內(nèi)部教材飛機(jī)結(jié)構(gòu)與修理第三章副翼及尾翼結(jié)構(gòu)和受力分析課件

第三章

副翼及尾翼結(jié)構(gòu)和

受力分析

§3－1副翼的結(jié)構(gòu)和受力分析

一、副翼的功用

使機(jī)翼產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩，以保證飛機(jī)具有橫側(cè)操縱性。位置：機(jī)翼后緣外側(cè)、機(jī)翼后緣內(nèi)側(cè)的。

對(duì)副翼的要求:(1)結(jié)構(gòu)具有足夠的抗扭剛度；(2)副翼偏轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的樞軸力矩較小。(副翼上的空氣動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩)這樣，可使飛行員操縱省力，而且還可以減小副翼結(jié)構(gòu)所承受的扭矩。

二、副翼的構(gòu)造1.副翼的構(gòu)造副翼通常由翼梁、翼肋、蒙皮和后緣型材組成，圖3－1(a)。

副翼一般都做成沒有桁條的單梁式結(jié)構(gòu)（圖3-1）。

翼梁－腹板式梁、管形梁翼肋－開有減輕孔

蒙皮－現(xiàn)代高速飛機(jī)采用金屬蒙皮低速飛機(jī)采用金屬和布質(zhì)蒙皮(圖3－1(b))。后緣型材通常在接頭開口部位裝有斜翼肋(圖3－1(c))，用斜翼肋、加強(qiáng)板和翼梁組成的盒形結(jié)構(gòu)來(lái)承受開口部位的扭矩。

2．副翼與機(jī)翼連接通常采用兩個(gè)以上的副翼接頭與機(jī)翼相連。連接的副翼接頭中，至少應(yīng)有一個(gè)接頭是沿展向固定的，其余的接頭沿展向應(yīng)是可移動(dòng)的。用多接頭固定的副翼，在飛行中會(huì)由于機(jī)翼變形，使副翼轉(zhuǎn)軸的軸線變彎，而影響操縱的靈活性，甚至發(fā)生卡滯現(xiàn)象。為了解決這一矛盾，有些飛機(jī)采用了分段的副翼，它的每一段都獨(dú)立地連接在機(jī)翼后緣的支架上，而各段的翼梁則用可以傳遞扭矩的萬(wàn)向接頭或鉸接接頭連接起來(lái)。

圖3-2所示為副翼與機(jī)翼的典型的連接型式。在機(jī)翼加強(qiáng)肋的后部與機(jī)翼后梁（或墻）的連接處，安裝有若干個(gè)支臂，每個(gè)支臂上裝有一個(gè)過(guò)渡接頭。在副翼的大梁上裝有相應(yīng)個(gè)數(shù)的雙耳片接頭。副翼通過(guò)這些耳片接頭將其懸掛到機(jī)翼的支臂上。注意:每個(gè)操縱面除一個(gè)接頭完全固定外，其余接頭都有設(shè)計(jì)補(bǔ)償，以便于安裝和保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。操縱副翼偏轉(zhuǎn)的作動(dòng)筒，其作動(dòng)桿與副翼耳片接頭的下耳片連接固定。當(dāng)副翼操縱作動(dòng)筒動(dòng)作時(shí)就使副翼繞軸心N偏轉(zhuǎn)。

圖3-2副翼連接形式

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副翼空氣動(dòng)力載荷的大小與副翼面積、副翼偏轉(zhuǎn)角度和飛行速度有關(guān)（成正比）。副翼面積越大、副翼偏轉(zhuǎn)角度越大和飛行速度越快，則副翼上所受空氣動(dòng)力載荷就越大。空氣動(dòng)力載荷沿弦向按梯形分布，沿展向與副翼弦長(zhǎng)成正比，如圖3－4所示。

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四、副翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞空氣動(dòng)力在副翼結(jié)構(gòu)中的傳遞情況與在機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的傳遞情況相似：空氣動(dòng)力→蒙皮→翼肋→翼梁腹板機(jī)翼剪力由梁腹板承受；彎矩由梁緣條和有效寬度的蒙皮承受；扭矩由閉周緣蒙皮承受。5

五、副翼的剪力、彎矩和扭矩圖圖3－6給出了三支點(diǎn)情況下副翼結(jié)構(gòu)的剪力、彎矩和扭矩圖。

副翼在裝有支點(diǎn)的橫截面上承受的剪力、彎矩最大；在操縱搖臂部位扭矩最大。

六、副翼結(jié)構(gòu)的總體應(yīng)力如前所述，扭矩由閉周緣蒙皮承受。因此，蒙皮內(nèi)的剪應(yīng)力為τ＝Mk/（2Fδ1）（3—1）式中Mk—扭矩F—周緣蒙皮所圍閉室面積;δ1—蒙皮厚度。梁腹板的剪應(yīng)力為(3－2)式中H—梁的高度δ2—梁腹板的厚度。

梁緣條的正應(yīng)力為(3－3)式中F—考慮附加蒙皮在內(nèi)的緣條橫截面積。

§3－2襟翼、縫翼和減速板的結(jié)構(gòu)

襟翼和縫翼是附于機(jī)翼的增升裝置；減速板和擾流板為附于機(jī)翼的阻力裝置。它們主要用于改善飛機(jī)的起飛和著陸性能。

圖3-7開縫式普通襟翼結(jié)構(gòu)

該型襟翼大梁剖面一般為工字形，其上安裝了用以固定滑板和收放機(jī)構(gòu)的支臂?；壥卿撝苹⌒喂ぷ中筒?，它通過(guò)支臂和撐桿連接到機(jī)翼的后梁和加強(qiáng)肋上?；壘墬l的表面進(jìn)行了磨削和鍍鉻處理。這種滑板和滑軌結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、也最可靠，因而得到了廣泛應(yīng)用。導(dǎo)流板由隔板、蒙皮和尾部桁條組成。隔板由帶緣條的腹板組成。導(dǎo)流板通過(guò)安裝支座固定在襟翼上。

滾珠螺桿式收放機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)襟翼大梁上的支臂與襟翼相連，來(lái)完成對(duì)襟翼的收放。收放機(jī)構(gòu)的第2個(gè)支座是機(jī)翼加強(qiáng)肋和后梁連接處的接頭，由液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)。最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是將襟翼和導(dǎo)流板懸掛在外置支臂上，但附加的阻力會(huì)降低飛機(jī)在巡航狀態(tài)的經(jīng)濟(jì)性。

圖3-8(a)

前緣縫翼的結(jié)構(gòu)由大梁、桁條、肋和隔板、蒙皮、導(dǎo)軌和帶滑輪的滑板、固定螺桿收放裝置、支臂等組成，如圖3－8（b）。當(dāng)收放裝置工作時(shí)，螺旋收放裝置使前緣縫翼沿滑板的導(dǎo)軌移動(dòng)。在收起和放下狀態(tài)時(shí)，用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)裝置使前緣縫翼固定。

圖3-8(c)

三、減速板和擾流板減速板和擾流板位于機(jī)翼上表面襟翼之前。減速板在左、右機(jī)翼上對(duì)稱地布置且同時(shí)張開或合上。擾流板在左、右機(jī)翼上通常也是對(duì)稱布置的，但只在往其傾斜的那一側(cè)機(jī)翼上張開。當(dāng)減速板或擾流板張開時(shí)，引起氣流分離，使升力下降，阻力增加，縮短飛機(jī)著陸滑跑距離當(dāng)它們?cè)谑掌鹞恢脮r(shí)，嵌入機(jī)翼中，對(duì)飛機(jī)的升阻力無(wú)影響。

擾流板是飛機(jī)橫向的操縱機(jī)構(gòu)。為了提高飛機(jī)相對(duì)于其縱軸的操縱效率，擾流板應(yīng)遠(yuǎn)離該軸布置，通常放在外側(cè)襟翼的前面，以增大力矩的力臂；

減速板則布置在內(nèi)側(cè)襟翼前面，在減速板不對(duì)稱偏轉(zhuǎn)時(shí)可減小力矩的力臂。著陸時(shí)使用減速板可使飛機(jī)增大下滑斜率，因?yàn)樗鼈兪箼C(jī)翼的升力減小、阻力增大（升阻比降低）。在著陸滑跑時(shí)使用減速板，可縮短滑跑距離。因?yàn)樗鼈儾粌H增大了阻力，還降低了機(jī)翼的升力，使飛機(jī)下沉，加大機(jī)輪與跑道表面的結(jié)合力，從而提高剎車效率。當(dāng)主起落架緩沖器開始?jí)嚎s時(shí)，減速板被鎖定。

減速板和擾流板均為薄板結(jié)構(gòu)。圖3－9為某型飛機(jī)上典型的減速板和擾流板結(jié)構(gòu)。每塊減速板都由幾段組成。各段的主承力結(jié)構(gòu)是與中間的支臂連接的兩塊板，該板由大梁和兩個(gè)П形截面的端肋、上、下蒙皮、尾部桁條、金屬蜂窩夾芯、前墻和封嚴(yán)型材構(gòu)成。

中間的懸掛支臂是沿整個(gè)翼弦的工字形截面整體梁。支臂上有耳片，

耳片9用于將各段懸掛到機(jī)翼后大梁的支臂上，

耳片12用于固定液壓作動(dòng)筒。

這種帶有中間支臂的整段結(jié)構(gòu)能減輕重量，并提高結(jié)構(gòu)剛度。擾流片的輔助懸掛接頭位于兩個(gè)加強(qiáng)端肋上。

圖3-9減速板、擾流板結(jié)構(gòu)

§3－3尾翼的結(jié)構(gòu)和受力分析

一、尾翼的組成、功用及配置方式1.組成水平安定面水平尾翼升降舵

尾翼

垂直尾翼垂直安定面方向舵

1.對(duì)尾翼的主要要求：保證飛機(jī)平衡和具有必要的安定性及操縱性;強(qiáng)度、剛度足夠而重量輕;尾翼載荷對(duì)機(jī)身的扭矩應(yīng)盡可能小。2．功用使飛機(jī)能保持俯仰和方向平衡，并使飛機(jī)具有俯仰和方向安定性、操縱性。

3．配置方式尾翼在飛機(jī)上的配置方式有多種。它們是根據(jù)空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)受力等方面的要求確定的。最普通的配置方式是將水平尾翼和垂直尾翼分別安排在機(jī)身尾部，如圖3－10所示。

二、尾翼的構(gòu)造(一)安定面的構(gòu)造安定面的構(gòu)造與機(jī)翼基本相同。輕型飛機(jī)的安定面一般都做成梁式結(jié)構(gòu);大型飛機(jī)的安定面大多做成多縱墻的單塊式結(jié)構(gòu)。

整體式—采用有堅(jiān)固中央翼肋的結(jié)構(gòu)型式

水平安定面可分離式—采用有堅(jiān)固側(cè)邊翼肋的結(jié)構(gòu)型式

圖3－11水平安定面結(jié)構(gòu)

與機(jī)身做成一體垂直安定面可拆卸的"十"字形配置的尾翼，垂直安定面通常做成上下兩部分，并由梁上的接頭連接起來(lái)。

(二)舵面的構(gòu)造與連接

舵面的構(gòu)造與副翼基本相同，一般都采用沒有桁條的單梁式結(jié)構(gòu)。方向舵與垂直安定面的連接接頭通常多于兩個(gè)。當(dāng)垂直尾翼被水平尾翼分隔為上下兩部分時(shí)，上下兩個(gè)方向舵的轉(zhuǎn)軸是用萬(wàn)向接頭連接的。

低速飛機(jī)上，左右升降舵的轉(zhuǎn)軸大多是成一直線的。因此，往往將它做成一個(gè)整體，并用幾個(gè)接頭與水平安定面相連，中間的接頭通常與操縱臂做成一體。后掠水平尾翼升降舵的轉(zhuǎn)軸不成一直線，所以左右升降舵只能各自用兩個(gè)以上的接頭連接在水平安定面上。左右升降舵的轉(zhuǎn)軸，有的用萬(wàn)向接頭連接，有的則分別與操縱機(jī)構(gòu)的兩根轉(zhuǎn)動(dòng)桿相連。

(三)全動(dòng)尾翼的結(jié)構(gòu)型式全動(dòng)尾翼只靠一根轉(zhuǎn)軸與機(jī)身相連。

轉(zhuǎn)軸式轉(zhuǎn)軸與機(jī)身的連接方式定軸式

(1)將轉(zhuǎn)軸與尾翼做成一體,安裝在機(jī)身上的軸承內(nèi),叫做轉(zhuǎn)軸式；(2)將軸與機(jī)身上的加強(qiáng)隔框固定在一起，尾翼安裝在固定軸上，并可繞著固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為定軸式。

目前廣泛使用的是轉(zhuǎn)軸式全動(dòng)尾翼。

單梁式全動(dòng)尾翼(圖3－12)的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)中力的傳遞，與單梁式機(jī)翼基本相同。剪力和彎矩是由主梁直接傳給轉(zhuǎn)軸的。扭矩經(jīng)合圍框傳遞到加強(qiáng)翼肋和側(cè)邊翼肋后，要以這兩個(gè)翼肋受彎的形式傳給轉(zhuǎn)軸。

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復(fù)合式全動(dòng)尾翼，其外側(cè)部分的結(jié)構(gòu)為單塊式，翼根部分的結(jié)構(gòu)有加強(qiáng)翼肋ab、ac、bc以及加強(qiáng)蒙皮和加強(qiáng)板等，其轉(zhuǎn)軸是與加強(qiáng)構(gòu)件牢固地連接的則是由分散受力轉(zhuǎn)為集中受力的過(guò)渡型式。在這種結(jié)構(gòu)中，外側(cè)部分的載荷是通過(guò)加強(qiáng)構(gòu)件以集中載荷的形式傳給的。彎矩則通過(guò)加強(qiáng)蒙皮和加強(qiáng)板傳給轉(zhuǎn)軸；扭矩由蒙皮以合圍剪流的形式傳給加強(qiáng)翼肋bc，再通過(guò)由加強(qiáng)翼肋ab、ac及加強(qiáng)板組成的盒形結(jié)構(gòu)傳給轉(zhuǎn)軸。13

在飛行M數(shù)較大(M>2)的飛機(jī)上，全動(dòng)尾翼的結(jié)構(gòu)高度很小。為了保證尾翼結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，多采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)或整體結(jié)構(gòu)。

梯形或三角形的轉(zhuǎn)軸式全動(dòng)尾翼采用整體結(jié)構(gòu)時(shí)，往往根據(jù)它的受力特點(diǎn)將整體壁板上的加強(qiáng)條做成輻射形的(圖3－14)。這樣不但便于將載荷集中到轉(zhuǎn)軸上，而且還能增加尾翼的剛度。

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三、尾翼上的載荷尾翼在飛行中可能受到氣動(dòng)載荷：

平衡載荷機(jī)動(dòng)載荷不對(duì)稱載荷

結(jié)構(gòu)質(zhì)量力很小，通常略而不計(jì)。

(一)水平尾翼的載荷1．平衡載荷飛行中，在飛機(jī)的縱向力矩靜平衡時(shí)，水平尾翼承受的空氣動(dòng)力稱為平衡載荷。平衡載荷的大小與機(jī)翼上的空氣動(dòng)力力矩有密切關(guān)系。

水平安定面上的載荷與升降舵上的載荷方向往往相反。

2.機(jī)動(dòng)載荷操縱升降舵使飛機(jī)作機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，水平尾翼承受的載荷，稱為機(jī)動(dòng)載荷。平衡載荷機(jī)動(dòng)載荷為了破壞原有的力矩平衡而偏轉(zhuǎn)舵面時(shí)，所產(chǎn)生的載荷。機(jī)動(dòng)載荷隨飛行速度的增大而增大，當(dāng)飛行M數(shù)較大時(shí)，會(huì)達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，對(duì)于水平尾翼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，它是一種主要的受力情況。

3．不對(duì)稱載荷

水平尾翼的不對(duì)稱載荷，主要是在側(cè)滑或橫滾中產(chǎn)生的(圖3－15)。

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不對(duì)稱載荷比機(jī)動(dòng)載荷小得多，但是它對(duì)飛機(jī)縱軸產(chǎn)生的力矩卻很大。

不對(duì)稱載荷所產(chǎn)生的力矩，是隨著飛行速度增大而增大的。而且，許多高速飛機(jī)的水平尾翼往往安裝在垂直尾翼上，垂直尾翼的厚度(結(jié)構(gòu)高度H)較小，在上述力矩作用下，水平尾翼的固定接頭以及垂直尾翼，都會(huì)受到很大的力(圖3－16)。除了上述幾種載荷外，飛機(jī)在飛行中遇到不穩(wěn)定氣流時(shí)，水平尾翼也可能與機(jī)翼一樣受到較大的載荷(陣風(fēng)載荷)。16

(二)垂直尾翼的載荷1．機(jī)動(dòng)載荷2．發(fā)動(dòng)機(jī)推力(或拉力)不對(duì)稱時(shí)的載荷在雙發(fā)動(dòng)機(jī)和多發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)上，當(dāng)一側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)停車而引起推力不對(duì)稱(或存在不對(duì)稱的阻力)時(shí)、