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1、第二章 飞机结构受力分析和抗疲劳设计思想,2.1 机翼结构的传力分析,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。,2.1.1 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 .,机翼站位数是 指距离机身中心线的 英寸数,2.1.2 机翼的外载荷,飞机在飞行中，作用在机翼上的外载荷有：空气动力、机翼结构质量力、部件及装载质量力，如图所示。其中，空气动力分布载荷是机翼
2、的主要外载荷。,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，机翼各截面要承受剪力、弯矩和扭矩。,机翼上所受的剪力、弯矩、扭矩,由于机翼结构沿水平方向尺寸较大，因而水平剪力和水平弯矩对飞机结构受力影响较小，在受力分析时只分析垂直剪力、扭矩和垂直弯矩。,2.1.3 机翼的受力图,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。这些外载荷在机身与机翼的连接处，由机身提供的支反力
3、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。,一、平直机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩图,试说明作用在平直机翼上的集中载荷对机翼剪力、弯矩的影响？,使机翼剪力在集中载荷作用截面发生突变；弯矩发生转折。集中载荷作用截面以内机翼各截面上的剪力和弯矩减少。,试说明作用在平直机翼上的集中载荷对机翼扭矩的影响？,使机翼扭矩在集中载荷作用 截面上发生突变。变化值等于 集中载荷与集中载荷作用点到 机翼刚轴距离的乘积。,机翼某横截面承受的扭矩，等于该横截面外端机翼上所有外力对
4、机翼刚心轴力矩的代数和。扭矩的符号：使迎角增大为正，反之为负,如果外力不通过这一点，机翼 的横截面就会绕该点转动，这 个特殊的点称为该横截面的刚心,刚心轴的定义是： 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， 不会使横截面转 动，,机翼各横截面 刚心的连线称 机翼的刚心轴。,刚心轴的定义?,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， 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 横截面刚心的连线称为机翼的刚 心轴。,二、后掠机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩图,机翼的扭矩图是如何做出的？,扭矩图：某横截面承受的扭矩等于该截面外端机翼所有外载荷对刚
5、心的力矩代数和。,2.1.4 机翼结构的典型元件,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、横元件组成的骨架外面的蒙皮,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。,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；,二、长桁(也称桁条),?,长桁的主要功用是： 支持蒙皮，防止在空气动力作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肋上去； 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的扭矩和弯矩； 长桁还能承受由弯矩引起的部分轴力。,三、翼肋,翼肋是机翼结构的横向受力构件 翼
6、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。,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，或者压成凹槽。,加强翼肋除具有上述作用
7、外，还要承受和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分别传给翼梁或机身加强框。,普通翼肋的功用是：构成并保持机翼的形状；把蒙皮和长桁传给它的空气动力载荷传递给翼梁腹板，而把空气动力形成的扭矩，通过铆钉以剪流的形式传递给蒙皮；支持蒙皮、长桁和翼梁腹板，提高它们的稳定性。 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。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。,四、翼梁,翼梁由腹板和缘条(也称凸缘)组成。缘
8、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，这些支柱起连接翼肋和提高腹板受剪稳定性的作用。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的剪力和部分或全部弯矩 。,五、纵墙(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，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。,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、胶接或它们的混合形式如胶铆等。,2.1.5 机翼结构的典
9、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。,梁式机翼的受力特
10、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。,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定性，而且有较好的抗压稳定性，因此，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。由于这种机翼结构，是由蒙皮、桁条和缘条组成一个整块构件
11、来承受弯矩所引起的轴向力，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在机翼受力、传力中的作用？,1、形成机翼的气动外形，承受机翼表面的气动载荷； 2、与翼梁腹板或墙腹板组成闭室，受剪传递扭矩； 3、与长桁、梁缘条组成壁板，受拉压传递弯矩。,梁式、单块式机翼的结构特点,梁式、单块式机翼的受力特点,答案要点：梁式机翼的蒙皮较薄，桁
12、条较弱且较少。桁条主要作用是支持蒙皮，承受局部气动力和提高蒙皮的抗剪能力。由弯矩引起的拉力和压力主要由翼梁缘条承受。 单块式机翼的蒙皮较厚，桁条较多且较强。它的横截面面积与梁缘条的横截面面积相近。上、下翼面的桁条和蒙皮通过受压、拉承受绝大部分弯矩。,梁式机翼和单块式机翼在构造和受力上有什么不同？,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
13、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。,补充材料,机翼结构横剖面的内力有哪些？飞机在负过载下，机翼的哪些部位受拉，哪些部位受压？,机翼结构横剖面的内力有：剪力、弯矩和扭矩。飞机在负过载下，机翼的上表面受拉，下表面受压。,作用在机翼的上翼面的空气动力载荷是如何传到机翼翼梁上去的？,（1）气动载荷通过铆钉受拉传到桁条和翼肋上去；,（2）传到桁条上的载荷再通过角片和铆钉传到翼肋上去；,（3）作用在翼肋上的载荷再通过角材和铆钉传到翼梁腹板和蒙皮上去。,
14、2.2 机身结构的传力分析,(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。,机身结构的外载荷,机身结构的 主要外载荷,飞机在飞行和着陆过程中，机身结构承受的外载荷有哪些？,飞机在飞行和着陆过程中，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，通常可以分为对称载荷和不对称载荷两种。与机身对称面对称的外载荷，称为对称载荷，反之称为不对称载荷。,一、对称载荷,与机身对称面对称的载荷称为对称载荷。飞机
15、平飞和在垂直平面内作曲线飞行时，由机翼和水平尾翼的固定接头传给机身的载荷，以及当飞机以三点或两点（两主轮）接地时，传到机身上的地面撞击力等，都属于对称载荷。 在对称载荷作用下，机身要受到对称面内的剪切和弯曲作用。一般在机身与机翼联接点处，机身承受的剪力和弯矩最大。,1飞机在垂直平面内做机动飞行时，机身承受的对称载荷,飞机在垂直平面内做机动飞行时，机身除了要承受由机翼、尾翼固定接头传来的对称载荷外，还要承受作用于对称面的装载(人员、燃油、设备)以及结构本身的质量力。当飞机具有对重心的角加速度时，在沿机身纵向离开飞机重心的某处，其过载应等于飞机重心的过载n加上由角加速度引起的附加过载n。,如图所示
16、，机身由A、B两个连接接头与机翼相连，机翼接头对机身的支点的反作用力分别为RA和RB；水平尾翼的外载荷通过垂直尾翼机身相连的接头C和D传给机身，它们分别是RC和RD；机身的质量力为q。由此可做出飞机在垂直平面内做机动飞行时的剪力图和弯矩图。,2飞机接地时，机身承受的对称载荷,当前三点式飞机以两点接地时，主轮的载荷和此时机翼上的升力由机翼的固定接头传给机身；此外，机身还要承受质量力。以上这些外载荷都是对称载荷。 前三点式飞机以两点接地时，飞机有绕重心旋转的角加速度。因此，机身上沿纵向各点处的过载应等于飞机重心的过载与旋转角加速度所引起的附加过载之和。,二、不对称载荷,与机身对称面不对称的载荷称为不对称载荷。 机身的不对称载荷主要有如下形式： 水平尾翼不对称载荷 当水平尾翼的升力不对称时，水平尾翼形成不对称载荷。 垂直尾翼侧向水平载荷 一个主轮接地时的撞击力 飞机作急转弯或侧滑等飞行动作时，机身上的部件产生的侧向惯性力。 在不对称载荷作用下，机身要承受剪切、弯曲、和扭转 。,侧滑时水平尾翼上的不对称载荷,横
