第第1 1章章 飞机结构及其特点飞机结构及其特点徐 岩南京航空航天大学航空宇航制造工程系飞行器制造技术基础飞行器制造技术基础本章内容1.1飞机结构及组成飞机结构及组成1.2 机翼结构形式机翼结构形式1.3 机身结构形式机身结构形式1.4 尾翼结构形式尾翼结构形式1.5飞机制造工艺的特点飞机制造工艺的特点1.1 飞机结构及组成 主要由机体、飞机操纵系统、飞机动力装置和机载设备等部分组成，其中机体包括机翼、机身及尾翼等部件，构成飞机的主体结构1.1 飞机结构及组成波音747宽体客机 机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过机翼上表面的气流流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高，换一句话说，就是大气施加与机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力1.2 机翼结构形式1.2 机翼结构形式 机翼是飞机产生升力和滚转操纵力矩的主要部件，同时也是现代飞机存储燃油的地方机翼作为飞机的主要气动面，是主要的承受气动载荷部件，其结构高度低，承载大。
机翼通常有以下气动布局形式：平直翼、梯形翼、三角翼、后掠翼、边条翼、前掠翼、变后掠翼和菱形翼等1.2.1机翼的基本组成机翼的基本组成 机翼重量一般占全机重量的8%15%，机翼结构重量占机翼重量的30%50%机翼一般由机翼主盒、襟翼、扰流片、副翼、前缘襟翼、发动机吊挂等部分组成1.2.1机翼的基本组成机翼的基本组成1.2.1机翼的基本组成机翼的基本组成 机翼结构属薄壁型结构形式，构造上主要由蒙皮和骨架结构组成机翼的基本结构元件是由纵向骨架、横向骨架以及蒙皮和接头等组成n纵向骨架沿翼展方向安置的构件，包括梁、纵樯和桁条n横向骨架沿翼弦方向安置的构件主要包括普通翼肋和加强翼肋1）蒙皮、（2）桁条、（3）翼梁、（4）纵墙、（5）翼肋 （1）蒙皮p蒙皮的直接功用是保持机翼外形和承载，用粘接剂或铆钉固定于骨架上，形成机翼的气动力外形气动载荷直接作用在蒙皮上，蒙皮将作用在上面的局部气动力传给结构骨架在总体承载时，蒙皮和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁结构承受翼面扭矩，与长桁一起形成壁板承受翼面弯矩引起的轴力p根据蒙皮参与受力的程度可分两类：一类只能承受气动力载荷，有布质蒙皮、层板蒙皮和薄金属板蒙皮，早期的低速飞机广泛使用。
另一类不仅可以承受气动力载荷，而且可在不同程度上承受弯曲、剪切和扭转等载荷，有铝合金蒙皮，通常在马赫数小于2.5 的飞机上采用；钛合金或不锈钢蒙皮，通常在高温区和马赫数大于2.5 的飞机上采用1）蒙皮 结构最简单又广泛使用的是硬铝蒙皮蒙皮和桁条组成的壁板有组合式或整体式某些结构形式（如多墙式蒙皮）的蒙皮很厚，可从几毫米到十几毫米，常做成整体壁板形式，这时，蒙皮将成为最主要的、甚至是惟一的承受弯矩的受力结构整体壁板可以减少连接件的数目，提高翼面整体油箱的密封性，可在保证足够强度和刚度条件下得到轻的光滑翼面1）蒙皮 除了整体壁板外，近来夹芯蒙皮也得到推广夹芯蒙皮由两层薄金属板或复合材料层板与轻质疏松或蜂窝结构夹芯互相连接而成夹芯蒙皮可以降低翼面结构质量，提高翼面刚度和表面品质（无铆缝），并具有良好的隔热、隔音、防震、抵抗裂纹及其他损伤扩展能力F15尾翼和方向舵蒙皮尾翼和方向舵蒙皮是全厚度铝夹芯和硼是全厚度铝夹芯和硼-环环氧复合材料面板构成的氧复合材料面板构成的蜂窝壁板前、后缘为蜂窝壁板前、后缘为全铝蜂窝结构全铝蜂窝结构2）桁条p桁条（也称长桁）是纵向较为细长的杆件，与蒙皮相连，对蒙皮桁条（也称长桁）是纵向较为细长的杆件，与蒙皮相连，对蒙皮起支持作用，一般还与翼肋相连，受翼肋支持。
桁条是纵向骨架起支持作用，一般还与翼肋相连，受翼肋支持桁条是纵向骨架中的重要受力构件之一，承受翼面弯矩引起的轴向力和局部气动中的重要受力构件之一，承受翼面弯矩引起的轴向力和局部气动力引起的剪力，这些力引起的剪力，这些力的大小取决于翼面力的大小取决于翼面的结构形式并决定桁的结构形式并决定桁条横截面的形状和面条横截面的形状和面积蒙 皮传来的力桁 条翼 肋传来的力翼 肋蒙 皮传来的力桁 条翼 肋桁 条翼 肋蒙 皮蒙 皮传来的力（2）桁条p桁条按截面形状分有开式和闭式；按制造方法分有桁条按截面形状分有开式和闭式；按制造方法分有板弯桁条和挤压桁条板弯开式桁条由板材制造，板弯桁条和挤压桁条板弯开式桁条由板材制造，容易弯曲，与蒙皮贴合好，得到翼面光滑，容易与容易弯曲，与蒙皮贴合好，得到翼面光滑，容易与蒙皮及其它构件固接；板弯闭式桁条可提高型材和蒙皮及其它构件固接；板弯闭式桁条可提高型材和蒙皮压缩临界应力挤压型材比板弯型材具有较厚蒙皮压缩临界应力挤压型材比板弯型材具有较厚的腹板，受力临界应力较高，但与蒙皮（特别是弯的腹板，受力临界应力较高，但与蒙皮（特别是弯度大的蒙皮）难以固接度大的蒙皮）难以固接a)板弯型材板弯型材(b)挤压型材挤压型材（3）翼梁p翼梁由梁的腹板和缘条（或称凸缘）组成，大多在根部与中翼段或与机身固接，剖面呈工字形或槽形。
翼梁是单纯的受力件，缘条承受由弯矩M引起的拉压轴力由支柱加固的腹板承受剪力并能承受由扭矩引起的剪流，使翼面周边形成闭室并在这两种情况下受剪在有的结构形式中，它是翼面主要的纵向受力件，承受翼面全部或大部分 弯矩整体式翼梁：整体式翼梁：1.机翼与机身接头的耳片；机翼与机身接头的耳片；2.挫修垫板；挫修垫板；3.固定座固定座（1）构架式翼梁）构架式翼梁（2）组合式梁）组合式梁（3）整体锻造梁）整体锻造梁（4）纵墙p纵墙的构造与翼梁相似，但缘条比梁缘条弱得多，而且不与机身纵墙的构造与翼梁相似，但缘条比梁缘条弱得多，而且不与机身相连，其长度有时仅为翼展的一部分纵墙通常布置在机翼的前相连，其长度有时仅为翼展的一部分纵墙通常布置在机翼的前后缘部分，与上下蒙皮相连，形成封闭盒段，承受扭矩，纵墙一后缘部分，与上下蒙皮相连，形成封闭盒段，承受扭矩，纵墙一般都不能承受弯矩靠后缘的纵墙还可以悬挂襟翼和副翼般都不能承受弯矩靠后缘的纵墙还可以悬挂襟翼和副翼p纵墙还起到对蒙皮的支持，以提高蒙皮的屈曲承载能力通常腹纵墙还起到对蒙皮的支持，以提高蒙皮的屈曲承载能力通常腹板设有减轻孔，为了提高临板设有减轻孔，为了提高临界应力，腹板用支持型材加界应力，腹板用支持型材加强。
后墙则还有封闭翼面内强后墙则还有封闭翼面内部容积的作用部容积的作用5）翼肋p翼肋分为普通翼肋和加强翼肋翼肋分为普通翼肋和加强翼肋p普通翼肋普通翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状，并将局部气动载构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状，并将局部气动载荷从蒙皮和桁条传递到翼梁和蒙皮上一般它与蒙皮、长桁相连，荷从蒙皮和桁条传递到翼梁和蒙皮上一般它与蒙皮、长桁相连，翼面受气动载荷时，它以自身平面内的刚度向蒙皮、长桁提供垂翼面受气动载荷时，它以自身平面内的刚度向蒙皮、长桁提供垂直方向的支持同时，翼肋又沿周边支持在蒙皮和梁（或墙）的直方向的支持同时，翼肋又沿周边支持在蒙皮和梁（或墙）的腹板上，在翼肋受载时，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面内的腹板上，在翼肋受载时，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面内的支承剪流支承剪流5）翼肋p加强翼肋主要用于承受固定在翼面上的部件（起落架、发动机、副主要用于承受固定在翼面上的部件（起落架、发动机、副翼及翼面其他活动部分悬挂接头）的集中力和力矩，并将它们翼及翼面其他活动部分悬挂接头）的集中力和力矩，并将它们传递转化为分散力传给蒙皮和翼梁、纵墙的腹板结构不连续传递转化为分散力传给蒙皮和翼梁、纵墙的腹板。
结构不连续的地方也要布置加强肋，用于重新分配在纵向构件轴线转折处的地方也要布置加强肋，用于重新分配在纵向构件轴线转折处壁板和腹板之间的力，或在翼面结合处和大开口边界上将扭矩壁板和腹板之间的力，或在翼面结合处和大开口边界上将扭矩转变为力偶加强肋有很大的横截面积，挤压型材制成的缘条、转变为力偶加强肋有很大的横截面积，挤压型材制成的缘条、腹板不开口，用支撑角材加强，翼肋上的桁条重新对接，不需腹板不开口，用支撑角材加强，翼肋上的桁条重新对接，不需要切断翼肋缘条有时这样的翼肋由锻件制造，或采用桁架式要切断翼肋缘条有时这样的翼肋由锻件制造，或采用桁架式结构波音747400机翼1.2.2 机翼结构形式机翼结构形式p机翼的特点是薄壁结构，以上各构件之间的连接大多采用分散机翼的特点是薄壁结构，以上各构件之间的连接大多采用分散连接，如铆接、螺接、点焊、胶接或混合方式，如胶铆连接，如铆接、螺接、点焊、胶接或混合方式，如胶铆p机翼结构形式是指结构中主承力系统的组成形式，通常按照强机翼结构形式是指结构中主承力系统的组成形式，通常按照强度设计的要求选择机翼结构形式，典型的受力形式有蒙皮骨架度设计的要求选择机翼结构形式，典型的受力形式有蒙皮骨架式、整体壁板式和夹层结构。
式、整体壁板式和夹层结构1）蒙皮骨架式）蒙皮骨架式梁式；梁式；单块式；单块式；多墙式多墙式（2）整体壁板式）整体壁板式（3）夹层结构）夹层结构机翼的受力分析机翼主要受：剪力、弯矩、扭矩机翼主要受：剪力、弯矩、扭矩p剪力主要是由翼梁腹板承受的剪力主要是由翼梁腹板承受的p弯矩要使机翼产生弯曲变形，弯矩要使机翼产生弯曲变形，弯矩引起的轴向力弯矩引起的轴向力是由翼梁缘条、桁条和蒙皮共同承受的是由翼梁缘条、桁条和蒙皮共同承受的p机翼受扭矩作用时，翼梁缘条和桁条都很容易变机翼受扭矩作用时，翼梁缘条和桁条都很容易变形，而金属蒙皮和翼梁腹板所组成的合围框，却形，而金属蒙皮和翼梁腹板所组成的合围框，却能很好地反抗扭转变形能很好地反抗扭转变形1）蒙皮骨架式）蒙皮骨架式按照抗弯材料的配置，蒙皮骨架式翼面可分为梁式、单块式和按照抗弯材料的配置，蒙皮骨架式翼面可分为梁式、单块式和多墙式三种结构形式多墙式三种结构形式n最初的薄壁结构翼面蒙皮很薄，只承担扭矩，不能承受弯矩，最初的薄壁结构翼面蒙皮很薄，只承担扭矩，不能承受弯矩，称为梁式结构称为梁式结构n以后蒙皮不断加厚，支持蒙皮的桁条相应加强蒙皮不仅承以后蒙皮不断加厚，支持蒙皮的桁条相应加强。
蒙皮不仅承扭，还参与承弯，并且承弯程度越来越高，以至蒙皮与桁条扭，还参与承弯，并且承弯程度越来越高，以至蒙皮与桁条一起组成的加强壁板成为主要的承弯构件，此时结构便发展一起组成的加强壁板成为主要的承弯构件，此时结构便发展成单块式结构成单块式结构n蒙皮进一步加厚，取消桁条，由多根纵墙对蒙皮提供支持，蒙皮进一步加厚，取消桁条，由多根纵墙对蒙皮提供支持，蒙皮单独成为承弯元件，此时结构便发展为多墙（腹板）式蒙皮单独成为承弯元件，此时结构便发展为多墙（腹板）式结构梁式结构梁式结构p梁式结构多用于相对厚度大、结构载荷参数比较小、要梁式结构多用于相对厚度大、结构载荷参数比较小、要大开口的翼面中，或用在机翼与机身需要安排设计分离大开口的翼面中，或用在机翼与机身需要安排设计分离面的布局中面的布局中p梁式结构的主要构造特点是蒙皮很薄，常用轻质铝合金梁式结构的主要构造特点是蒙皮很薄，常用轻质铝合金制作，纵向翼梁很强，纵向长桁较少且弱，有时在与翼制作，纵向翼梁很强，纵向长桁较少且弱，有时在与翼肋相交处断开，梁缘条的剖面与长桁相比要大得多肋相交处断开，梁缘条的剖面与长桁相比要大得多p按翼梁的数目，梁式结构可分为单梁式、双梁式和多梁按翼梁的数目，梁式结构可分为单梁式、双梁式和多梁（35根梁）式。
根梁）式梁式结构梁式结构p单梁式单梁式：翼梁通常放在剖面最高处，以便充分利用结构高：翼梁通常放在剖面最高处，以便充分利用结构高度，提高翼梁的抗弯能力，减小缘条中因弯矩引起的拉压度，提高翼梁的抗弯能力，减小缘条中因弯矩引起的拉压轴力，减轻翼梁质量这种翼面通常布。