3.9 飞机结构开口区受力分析,,飞机结构开口,,3.9 飞机结构开口区受力分析,,一．开口的原因1．机体表面的检修用开口从维修、检查需要，要有很多口盖，如F-16，60%表面为156个口盖，均可开启，波音-707，下翼面布置22个大椭圆形口盖 — 检查整体油箱之用总的说： （1）检查仪器，设备，系统；（2）检修内部结构—这点对按损伤容限设计要求设计的飞机必不可少2．机体内部（1）检修1）内部结构，波音707在翼型高度大于570毫 原因同上 米的翼肋和中央翼梁、腹板上均有“人孔” 形成维修通道（2）仪器、系统（次要些） （2）操纵系统 (杆、索)液压管路、电缆及燃油系统等通过孔3．窗户、门、炸弹舱门、起落架舱门等使用要求的机体表面开口,,,,维修口盖,歼8机身开口,运10机身开口,二．开口与口盖的分类（一）开口大、中、小（相对部件尺寸而言） 对机身：D对机翼：B小开口：可能在两长桁之间，不打断长桁，或只打断个别长桁；中开口： 可能打断几根长桁；大开口：可能整个翼箱宽度壁板或很大比例宽度的壁板被开口二）口盖：1. 受力口盖 受剪口盖；受轴力口盖。
1） 受剪口盖： （1）口盖本身能受剪（有足够的强度、刚度)； （2）且在连接处应能把剪力扩散成分布剪流 ,一般用为数较多的托板螺帽、螺栓连；（3）它能取代原有基体受剪2） 受轴力口盖：（1）口盖既能受剪、又能受轴力，所以口盖上一般布置有加强型材(方向与原有长桁方向、位置一致)，它完全能替代原结构受力受剪口盖上也可能布置有加强型材，但其作用主要是保证口盖刚度，型材方向可能与长桁不一致（2）连接：不仅要有连接基体蒙皮与口盖板的螺栓，而且应有直接把承受轴向力的构件连接的螺栓2．不受力口盖（1） 口盖不参与机体的总体受力，但承受口盖上的局部气动载 荷，并把它传给机体 （2） 从连接看：只有少量连接件，或为快卸口盖，或为活动开启舱门受力口盖,快卸口盖,不受力口盖,不论是有、无口盖，或口盖是否受力，大开口总要增加重量是结构工程师“头疼”的问题1）受力口盖：口盖一般会比原有结构重，对按刚度设计的，还有刚度问题；且要增加较多的连接件；为了顺利传递载荷，总有载荷转移问题，结构上必定也需适当加强2）如为不受力口盖或开口，则传力路线迂回——路线长了，而且开口周围结构将增加负担。
所以必定要加强原有结构，或者很可能要另布置新加强件当开口在机体表面时口盖不能省,而且一般应按刚度设计，较重，只是不参加总体受力而已当为小、中开口时，影响区域可能小些，为局部的 当为大开口时，则影响区大三．基体结构受剪时如蒙皮受Mt à qt，梁腹板受Q à qQ 时开口区的加强传力路线有何变化？ 即研究开口对传力的影响 需加什么构件？原有元件受力情况变化？,,启发问题：在受力分析中我们曾用的几种方法？（1） 传力路线：一个个分离体画，作用M,Q,N三种内力---把小开口的分析结果和方法延伸一下 （2） 直接用数值解 （3） 用加自身平衡力系的方法，使两种典型情况的叠加符合实际情况，考虑开口后相当于那一块蒙皮上剪流应为01．小开口加强小开口 ---- 口框（刚框、围框）式加强这类开口，对机身纵向构件一般没有影响，为传剪，一般在开口周围加上一圈截面具有抗弯能力的口框（可以是组合式，也可以是整体刚框）,小开口刚框受力分析,1）利用对称原理： 结构对称，载荷为反对称时，在对称轴处只有反对称内力Q, 而M, N=0 2）根据分离体平衡图，可求出,结论1）从以上Mmax可见，开口愈大，则口框上的弯距值愈大Q, N也就愈大。
∴口框就可能使重量较重2）口框应是能承弯剖面 以上三种形式(1) 效率较高，可做成整体口框(2) 较易转口盖(3)∵用组合形式，相当于把两个缘条距离拉开，∴效率要较①更高，且因为角上弯距最大，这样设计角上J值最大3）在角上最好加“加强筋”∵如在下面这种情况下，弯距将会对腹板有压应力，为防止失稳，应加加强筋2．中开口加强引子：1. 围框式的提出：∵小开口刚框式 ，但b,h↑时, ↑,导致重量上升用围框式的优点：ⅰ）相当于把梁的结构高度增大了ⅱ）可以利用原有的构件 ---如以蒙皮作为腹板，某些长桁作为该围框(平面薄壁围框梁的缘条)综合利用,中开口刚框受力分析,大开口加强对于受剪基体大开口，一般如梁式机翼蒙皮开掉若为单块式机翼，则可把问题分解为两个（1）蒙皮受扭矩Mt引起的剪流(2) 长桁受正应力,若断了,则见后面“四”中所述实际情况为(1)+(2)此处以双梁机翼为例进行分析,双梁式机翼，蒙皮上有大开口时的传剪（Mt) 加强对双梁式机翼，机翼上原有的最强的是梁，现梁没有破坏，所以（1）Q、M传力路线未破坏，仍由梁传往机身2） Mt传力路线破坏，考虑到梁很强，应充分利用该加强件，因此一般都是布置一加强肋，将闭合剪流形成的Mt转换为一对垂直力构成的力矩，由两梁以参差弯曲形式受（传扭）,大开口盒段模型简化,大开口盒段传剪,大开口盒段传扭,大开口盒段传弯,参差弯曲形式受（传扭）开口端部有加强肋，起转换Mt作用若要梁能以参差弯曲形式受弯，其一端或两端必须有刚硬结构能提供限制较大扭翘变形的作用，这组支反力矩由何者提供，要视具体情况而定既然梁要受参差弯曲，梁应加强（且加强长度要考虑参与段）如果开口在中段区，则开口完后还应用一加强肋，将其转回成一圈闭合剪流形式,（1）开口在根部——支反力矩全部由根部接头提供此时支反力矩全部由根部接头提供，后梁卸载，前梁加载.这组支反力矩在根部剖面是一组自身平衡力系,（2）开口在中段——支反力矩两段都可以提供与（1）不同，根部固定端可认为是绝对刚硬，与外段相比，刚度大的多，按刚度分配可认为支反力矩全部由根部提供。
在（2）中支反力矩都是由结构提供，即由于参差弯曲引起的剖面翘曲靠盒段结构限制住（也即开剖面限制扭转情况），现两段盒段刚度差不多，所以由两段同时提供支反力矩3）开口在端头附近由于两段结构刚度差得多，可认为支反力矩仅由左端提供但与（1）不同，因为是由结构提供，开口段完后内侧有相当长段结构，所以会有影响区（L=1—1.5B），而在（1）中，开口完机翼就无结构了，所以不存在影响区加强方案类（2）中，但梁只需加强到内侧影响区即可 （4）根部有开口，但是传阻力将会如何？ （5）以上所述均为双梁式机翼，实际上机翼可能为双梁单墙；双墙单梁等，此时为弥补受剪蒙皮大开口，应尽量利用剩余完整闭室（闭室受扭的效率必定高于梁参差弯曲形式）,四、原机体受轴力时的加强当机体受轴力时它往往是同时还受剪，但我们可以把一个复合受载问题简化成两个简单加载情况下的叠加，前面已介绍了各种开口情况下受剪加强，下面介绍受轴力时的加强开口影响受轴力，一般为中开口和大开口，此时一般在开口上、下两边有杆（长桁或梁的缘条），开口有可能跨越一个以上的肋，此时问题与特殊边界问题很类似。