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1、12005-4-2412:081第四章第四章 现代飞机结构设计基础现代飞机结构设计基础先进轻质结构技术先进气动力技术先进发动机技术先进制造加工技术设计是主导材料是基础制造是关键检测是保障22005-4-2412:082本章要点本章要点 静强度与稳定性设计静强度与稳定性设计 气动弹性设计气动弹性设计 安全寿命设计安全寿命设计 损伤容限损伤容限/耐久性设计耐久性设计 结构可靠性设计结构可靠性设计 问题的现象 力学的实质基本设计方法 32005-4-2412:083 4.0 绪绪 言言飞机结构设计的总体技术要求飞机结构设计的总体技术要求飞机结构设计的基本特征飞机结构设计的基本特征 安全性安全性/可靠
2、性；可靠性； 维修性维修性/经济性。经济性。 在保障结构安全在保障结构安全/功能可功能可 靠的前提下，重量最轻；靠的前提下，重量最轻； 群体的社会化技术活动，群体的社会化技术活动， 需要标准与工作规范。需要标准与工作规范。42005-4-2412:084飞机结构承载的安全性要求飞机结构承载的安全性要求 （五不准五不准）v 典型飞行工况的最大载荷条件下，不发生典型飞行工况的最大载荷条件下，不发生强度强度破坏；破坏；v 各种载荷工况的最大载荷条件下，不发生过大各种载荷工况的最大载荷条件下，不发生过大变形变形， 特别是大的永久变形；特别是大的永久变形；v 结构的刚度特性要保障在飞行临界状态不发生结构
3、结构的刚度特性要保障在飞行临界状态不发生结构颤振颤振；v 结构要有满足长期随机载荷（小于最大载荷）反复作用结构要有满足长期随机载荷（小于最大载荷）反复作用 下不发生下不发生疲劳疲劳破坏；破坏；v 结构在缺陷状态，满足一定飞行周期的承载（结构在缺陷状态，满足一定飞行周期的承载（损伤容限损伤容限）。 52005-4-2412:085飞机结构的可靠性要求飞机结构的可靠性要求 v 满足强度、刚度、安全寿命、损伤容限的可靠性要求；满足强度、刚度、安全寿命、损伤容限的可靠性要求；v 结构的变形不能影响操纵、影响相对位置的要求；结构的变形不能影响操纵、影响相对位置的要求；v 不能出现操纵效能降低、反效甚至失
4、效；不能出现操纵效能降低、反效甚至失效；v 不能出现颤振临界速度的降低。不能出现颤振临界速度的降低。62005-4-2412:086飞机结构的维修性与经济性要求飞机结构的维修性与经济性要求 v 要求结构维修的易检性（可达性）（通道、口盖）；要求结构维修的易检性（可达性）（通道、口盖）；v要求结构的易修理性（修补、更换、拆装）；要求结构的易修理性（修补、更换、拆装）；v要求维修的经济性。（冰山效应要求维修的经济性。（冰山效应 ， Concord）72005-4-2412:087第五章第五章 机、尾翼结构综合设计机、尾翼结构综合设计（重量特性、寿命指标、几何装载重量特性、寿命指标、几何装载）（静强
5、度、疲劳性能、裂纹扩展静强度、疲劳性能、裂纹扩展）（形变刚度特性、静动气弹形变刚度特性、静动气弹）（抗腐蚀性能、机体保护抗腐蚀性能、机体保护）（结构材料的吸波、散射特性结构材料的吸波、散射特性）（气动伺服弹性性能气动伺服弹性性能）（工艺性、制造成本工艺性、制造成本）（可检性、维修性、经济性可检性、维修性、经济性）82005-4-2412:088本章要点本章要点 飞机结构设计概念飞机结构设计概念 机翼结构受力型式的布局设计机翼结构受力型式的布局设计 机翼结构主要受力构件布置机翼结构主要受力构件布置 机翼典型构件详细设计机翼典型构件详细设计 尾翼及操纵面结构设计尾翼及操纵面结构设计 92005-4
6、-2412:089 5.0 结构设计概念结构设计概念v 结构承载布局型式设计；结构承载布局型式设计；v 结构主要受力构件布置设计；结构主要受力构件布置设计；v飞机结构的刚、强度计算分析；飞机结构的刚、强度计算分析；v飞机结构构件及其具体连接设计；飞机结构构件及其具体连接设计；v飞机结构关键细节部位的安全寿命及损伤容限设计；飞机结构关键细节部位的安全寿命及损伤容限设计；v 飞机结构的实验验证。飞机结构的实验验证。结构设计的基本工作内容结构设计的基本工作内容理论打样设计理论打样设计详细设详细设计计102005-4-2412:0810飞机机翼结构设计的原始基本依据飞机机翼结构设计的原始基本依据 n
7、机翼主要载荷参数机翼主要载荷参数 翼载翼载 翼面积翼面积 最大过载系数最大过载系数S ny 反映了机翼反映了机翼受载的大小受载的大小n 机翼布局参数机翼布局参数 展弦比展弦比 翼型相对厚度翼型相对厚度 展长展长 l 后掠角后掠角 根梢比根梢比 外形布局参外形布局参数数112005-4-2412:0811第六章第六章 机身结构综合设计机身结构综合设计几何几何: 非气动力外形（近圆）非气动力外形（近圆）装载装载：乘员：乘员/ /货物；机载设备、货物；机载设备、 起落架、连接各部件起落架、连接各部件开口开口: :各种功能性各种功能性/ /维修性维修性122005-4-2412:0812本章要点本章要
8、点 机身结构受力型式的布局设计机身结构受力型式的布局设计 机身加强框结构设计机身加强框结构设计 机身与各部件的连接设计机身与各部件的连接设计 结构开口补强设计结构开口补强设计 132005-4-2412:0813 6.1 机身结构的受力布局形式机身结构的受力布局形式 蒙皮较薄，剪力则全部由蒙皮承担，少数几根桁梁；蒙皮较薄，剪力则全部由蒙皮承担，少数几根桁梁；（截面积大，四个象限的中间位置）弯矩主要由桁梁轴力承受，（截面积大，四个象限的中间位置）弯矩主要由桁梁轴力承受， 长桁少而弱，可不连续，长桁与蒙皮基本不传轴力。长桁少而弱，可不连续，长桁与蒙皮基本不传轴力。 桁梁式桁梁式: (与梁式薄蒙皮机
9、翼结构形式相当与梁式薄蒙皮机翼结构形式相当) 桁梁间布置大开口，不会显著降低机身的抗弯刚度，桁梁间布置大开口，不会显著降低机身的抗弯刚度， 虽因大开口会减小结构的抗扭能力，而需补强；虽因大开口会减小结构的抗扭能力，而需补强； 相对其它结构型式，同样开口，桁梁式补强重量增加较少。相对其它结构型式，同样开口，桁梁式补强重量增加较少。 142005-4-2412:0814桁条式：桁条式： (与单块式机翼结构形式相当与单块式机翼结构形式相当)长桁较密、较强（没有明显的桁梁），蒙皮较厚。长桁较密、较强（没有明显的桁梁），蒙皮较厚。弯曲引起的轴向力将由桁条与蒙皮组成的壁板承受；弯曲引起的轴向力将由桁条与蒙
10、皮组成的壁板承受；剪力全部由蒙皮承受。从受力特点上看，不宜大开口。剪力全部由蒙皮承受。从受力特点上看，不宜大开口。与桁梁式比，其弯扭刚度（尤其是扭转刚度）比桁梁式大；与桁梁式比，其弯扭刚度（尤其是扭转刚度）比桁梁式大；蒙皮较厚，气动力作用下，蒙皮局部变形小，利于气动性能。蒙皮较厚，气动力作用下，蒙皮局部变形小，利于气动性能。 前两者一般称为半硬壳式机身结构。前两者一般称为半硬壳式机身结构。152005-4-2412:0815硬壳式硬壳式 ：(与机翼结构的多腹板式结构特征相近与机翼结构的多腹板式结构特征相近) 厚蒙皮与隔框（密）组成，其特点是没有纵向元件；厚蒙皮与隔框（密）组成，其特点是没有纵向
11、元件； 由厚蒙承受机身总体的弯、剪、扭（全部轴力和剪力）；由厚蒙承受机身总体的弯、剪、扭（全部轴力和剪力）； 隔框用于维持机身截面形状，支持蒙皮和承受框平面的集中力。隔框用于维持机身截面形状，支持蒙皮和承受框平面的集中力。 不宜开口，材料利用率不高（载荷较小，相对高度大），不宜开口，材料利用率不高（载荷较小，相对高度大）， 一般仅用于直径较小的机身上，或气动载荷相对较大，一般仅用于直径较小的机身上，或气动载荷相对较大， 要求蒙皮刚度大的部位、头部、机头罩、尾锥等处要求蒙皮刚度大的部位、头部、机头罩、尾锥等处 162005-4-2412:0816受力型式的选择原则受力型式的选择原则 无论是亚音速
12、或超音速飞机的机身结构型式基本相同，各种无论是亚音速或超音速飞机的机身结构型式基本相同，各种 型式趋于混合使用，（不象机翼设计）主要原因是机身剖面尺型式趋于混合使用，（不象机翼设计）主要原因是机身剖面尺 寸大，且多为接近对称的剖面形状，弯曲及扭转刚度都较大，寸大，且多为接近对称的剖面形状，弯曲及扭转刚度都较大， 通过适当的元件布置，就能承受各种载荷，而且结构效率高；通过适当的元件布置，就能承受各种载荷，而且结构效率高； 一般开口较多的机身结构处采用桁梁式（机身中段）；一般开口较多的机身结构处采用桁梁式（机身中段）； 开口较少处宜采用桁条式（机身尾段）。开口较少处宜采用桁条式（机身尾段）。 无开口或气动载荷较大，要求蒙皮刚度大的结构段，无开口或气动载荷较大，要求蒙皮刚度大的结构段， 宜采用硬壳式，头锥、机头罩、尾锥部位。宜采用硬壳式，头锥、机头罩、尾锥部位。
