現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)--機(jī)翼、尾翼設(shè)計(jì)課件

現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)——機(jī)翼、尾翼設(shè)計(jì)1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法一、結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)的基本概念二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法11結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

一、結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)的基本概念

目前飛機(jī)性能和壽命要求越來(lái)越高，高科技飛速發(fā)展，飛機(jī)越來(lái)越復(fù)雜，機(jī)載設(shè)備不斷更新，新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的發(fā)展以及新技術(shù)的大量涌現(xiàn)，都使飛機(jī)設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)思想愈顯重要，這種綜合性已滲透到現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)層次和頂層設(shè)計(jì)、平臺(tái)設(shè)計(jì)、具體技術(shù)設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)階段中電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)極大地提高了計(jì)算能力，成功地發(fā)展了適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析有限元素法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從定性和初定量設(shè)計(jì)向比較精確的定量設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)跨進(jìn)了一大步。并且出現(xiàn)了設(shè)計(jì)與總體、氣動(dòng)、工藝等設(shè)計(jì)緊密配合、互相協(xié)調(diào)的計(jì)算機(jī)輔助一體化設(shè)計(jì)方法。1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

一、結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)的基本概念 2二、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容原始依據(jù)飛機(jī)的類型、性能和全機(jī)主要參數(shù)，如翼載p=G/S總體外形參數(shù)機(jī)翼展長(zhǎng)、展弦比、后掠角、翼型相對(duì)厚度、機(jī)身的長(zhǎng)度與高度等機(jī)翼與機(jī)身的相對(duì)位置機(jī)翼、機(jī)身的內(nèi)部裝載，與發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架和武器外掛的連接協(xié)調(diào)關(guān)系；通過(guò)計(jì)算給出的所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的載荷數(shù)據(jù)．設(shè)計(jì)內(nèi)容1.打樣設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)；元件的構(gòu)型、尺寸、布局；結(jié)構(gòu)布局主要以強(qiáng)度和損傷容限準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，之后進(jìn)行耐久性打樣設(shè)計(jì)；理論圖2.詳細(xì)設(shè)計(jì)（工作設(shè)計(jì)）構(gòu)件的構(gòu)造形式、材料、尺寸、連接；對(duì)損傷容限、耐久性打樣設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步深化和細(xì)化；工藝；結(jié)構(gòu)分析（結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和顫振）；必要的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；發(fā)出全部生產(chǎn)圖紙二、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容原始依據(jù)32機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式選擇一、機(jī)翼內(nèi)部布置油箱起落架艙（機(jī)炮）防冰，燃油，液壓系統(tǒng)前、后緣裝置外掛2機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式選擇一、機(jī)翼內(nèi)部布置4二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇1.不同結(jié)構(gòu)型式的受力特性及其與機(jī)翼幾何參數(shù)的關(guān)系

薄蒙皮梁式機(jī)翼

蒙皮薄、受正應(yīng)力面積集中、長(zhǎng)桁少而集中面積?。ǔ惺苷龖?yīng)力能力可以忽略）。

氣動(dòng)載荷引起的剪力由梁腹板傳遞；

彎矩引起的軸向內(nèi)力主要由梁緣條傳遞；

扭矩由蒙皮的一圈剪流傳遞。

適應(yīng)于低速，翼型高度大的輕型飛機(jī)。

早期飛機(jī)使用較多。二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇1.不同結(jié)構(gòu)型式的受力特性及其與機(jī)翼5

雙梁?jiǎn)螇K式機(jī)翼

長(zhǎng)桁(包括梁緣條)與蒙皮組成壁板或整體加勁壁板；蒙皮較薄

可簡(jiǎn)化僅受剪板。與梁式相比，若受正應(yīng)力的截面積（長(zhǎng)桁與緣條）近似，布置較分散

。

氣動(dòng)載荷引起的剪力由梁腹板傳遞；

彎矩引起的軸向內(nèi)力由桁條與緣條傳遞；

扭矩由蒙皮的一圈剪流傳遞。

適應(yīng)于高亞音速飛行的較大型飛機(jī)。

民用客機(jī)或運(yùn)輸機(jī)應(yīng)用較多。雙梁?jiǎn)螇K式機(jī)翼長(zhǎng)桁(包括梁緣條)與蒙皮組成壁板或整體加勁6

多腹板式(多梁/墻式)

一般由3～10多塊腹板（或墻）和厚蒙皮(大多是整體厚蒙皮)組成(肋少甚至沒(méi)有)

；受正應(yīng)力面積更加分散。結(jié)構(gòu)力學(xué)上形成多閉室靜不定薄壁盒式結(jié)構(gòu)。

氣動(dòng)載荷引起的剪力由多腹板按剛度分配；

彎矩引起的軸向內(nèi)力由蒙皮桁條與緣條組成的壁板傳遞；

扭矩仍由蒙皮形成一圈剪流傳遞。

適應(yīng)于超音速飛行的薄機(jī)翼飛機(jī)。

戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)。多腹板式(多梁/墻式)一般由3～10多塊腹板（或墻）和7二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇

2．不同結(jié)構(gòu)型式損傷容限特性比較傳力路線不宜過(guò)于集中．長(zhǎng)桁—蒙皮加筋板單塊式結(jié)構(gòu)和厚蒙皮多墻式結(jié)構(gòu)都可看成是分散傳力結(jié)構(gòu)布局。此時(shí)若壁板上長(zhǎng)桁強(qiáng)一些，對(duì)提高壁板的止裂能力，并從而捉高壁板的剩余強(qiáng)度，延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展壽命均更為有利．3．機(jī)翼—機(jī)身對(duì)接形式的影響

4．機(jī)翼內(nèi)部布置及大開(kāi)口的影響梁式機(jī)翼單塊式機(jī)翼戰(zhàn)斗機(jī)二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇2．不同結(jié)構(gòu)型式損傷容限特性比較傳8二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇變后掠機(jī)翼的布局特點(diǎn)變后掠翼從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和損傷容限觀點(diǎn)看有其不足之處，特別是單傳力途徑的機(jī)翼轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸，必須采取一系列措施保證飛機(jī)安全性二、機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式的選擇變后掠機(jī)翼的布局特點(diǎn)93機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置構(gòu)件布置的原則(1)確保氣動(dòng)載荷荷引起的彎、剪、扭能順利傳到機(jī)身．為此要特別注意結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的構(gòu)件布置，如開(kāi)口處、結(jié)構(gòu)型式變化處，梁和長(zhǎng)桁的軸線轉(zhuǎn)折處等．(2)在集中力、集中力矩作用處布置相應(yīng)構(gòu)件，必要時(shí)加輔助短梁或加強(qiáng)肋，其作用是將集中載荷擴(kuò)散；并將擴(kuò)散后的分布力傳給機(jī)翼受力盒段的相應(yīng)元件，傳往機(jī)身．

3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置構(gòu)件布置的原則103機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置1.壁板結(jié)構(gòu)壁板有長(zhǎng)桁—蒙皮鉚接組合式和整體壁板兩種（在整體油箱區(qū)大多采用機(jī)械加工的整體蒙皮或整體壁板）

按等百比線布置：此時(shí)桁條本身無(wú)扭曲，制造方便(等強(qiáng)度設(shè)計(jì))平行于前梁或后梁布置會(huì)使長(zhǎng)桁扭曲，影響裝配機(jī)翼截面的扭轉(zhuǎn)3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置按等百比3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置2.梁與墻的布置梁和壁板(有時(shí)還有墻)構(gòu)成單閉室或多閉室抗扭翼盒

梁應(yīng)盡可能布置在剖面高度較大的部位，同時(shí)軸線盡量不要轉(zhuǎn)折，以使傳力直接、連續(xù)梁的布置很大程度上受機(jī)翼的平面布局和內(nèi)部裝載的影響

3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置3.翼肋的布置順氣流布置：順氣流翼肋對(duì)維持機(jī)翼剖面形狀較好，制造成本低；為傳遞根部扭矩只需一個(gè)加強(qiáng)肋；翼肋長(zhǎng)度增加、蒙皮受剪穩(wěn)定性變差正交布置特點(diǎn)相反

3機(jī)翼主要受力構(gòu)件布置一、機(jī)翼翼盒受力構(gòu)件布置

4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)一、二、三、四、五：機(jī)翼各部件及連接的設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)受集中載荷處的局部設(shè)計(jì)(1)集中力作用于板桿結(jié)構(gòu)上時(shí)，必須有適當(dāng)?shù)臈U來(lái)擴(kuò)散、傳遞此力。(2)集中力矩作用于板桿結(jié)構(gòu)上，例如集中力與支撐構(gòu)件有力臂而引起力矩時(shí)，可把此力矩用接頭等構(gòu)件轉(zhuǎn)換成一組大小相等、方向相反的力，再用適當(dāng)?shù)臉?gòu)件傳走。(3)盡量避免、減小附加的偏心力矩

4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)一、二、三、四、五：機(jī)翼各部件及連接的設(shè)4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)受集中載荷處的局部設(shè)計(jì)(4)受軸力桿當(dāng)軸線不連續(xù)時(shí)要附加其他桿，必要時(shí)要局部加強(qiáng)參與區(qū)內(nèi)的受剪板。

4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)受集中載荷處的局部設(shè)計(jì)

4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)受集中載荷處的局部設(shè)計(jì)(5)一般說(shuō)應(yīng)不讓板受垂直于板平面內(nèi)的力，以防止出現(xiàn)平板受彎的不合理設(shè)計(jì)

飛艇吊艙的集中載荷由懸掛屏轉(zhuǎn)換為分部載荷4機(jī)翼結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)受集中載荷處的局部設(shè)計(jì)

5機(jī)翼整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.對(duì)整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1．密封性2．強(qiáng)度要求3．剛度要求4．便于檢查、維修、拆裝和清洗二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.應(yīng)用機(jī)翼原有的主要受力結(jié)構(gòu)件作為油箱的隔板，變形過(guò)大時(shí)另設(shè)隔板，結(jié)構(gòu)剛性好，開(kāi)口的布置2.減少油箱表面的連接縫長(zhǎng)度和結(jié)合孔數(shù)量3.箱角互成90°4.其它措施防火墻安全銷

5機(jī)翼整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.對(duì)整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

5機(jī)翼整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、整體油箱的密封形式

5機(jī)翼整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、整體油箱的密封形式6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)翼前、后緣活動(dòng)面簡(jiǎn)介增升裝置自適應(yīng)機(jī)翼

6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)翼前、后6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)翼前、后緣活動(dòng)面簡(jiǎn)介二、尾翼和副翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1．安定面的結(jié)構(gòu)布局2．操縱面的構(gòu)造3．操縱面懸掛點(diǎn)的確定數(shù)量自由度

6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、機(jī)翼前、后6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、尾翼和副翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4．操縱面前緣缺口的補(bǔ)強(qiáng)

6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、尾翼和副翼6機(jī)翼前、后緣可動(dòng)部分和尾翼、操縱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、尾翼和副翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操縱面的氣動(dòng)補(bǔ)償和氣動(dòng)平衡鉸鏈力矩6．尾翼的防顫振設(shè)計(jì)