飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)(課件)

1、 第一章第一章 緒緒 論論 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律及其發(fā)展及其發(fā)展 飛機(jī)是高度綜合的現(xiàn)代科學(xué)飛機(jī)是高度綜合的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的體現(xiàn)。技術(shù)的體現(xiàn)。 100多年來(lái)，飛機(jī)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而取得了很大的發(fā)展，而航空技術(shù)不斷提出的新要求也同時(shí)對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了促進(jìn)、推動(dòng)的作用。 在現(xiàn)代飛機(jī)上，綜合運(yùn)用了一系列在現(xiàn)代飛機(jī)上，綜合運(yùn)用了一系列基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的最新基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)的最新成就，包括力學(xué)、材料學(xué)，電子技術(shù)、成就，包括力學(xué)、材料學(xué)，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、噴氣推進(jìn)技術(shù)、自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)、噴氣推進(jìn)技術(shù)、自動(dòng)控制理論和技術(shù)以及制造工藝等各個(gè)方面的理論和技術(shù)

2、以及制造工藝等各個(gè)方面的成果，實(shí)際上現(xiàn)代飛機(jī)已成為一個(gè)先進(jìn)成果，實(shí)際上現(xiàn)代飛機(jī)已成為一個(gè)先進(jìn)而又復(fù)雜的工程系統(tǒng)。正因?yàn)槿绱?，也而又?fù)雜的工程系統(tǒng)。正因?yàn)槿绱?，也促使飛機(jī)的設(shè)計(jì)工作、設(shè)計(jì)方法隨之不促使飛機(jī)的設(shè)計(jì)工作、設(shè)計(jì)方法隨之不斷發(fā)生著變化和革新，并逐步向系統(tǒng)工斷發(fā)生著變化和革新，并逐步向系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)方法發(fā)展。程的設(shè)計(jì)方法發(fā)展。 1 11 1 飛機(jī)分類(lèi)和飛機(jī)研制過(guò)程飛機(jī)分類(lèi)和飛機(jī)研制過(guò)程 軍用飛機(jī)的功用主要是完成空中攔擊、偵察、轟軍用飛機(jī)的功用主要是完成空中攔擊、偵察、轟炸、攻擊預(yù)警、反潛，電子干擾以及軍事運(yùn)輸、炸、攻擊預(yù)警、反潛，電子干擾以及軍事運(yùn)輸、空降等任務(wù)。空降等任務(wù)。 民用飛機(jī)是指

3、非軍事用途的飛機(jī)，包括商業(yè)用的民用飛機(jī)是指非軍事用途的飛機(jī)，包括商業(yè)用的旅客機(jī)、貨機(jī)等運(yùn)輸機(jī)，它們已成為一種快速、旅客機(jī)、貨機(jī)等運(yùn)輸機(jī)，它們已成為一種快速、方便、舒適、安全的交通運(yùn)輸工具；還有一些通方便、舒適、安全的交通運(yùn)輸工具；還有一些通用航空中使用的飛機(jī)，如用于農(nóng)業(yè)作業(yè)、護(hù)林造用航空中使用的飛機(jī)，如用于農(nóng)業(yè)作業(yè)、護(hù)林造林、救災(zāi)、醫(yī)療救護(hù)、空中勘測(cè)和體育運(yùn)動(dòng)等。林、救災(zāi)、醫(yī)療救護(hù)、空中勘測(cè)和體育運(yùn)動(dòng)等。飛機(jī)按其功用可分為飛機(jī)按其功用可分為軍用飛機(jī)軍用飛機(jī)民用飛機(jī)民用飛機(jī)技術(shù)要求技術(shù)要求使用技術(shù)要求（民用飛機(jī)使用技術(shù)要求（民用飛機(jī)) )戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求( (軍用飛機(jī)軍用飛機(jī)) ) 它包

4、括飛機(jī)最大速度、升限、航程、它包括飛機(jī)最大速度、升限、航程、起飛著陸滑跑距離、載重量、機(jī)動(dòng)性起飛著陸滑跑距離、載重量、機(jī)動(dòng)性( (對(duì)對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)) )等指標(biāo)和能否全天候飛行，對(duì)機(jī)等指標(biāo)和能否全天候飛行，對(duì)機(jī)場(chǎng)以及對(duì)飛機(jī)本身的維修性、保障性等場(chǎng)以及對(duì)飛機(jī)本身的維修性、保障性等方面的要求。方面的要求。 從發(fā)展看軍用飛機(jī)和現(xiàn)代大型旅從發(fā)展看軍用飛機(jī)和現(xiàn)代大型旅客機(jī)的飛行速度、升限和航程都不斷客機(jī)的飛行速度、升限和航程都不斷增加。增加。 現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的最大飛行速度通?，F(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的最大飛行速度通常為音速的兩倍多，即為音速的兩倍多，即Ma2；飛行升；飛行升限約在限約在20,000 m以上。以上。 蘇蘇-3

5、0MK和陣風(fēng)式戰(zhàn)斗機(jī)均為第和陣風(fēng)式戰(zhàn)斗機(jī)均為第三代三代(也有稱(chēng)之為三代半的也有稱(chēng)之為三代半的)高機(jī)動(dòng)性高機(jī)動(dòng)性超音速戰(zhàn)斗機(jī)。超音速戰(zhàn)斗機(jī)。 蘇蘇-30MK設(shè)計(jì)中采用翼設(shè)計(jì)中采用翼-身融合技術(shù)，身融合技術(shù)，Mamax為為2.49，升限為，升限為18.5 km，轉(zhuǎn)場(chǎng)航程達(dá)，轉(zhuǎn)場(chǎng)航程達(dá)3,700km，且機(jī)動(dòng)性能很好，使用載荷系數(shù)，且機(jī)動(dòng)性能很好，使用載荷系數(shù)可高達(dá)可高達(dá)9g，能完成著名的，能完成著名的“眼鏡蛇眼鏡蛇”機(jī)動(dòng)。機(jī)動(dòng)。 隨著航空電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，未隨著航空電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境機(jī)動(dòng)更加惡劣而復(fù)雜，各來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境機(jī)動(dòng)更加惡劣而復(fù)雜，各種新型雷達(dá)、先進(jìn)探測(cè)器以及精確制導(dǎo)種新型雷達(dá)

6、、先進(jìn)探測(cè)器以及精確制導(dǎo)武器的問(wèn)世，對(duì)軍用飛機(jī)構(gòu)成了極為嚴(yán)武器的問(wèn)世，對(duì)軍用飛機(jī)構(gòu)成了極為嚴(yán)重的威肋、為了提高軍用飛機(jī)的生存力重的威肋、為了提高軍用飛機(jī)的生存力和戰(zhàn)斗力，各國(guó)正努力發(fā)展低可見(jiàn)度的和戰(zhàn)斗力，各國(guó)正努力發(fā)展低可見(jiàn)度的隱身技術(shù)隱身技術(shù)。 圖圖1-1 F-117A隱身戰(zhàn)斗攻擊機(jī)隱身戰(zhàn)斗攻擊機(jī)4-左側(cè)左側(cè)武器艙武器艙3-武器艙門(mén)武器艙門(mén)(打開(kāi)打開(kāi))機(jī)頭電子機(jī)頭電子設(shè)備艙設(shè)備艙前前起起落落架架多螺多螺栓翼栓翼根連根連接點(diǎn)接點(diǎn)主主起起落落架架復(fù)復(fù)合合材材料料前前緣緣三梁抗扭翼盒結(jié)構(gòu)；三梁抗扭翼盒結(jié)構(gòu)；機(jī)翼整體油箱機(jī)翼整體油箱內(nèi)、外側(cè)內(nèi)、外側(cè)升降副翼升降副翼復(fù)合復(fù)合材料材料后緣后緣方向方向/升

7、降升降舵舵(采用大采用大量復(fù)合材量復(fù)合材料料)；V形形尾翼尾翼下部下部固定固定段段扁寬扁寬的發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)排氣排氣口口涂有吸波材涂有吸波材料料(RAM)的的蒙皮蒙皮機(jī)背油箱機(jī)背油箱上仰的空中上仰的空中加油插孔加油插孔左、右側(cè)進(jìn)氣道左、右側(cè)進(jìn)氣道18-采用采用BLU-109穿透彈頭的穿透彈頭的GBU-27炸彈炸彈19-GBU型型2000磅激光制導(dǎo)炸彈磅激光制導(dǎo)炸彈 (機(jī)內(nèi)武器艙內(nèi)也可攜帶各種機(jī)內(nèi)武器艙內(nèi)也可攜帶各種戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)常用的武器，在戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)常用的武器，在空戰(zhàn)中有自衛(wèi)能力空戰(zhàn)中有自衛(wèi)能力) 目前正在發(fā)展中的第四代戰(zhàn)斗機(jī)(俄羅斯稱(chēng)之為第五代戰(zhàn)斗機(jī))更著重強(qiáng)調(diào)同時(shí)具備隱身技術(shù)、超音速巡航、隱身

8、技術(shù)、超音速巡航、過(guò)失速機(jī)動(dòng)和推力矢量控制、近距起過(guò)失速機(jī)動(dòng)和推力矢量控制、近距起落和良好的維修性等落和良好的維修性等性能。 美國(guó)的F-22是其第一個(gè)代表機(jī)種。 采用了連續(xù)曲率造型，結(jié)構(gòu)上使用了很多新材料，飛機(jī)的性能全面提高。 現(xiàn)代軍用運(yùn)輸機(jī)和一些大型遠(yuǎn)程旅客機(jī)的航程和載重量越來(lái)越大，有的航程可達(dá)10 000km以上。軍用運(yùn)輸機(jī)如C-5A載重量將近100t，可運(yùn)載350名士兵或一輛坦克加上兩架小型直升機(jī)；俄羅斯的安-225載重量則高達(dá)225 t。大型旅客機(jī)載客可達(dá)500名；且有的客機(jī)Ma數(shù)可達(dá)到2以上(如“協(xié)和”號(hào))。目前有些國(guó)家還在研制可載客600800名的超大型旅客機(jī)。圖12為旅客機(jī)L1O

9、11的示意圖。前機(jī)身前機(jī)身L-1011L-1011旅客機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖旅客機(jī)結(jié)構(gòu)分解圖 中機(jī)身中機(jī)身后機(jī)身后機(jī)身尾段尾段整流罩整流罩整流罩整流罩雷達(dá)天雷達(dá)天線罩線罩機(jī)翼機(jī)翼、乘員艙下乘員艙下部組件部組件乘員艙上部組件乘員艙上部組件機(jī)身壁板機(jī)身壁板斷面斷面客艙艙門(mén)客艙艙門(mén)(2)客客艙艙艙艙門(mén)門(mén)(3)中中貨貨艙艙艙艙門(mén)門(mén)(2)機(jī)翼中央翼盒機(jī)翼中央翼盒應(yīng)應(yīng)急急出出口口艙艙門(mén)門(mén)(5)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口s型進(jìn)氣道型進(jìn)氣道氣密框氣密框機(jī)身尾段結(jié)構(gòu)機(jī)身尾段結(jié)構(gòu)垂直安定面前緣垂直安定面前緣垂直安定面翼盒垂直安定面翼盒垂直安定面翼尖垂直安定面翼尖方向舵方向舵中發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)動(dòng)機(jī)(即即2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī))支持結(jié)構(gòu)支

10、持結(jié)構(gòu)2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)2號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩升降舵升降舵水平安定面翼尖水平安定面翼尖水平安定面翼盒水平安定面翼盒水水平平安安定定面面前前緣緣輔輔助助動(dòng)動(dòng)力力裝裝置置艙艙門(mén)門(mén)起落架艙門(mén)起落架艙門(mén)客艙艙門(mén)客艙艙門(mén)(4)機(jī)身龍骨梁組件機(jī)身龍骨梁組件主起落架艙門(mén)主起落架艙門(mén)機(jī)翼擾流板機(jī)翼擾流板(6塊塊)雙縫襟翼雙縫襟翼外副翼外副翼雙縫襟翼雙縫襟翼機(jī)翼翼尖機(jī)翼翼尖機(jī)翼受力翼盒機(jī)翼受力翼盒內(nèi)副翼；內(nèi)副翼；機(jī)翼前緣機(jī)翼前緣前緣縫翼前緣縫翼(7塊塊)1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)吊架號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)吊架1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)1號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩 前面幾種飛機(jī)可見(jiàn)，由于各種飛機(jī)的用途和設(shè)計(jì)要求不同，會(huì)帶來(lái)飛機(jī)氣動(dòng)布局和結(jié)構(gòu)

11、設(shè)計(jì)上的差別。 但是飛機(jī)設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法是一致的，因此下面將在對(duì)典型結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上將主要介紹飛機(jī)設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)原理和方法。一、飛機(jī)的研制過(guò)程一、飛機(jī)的研制過(guò)程 一種新飛機(jī)的投入使用，須經(jīng)過(guò)下述四個(gè)階段1擬訂技術(shù)要求 2飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程3飛機(jī)制造過(guò)程4飛機(jī)的試飛、定型過(guò)程 1擬訂技術(shù)要求擬訂技術(shù)要求 通常司由飛機(jī)設(shè)計(jì)單位和訂貨單位協(xié)商后共同擬訂出新飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求或使用技術(shù)要求，技術(shù)要求確定了飛機(jī)的主要性能指標(biāo)、主要使用條件和機(jī)載設(shè)備等。設(shè)計(jì)單位必須保證新飛機(jī)能達(dá)到這些技術(shù)要求，訂貨單位則根據(jù)這些要求來(lái)驗(yàn)收新飛機(jī)。 飛機(jī)的技術(shù)要求是飛機(jī)設(shè)計(jì)的基飛機(jī)的技術(shù)要求是飛機(jī)

12、設(shè)計(jì)的基本依據(jù)本依據(jù)2飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程 飛機(jī)設(shè)計(jì)單位根據(jù)擬訂好的飛機(jī)技術(shù)要求進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)。飛機(jī)設(shè)計(jì)一般分為兩大部分：總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)：總體設(shè)計(jì)： 主要工作是確定全機(jī)主要參數(shù)，即全主要工作是確定全機(jī)主要參數(shù)，即全機(jī)重量機(jī)重量G，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，發(fā)動(dòng)機(jī)推力P和翼載和翼載GS(S為為機(jī)翼面積機(jī)翼面積)；確定飛機(jī)的基本外形，如機(jī)；確定飛機(jī)的基本外形，如機(jī)翼、尾翼平面形狀、大致尺寸和氣動(dòng)布局；翼、尾翼平面形狀、大致尺寸和氣動(dòng)布局；選擇發(fā)動(dòng)機(jī)；然后進(jìn)行飛行性能的初步估選擇發(fā)動(dòng)機(jī)；然后進(jìn)行飛行性能的初步估算。如滿足要求，則畫(huà)出飛機(jī)的三面圖；算。如滿足要求，則畫(huà)出飛機(jī)的三面圖；進(jìn)行飛機(jī)的部位安排；確定結(jié)構(gòu)型式

13、和主進(jìn)行飛機(jī)的部位安排；確定結(jié)構(gòu)型式和主要受力構(gòu)件布置，并給出飛機(jī)各部件的重要受力構(gòu)件布置，并給出飛機(jī)各部件的重量控制指標(biāo)。量控制指標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行飛機(jī)在總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行飛機(jī)各部件結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)各部件結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)(或稱(chēng)結(jié)構(gòu)打或稱(chēng)結(jié)構(gòu)打樣設(shè)計(jì)樣設(shè)計(jì))；對(duì)全機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；對(duì)全機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算；完成零構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，完成零構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，完成結(jié)構(gòu)的全部零構(gòu)件圖紙和部件、完成結(jié)構(gòu)的全部零構(gòu)件圖紙和部件、組件安裝圖。組件安裝圖。3.3.飛機(jī)制造過(guò)程飛機(jī)制造過(guò)程 飛機(jī)制造工廠根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)單飛機(jī)制造工廠根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)資料

14、進(jìn)行位提供的設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)資料進(jìn)行試制。完成后裝上全部設(shè)備系統(tǒng)和試制。完成后裝上全部設(shè)備系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)。由飛機(jī)工廠首批發(fā)動(dòng)機(jī)。由飛機(jī)工廠首批(一般稱(chēng)一般稱(chēng)“O”批，生產(chǎn)批，生產(chǎn)24架架)試制出來(lái)的試制出來(lái)的新飛機(jī)即可投入全機(jī)強(qiáng)度、疲勞和新飛機(jī)即可投入全機(jī)強(qiáng)度、疲勞和損傷容限的驗(yàn)證試驗(yàn)和試飛。損傷容限的驗(yàn)證試驗(yàn)和試飛。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前設(shè)計(jì)單位中大部分設(shè)計(jì)工作借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)單位中大部分設(shè)計(jì)工作借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)系統(tǒng)(CAD)來(lái)完成，包括分析、計(jì)算、構(gòu)形來(lái)完成，包括分析、計(jì)算、構(gòu)形設(shè)計(jì)，并可直接用計(jì)算機(jī)繪圖、發(fā)圖。有的設(shè)計(jì)，并可直接用計(jì)算機(jī)繪圖

15、、發(fā)圖。有的已發(fā)展到已發(fā)展到CAI/CAM一體化，可采用無(wú)圖設(shè)一體化，可采用無(wú)圖設(shè)計(jì)，只需在制造時(shí)把已儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的全計(jì)，只需在制造時(shí)把已儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的全部數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)部數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)(CAM)，使整個(gè)飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程達(dá)到高度的集使整個(gè)飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程達(dá)到高度的集成化。計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)成化。計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)(CAM)，使整個(gè)，使整個(gè)飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程達(dá)到高度的集成化。飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程達(dá)到高度的集成化。 4 4飛機(jī)的試飛、定型過(guò)程飛機(jī)的試飛、定型過(guò)程 在通過(guò)全機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn)、某些必要在通過(guò)全機(jī)靜強(qiáng)度試驗(yàn)、某些必要的疲勞、損傷容艱的早期驗(yàn)證試驗(yàn)、起

16、的疲勞、損傷容艱的早期驗(yàn)證試驗(yàn)、起落架試驗(yàn)和全機(jī)各系統(tǒng)試驗(yàn)后進(jìn)行試飛。落架試驗(yàn)和全機(jī)各系統(tǒng)試驗(yàn)后進(jìn)行試飛。通過(guò)試飛全面檢驗(yàn)飛機(jī)能否確保安全，通過(guò)試飛全面檢驗(yàn)飛機(jī)能否確保安全，性能是否滿足技術(shù)要求。把設(shè)計(jì)、制造性能是否滿足技術(shù)要求。把設(shè)計(jì)、制造中和試飛中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，通過(guò)更改中和試飛中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，通過(guò)更改設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造方法等全部排除。最后設(shè)計(jì)或改進(jìn)制造方法等全部排除。最后將飛機(jī)定型投入小批量生產(chǎn)。將飛機(jī)定型投入小批量生產(chǎn)。 在新飛機(jī)的研制過(guò)程中，往往須進(jìn)行相當(dāng)數(shù)量的科學(xué)研究和試驗(yàn)科學(xué)研究和試驗(yàn)。比如為選擇滿意的外形須做大量的風(fēng)洞試驗(yàn)；對(duì)用新材料(如復(fù)合材料)制作的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行某些專(zhuān)題研究和

17、試驗(yàn)(詳見(jiàn)6.7節(jié))；對(duì)某些關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行必要的疲勞或損傷容限的設(shè)計(jì)研制試驗(yàn)，為詳細(xì)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)或進(jìn)行早期驗(yàn)證等。新飛機(jī)的研制工作還要與使用密切結(jié)合。這包括在設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分利用以往的使用經(jīng)驗(yàn)；還有在新飛機(jī)的使用過(guò)程中收集各方面的反饋信息，不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)。1 12 2 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件和設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介件和設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介一、一、“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)”與與“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的的含義含義 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)的主要階段。飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)的主要階段。 “ “結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)” ” 是指是指“能承受和傳遞載荷能承受和傳遞載荷的系統(tǒng)的系統(tǒng)”即即“受力結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)”。 它通?？捎?/p>

18、幾個(gè)到幾千個(gè)零件結(jié)合在它通常可由幾個(gè)到幾千個(gè)零件結(jié)合在一起構(gòu)成，相互之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)一起構(gòu)成，相互之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能承受指定的外載，滿足一定的強(qiáng)度、剛能承受指定的外載，滿足一定的強(qiáng)度、剛度、壽命、可靠性等要求。度、壽命、可靠性等要求。 只用以維持外形或僅供裝飾用的元件不包括在結(jié)構(gòu)內(nèi)，譬如低速飛機(jī)上的機(jī)翼蒙布，只受少量局部氣動(dòng)力而不參與機(jī)翼的整體受力，故不作為結(jié)構(gòu)元件；旅客艙內(nèi)的裝飾板、飛機(jī)表面上(如機(jī)翼根部)的整流包皮等也不作為結(jié)構(gòu)元件。 一架飛機(jī)的整個(gè)結(jié)構(gòu)，包含機(jī)翼、尾翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、起落架、操縱系統(tǒng)(指機(jī)械操縱系統(tǒng)部分)及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等部件結(jié)構(gòu)部件結(jié)構(gòu)或組組件結(jié)構(gòu)件

19、結(jié)構(gòu)。 機(jī)翼、機(jī)身這樣的大結(jié)構(gòu)。通常稱(chēng)為部件結(jié)構(gòu)部件結(jié)構(gòu) 機(jī)翼、機(jī)身又可沿翼展方向或機(jī)身縱向分成幾個(gè)大段，這樣的一大段結(jié)構(gòu)常稱(chēng)為組件結(jié)構(gòu)組件結(jié)構(gòu)。 組件結(jié)構(gòu)還可以分為小組件、構(gòu)件等結(jié)構(gòu)。 零件零件為不需做裝配的基本單位。 構(gòu)件構(gòu)件由很少幾個(gè)零件裝配而成。 當(dāng)零件與構(gòu)件(常統(tǒng)稱(chēng)為零構(gòu)件)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中作為有一定功用的基本單元時(shí)常稱(chēng)為元件元件，如翼肋、梁、框等，它可以是一個(gè)構(gòu)件。也可以是零件。 圖1.2為L(zhǎng)-1011旅客機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖 “結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”是指根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本的原始條件，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案以及進(jìn)要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案以

20、及進(jìn)行具體的部件和零構(gòu)件設(shè)計(jì)，進(jìn)行行具體的部件和零構(gòu)件設(shè)計(jì)，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和必要的試驗(yàn)，最后繪制強(qiáng)度計(jì)算和必要的試驗(yàn)，最后繪制出結(jié)構(gòu)圖紙，完成相應(yīng)的技術(shù)文件，出結(jié)構(gòu)圖紙，完成相應(yīng)的技術(shù)文件，以使生產(chǎn)單位能根據(jù)這些圖紙和技以使生產(chǎn)單位能根據(jù)這些圖紙和技術(shù)文件進(jìn)行生產(chǎn)。術(shù)文件進(jìn)行生產(chǎn)。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始條件原始條件1外載及對(duì)外載及對(duì)結(jié)構(gòu)受力特性結(jié)構(gòu)受力特性的要求的要求3結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的使用條件使用條件4.結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件生產(chǎn)條件2.飛機(jī)結(jié)構(gòu)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系的協(xié)調(diào)關(guān)系 在進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須先把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的在進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，必須先把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原

21、始條件分析清楚，它主要包括以上原始條件分析清楚，它主要包括以上4點(diǎn)。點(diǎn)。1結(jié)構(gòu)的外載以及對(duì)結(jié)構(gòu)受力特性的要求結(jié)構(gòu)的外載以及對(duì)結(jié)構(gòu)受力特性的要求 飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須保證在所受外載下有足夠的飛機(jī)結(jié)構(gòu)必須保證在所受外載下有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命和高可靠性，因此首先必須強(qiáng)度、剛度、壽命和高可靠性，因此首先必須確定結(jié)構(gòu)的外載。飛機(jī)各部件所受的外載由飛確定結(jié)構(gòu)的外載。飛機(jī)各部件所受的外載由飛機(jī)的機(jī)種、總重、外形尺寸、使用要求等條件機(jī)的機(jī)種、總重、外形尺寸、使用要求等條件根據(jù)飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范算出。根據(jù)飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范算出。 根據(jù)外載就能對(duì)結(jié)構(gòu)提出受力特性的要求。根據(jù)外載就能對(duì)結(jié)構(gòu)提出受力特性的要求。例如是靜載還是動(dòng)載，是

22、否需要考慮疲勞壽命例如是靜載還是動(dòng)載，是否需要考慮疲勞壽命或經(jīng)濟(jì)壽命以及熱應(yīng)力、熱剛度和振動(dòng)等。結(jié)或經(jīng)濟(jì)壽命以及熱應(yīng)力、熱剛度和振動(dòng)等。結(jié)構(gòu)特性還包括對(duì)某些結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼、尾翼等，構(gòu)特性還包括對(duì)某些結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼、尾翼等，要求有足夠的總體剛度和局部剛度；有時(shí)還須要求有足夠的總體剛度和局部剛度；有時(shí)還須考慮氣動(dòng)彈性問(wèn)題?？紤]氣動(dòng)彈性問(wèn)題。 2. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系飛機(jī)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的形狀通常并不可以任意選定。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的形狀通常并不可以任意選定。在總體設(shè)計(jì)階段，一般已確定了各部件的外在總體設(shè)計(jì)階段，一般已確定了各部件的外形、相對(duì)位置以及相互間連接交點(diǎn)的位置。形、相對(duì)位置以及相互間連接交點(diǎn)的位

23、置。在進(jìn)行部件結(jié)構(gòu)打樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保持它們?cè)谶M(jìn)行部件結(jié)構(gòu)打樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量保持它們的協(xié)調(diào)關(guān)系，對(duì)于飛機(jī)零、構(gòu)件，則須明確的協(xié)調(diào)關(guān)系，對(duì)于飛機(jī)零、構(gòu)件，則須明確本零件或構(gòu)件與其他構(gòu)件在連接尺寸上的協(xié)本零件或構(gòu)件與其他構(gòu)件在連接尺寸上的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及各構(gòu)件間、或各構(gòu)件與內(nèi)部裝調(diào)關(guān)系，以及各構(gòu)件間、或各構(gòu)件與內(nèi)部裝載之間的形狀協(xié)調(diào)。載之間的形狀協(xié)調(diào)。 如加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的外側(cè)邊界應(yīng)與飛機(jī)的理論外形相協(xié)調(diào)；其內(nèi)側(cè)邊界則有時(shí)可能須與某個(gè)內(nèi)部裝載，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行空間協(xié)調(diào)(見(jiàn)圖14)。 (b)幾種可能的加強(qiáng)框 結(jié)構(gòu)高度布置(a)內(nèi)外側(cè)尺寸限制； 1 - 蒙皮內(nèi)形即加強(qiáng)框外形； 2 - 發(fā)動(dòng)機(jī)； 3 - 最小間隙； 4

24、 - 加強(qiáng)框內(nèi)側(cè)尺寸限；圖1-4 機(jī)身加強(qiáng)框的內(nèi)外側(cè)尺寸協(xié)調(diào) 3結(jié)構(gòu)的使用條件結(jié)構(gòu)的使用條件結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的使用條件使用條件環(huán)境條件環(huán)境條件起飛著陸起飛著陸場(chǎng)所條件場(chǎng)所條件維修條件維修條件 和使用條件和使用條件環(huán)境條件 是指飛機(jī)在飛行或停機(jī)時(shí)的氣氣象象條件條件或周?chē)橘|(zhì)條件周?chē)橘|(zhì)條件。 氣象條件是指大氣溫度和濕度變化范圍，飛機(jī)若能在夜間或惡劣氣象(雷雨、冰雹等)條件下飛行，則為全天候飛機(jī)。 周?chē)橘|(zhì)條件是指結(jié)構(gòu)所處環(huán)境周?chē)橘|(zhì)狀態(tài)，如海水腐蝕等。起飛著陸場(chǎng)所條件 飛機(jī)可以分為只在地面機(jī)場(chǎng)起飛著陸的陸上飛機(jī)和在水面上起飛降落的水上飛機(jī)兩大類(lèi)。 機(jī)場(chǎng)又可分為水泥跑道、土跑道，水泥跑道又可分為一級(jí)跑道

25、或二級(jí)跑道。 著陸場(chǎng)所、條件的不同會(huì)使結(jié)構(gòu)受載和對(duì)起落裝置的要求不同。維修條件和使用條件 飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用時(shí)的維修條件，包括維修周期與次數(shù)、維修能力、維修速度要求，以及對(duì)維修場(chǎng)所如在外場(chǎng)維修，還是到場(chǎng)站或基地維修等。 不同類(lèi)型的飛機(jī)、同一類(lèi)型但性能不同的飛機(jī)，其使用條件和維修條件均會(huì)有所不同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前應(yīng)明確。4.結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件 結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件主要指飛機(jī)的產(chǎn)量和工廠的加工能力與裝配能力。 產(chǎn)量不同在選擇結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝方案時(shí)會(huì)有所不同。例如只生產(chǎn)幾件零、構(gòu)件時(shí)，一般不宜采用模鍛件和精密鑄造件；當(dāng)大量生產(chǎn)時(shí)，就可以考慮采用模鍛、精密鑄造等適合于大量生產(chǎn)的工藝方案 加工能力是指飛機(jī)制

26、造工廠所具有的設(shè)備，工藝員和工人的技術(shù)水平與加工經(jīng)驗(yàn)，以及采用新材料新工藝的可能性。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)生產(chǎn)廠的情況很熟悉，這樣才能設(shè)計(jì)出具有良好工藝性的結(jié)構(gòu)。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要指機(jī)翼、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要指機(jī)翼、尾翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和起落尾翼、機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和起落架等機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱系統(tǒng)架等機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程大致有設(shè)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程大致有以下各個(gè)典型階段：以下各個(gè)典型階段： (1) 了解結(jié)構(gòu)的使用條件、生產(chǎn)條件，以及了解結(jié)構(gòu)的使用條件、生產(chǎn)條件，以及總體設(shè)計(jì)已基本確定的結(jié)構(gòu)外形尺寸、主要部件總體設(shè)計(jì)已基本確定的結(jié)構(gòu)外形尺寸、主

27、要部件初步確定的結(jié)構(gòu)型式和各種協(xié)調(diào)關(guān)系。初步確定的結(jié)構(gòu)型式和各種協(xié)調(diào)關(guān)系。 (2) 通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)。確定外載荷的大小、通過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)。確定外載荷的大小、分布、性質(zhì)。分布、性質(zhì)。 (3) 進(jìn)行部件的打樣設(shè)計(jì)。確定結(jié)構(gòu)布局的進(jìn)行部件的打樣設(shè)計(jì)。確定結(jié)構(gòu)布局的可能方案可能方案(包括結(jié)構(gòu)型式和受力構(gòu)件布置包括結(jié)構(gòu)型式和受力構(gòu)件布置)進(jìn)行比進(jìn)行比較，選定后初步確定內(nèi)部協(xié)調(diào)與裝配關(guān)系。較，選定后初步確定內(nèi)部協(xié)調(diào)與裝配關(guān)系。 (4) 進(jìn)行初步估算，或結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，或參考原進(jìn)行初步估算，或結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，或參考原準(zhǔn)機(jī)，或根據(jù)以上的綜合，初步定出各結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)機(jī)，或根據(jù)以上的綜合，初步定出各結(jié)構(gòu)的基本尺寸；然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化

28、設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案的進(jìn)本尺寸；然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案的進(jìn)一步比較，最后確定結(jié)構(gòu)的基本尺寸。一步比較，最后確定結(jié)構(gòu)的基本尺寸。 (5) 畫(huà)出結(jié)構(gòu)詳細(xì)打樣圖，并進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。畫(huà)出結(jié)構(gòu)詳細(xì)打樣圖，并進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。 (6) 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)關(guān)鍵件進(jìn)行初對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)關(guān)鍵件進(jìn)行初步的疲勞、耐久性和損傷容限分析。在計(jì)算分析步的疲勞、耐久性和損傷容限分析。在計(jì)算分析過(guò)程中，若有必要須進(jìn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)研制試驗(yàn)過(guò)程中，若有必要須進(jìn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)研制試驗(yàn)(詳詳見(jiàn)見(jiàn)6.7節(jié)節(jié))。若分析結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，則修改。若分析結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，則修改設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 (7) 進(jìn)行零構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制全套生

29、產(chǎn)進(jìn)行零構(gòu)件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制全套生產(chǎn)圖紙和編制相應(yīng)的技術(shù)文件。圖紙和編制相應(yīng)的技術(shù)文件。 (8) 根據(jù)設(shè)計(jì)之初所選定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，根據(jù)設(shè)計(jì)之初所選定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，進(jìn)行全機(jī)疲勞壽命和損傷容限分析；或者進(jìn)行損進(jìn)行全機(jī)疲勞壽命和損傷容限分析；或者進(jìn)行損傷容限、耐久性分析，并確定全機(jī)的經(jīng)濟(jì)壽命。傷容限、耐久性分析，并確定全機(jī)的經(jīng)濟(jì)壽命。進(jìn)行可靠性分析，給出結(jié)構(gòu)使用壽命和檢查周期。進(jìn)行可靠性分析，給出結(jié)構(gòu)使用壽命和檢查周期。 (9) 根據(jù)全機(jī)靜力、疲勞根據(jù)全機(jī)靜力、疲勞(或耐久性或耐久性)和損傷容和損傷容限試驗(yàn)及試制、試飛中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)設(shè)計(jì)作必要限試驗(yàn)及試制、試飛中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)設(shè)計(jì)作必要的修改。的修

30、改。關(guān)于上述(3)(7)中打樣設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容將在第五章中詳述。1.3 1.3 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和綜合設(shè)計(jì)思想和綜合設(shè)計(jì)思想一、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求一、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求 1空氣動(dòng)力要求和設(shè)計(jì)一體化的要求空氣動(dòng)力要求和設(shè)計(jì)一體化的要求 2結(jié)構(gòu)完整性及最小重量要求結(jié)構(gòu)完整性及最小重量要求 3使用維修要求使用維修要求 4工藝要求工藝要求 5經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求 結(jié)構(gòu)完整性結(jié)構(gòu)完整性是指關(guān)系到飛機(jī)安全使用、使用費(fèi)用和功能的機(jī)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、損傷容限及耐久性(或疲勞安全壽命)等飛機(jī)所要求的結(jié)構(gòu)特性的總稱(chēng)。 全壽命周期費(fèi)用全壽命周期費(fèi)用(LCC) (也稱(chēng)全壽

31、命成本) 主要是指飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)、方案論證、全面研制、生產(chǎn)、使用與保障五個(gè)階段直到退役或報(bào)廢期間所付出的一切費(fèi)用之和?？諝鈩?dòng)力要求和設(shè)計(jì)一體化的要求空氣動(dòng)力要求和設(shè)計(jì)一體化的要求： 當(dāng)結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)外形有關(guān)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)當(dāng)結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)外形有關(guān)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證構(gòu)造外形滿足總體設(shè)計(jì)規(guī)定的計(jì)應(yīng)保證構(gòu)造外形滿足總體設(shè)計(jì)規(guī)定的外形準(zhǔn)確度；不容許機(jī)翼、尾翼與機(jī)身外形準(zhǔn)確度；不容許機(jī)翼、尾翼與機(jī)身結(jié)構(gòu)有過(guò)大變形，以保證飛機(jī)具有良好結(jié)構(gòu)有過(guò)大變形，以保證飛機(jī)具有良好的氣動(dòng)升力和阻力特性，以及具有良好的氣動(dòng)升力和阻力特性，以及具有良好的穩(wěn)定性和操縱性。隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)向綜的穩(wěn)定性和操縱性。隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)向綜合性和一體化發(fā)展，

32、對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了合性和一體化發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求。新的要求。如F-117A因隱形要求，其機(jī)翼下表面與機(jī)身上表面均為許多小平面構(gòu)成的三棱錐面。并采用了不設(shè)任何外掛架的埋入式布局，提出了隱身-結(jié)構(gòu)一體化的要求。蘇30MK所采取的翼-身融合技術(shù)，要求機(jī)翼、機(jī)身圓滑過(guò)渡融合為一體，并要求機(jī)身沿軸向的形狀符合面積律規(guī)律，大大改善了飛機(jī)的氣動(dòng)性能，但增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。飛機(jī)-發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)，對(duì)既是機(jī)體結(jié)構(gòu)一部分，又是推進(jìn)系統(tǒng)組成部分的進(jìn)氣道、噴管，強(qiáng)調(diào)其形狀、結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配設(shè)計(jì)，用以?xún)?yōu)化控制飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間氣動(dòng)性能的相互影響。還有飛控-火控-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)等發(fā)展趨勢(shì)使飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足氣動(dòng)

33、和飛機(jī)性能等要求方面增加了新的內(nèi)容和難度。 對(duì)于不要求按損傷容限、對(duì)于不要求按損傷容限、耐久性設(shè)計(jì)的飛機(jī)可簡(jiǎn)化為強(qiáng)耐久性設(shè)計(jì)的飛機(jī)可簡(jiǎn)化為強(qiáng)度度(與剛度與剛度)及重量要求。及重量要求。 現(xiàn)代軍機(jī)和旅客機(jī)的新機(jī)現(xiàn)代軍機(jī)和旅客機(jī)的新機(jī)設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定都必須按設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定都必須按損傷損傷容限耐久性容限耐久性或按或按損傷容限損傷容限疲勞安全壽命疲勞安全壽命設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 結(jié)構(gòu)完整性及最小重量要求就是指結(jié)構(gòu)完整性及最小重量要求就是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在承受各種規(guī)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在承受各種規(guī)定的載荷和環(huán)境條件下，具有足夠的強(qiáng)度，載荷和環(huán)境條件下，具有足夠的強(qiáng)度，不產(chǎn)生不能容許的殘余變形；具有足夠不產(chǎn)生

34、不能容許的殘余變形；具有足夠的剛度，或采取其他措施以避免出現(xiàn)不的剛度，或采取其他措施以避免出現(xiàn)不能容許的氣動(dòng)彈性問(wèn)題與振動(dòng)問(wèn)題；具能容許的氣動(dòng)彈性問(wèn)題與振動(dòng)問(wèn)題；具有足夠的壽命和損傷容限，以及高的可有足夠的壽命和損傷容限，以及高的可靠性。在保證上述條件得到滿足的前提靠性。在保證上述條件得到滿足的前提下，使結(jié)構(gòu)的重量盡可能輕，因此也可下，使結(jié)構(gòu)的重量盡可能輕，因此也可簡(jiǎn)稱(chēng)為簡(jiǎn)稱(chēng)為最小重量要求最小重量要求。3使用維修要求 飛機(jī)的各部分(包括主要結(jié)構(gòu)和裝在飛機(jī)內(nèi)的電子設(shè)備、燃油系統(tǒng)等各個(gè)重要設(shè)備、系統(tǒng))，須分別按規(guī)定的周期進(jìn)行檢查、維護(hù)和修理。良好的維修性可以提高飛機(jī)在使用中的安全可靠性和保障性，并

35、可以有效地降低保障、使用成本。對(duì)軍用飛機(jī)，盡量縮短飛機(jī)每飛行小時(shí)的維修時(shí)間和再次出動(dòng)的準(zhǔn)備時(shí)間，還可保證飛機(jī)及時(shí)處于臨戰(zhàn)狀態(tài)，提高戰(zhàn)備完好性。 為了使飛機(jī)有良好的維修性，在結(jié)構(gòu)上需要布置合理的分離面與各種艙口，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部安排必要的檢查、維修通道，增加結(jié)構(gòu)的開(kāi)敞性和可達(dá)性。4 4工藝要求工藝要求 要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)有良好的要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)有良好的工藝性，便于加工、裝配。工藝性，便于加工、裝配。這些須結(jié)合產(chǎn)品的產(chǎn)量、機(jī)這些須結(jié)合產(chǎn)品的產(chǎn)量、機(jī)種、需要的迫切性與加工條種、需要的迫切性與加工條件等綜合考慮。對(duì)于復(fù)合材件等綜合考慮。對(duì)于復(fù)合材料等新材料，還應(yīng)對(duì)材料、料等新材料，還應(yīng)對(duì)材料、結(jié)構(gòu)的制作和結(jié)構(gòu)修理的工

36、結(jié)構(gòu)的制作和結(jié)構(gòu)修理的工藝性予以重視。藝性予以重視。 5 5經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求 近年來(lái)提出了全壽命周期費(fèi)用近年來(lái)提出了全壽命周期費(fèi)用(LCC)(LCC)概念概念( (也稱(chēng)全壽命成本也稱(chēng)全壽命成本) )。全壽。全壽命周期費(fèi)用包括飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)、命周期費(fèi)用包括飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)、方案論證、全面研制、生產(chǎn)、使用方案論證、全面研制、生產(chǎn)、使用與保障五個(gè)階段直到退役或報(bào)廢期與保障五個(gè)階段直到退役或報(bào)廢期間所付出的一切費(fèi)用。其中生產(chǎn)費(fèi)間所付出的一切費(fèi)用。其中生產(chǎn)費(fèi)用與使用、保障費(fèi)用約占全壽命周用與使用、保障費(fèi)用約占全壽命周期費(fèi)用的期費(fèi)用的8585左右左右( (見(jiàn)圖見(jiàn)圖1.11)1.11)。而。而減少生產(chǎn)費(fèi)用

37、最根本的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少生產(chǎn)費(fèi)用最根本的是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；影響使用和保障費(fèi)用的的合理性；影響使用和保障費(fèi)用的關(guān)鍵則是可靠性和可維護(hù)性，也與關(guān)鍵則是可靠性和可維護(hù)性，也與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接有關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接有關(guān)。二、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的演變 為了更好地理解上述的結(jié)構(gòu)完整性為了更好地理解上述的結(jié)構(gòu)完整性-重量要重量要求，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為保證飛機(jī)安全性而遵循求，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為保證飛機(jī)安全性而遵循的設(shè)計(jì)思想的發(fā)展變化作一些介紹。的設(shè)計(jì)思想的發(fā)展變化作一些介紹。 飛機(jī)的設(shè)計(jì)思想來(lái)源于飛機(jī)的使用實(shí)踐，飛機(jī)的設(shè)計(jì)思想來(lái)源于飛機(jī)的使用實(shí)踐，對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)不斷提出的更高、更新的要求促使對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)不斷提出的更高、更新的要求

38、促使飛機(jī)設(shè)計(jì)思想不斷地發(fā)展和演變，這是飛機(jī)發(fā)飛機(jī)設(shè)計(jì)思想不斷地發(fā)展和演變，這是飛機(jī)發(fā)展史展史 上的一大特點(diǎn)。上的一大特點(diǎn)。 這種演變，對(duì)軍用機(jī)而言，主要取決于飛這種演變，對(duì)軍用機(jī)而言，主要取決于飛機(jī)的作戰(zhàn)性能、生存力、生產(chǎn)成本和使用消耗機(jī)的作戰(zhàn)性能、生存力、生產(chǎn)成本和使用消耗等全壽命成本的要求；對(duì)民機(jī)而言，特別重要等全壽命成本的要求；對(duì)民機(jī)而言，特別重要的是安全性和經(jīng)濟(jì)性。的是安全性和經(jīng)濟(jì)性。飛機(jī)設(shè)計(jì)思想的發(fā)展過(guò)程大致可劃分為五個(gè)階段duedPPfPP d第二章第二章 飛機(jī)的外載荷飛機(jī)的外載荷 與設(shè)計(jì)規(guī)范與設(shè)計(jì)規(guī)范 飛機(jī)的外載荷飛機(jī)的外載荷是指飛機(jī)在起飛、是指飛機(jī)在起飛、飛行、著陸和地面滑行等

39、使用過(guò)程飛行、著陸和地面滑行等使用過(guò)程中，作用在機(jī)體各部分上的氣動(dòng)力、中，作用在機(jī)體各部分上的氣動(dòng)力、重力和地面反力等外力的總稱(chēng)。重力和地面反力等外力的總稱(chēng)。 外載荷的大小取決于飛機(jī)的重外載荷的大小取決于飛機(jī)的重量、飛行性能、外形的氣動(dòng)力特性、量、飛行性能、外形的氣動(dòng)力特性、起落架的減振特性以及使用情況等起落架的減振特性以及使用情況等許多因素。許多因素。 在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選定各結(jié)構(gòu)件的剖面尺寸時(shí)，必須先確定它所承受的載荷，而結(jié)構(gòu)件載荷要由設(shè)計(jì)情況的飛機(jī)外載荷來(lái)決定，因此，飛機(jī)的外載荷及強(qiáng)度規(guī)范是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。 飛機(jī)的外載荷按使用情況飛機(jī)的外載荷按使用情況不同，分為不同，分為兩

40、類(lèi)兩類(lèi)：(1)(1)飛行時(shí)的外載荷。飛行時(shí)的外載荷。(2)(2)起飛、著陸時(shí)的外載荷。起飛、著陸時(shí)的外載荷。 飛機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范包括飛機(jī)強(qiáng)飛機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范包括飛機(jī)強(qiáng)度、剛度和適航性規(guī)范等，它們度、剛度和適航性規(guī)范等，它們是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、驗(yàn)收、使用和維修的通用性指令驗(yàn)收、使用和維修的通用性指令性文件。性文件。2 21 1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要載荷飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要載荷 飛機(jī)在飛行過(guò)程中，外界作用飛機(jī)在飛行過(guò)程中，外界作用于飛機(jī)的載荷主要有：升力于飛機(jī)的載荷主要有：升力Y、阻、阻力力X、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、發(fā)動(dòng)機(jī)推力T及飛機(jī)重力及飛機(jī)重力G。 圖圖2.1 飛機(jī)的基本載荷飛機(jī)的基本載

41、荷 (a)空中飛行情況空中飛行情況飛機(jī)在起飛著陸及在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，除飛飛機(jī)在起飛著陸及在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，除飛機(jī)重力機(jī)重力G外，還有地面作用在前、主起外，還有地面作用在前、主起落架上的地面支反力落架上的地面支反力Pn,Pm和摩擦力和摩擦力Pf 圖圖2.1 飛機(jī)的基本載荷飛機(jī)的基本載荷 (b)地面運(yùn)動(dòng)情況地面運(yùn)動(dòng)情況 通常，將質(zhì)量乘以加速度的通常，將質(zhì)量乘以加速度的負(fù)值稱(chēng)為慣性力。即慣性力在數(shù)負(fù)值稱(chēng)為慣性力。即慣性力在數(shù)值上等于質(zhì)量乘以加速度，方向值上等于質(zhì)量乘以加速度，方向與加速度方向相反。在圖與加速度方向相反。在圖21中中加上慣性力加上慣性力Nx，Ny是具有加速度是具有加速度飛機(jī)的動(dòng)平衡表達(dá)形式，飛

42、機(jī)的動(dòng)平衡表達(dá)形式， 飛機(jī)重力飛機(jī)重力G(mg)和慣性力和慣性力N(-ma)均與飛機(jī)本身質(zhì)量均與飛機(jī)本身質(zhì)量m有關(guān)，故統(tǒng)稱(chēng)之為有關(guān)，故統(tǒng)稱(chēng)之為質(zhì)量力質(zhì)量力zztwytwxIdcYcYmaGYYmaXT飛機(jī)在空中飛行時(shí)的受載情況可簡(jiǎn)化成上圖。此時(shí)飛機(jī)既有平移運(yùn)動(dòng)，還可能有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定理： 機(jī)體坐標(biāo)系機(jī)體坐標(biāo)系：即原點(diǎn)O在飛機(jī)重心；縱軸Ox平行于機(jī)身軸線，指向前；豎軸Oy在飛機(jī)對(duì)稱(chēng)平面內(nèi)，垂直于Ox軸，指向上(當(dāng)飛機(jī)處于正常平飛姿態(tài)時(shí))：橫軸Oz垂直于飛機(jī)對(duì)稱(chēng)平面，由右手系規(guī)定。幾種典型情況幾種典型情況一、等速直線平飛時(shí)的受載情況一、等速直線平飛時(shí)的受載情況飛機(jī)作水平等速直線飛行時(shí)，它所

43、受的力有：升力Y、重力G、阻力X和發(fā)動(dòng)機(jī)推力T。GYXT飛機(jī)在這種飛行情況下，所受載荷處于靜平衡狀態(tài)，因此飛機(jī)無(wú)任何方向的加速度人坐在飛機(jī)里，如不看窗外景物的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就感覺(jué)不出在飛行。這種情況的外載特點(diǎn)外載特點(diǎn)是：作用在飛機(jī)上的升力等于飛機(jī)的重力(YG=1)，推力等于阻力(T=X)。飛機(jī)上飛機(jī)上的各種裝載、設(shè)備作用在它們連接接頭的各種裝載、設(shè)備作用在它們連接接頭處的力與飛機(jī)靜止時(shí)的情況相同處的力與飛機(jī)靜止時(shí)的情況相同。二、俯沖后拉起時(shí)的受載情況二、俯沖后拉起時(shí)的受載情況 這是一種常見(jiàn)的在垂直平面內(nèi)作曲線機(jī)動(dòng)飛行的情況(見(jiàn)圖)。此時(shí)，作用在飛機(jī)上的外載荷有Y，T，X，G，此外由于有曲線運(yùn)動(dòng)的向

44、心加速度作用，產(chǎn)生了離心慣性力。grvGYgrvGYrvgGGY2221coscos(2.6)(2.7) 由此可見(jiàn)，在俯沖拉起過(guò)程中，飛機(jī)所需的升力不等于重力，而是等于重力乘以一個(gè)系數(shù)，這個(gè)系數(shù)就是該升力與重力之比(它與飛機(jī)的飛行狀態(tài)參數(shù)有關(guān))，稱(chēng)之為載荷系數(shù)(即過(guò)載系數(shù)，或簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)載)。 飛行中，升力經(jīng)常在變化著，在俯沖拉起時(shí)，升力可能大大超過(guò)飛機(jī)的重量。飛機(jī)的機(jī)動(dòng)動(dòng)作越劇烈，升力大于重力必定越多，飛機(jī)受力越嚴(yán)重。2 22 2 典型飛行姿態(tài)和載荷系數(shù)典型飛行姿態(tài)和載荷系數(shù)一、載荷系數(shù)一、載荷系數(shù)(過(guò)載系數(shù)過(guò)載系數(shù))的概念的概念1 1、載荷系數(shù)載荷系數(shù)的定義的定義除重力外，作用在飛機(jī)上的某方向上

45、所除重力外，作用在飛機(jī)上的某方向上所有外力之合力與當(dāng)時(shí)飛機(jī)重量之比值，有外力之合力與當(dāng)時(shí)飛機(jī)重量之比值，叫載荷系數(shù)。叫載荷系數(shù)。 在平直飛行情況下，飛機(jī)的升力只要求與重力相等。即Y=G，此時(shí)ny=Y/G=1 若飛機(jī)作等速平直倒飛，則ny = -1(因此升力方向與y軸的正方向相反)。 在曲線飛行時(shí)，如俯沖拉起情況下。升力大于飛機(jī)重力的徑向分力G cos，這兩個(gè)力之差使飛機(jī)產(chǎn)生向心加速度，飛行軌跡便向上彎曲。此時(shí)， 當(dāng)以大速度小半徑猛烈拉起時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生很大的正ny。ny越大，表示升力比飛機(jī)重量大得越多，飛機(jī)受力越嚴(yán)重。grvGYny2cos當(dāng)然，在飛機(jī)的x方向上，也會(huì)出現(xiàn)與切線加速度相關(guān)的慣性力N

46、x，即dxdvgGmaNdxdvaxxx,按照定義，在俯沖、拉起等各種飛行情況下，x方向的載荷系數(shù)應(yīng)為：除去重力外的x方向的所有外力(沿x方向分量)與重力之比，即GXTnxxmaXGTsinsin1xxagn(2.8)(2.9)(2.10) 由于由于ax一般較小一般較小(式式(28)對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)俯沖拉起飛行中又有加力的情況俯沖拉起飛行中又有加力的情況)，而飛機(jī)結(jié)構(gòu)在而飛機(jī)結(jié)構(gòu)在x方向的強(qiáng)度、剛度方向的強(qiáng)度、剛度較好，故除特殊情況較好，故除特殊情況(如著陸剎車(chē)、如著陸剎車(chē)、前方撞擊等前方撞擊等)外，外，nx常不予考慮。常不予考慮。平直等速飛行時(shí)，平直等速飛行時(shí)，T=X，nx=0：另：另外，外，z向的

47、過(guò)載一般也較小，因而向的過(guò)載一般也較小，因而我們重點(diǎn)討論我們重點(diǎn)討論y向過(guò)載。向過(guò)載。 例2.1 如圖2.3所示，飛機(jī)俯沖后沿圓弧線拉起。求：(1)當(dāng)已知v =1 000 kmh，r =1000m，=45，30，0時(shí)的ny各為多少?(2)若限制nymax2)，應(yīng)考慮氣動(dòng)加熱影響。此時(shí)由于氣流與飛機(jī)表面劇烈摩擦，產(chǎn)生高溫并傳給飛機(jī)各部分，因而產(chǎn)生了熱載荷。 設(shè)飛機(jī)表面上駐點(diǎn)的絕對(duì)溫度為T(mén)(K)，則 T = TH (1 + 0.2 Ma2) (228)式中 TH 飛行高度H上的大氣絕對(duì)溫度(K)； Ma 飛機(jī)的飛行馬赫數(shù)。 由圖可看出，隨著Ma數(shù)的增大，T將急劇增高。圖2.22 駐點(diǎn)溫度TMa曲線

48、(4)(4)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)。獲取環(huán)境數(shù)據(jù)。 獲取環(huán)境數(shù)據(jù)是編制飛行使用環(huán)境譜最重要的環(huán)節(jié)之一?？赏ㄟ^(guò)三種方法得到： (a)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和其他有關(guān)資料； (b)調(diào)研和統(tǒng)計(jì)分析； (c)飛行實(shí)測(cè)和其他試驗(yàn)。(5)(5)編制各類(lèi)環(huán)境譜編制各類(lèi)環(huán)境譜 當(dāng)確定了環(huán)境種類(lèi)、飛機(jī)典型任務(wù)剖面和環(huán)境區(qū)、以及各種環(huán)境的使用數(shù)據(jù)后，就可以根據(jù)實(shí)際的需要編制各種不同的環(huán)境譜。2.4 飛機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范和民用航空條例的適航標(biāo)準(zhǔn) 第一章1.3所講的飛機(jī)設(shè)計(jì)要求，是開(kāi)展飛機(jī)設(shè)計(jì)工作的前提和最根本的依據(jù)。除此之外，飛機(jī)設(shè)計(jì)工作還必須嚴(yán)格遵守有關(guān)的飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和適航性條例的各種規(guī)定。一、規(guī)范的形成與演變 飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和適航性條例是在

49、飛機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中逐步形成的，最初并沒(méi)有什么規(guī)范和條例，飛機(jī)設(shè)計(jì)工作具有一定的盲目性，設(shè)計(jì)出來(lái)的飛機(jī)時(shí)有毀壞，不得不在飛機(jī)強(qiáng)度方面做出某些限制和規(guī)定，于是首先出現(xiàn)了強(qiáng)度計(jì)算手冊(cè)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)指南和強(qiáng)度規(guī)范等指令性文件，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)不致毀壞。但是，僅有強(qiáng)度規(guī)范還不能保證不發(fā)生飛行事故，于是需要更全面地考慮如何保證所設(shè)計(jì)飛機(jī)的飛行使用過(guò)程中的安全性。經(jīng)多年努力，規(guī)范隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)思想的不斷發(fā)展而演變成目前對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)和研制給出全面要求的指令性技術(shù)文件，這種技術(shù)文件通常是由國(guó)家最權(quán)威的部門(mén)制定和頒發(fā)的。由于目前設(shè)計(jì)機(jī)種的用途和設(shè)計(jì)要求的多樣化，一些規(guī)范較多地屬于指導(dǎo)性文件。 軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度

50、設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)、安全壽命加損傷容限設(shè)計(jì)以及耐久性加損傷容限設(shè)計(jì)這樣幾個(gè)發(fā)展階段。與這些設(shè)計(jì)思想相對(duì)應(yīng)，美國(guó)軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范產(chǎn)生了近10個(gè)版本。這些規(guī)范版本的發(fā)布時(shí)間、制訂部門(mén)以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)思想等如表2.3所示。 規(guī)范版本 制訂部門(mén)發(fā)布時(shí)間是否批準(zhǔn)相應(yīng)的設(shè)計(jì)思想R一1803系列空 軍194781是靜強(qiáng)度MIL-S-5700系列 有人駕駛飛機(jī)的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則空 軍1954.12.14是靜強(qiáng)度MIL-A-8860系列 飛機(jī)強(qiáng)度和剛度 海 軍1960518是靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度MIL-A-008860A系列飛機(jī)強(qiáng)度和剛度加損傷容限 空 軍1971331否靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、安全壽命 MIL-A-83444

51、飛機(jī)損傷容限要求空 軍197472是損傷容限 MIL-A-008866B飛機(jī)強(qiáng)度和剛度、可靠性要求、重復(fù)載荷和疲勞空 軍1975822否耐久性MILSTD一1530A 飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱飛機(jī)要求空 軍1975.12是(靜)強(qiáng)度、剛度、耐久性、損傷容限 MIL-A-87221 飛機(jī)結(jié)構(gòu)通用規(guī)范空 軍1985228是強(qiáng)調(diào)耐久性和損傷容限的結(jié)構(gòu)完整性 MIL-A-8860B系列 飛機(jī)強(qiáng)度和剛度海 軍1987520是靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度、疲勞加損傷容限 表23 美國(guó)軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范的演變 我國(guó)在積累了多年飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛行使用的經(jīng)驗(yàn)和許多科學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，已經(jīng)由有關(guān)部門(mén)陸續(xù)擬定出了一些這方面的技術(shù)文件，可供飛機(jī)

52、設(shè)計(jì)使用。例如，由原航空工業(yè)部頒發(fā)出版的軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范、軍用飛機(jī)疲勞、損傷容限、耐久性設(shè)計(jì)手冊(cè)、飛機(jī)設(shè)計(jì)員手冊(cè)、航空氣動(dòng)力手冊(cè)以及民航總局頒發(fā)的民用飛機(jī)適航性條例等等。當(dāng)然，我國(guó)在這方面的工作還不夠完善，隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，以及飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛行使用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，飛機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范和適航性條例也在隨之變化和發(fā)展。2蒙皮、腹板類(lèi)構(gòu)件 的穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 蒙皮或腹板同屬薄板構(gòu)件，在壓載荷或剪切載荷作用下常發(fā)生皺折型失穩(wěn)現(xiàn)象。由于它們?cè)陲w機(jī)結(jié)構(gòu)中的不同部位使用，設(shè)計(jì)上對(duì)它們的使用要求也不相同。針對(duì)這兩類(lèi)薄板常見(jiàn)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法，以下分別作一簡(jiǎn)單介紹。(1) 蒙皮與長(zhǎng)桁、翼梁緣條連接在一起，構(gòu)成了加勁式

53、薄壁結(jié)構(gòu)，通常稱(chēng)為加勁壁板加勁壁板，同時(shí)在機(jī)翼上翼肋向加勁壁板提供了橫向支持。這類(lèi)加勁壁板在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中是復(fù)雜的，不僅要考慮蒙皮的失穩(wěn)，而且同時(shí)又要考慮加勁桁條的失穩(wěn)臨界載荷；更重要的是這兩類(lèi)構(gòu)件組合在一起，特別當(dāng)元件的設(shè)計(jì)尺寸不同時(shí)，失穩(wěn)現(xiàn)象是多種多樣的，相互間有著復(fù)雜的耦合作用。 當(dāng)蒙皮較薄、桁條斷面尺寸較大時(shí)，失穩(wěn)現(xiàn)象較易確定，這類(lèi)壁板通常稱(chēng)為經(jīng)典型加勁壁板經(jīng)典型加勁壁板。當(dāng)壓載荷逐漸增大時(shí)，兩桁條間中間位置的蒙皮先發(fā)生失穩(wěn)，并逐步向桁條位置延續(xù)，最后使得桁條與蒙皮全部發(fā)生失穩(wěn)，因此會(huì)發(fā)生如圖4.2所示的內(nèi)應(yīng)力曲線。圖4.2 經(jīng)典加勁壁板(a) 桁條間蒙皮上的應(yīng)力分布；stcrstcrs

54、kcrcstcrcskcrkEbcbbkE,., 22(4.5)式中 k 板的支持系數(shù)； 蒙皮厚度； b 長(zhǎng)桁間距；下標(biāo)sk表示蒙皮，st表示長(zhǎng)桁。 當(dāng)蒙皮較厚。即蒙皮占總壁板面積的比例較大時(shí)，蒙皮和長(zhǎng)桁的失穩(wěn)臨界應(yīng)力接近，其典型形式如圖43所示，這類(lèi)壁板有多種破壞形式：(1)兩個(gè)長(zhǎng)桁之間的蒙皮失穩(wěn)，同時(shí)引起長(zhǎng)桁變形，使結(jié)構(gòu)扭曲并產(chǎn)生嚴(yán)重的局部變形(圖43(a)。 (2)個(gè)別長(zhǎng)桁在兩個(gè)翼肋之間出現(xiàn)局部失穩(wěn)。 (3)個(gè)別長(zhǎng)桁在兩個(gè)翼肋之間出現(xiàn)總體失穩(wěn)。但對(duì)帶Z形剖面長(zhǎng)桁的壁板，一般說(shuō)長(zhǎng)桁不會(huì)產(chǎn)生單純的彎曲不穩(wěn)定，而可能帶有一定程度的扭轉(zhuǎn)屈曲(圖43(b)。 (4)長(zhǎng)桁和蒙皮一起出現(xiàn)總體失穩(wěn)，也稱(chēng)

55、寬柱失穩(wěn)(圖43(c)。 (5)兩個(gè)鉚釘間的長(zhǎng)桁或蒙皮失穩(wěn)(圖43(d)，(c)。 圖43(d)圖43(e)這類(lèi)壁板因要考慮許多方面的參數(shù)和各種不同的失穩(wěn)形式，故確定壁板的極限應(yīng)力和最有效地確定其結(jié)構(gòu)尺寸比較困難。設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際上不能只依靠理論來(lái)解決，經(jīng)常使用的還是試驗(yàn)數(shù)據(jù)和由此定出的設(shè)計(jì)圖表。對(duì)這類(lèi)壁板只有當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)才認(rèn)為是臨界設(shè)計(jì)狀態(tài)，故若在達(dá)到設(shè)計(jì)載荷之前出現(xiàn)蒙皮失穩(wěn)現(xiàn)象是正常的。若長(zhǎng)桁出現(xiàn)失穩(wěn)，則一般作為臨界設(shè)計(jì)狀態(tài)處理。寬柱失穩(wěn)的臨界應(yīng)力一般與長(zhǎng)桁失穩(wěn)應(yīng)力相等或略高，通?？刹槐亓碜饔?jì)算。圖 42經(jīng)典加勁壁板(b) K6a關(guān)系曲線 b圖46 機(jī)翼扭轉(zhuǎn)擴(kuò)大示意圖圖4.7 前、后掠機(jī)翼，

56、彎曲引起順氣流剖面向不同方面偏轉(zhuǎn) (a)由于后掠引起的附加負(fù)迎角b； (b)由于前掠引起的附加正迎角f(a)(b)圖4.8 剛心前移的TY2機(jī)翼2副翼反效 副翼和舵面都有操縱反效的問(wèn)題現(xiàn)舉副翼為例加以闡明。 當(dāng)為了使某側(cè)機(jī)翼產(chǎn)生附加升力而使副翼下偏 角時(shí)，若機(jī)翼為絕對(duì)剛硬絕對(duì)剛硬，則由于副翼下偏所影響的單位寬度機(jī)翼翼段將增加升力Ya。但實(shí)際上機(jī)翼僅有有限的剛度有限的剛度，機(jī)翼剛心又遠(yuǎn)在Ya合力作用點(diǎn)之前，故由Ya引起的的力矩Ma=Yada，將使該翼段產(chǎn)生前緣向下的扭轉(zhuǎn)變形。這相當(dāng)于減少翼段迎角，將使升力減少Yk，若若Yk Ya，則操縱副翼下偏時(shí)，反而引，則操縱副翼下偏時(shí)，反而引起向下的負(fù)升力，

57、即操縱反效了起向下的負(fù)升力，即操縱反效了(圖圖)。實(shí)際。實(shí)際飛機(jī)當(dāng)然不但不應(yīng)操縱反效，而應(yīng)保持有飛機(jī)當(dāng)然不但不應(yīng)操縱反效，而應(yīng)保持有一定效率的正常操縱。由于我們可近似認(rèn)一定效率的正常操縱。由于我們可近似認(rèn)為所需的操縱力不隨飛行速度而變。而為所需的操縱力不隨飛行速度而變。而Yk卻大致與飛行速度的二次方成正比，因此卻大致與飛行速度的二次方成正比，因此有一副翼反效的臨界飛行速度有一副翼反效的臨界飛行速度va。 副翼反效在大展弦比后掠機(jī)翼副翼反效在大展弦比后掠機(jī)翼上較嚴(yán)重上較嚴(yán)重 這是因?yàn)檎瓜冶扔?，?duì)剛度這是因?yàn)檎瓜冶扔?，?duì)剛度愈不利；而后掠翼彎曲引起順氣流愈不利；而后掠翼彎曲引起順氣流翼剖面的附

58、加扭角，也產(chǎn)生不利于翼剖面的附加扭角，也產(chǎn)生不利于操縱的附加氣動(dòng)力。操縱的附加氣動(dòng)力。 此時(shí)可在高速時(shí)改用內(nèi)副翼或此時(shí)可在高速時(shí)改用內(nèi)副翼或擾流片；也可增加機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)剛度擾流片；也可增加機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，當(dāng)然主要還是扭轉(zhuǎn)剛和彎曲剛度，當(dāng)然主要還是扭轉(zhuǎn)剛度。度。三角機(jī)翼由于翼尖部分機(jī)翼剖面尺寸特別小，故需特別注意翼尖部分的扭轉(zhuǎn)剛度。因此三角機(jī)翼在翼尖處都是截頭的，即翼尖并非真正尖的，而是截去一塊；副翼也不一直伸到翼尖，而是往內(nèi)移一些(圖410)。圖410 三角機(jī)翼的副翼布置(a) 不利的布置(b) 有利的布置3顫振 顫振是氣動(dòng)翼面的一種自激振動(dòng)。由有關(guān)顫振是氣動(dòng)翼面的一種自激振動(dòng)。由有關(guān)

59、部件的部件的氣動(dòng)力、慣性力和彈性特性氣動(dòng)力、慣性力和彈性特性的綜合作用的綜合作用所引起。所引起。 當(dāng)飛機(jī)速度當(dāng)飛機(jī)速度v vcr時(shí)，大多數(shù)情況下，振動(dòng)將發(fā)散，并導(dǎo)致時(shí)，大多數(shù)情況下，振動(dòng)將發(fā)散，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)快速出現(xiàn)損傷或破壞。結(jié)構(gòu)快速出現(xiàn)損傷或破壞。 由于顫振須考慮振動(dòng)變形引起的加速度及由于顫振須考慮振動(dòng)變形引起的加速度及結(jié)構(gòu)相應(yīng)的慣性力結(jié)構(gòu)相應(yīng)的慣性力(作用在結(jié)構(gòu)重心上作用在結(jié)構(gòu)重心上)，因此，因此結(jié)構(gòu)各剖面的重心位置在顫振中有很大影響。結(jié)構(gòu)各剖面的重心位置在顫振中有很大影響。顫振基本上分兩種類(lèi)型： 一為機(jī)翼的彎扭顫振，即由機(jī)翼的彎曲變形與扭轉(zhuǎn)變形交感而產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)散； 二為副翼的彎曲顫振，即由

60、副翼的偏轉(zhuǎn)與機(jī)翼的彎曲變形交感而產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)散。由此可見(jiàn)，舵面等也可發(fā)生顫振。(1) 機(jī)翼彎扭顫振說(shuō)明彎扭顫振的物理概念 翼剖面沒(méi)有受到擾動(dòng)前的位置為2(但剖面應(yīng)沒(méi)有扭轉(zhuǎn))。假設(shè)該剖面受到一擾動(dòng)，使其位置從2位移至0位。 現(xiàn)分析此一擾動(dòng)去掉后，翼剖面在彈性力、慣性力、氣動(dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)情況。 (a) (b)機(jī)翼彎扭顫振示意圖(a)向上運(yùn)動(dòng)；(b)向下運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)瞬間擾動(dòng)一取消，由于機(jī)翼彎曲引起的彈性力當(dāng)瞬間擾動(dòng)一取消，由于機(jī)翼彎曲引起的彈性力將使該剖面向上運(yùn)動(dòng)。將使該剖面向上運(yùn)動(dòng)。彈性力彈性力是始終向著原始平衡位是始終向著原始平衡位置方向的；且偏離距離愈大，彈性力愈大。置方向的；且偏離距離愈大，彈