方向 便于对飞机结构的强度 刚度等指标进行设计校验 过载系数的实际意义 40 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 四飞机载荷 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 影响最大载荷系数的因素 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必要太大 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 四飞机载荷 42 平飞中的受载情况 四飞机载荷 4 3典型载荷分析 飞机在垂直平面内作曲线飞行 飞机在水平平面内作曲线飞
