飞行器结构设计 绪论ppt课件.ppt

2019/12/4,1,飞行器结构设计,绪论1.1飞行历史与原理1.2飞机结构组成及功用1.3飞机设计方法与内容1.4飞机结构材料1.5现代飞机性能的基本概念,2019/12/4,2,1.1人类飞行历史与原理,1903年美国莱特兄弟实现了人类第一次动力飞行。,2019/12/4,3,1.1人类飞行历史与原理,扑翼鸟类,2019/12/4,4,1.1人类飞行历史与原理,固定翼常见飞机,2019/12/4,5,1.1人类飞行历史与原理,旋翼直升机,2019/12/4,6,1.2飞机结构组成及功用,飞机结构有五大组成部分：机身：装载。机翼：产生升力。尾翼：使飞机具有操纵性与稳定性。起落架：起飞、着陆、滑跑用。发动机：产生推力。,2019/12/4,7,1.3飞机设计方法与内容,一.飞机研制过程：（四个阶段）1.拟定技术要求:战术技术要求、使用技术要求。包括:主要技术性能指标、主要使用条件、机载设备等。,2019/12/4,8,1.3飞机设计方法与内容,军用飞机的技、战术要求：飞机的最大速度；升限；航程/最大作战半径；起、降滑跑距离；载重；机动性指标（加力性能，盘旋半径，爬升性能，最大允许过载系数）；隐身；维护与保障性能；使用寿命；可靠性与安全性能。民用飞机使用技术要求：有效载重；航程；安全性、可靠性、维修性、经济性。,2019/12/4,9,1.3飞机设计方法与内容,技术性能论证与制定（顶层设计）过程依据：军事战略方针及战术（战略防御）要求；商务策略，工、农业生产，赈灾救护等要求；制定：主要性能指标；主要使用条件；机载设备等;效能分析、费效分析。,2019/12/4,10,1.3飞机设计方法与内容,2.飞机设计过程,1总体设计：气动外形布局设计；飞行力学性能设计；机载设备（包括燃油）布置等，重量分设计；发动机选型设计；结构总体尺寸设计。2结构设计：理论设计（打样设计）；强度、刚度设计；细节设计；工程绘图。,2019/12/4,11,1.3飞机设计方法与内容,3结构设计的任务根据飞机型号设计技术要求、飞机三面图、总体布置图、外形图和规定的载荷情况、环境情况、使用方法，结合结构设计基本要求，设计出合乎使用要求且强度、刚度、疲劳、损伤容限品质合格，工艺性良好，满足重量的机体结构，为试制和批生产提供全套的图样和技术文件。应当注意设计阶段的规律：反复、循环、迭代、反馈；综合性、权衡性,2019/12/4,12,1.3飞机设计方法与内容,3.飞机制造过程工艺设计、机械加工、部件/全机装配。首批试制出来的新飞机即可投入全机强度、疲劳寿命试验和试飞。4.飞机的试飞、定型过程地面滑跑试验；起、降性能试验；飞行包线中各飞行科目试飞试验；,2019/12/4,13,飞机设计方法与内容,飞机的试飞、定性,2019/12/4,14,1.3飞机设计方法与内容,定型：有待结构的静力及疲劳试验完成后，没问题才定型全尺寸疲劳试验：全尺寸飞机的疲劳试验是波音结构性能数据开发的主要部分。除了验证飞机设计思想之外，疲劳试验经常被用来找出设计时未预料到的损坏，进而制定出适当的机队的预防性维修措施。通常疲劳试验是在新机型认证时完成，但也有在已使用过的飞机结构上完成的。,2019/12/4,15,飞机设计方法与内容,2019/12/4,16,飞机设计方法与内容,2019/12/4,17,1.3飞机设计方法与内容,二、飞机设计过程概述,1、设计的内涵：创造性的思维过程；全面、综合的辨证过程（抓主要矛盾）；设计的不唯一性；设计的反复性；设计与科学实验设计的继承性；的关系。,2019/12/4,18,1.3飞机设计方法与内容,2、飞机设计的主要阶段概述(三个主要阶段),总体设计阶段：主要解决飞机的构形布局、参数、重量以及性能方面的问题。飞机结构的打样设计：结构受力形式选择、受力构件布置、开口布置、分离面及其连接形式等计。飞机结构的详细设计（结构件连接设计、细节设计、工程制图）。,2019/12/4,19,1.3飞机设计方法与内容,B777成为第一架无图设计飞机。,2019/12/4,20,飞机设计方法与内容,三、飞机结构设计的主要依据和原始条件主要依据：9条1.使用方提出的战技要求或使用技术要求2.飞机三面图及理论外形图3.飞机总体布置图4.重量指标分配及总重量5.使用寿命要求6.载荷和使用环境条件7.维修性要求8.生产条件和工艺性要求9.其它有关设计准则、规范和标准,2019/12/4,21,1.3飞机设计方法与内容,原始条件：4条1、飞机结构的外载特征以及对结构承载的要求外载的形式（集中、分布、冲击的、周期、热等）；外载的历程特征（不同的飞行，载荷的变化规律）；外载对结构的作用效应（抖振、颤振）；结构承载的强度、刚度（静、动、热、整体、局部）要求；结构寿命要求；损伤容限要求；经济性要求（生产/维修成本）。,2019/12/4,22,1.3飞机设计方法与内容,2、飞机结构的协调关系各部件的相对位置以及相互间连接交点的位置（不能改动）；零、构件之间在连接尺寸上的协调关系；各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调；部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论外形相协调；其内部边界可能需与某个内部装载协调，也可能不需协调。,2019/12/4,23,1.3飞机设计方法与内容,3、结构的使用条件（1）环境条件：指气象条件或周围介质条件（温度、湿度、腐蚀、有害介质等）。（2）起降场所条件：水、陆两栖；陆地：水泥、土跑道。（3）维修条件：外场维修；场站或基地维修。,2019/12/4,24,1.3飞机设计方法与内容,4、生产条件（1）工艺条件（热加工、冷加工、少量或批量，加工精度与性能的保障性）；（2）加工能力（小量或大批量，加工精度与加工性能）；（3）装配能力（装配精度、装配量大小）；（4）生产能力（产量）；（5）生产质量保障体系（技术与管理）。,2019/12/4,25,1.3飞机设计方法与内容,四、飞机结构设计基本要求：5条1、气动外形要求：在结构设计中，与外边界相关的结构（框架结构与蒙皮）要保证理论气动外形的刚度（整体或局部的）以及光洁度（阻力及其他热效应），强度问题应当是首先保证的。、重量要求应当体会到重量设计是在满足各种结构性能指标的前提下，使重量最轻。从优化数学语言，在满足各种性能指标约束下，使重量目标函数最小。实际工程设计中，仅为满意解（总体设计分解到各结构上的重量指标）。,2019/12/4,26,1.3飞机设计方法与内容,、使用维修要求：结构与系统的安全可靠工作需要定期地检修维护来保障，良好的维修性、保障性是工程设计的主要因素。具体来说，合理地布置分离面及各种开口，结构内部安排必要的检查维修通道，增加结构的开敞性和可达性。、工艺要求：良好的工艺性设计是保证加工、装配合理精度及性能的前提。,2019/12/4,27,1.3飞机设计方法与内容,、成本要求（经济性）：飞机的主要成本：设计、研制、制造和运营。对军机而言，成本不应当是第一要求，重量与性能是第一位的。对民用客机，成本是第一要求。一般说，气动性能、使用要求是“前提性”要求，气动外形、结构与强刚度设计技术是“前提”技术。技术要求与技术性能是互相联系、互相制约的，有的甚至是相互矛盾的，应当在一个好的设计素质基础上，把握主要矛盾，综合考虑，权衡处理。,2019/12/4,28,飞机设计方法与内容,五.飞机结构设计的基本内容：(1)结构的打样设计（画出部件打样图）(2)组件的打样设计（画出组件打样图）(3)零构件设计（画出零构件图纸）(4)组件结构设计（画出组件装配图）(5)部件结构设计（画出部件装配图）,2019/12/4,29,飞机设计方法与内容,组件的打样设计打样图,2019/12/4,30,飞机设计方法与内容,六.飞机结构设计的典型方法在二十世纪五十年代以前，飞机结构设计，一般根据所设计对象的具体要求、条件，结合已有经验与设计原理、知识进行；定性分析，选出合理的设计方案；然后粗略计算，选择结构的主要截面尺寸。,2019/12/4,31,飞机设计方法与内容,在进行强度、刚度校核，以验算截面尺寸能否保证安全。如果满足强度要求，即认为设计完毕；当强度不够，或设计人员认为剩余强度太大时则修改设计。计算分析均以工程梁理论为基础。六十年代以后，出现了计算机、飞机结构设计采用了有限元等先进方法进行结构应力分析。,2019/12/4,32,飞机设计方法与内容,六十年代以后，出现了计算机、飞机结构设计采用了有限元等先进方法进行结构应力分析。,有限元模型,2019/12/4,33,BOEING三代飞机结构设计思想发展,第一代：第一代的波音喷气客机是在50年代和70年代间设计的，包括707，727和早期的737（-100，-200），747（-100,-200,-300,SP）。这些飞机设计的主要特征着重于结构的强度和失效安全。因此设计的飞机具有足够的结构强度和超静定度，即使主要的结构件失效，其周围的结构仍可安全地承受载荷。,2019/12/4,34,BOEING三代飞机结构设计思想发展,第二代：第二代的波音喷气客机是757和767，和737（-300,-400,-500），以及747-400。除了原有的强度和失效安全规格之外，还更在设计中结合了耐久和损伤容限标准。此种设计使飞机结构具有足够的强度，即使飞机结构具有相当程度的损伤，只要有例行的结构检查，仍可安全地飞行。因为这种计划中的结构检查应能在损伤还未到到危险极限以前便可及时地被发现。,2019/12/4,35,BOEING三代飞机结构设计思想发展,第三代：第三代波音喷气客机是777和新一代737（-600,-700,-800），除了具有第一，二代客机已有的特性之外，这一代的客机的设计特点是在腐蚀预防和控制方面作了重大的改进。,2019/12/4,36,1.4飞机结构材料,合金材料：铝合金、钛合金、高强度合金钢。复合材料：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、芳纶（KEVLAR）复合材料。,2019/12/4,37,1.4飞机结构材料,表1-2民用飞机结构用材料重量百分比,2019/12/4,38,1.4飞机结构材料,2019/12/4,39,1.5现代飞机性能的基本概念,2019/12/4,40,1.5现代飞机性能的基本概念,B-747:载客500人,2019/12/4,41,1.5现代飞机性能的基本概