飛機結構與強度-4.1.4-4.1.7

飛機結構與強度航空學院孫長江教授新舟60飛機

第四章機翼尾翼的結構分析

第四章機翼尾翼的結構分析QnQhMtMhMn機翼在外載荷作用下的承載情況

第四章機翼尾翼的結構分析1.氣動載荷的傳遞機翼在空氣動力載荷作用下的變形

4.2典型受力形式機翼的載荷傳力分析

第四章機翼尾翼的結構分析2.1.4機翼在載荷作用下的承載情況1.氣動載荷的傳遞(1)蒙皮將氣動載荷分別傳給桁條和翼肋機翼在空氣動力載荷作用下的變形海鷗300飛機機翼

第四章機翼尾翼的結構分析1.氣動載荷的傳遞海鷗300飛機機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2典型受力形式機翼的氣動載荷傳力分析(1)蒙皮將氣動載荷分別傳給桁條和翼肋蒙皮——支持在桁條和翼肋上，以壓力和吸力形式直接承受氣動載荷。此時，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮—它也受橫向彎曲)。如果蒙皮受氣動壓力時，則蒙皮直接壓在翼肋和桁條上，并將載荷傳給桁條和翼肋，而鉚釘不受力。

第四章機翼尾翼的結構分析(1)蒙皮將氣動載荷分別傳給桁條和翼肋1－補償片2－梁3－壁板筋條4－整體壁板5－角撐6－翼肋緣條7－翼肋腹板8－對接接頭

第四章機翼尾翼的結構分析(2)桁條將其自身承擔的那部分氣動載荷傳給翼肋作用在桁條上的分布載荷由翼肋提供支反力來平衡。此時，蒙皮上的氣動載荷已全部傳給了翼肋。

第四章機翼尾翼的結構分析(2)桁條將其自身承擔的那部分氣動載荷傳給翼肋在剛心上作用剪力只引起機翼彎曲。剖面的位移產生機翼撓度，但剖面相對剛性軸不轉動，則兩個翼梁的撓度相同，故兩個梁承受剪力按其抗彎剛度成正比例分配。

第四章機翼尾翼的結構分析(3)翼梁將載荷向根部傳遞

第四章機翼尾翼的結構分析(3)翼梁將載荷向根部傳遞

第四章機翼尾翼的結構分析(4)周緣閉室將扭矩以剪流形式向根部傳遞

第四章機翼尾翼的結構分析(4)周緣閉室將扭矩以剪流形式向根部傳遞蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。為使扭矩能以閉環(huán)剪流Δqti的形式沿蒙皮傳遞，必須滿足以下條件：1)蒙皮應是封閉的，周邊不應有開口，切向應力沿閉室周邊傳遞；2)在機翼根部，蒙皮應支持在根部加強肋上，該翼肋能將Mti轉換為力偶Rt；3)在使用載荷作用下，蒙皮不應失穩(wěn)；4)蒙皮應有足夠的厚度，以防止在飛行中由于機翼扭轉變形。

第四章機翼尾翼的結構分析(4)周緣閉室將力矩以剪流形式向根部傳遞加強肋將分散剪流轉變成一對力偶傳給接頭。

第四章機翼尾翼的結構分析2.集中載荷的傳遞機翼結構要承受副翼、襟翼、發(fā)動機、起落架等部件通過固定接頭傳來的集中力，這種集中力都相當大；對于位于翼肋平面內的集中力，需要在集中力作用處布置加強肋并將它轉化成分散力傳給翼梁腹板和蒙皮；在集中力作用下加強肋中有相當大的剪力Q和彎矩M，因此翼肋的腹板和上、下緣條，以及它們與翼梁腹板和蒙皮的連接也很強。

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2典型受力形式機翼的載荷傳力分析2.集中載荷的傳遞加強肋的結構受載和平衡

第四章機翼尾翼的結構分析總體彎矩M是機翼橫剖面上的主要載荷。根據(jù)承受彎矩的結構不同，把機翼分為：梁式機翼（集中式）；整體式機翼（分散式）：單塊式、多腹板式。能承受剖面上總體載荷(剪力、彎矩和扭矩)的機翼構件的總和形成了機翼的基本承力系統(tǒng)。

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析主要特點：蒙皮較薄，長桁較少且弱，有時有縱墻；彎矩主要由翼梁緣條承受；剪力由翼梁腹板承受；扭矩由蒙皮和翼梁腹板形成的閉室承受。梁式機翼：縱向的梁很強（單梁、雙梁、多梁）；

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析單塊式機翼：腹板較弱，且腹板緣條承受彎矩的能力較弱。長桁較多且強；蒙皮較厚；縱梁較弱；有時無縱梁而只有縱墻。多腹板式機翼：有較多的縱向梁和墻（一般多于5個）；厚蒙皮；無長桁；少翼肋，彎矩由緣條和蒙皮共同承受。多用于小展弦比的高速薄翼飛機。整體式機翼：彎矩主要由蒙皮及其加強桁條或波紋形壁板承受。這種機翼的蒙皮較厚、桁條較強，而梁(墻)較弱。

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析這些結構形式在同一機翼上混合存在；從現(xiàn)代飛機的翼面結構來看，薄蒙皮粱式結構已很少采用；大型高亞音速的現(xiàn)代運輸機采用多梁單塊式翼面結構。注意：

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析（1）單梁式機翼1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)翼梁布置在翼剖面結構高度最大的部位的剛心處；為形成具有抗扭剛度的閉室，在單梁機翼上布置一個或兩個縱墻；在加強肋(它們與后墻的對接處)上固定有懸掛襟翼和副翼的連接支臂。

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析（1）單梁式機翼1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)

第四章機翼尾翼的結構分析（2）雙梁式機翼1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)前梁布置在20～30%弦長處；后梁布置在60～70%弦長處；相對于后梁，前梁的橫截面面積、剖面高度和慣性矩要大些，它分擔大部分的剪力Q和彎矩M。

4.2.1直機翼的結構受力形式及其分析

第四章機翼尾翼的結構分析（2）雙梁式機翼1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)

第四章機翼尾翼的結構分析（3）多梁(多墻)式機翼1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)當蒙皮有足夠的剛度時，這樣的結構中可以不用翼肋；將蒙皮厚度減小，可用較密的翼梁或縱墻(或兩者)來加強蒙皮；機翼不僅剛度大，生存力強，而且重量也輕，因為蒙皮薄，且無普通翼肋；多梁式機翼(在小后掠角時)扭矩的傳遞可以近似地認為與雙梁式機翼相似。

第四章機翼尾翼的結構分析（3）多梁(多墻)式機翼瑞典鷹獅飛機結構1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)

第四章機翼尾翼的結構分析（3）多梁(多墻)式機翼多梁式機翼結構1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)

第四章機翼尾翼的結構分析經常有中央翼，也有采用圍框式連接。2.單塊式機翼一、單塊式機翼結構實例1.梁式機翼(單梁、雙梁和多梁機翼)

第四章機翼尾翼的結構分析1－中央翼壁板2－對接型材3－整流翼尖；4－普通肋機翼前緣機翼后緣梁梁支柱接頭

第四章機翼尾翼的結構分析接頭角撐（托架）連接接頭加強肋機身加強框加強肋飛機主起落架支柱接頭17-鍛造丁字形材飛機主起落架支柱接頭

第四章機翼尾翼的結構分析2.單塊式機翼二、單塊式機翼傳力分析彎矩主要由長桁和蒙皮組成的壁板來承受；一般都將蒙皮承受正應力的能力折算到桁條上；機翼、機身由集中連接變?yōu)榉稚⑦B接；參與區(qū)很小——重量輕。

第四章機翼尾翼的結構分析機翼壁板總體受彎和載荷在元件中的傳遞1－梁腹板傳給緣條的剪流；2－緣條傳給蒙皮的剪流；3－蒙皮對梁緣條的支反力；4－梁緣條內的軸向力；5－長桁內的軸向力；6－蒙皮上的剪流。

第四章機翼尾翼的結構分析3.多腹板式機翼多用于小展弦比的高速薄翼飛機上

第四章機翼尾翼的結構分析蒙皮翼梁翼梁腹板襟翼副翼多腹板式機翼的受載

第四章機翼尾翼的結構分析1.后掠機翼的結構受力型式和根部受載特點（1）后掠機翼根部的結構受力型式梁式機翼整體式機翼后掠機翼的載荷傳遞特點取決于與機身直接相連的機翼根部區(qū)域的結構型式

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析1.后掠機翼的結構受力型式和根部受載特點（1）后掠機翼根部的結構受力型式后掠機翼結構特點：剛度特點后掠效應

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析(a)單梁機翼(b)雙梁機翼(c、d)多梁機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

第四章機翼尾翼的結構分析1.后掠機翼的結構受力型式和根部受載特點（2）后掠翼根部的受力特點(1)必須布置能傳遞彎矩M的受力構件：縱向受力構件軸線轉折處的加強側肋；縱向構件軸線不轉折時的機翼內撐梁。

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析

第四章機翼尾翼的結構分析（2）后掠翼根部的受力特點(3)梁式機翼中由于翼梁長度不同，翼梁的剛度也不一樣；整體式機翼的前、后墻腹板上壁板的長度也不同，在翼梁之間沿壁板上單位寬度的正應力要重新分配。

第四章機翼尾翼的結構分析1.后掠機翼的結構受力型式和根部受載特點

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（3）后掠翼中翼肋的布置順氣流方向布置垂直于某一翼梁或剛性軸布置垂直于機翼中線布置

第四章機翼尾翼的結構分析（3）后掠翼中翼肋的布置受力特點：無太大的影響；翼肋順氣流方向布置，較易維持機翼外形，但因為有斜角，翼肋較長、較重，翼肋與梁腹板和蒙皮的連接工藝較復雜；在翼肋間距相同的情況下，順氣流翼肋和桁條之間的蒙皮對角線較長，蒙皮的失穩(wěn)臨界應力值較小，但數(shù)量少。

第四章機翼尾翼的結構分析2.縱向受力構件軸線轉折的后掠機翼一、單梁機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析一、單梁機翼梁1-3-5，后墻2-6，機翼根部區(qū)域加強肋（側肋1-2、根肋2-3-4和根肋1-7），桁條支持的蒙皮，外翼段的一系列普通肋和加強肋等構件組成。根部剖面2－3－4之前的外翼部分，載荷的傳遞與單梁直機翼一樣。2.縱向受力構件軸線轉折的后掠機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（2）雙梁機翼1－前梁接頭；2－側肋上緣條；3－側肋下緣條；4－側肋腹板；5－支柱；6－后梁接頭；7－前、后梁；8－加強墊板

第四章機翼尾翼的結構分析二、雙梁機翼兩個翼梁：1-5和2-6側肋1-2在點1和點2處與翼梁固接(在緣條上用連接板)根肋2-3-4鉸接在點2和點3處的翼梁上(側肋腹板與翼梁腹板是連接的)。2.縱向受力構件軸線轉折的后掠機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（3）多梁機翼2.縱向受力構件軸線轉折的后掠機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（3）多梁機翼多梁式后掠機翼結構；側肋受載情況2.縱向受力構件軸線轉折的后掠機翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（4）單塊式機翼這種機翼通常將每個中央翼翼梁連接在機身加強框1-1和2-2上。然而，它的中央翼可以嵌入機身中，這時，中央翼的壁板和腹板利用接頭和加強帶板同機身側邊(框)連接起來。外翼沿翼盒周緣和翼梁緣條同中央翼相連。

第四章機翼尾翼的結構分析3.帶內撐梁的后掠翼（1）帶內撐梁的單梁式后掠翼特點：梁與機身鉸支，不傳彎矩給機身，不存在由于梁轉折引起的分彎矩。內撐梁/主梁與機身垂直，承受彎矩，用很強的側邊肋。

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析優(yōu)點：可以取消側加強肋，有利于改善根部受力情況，提高結構剛度，便于布置起落架的支點和收藏起落架。3.帶內撐梁的后掠翼（1）帶內撐梁的單梁式后掠翼

第四章機翼尾翼的結構分析

4.2.2后掠機翼結構特點和受力分析（1）帶內撐梁的單梁式后掠翼內撐梁和根肋的對接接頭結構

第四章機翼尾翼的結構分析（1）帶內撐梁的單梁式后掠翼帶內撐梁的后掠機翼結構簡圖

第四章機翼尾翼的結構分析（2）混合結構受力型式的多梁后掠翼5－加強翼肋；6－支座；7－內撐梁；8－梳狀固接接頭；9－加強框；10翼梁

第四章機翼尾翼的結構分析飛機速度的提高→更大的后掠角、更薄的翼型（?。?；氣動性能要求→結構強度和剛度矛盾更突出；很自然地發(fā)展三角翼飛機結構。

4.2.3三角機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析

第四章機翼尾翼的結構分析三角機翼的傳力分析1.后掠角大，約在55~75之間，小展弦比=1.5~2.5，長根弦，盡管相對厚度小，大部分機翼面積靠近機身，壓心中心離機身較近，機翼根部的彎矩?。?.根梢比大，翼尖和前后緣薄；3.根部結構高度大，一般采用梁式結構，因根弦長，一般采用多點連接多接頭如何協(xié)調；4.由于根弦長，機身遮擋部分占整個機翼的比例較大，為提高飛機的性能，應設計成翼身融合體。

4.2.3三角機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析三角機翼的傳力分析前緣增升裝置效率降低；而機翼后緣的翼展不大，限制了機翼后緣增升裝置的能力。三角機翼的結構受力型式

4.2.3三角機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析帶平行翼梁的多梁三角翼結構組成：若干個翼梁，前梁、側肋以及蒙皮和支持蒙皮并將氣動載荷從蒙皮傳到翼肋，再傳給翼梁。

4.2.3三角機翼結構特點和受力分析

第四章機翼尾翼的結構分析帶平行翼梁的多梁三角翼特點：1)梁在機身側邊處緣條面積最大；2)梁腹板較?。ǘ嗔海?；3)側肋有實心梁腹板，蒙皮?。?