机翼结构.ppt

第2章飞机结构基本传力系统,当支承在某基础上的一个结构受有某种外载荷时，分析这些外载如何通过结构的各个构件传递给支承它的基础，称之为结构的传力分析。,传力分析的含义,由于传力过程的重要性及在传力中各元件受力的复杂性，所以必须对传力进行仔细的分析。理解飞机结构中各元件的受力原理和应用，为合理进行飞机结构设计打下基础。,机翼结构分析,第2章飞机结构基本传力系统,机身结构分析,2.1机翼结构分析,一、机翼构造元件,二、机翼构造型式(受力型式),三、机翼在载荷作用下的承载情况,四、梁式机翼结构上的总体力传递,五、单块式机翼的传力分析,六、后掠机翼的传力分析,七、三角机翼的传力分析,0、引言,0、引言,机翼是一个薄壁盒段，即当机翼受载时，一般Y不在其刚心上，所以有垂直向上的趋势，且有弯和转动的趋势。其所以没有动，是因为机身限制了它，也即提供了约束（提供了支反力）。所以可认为机身是机翼的支持，机翼把载荷传给机身，最后达到总体平衡。总体力Y方向：QyMxMtX方向：QxMyMt,但MxMy，所以一般只讨论Q(Qy)、M(Mx)、Mt，在承受和传递Q(Qy)、M(Mx)、Mt中起作用的受力的元件叫做参加总体受力（研究重点）；只承受局部气动载荷的为非主要构件。,一、机翼构造元件,纵向构件：梁，桁条，纵墙,横向构件：普通翼肋，加强翼肋,蒙皮,接头,典型元件总结(1)纵:翼梁、长桁、墙(腹板)(2)横:翼肋(如加强肋普通肋)(3)蒙皮,蒙皮:承受局部空气动力，形成和维持机翼外形，并承受扭矩，有些机翼蒙皮还承受弯矩。长桁:其主要功用是：第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局部空气动力而产生变形过大；第二是把蒙皮传来的气动力传给翼肋：第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生的拉、压力。翼肋:翼肋，分为普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋用来维持翼剖面形状，将蒙皮上的空气动力传到其它承力构件上去，并支持桁条和蒙皮。加强翼肋除具有普通翼肋的功用外，还作为机翼结构的局部加强件，承受较大的集中载荷或悬挂部件。,翼梁:翼梁，一般由缘条和腹板等组成。主要功用是承受弯矩和剪力。梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向力N拉、N压。剪力则主要由腹板承受。纵墙(腹板):纵墙，相当于翼梁，但缘条很弱，甚至没有缘条因此纵墙能承受剪力，还可和蒙皮组成封闭盒段承受扭矩。接头:用来连接机翼与机身，把机翼上的力传递到机身隔框上。接头分为固接和铰接两种，固接的接头，接点既不可移动，也不可转动；因此，它既能传递剪力又能传递弯矩。铰接不可移动、但可以旋转，只传剪力，不传弯矩。,二、机翼构造型式(受力型式)所谓“受力型式”-是指结构中起主要作用的元件的组成形式，不同的受力型式,表征了不同的总体受力特点。1.梁式机翼：梁强，少长桁，薄蒙皮。,特点：结构简单，抗弯集中在翼梁缘条上，便于蒙皮大开口，接头连接简单。但蒙皮未能发挥承弯作用。,2.单块式机翼：梁弱，多长桁，厚蒙皮,特点：蒙皮在气动力作用下变形小，抗弯、抗扭及刚度好，安全可靠性高。但结构复杂，接头多，大开口许用较强的加强件补偿承弯能力。,3.多墙式机翼：梁弱，多纵墙，厚蒙皮。,特点：有较高的应力水平和结构效率，刚度大，受力分散，破损安全特性好，但不易大开口，连接复杂。,受力型式总结1.梁式:强梁，薄蒙皮，弱长桁，常分左右机翼-用几个集中接头相连。2.单块式:强桁，弱梁，较厚蒙皮，左右机翼一般连成整体穿过机身，但机翼本身可能分成几段。3.多墙式:厚蒙皮，多墙，少肋，无长桁，左右翼连成整体,贯穿机身。,机翼结构:波音飞机结构,机翼结构:歼7飞机机翼,机翼结构:U2飞机机翼,机翼结构:机翼机身接头,尾翼结构:歼6平尾,尾翼结构:RF-101平尾,机翼剖面的“三心”和一点重心：机翼剖面上，重力与弦线交点。刚心：当剪力作用于该点时，机翼只弯不扭，或机翼受扭时，将绕其旋转。刚心位置约在3840。焦点：也称为空气动力中心，焦点可看为在迎角变化时，升力增量的作用点。约在28处。压心：空气动力R与机翼弦线的交点，即空气动力合力作用点。它的位置随着角而变化。,三、机翼在载荷作用下的承载情况,分布气动力作用在蒙皮上谁支持蒙皮？,蒙皮：由翼肋和长桁支持。,分布气动力作用在翼肋和长桁谁支持翼肋和长桁？,长桁:由翼肋支持。,翼肋:由翼肋后方的机翼盒段支持。,集中力（X向、Y向、Z向）例副翼接头载荷：由翼肋和加强翼梁承受并扩散。,总结：分布气动力作用在蒙皮上（谁支持蒙皮？）分布气动力作用在翼肋和长桁（谁支持翼肋和长桁？）蒙皮：由翼肋和长桁支持。长桁:由翼肋支持。翼肋:由翼肋后方的机翼盒段支持。集中力（X向、Y向、Z向）例副翼接头载荷：由翼肋和加强翼梁承受并扩散。,机翼结构上的总体力传递总体力：剪力、弯矩、扭矩。作用在机翼横剖面上的分布空气动力可简化为作用在压力中心处的一个合力，并且和作用的集中力一起等效为作用在刚心上的一个集中剪力、一个扭矩和一个弯矩。,弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受？如何传递？,剪力:由承剪力元件翼梁承担。,扭矩：由承扭矩元件翼盒承担。,弯矩：机翼结构不同承载元件不同。,四、梁式机翼结构上的总体力传递,1.气动力在梁式机翼的翼肋上的传递（翼肋的力平衡图）,2.总体剪力在梁式机翼的上的传递（受力元件的力平衡图）,3.总体弯矩在梁式机翼的上的传递由翼梁承担。,4.总体扭矩在梁式机翼的上的传递由翼盒承担。,梁式机翼的总体扭矩由翼盒传递到机翼根部由机翼根肋传给机翼机身接头。,5.机翼上集中力的传递集中力来源:副翼襟翼机翼挂架等连接接头传来。机翼结构:薄壁结构,受集中力的能力极差。解决办法:集中力作用处布置构件扩散。,向上集中力P作用下:向上运动由梁腹板提供支反力限制;转动由梁腹板蒙皮提供支反剪流限制。加强肋内力图见右图受力特点:弯矩剪力往往较大结构特点:肋腹板缘条比较强;与翼梁蒙皮的连接也比较强。,举例:加强肋传力分析,前梁,后梁,B,H,P,设:H=1,B=4,前梁刚度为3,后梁刚度为1,问题:1.是否仅后梁腹板提供支反剪力?2.加强肋是否可简化为双支点梁?,解:将P移到刚心得P=PMt=P*3R前=3/4PR后=1/4P,P,qt=,3P,214,=3/8P,Rt前=3/8P1,Rt后=3/8P1,R前=3/4P-3/8P=3/8P,R后=1/4P+3/8P=5/8P,下图所示两种受力模型的传力路线相同吗?,结论:1.前梁上有载荷，也即一般不能抵消，而是会使盒段扭!P力不是全部由后梁传往根部，而是会在盒段上整个加载。2.双梁式不是双支点简支梁!加强肋是由后盒段周缘连接的。3.传集中力时，要通过某些加强构件把它转化为适宜于机翼主要受力构件(盒式梁)所宜承受的各种分散力先扩散，再传给主盒段，最后传给机身。,结构特点:梁较弱或只有墙；蒙皮较厚（t3）；长桁多且强。受力特点:由梁缘条、长桁和蒙皮组成的壁板承弯，其它传力路线同梁式。气动载荷传给蒙皮，蒙皮传给桁条和翼肋，翼肋传给蒙皮和腹板。,五、单块式机翼的传力分析,单块式机翼的气动载荷是如何在翼肋上传递的？请观看动画,单块式机翼的载荷是如何传递的？请观看动画,剪力传递：因长桁、蒙皮较强，承轴向正应力能力大，梁腹板受剪时，产生的轴向剪流（将形成弯矩）由梁橼条，长桁、蒙皮组成的壁板承受。传递过程：,橼条、长桁分担轴力大小与他们的拉压刚度成正比例内力N沿展向分布按斜折线规律分布，同梁式。,各基本元件（指受总体力）可能发生什么破坏形式1.梁缘条拉坏压压坏失稳局部:主要与各板的支持情况及b/t有关总体:主要与杆长L与J有关,支持情况(两个平面支持,一般不易总体失稳)2.桁条:完全同上,只是因没有腹板支持易总体失稳。3.蒙皮、腹板:剪坏,剪切失稳与a/b有关,与支持情况有关此时翼肋长桁又是它的支持。,六、后掠机翼的传力分析刚度特点：因为v、c，更细、长、薄，所以弯刚、扭刚均比直机翼差。变形特点：弯曲附加的扭转变形副翼反效加剧v，要求总刚和局部刚度更高，所以刚度强度与重量的矛盾