飞机的材料与结构

飞机的材料与结构飞机的材料与结构飞机的结构受力情况飞机结构和材料受到的挑战• •受力受力– –剪切剪切– –弯矩弯矩– –扭矩扭矩– –拉压拉压• •疲劳疲劳– –循环循环– –振动振动• •冲击载荷冲击载荷• •热热• •腐蚀腐蚀• •气动弹性气动弹性• •破坏破坏对飞机材料的要求•强度、刚度、密度、比强度、比刚度强度、刚度、密度、比强度、比刚度– –强度：抗拉破坏力强度：抗拉破坏力/ /横截面积横截面积– –刚度：应力刚度：应力/ /应变应变– –比比……度：度： / /密度密度•容忍温度变化范围大，热膨胀性能好容忍温度变化范围大，热膨胀性能好•抗疲劳抗疲劳•抗老化，腐蚀抗老化，腐蚀•加工性能好，经济性好加工性能好，经济性好•维护修理方便维护修理方便飞机使用的主要材料•铝合金（轻，耐腐蚀，低温性能好）•镁合金（轻，抗腐蚀差，低承力，高刚度部件）•合金钢（大载荷，不同钢具有不同的特性）•钛合金（轻，比强度高，耐热，抗腐蚀，加工困难，昂贵）•复合材料• •复合材料复合材料– –两种以上材料复合而成两种以上材料复合而成– –密度低，比强度比刚度高，抗密度低，比强度比刚度高，抗疲劳，工艺性好疲劳，工艺性好– –破坏性能差，修复困难破坏性能差，修复困难– –增强体（不连续相）增强体（不连续相）• •承力主体承力主体• •高强度，高模量纤维高强度，高模量纤维• •玻璃纤维，芳纶，硼，碳，石玻璃纤维，芳纶，硼，碳，石墨墨– –基体（连续相）基体（连续相）• •粘结增强体，传递载荷粘结增强体，传递载荷• •高韧性，低模量高韧性，低模量• •树脂，铝合金，钛合金，陶瓷，树脂，铝合金，钛合金，陶瓷，碳碳– –方向性，刚度强度可分配方向性，刚度强度可分配飞机的结构•机翼结构机翼结构•机身结构机身结构典型机翼的结构•纵向骨架纵向骨架– –翼梁翼梁————主要承受剪力和弯矩主要承受剪力和弯矩– –纵墙纵墙————形成封闭盒段，承受扭矩形成封闭盒段，承受扭矩– –桁条桁条————支持蒙皮，传递载荷，承受部分弯矩支持蒙皮，传递载荷，承受部分弯矩•横向骨架（连接蒙皮和纵向骨架，保持气动外形，横向骨架（连接蒙皮和纵向骨架，保持气动外形，将载荷传递给翼梁）将载荷传递给翼梁）– –普通翼肋普通翼肋– –加强翼肋加强翼肋•蒙皮（承受局部气动载荷，参与承受剪、扭、弯）蒙皮（承受局部气动载荷，参与承受剪、扭、弯）翼梁纵墙桁条翼肋机翼的其他结构形式•张线蒙布式张线蒙布式•蒙皮骨架式蒙皮骨架式– –薄蒙皮梁式薄蒙皮梁式– –多梁单块式多梁单块式– –多墙厚蒙皮式多墙厚蒙皮式•整体壁板式整体壁板式•夹层结构夹层结构夹层壁板的使用导致翼梁取消整体壁板机翼实心夹层式机翼机身的受力•集中载荷为主集中载荷为主机身结构形式•蒙皮骨架式–桁梁、桁条式桁梁、桁条式–硬壳式硬壳式•整体壁板式•夹层式蒙皮骨架式机身构造机身隔框与桁梁 整体壁板与夹层式机身机身开口折叠与活动部分衡量飞机结构的指标• •最大表速最大表速• •过载过载• •结构安全性结构安全性– –强度裕度强度裕度– –结构冗余结构冗余– –损伤容限损伤容限• •机体寿命机体寿命– –疲劳疲劳– –老化老化– –腐蚀腐蚀飞机的静力实验鸟撞强度裕度 损伤容限 破损安全碰撞疲劳飞机的寿命飞机抗腐蚀飞机的气动弹性问题飞机的气动弹性问题静气动弹性•机翼弯曲机翼弯曲•副翼反效副翼反效颤振的原理刚心的概念：剪力通过该点只产生弯矩，不产生扭矩刚心的概念：剪力通过该点只产生弯矩，不产生扭矩影响颤振的因素•三心的相对位置–配重配重•弯扭刚度，尤其是扭转刚度•固有频率防颤振配重防颤振配重调节固有频率调节固有频率下节课参观实验室的安排•地点：航空创新实践地点：航空创新实践基地基地•时间：上课时间，周时间：上课时间，周二晚二晚7:20~8:557:20~8:55•分组见学堂公告分组见学堂公告。