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1、翼面结构和机身结构分析*1Aircraft Structure主要内容 结构分析相关概念 飞机结构组成 机翼、尾翼和机身的典型结构形式 典型结构受力形式的传力分析3.0 前言l结构设计阶段的结构分析 本章所要讲述的结构分析是一种定性的或粗定量的结 构传力途径特性分析，其目的在于了解和把握结构中 主要受力构件的内力特征，以便指导设计工作中，依 据构件的受力特性合理布置结构元件，最终获得受力 特性好、结构重量轻的满意设计方案。 结构分析是结构设计思维过程中的有力工具，在结构 设计分析中占有十分重要而基础的地位，目前尚不能 用软件程序来代替。 有别于详细的结构分析 数值模拟（结构有限元分析,Fini
2、te Element Method, FEM）结构试验（部件、全机）*2Aircraft Structure3.0 前言 传力分析的含义 当支承在某“基础”上的一个结构受有某种外载荷时， 分析这些外载如何通过结构的各个构件传递给支承它 的“基础” 。 为什么要进行传力分析？ 通过分析已有结构的受力合理性，可更好地掌握结构 设计的一般原理；为合理选择结构型式、合理布置和 设计结构元件、选择连接形式等积累知识，进而为合 理地进行结构设计打下基础。 飞机结构设计的基本特征 在保障结构安全和功能可靠的前提下，重量最轻; 群体的社会化技术活动，需要标准与工作规范。Aircraft Structure*3
3、3.0 前言例.1 布置不同传力路线不同传力路线短传力路线长*4Aircraft Structure例.2 支持不同元件受力不同传力路线不同元件构造不同认识传力路线1212飞机结构组成 “飞行者”1号 1903.12 Hawk海滩*5Aircraft Structure“飞行者” 1 号二次世界大战间飞机的发展黄金时代喷气推进五花八门的飞行器发展方向？Blend Wing Body飞机结构组成3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点一、机翼的功用与设计要求1.机翼的功用(1)升力面:产生升力,还可增加横侧安定性 (上反角和后掠角)。(2)安装增升装置:襟翼、缝翼。(3)横向（滚动）操纵面:副
4、翼。(4)外挂、装载:武器外挂、发动机、内部燃油，旅客机现大多油全部装在机翼 中。(5)连接其它部件:主起落架*12Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点机翼部件3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点后缘襟翼*14Aircraft Structure简单襟翼开裂式襟翼单缝襟翼单缝富勒襟翼双缝富勒襟翼3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点前缘增升装置*15Aircraft Structure典型前缘缝翼 各种前、后缘增升装置克鲁格襟翼1-缝翼 2-滑轨 3-内前缘上壁 4-内前缘下壁 5-前梁3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点其它部分：固定
5、前缘，固定后缘，副翼，扰流片（阻力板）*16Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点2.机翼的设计要求(1)保证升力情况下阻力尽量小；刚度要求高，总刚度: 弯扭变形，局 部刚度: 凸凹变形小，表面光滑。(2)保证强度情况下重量最轻(3)如果有整体油箱,则燃油系统的可靠性十分重要,为飞机安全,必须保 证绝对可靠,必要时可牺牲重量。 *17Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点二、尾翼的功用与设计要求1.尾翼的功用水平尾翼：纵向（俯仰）安定性、纵向操纵性，正常式平尾包括水平安定面和升降舵，超音速飞机有全动水平尾翼。垂直尾
6、翼：航向（偏航）安定性、航向操纵性；垂尾包括垂直安定面和方向舵尾翼的组成前翼，鸭翼普通尾翼的组成水平、垂直安定面升降舵方向舵调整片3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点2.尾翼的设计要求尾翼也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似 。3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点三、机翼外载特点 （1）分布气动力整个翼面都有，吸力或压力，合力R可按机体坐标轴分为Y和X，Y与X之比约为10:1。（2）其他部件传来的集中力操纵面通过接头传来的力；起落架上本身受的力（撞击力）。（3）机翼结构质量力（分布力）（4）其它装载力，如：发动机推力+质量力（集中力、力矩形式）燃油如是整体油箱主要是分布力（质量
7、力+内压力）机翼外载荷 *22Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点总体力 Y向：Qy，Mx，Mt X向：Qx，My，MtXY发展方向（5）机翼外载荷分析简化方法 结构的简化：工程梁（A）悬臂梁-两半机翼侧面固定在机身边（B）双支点外伸梁-全机翼固定在机身 （可以是中、上、下单翼） 特点：高度小，宽度（弦长）大，载荷分布沿弦向变化，承受扭矩； 在机动飞行情况下仍按静力学方法来分析；（机翼振动的情况除外, 精确计算中应认为是弹性支撑。)*23Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点机翼结构内力受力情况的简化：Qy:Qx
8、10:1Mx:My10:1而x:y可能为100:1。所以一般只讨论Qy、Mx、Mt这三种载荷；承受和传递Qy、Mx、Mt过程中起作用的受力元件叫做参加总体受力构件（研究重点）；只承受局部气动载荷的元件为非主要构件（如蒙皮）。*24Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点尾翼外载荷情况（a）侧滑和横滚时水平尾翼的外载荷 （b）平衡载荷沿水平尾翼弦向分布 （c）垂尾上发动机不对称载荷注：平尾外载荷与垂尾外载荷量级相当*25Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点机翼内力分布水平尾翼的内力分布（a）安定面（力向上）（b）舵面
9、(力向下)*26Aircraft Structure3.1 机翼、尾翼功用和设计要求和外载特点3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性一、机翼结构典型构件图 3.7 机翼的典型结构构件 1-翼梁；2-前纵墙；3-后纵墙；4-普通翼肋；5-加强翼肋； 6-对接接头；7蒙皮；8长桁 *27Aircraft Structure*28Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性蒙皮:承受局部空气动力，形成和维持机翼外形，并承受扭矩，有些机翼蒙皮还承受弯矩。（a）金属蒙皮（b）整体壁板（蒙皮）各种长桁 （a）（d）挤压成型 （b）（c）板弯成型*29Aircraft Stru
10、cture长桁: 第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局部空气动力而产生变形过大；第二是把蒙皮传来的气动力传给翼肋：第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生的拉、压力。3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性*30Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性翼肋:分为普通翼肋和加强 翼肋。普通翼肋用来维持 翼剖面形状，将蒙皮上的 空气动力传到其它承力构 件上去，并支持桁条和蒙 皮。加强翼肋除具有普通 翼肋的功用外，还作为机 翼结构的局部加强件，承 受较大的集中载荷或悬挂 部件。3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性*31Aircraft Structure翼梁:一般由缘条和腹板等组
11、成。主要功用是承受弯矩和剪力。梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向拉、压内力。剪力则主要由腹板承受。*32Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性纵墙(腹板):相当于翼梁，但缘条很弱，甚至没有缘条。墙一般不能承受弯矩，所以与机身的连接为铰接，但纵墙能承受剪力，可和蒙皮组成封闭盒段承受扭矩。1.腹板 2.弱缘条3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性接头:用来连接机翼与 机身，把机翼上的力传 递到机身隔框上。接头 分为固接和铰接两种， 固接的接头，接点既不 可移动，也不可转动； 因此，它既能传递剪力 又能传递弯矩。铰接不 可移动、但可以旋转， 只传剪力，不传弯矩。 杆
12、的受力特性 只能承受（或传递）沿杆轴向的分布力或集中力。对应长桁、缘条 结构。 薄板受力特性 承受面内分布载荷，包括剪流和拉压应力，无加强件时认为只能承 受剪力。不宜承受集中力。对应墙、翼梁和翼肋的腹板。厚板则除 外，可承受弯矩和集中力。*34Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性薄板的受力特性 平面杆板结构受力特性 适宜受作用在该平面内的载荷。两根不同方向的杆的交 点可承受该平面内任意方向上的集中力。 当由薄板与杆构成结构时，杆、板之间只能相互传递剪 流。但若为可受正应力的三角形厚板，板边又有合适的 支持时，则能承剪。 *35Aircraft Struct
13、ure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性 平面梁 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。在传力分析中可以近似认为腹板 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，即可承受梁平面内的弯 矩。*36Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性 平面梁 属平面板杆结构的一种，但它有特点（上、下缘条腹 板），所以仍有分工。Q 由腹板承受；M、N由杆承受（缘条）。可为直梁，可为曲梁。*37Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性 空间薄壁盒式梁 这类结构可看成是平面板杆结构在空间上的组合，翼面 结构都可简化成薄壁盒式梁结构经合理设计可承受空 间任意方向力，构件或元件以最有利承载特性受载。 注：但必须经过合理布置如在力作用点加框、肋，并应 尽量取封闭周缘。*38Aircraft Structure3.2 翼面结构的典型构件及其受力特性
