飞机结构概述

飞机结构概述,结构修理,金属结构的高级修理复合材料结构修理,金属结构的高级修理,设计负载材料紧固件接头耐久性修理方案,设计设计目标,设计飞机的基本原则就是用最好的材料、设计和生产技术造出高品质的飞机。因此飞机设计者设计飞机的目标是：安全长的使用寿命最小的重量易于维护飞机设计者的主要也是最重要的工作就是使飞机拥有最小的重量，最大的安全。,安全,飞机在它的整个使用时间内要承受各种负载，负载严重影响飞机安全，因此在设计时首先考虑。飞机承受的负载分为：a.地面负载b.飞行负载c.不确定损伤d.冲击损伤。,长的使用寿命,飞机被设计的经济使用寿命是20年，飞机的使用寿命是维护和操作过程的复合结果。,最小的重量,为使飞机拥有很好的经济性，必须使飞机有最小的重量。飞机的结构重量相当可观，大约占空载重量的60%，设计者采用高强度的材料来降低结构重量，并使结构设计满足：a.静强度的要求b.疲劳强度的要求c.损伤容限的要求d.抗腐蚀的要求。,易于维护,飞机的利用率指飞机每天在空中的时间，利用率是飞机经济性的重要因素，而提高飞机利用率的关键就是维护。飞机易于维护应考虑的因素有：a.服务b.部件接近c.适于维护d.维护成本e.检查f.修理。,设计设计标准,飞机的最主要的结构设计标准就是美国政府颁布的FAR第25部，这是制造商必须遵守的文件。其它还要考虑外国飞机制造管理部门的要求，航空公司的要求，波音/空客的要求。,负载,飞机主要受到的两种外部负载是飞行负载和地面负载，可以用负载因数来表示这两种负载的作用。无量纲负载因数是惯性加速度因数，表示飞机加速度与重力加速度的比例关系，在飞机结构设计和分析中起重要作用。负载因数（N）=飞机加速度（a）/重力加速度（g）+1飞行负载分机动负载和突风负载；地面负载分着陆负载，运载和地面支撑负载。,负载外部负载,飞机的外部负载确定后，工程师通过飞机负载图设计飞机的结构。飞机结构受到轴向负载、剪切负载、弯距。机身结构、地板梁、机翼梁、机翼和机身蒙皮承受飞机所受到的各种负载，因此为保证安全，在飞机设计和修理时必须详细计算结构部件所受到的力。,负载典型结构,飞机结构被分为四个基本的组成部分：机翼、机身、尾翼、起落架。,材料,铝合金的应用钛合金的应用钢应用,材料铝合金的应用,铝合金大约占飞机基本结构重量的80%。铝合金同钢和钛合金相比具有易于加工和成型的特点，但被应用到飞机上需要进行防腐处理，a.阿洛酊或进行化学阳极化处理产生氧化物保护层，b.应用防腐涂层。为了提高铝合金的强度和刚度，使其能作为受力结构材料应用，在铝中加入一定量的合金元素使其合金化，这样就可以得到一系列性能各异的合金。,表一材料应用,材料钛合金的应用,钛合金即作为结构材料又用作非结构材料，钛合金被应用主要因为以下原因：优良的抗腐蚀性高强度小密度高温稳定性缓解空间限制与其它材料相适应,材料钛合金的应用,钛合金具有非常好的抗腐蚀性能，并且密度比钢小大约40%，同样强度条件下钛合金更轻，因此通常情况下应用钛合金而不用钢。在下列情况下钛合金被用来代替铝合金：高温稳定性被要求铝合金结构件太大而钛合金结构件合适因为腐蚀原因铝合金不能和其它材料相接触,材料钛合金的应用,钛合金在飞机上主要被用作a.液压管b.弹簧c.导流班（结构和非结构）d.高压管e.紧固件。,材料钢应用,飞机上大约1216%的基本结构使用合金钢和不锈钢，高的强度和弹性模量是高强度钢的主要优点。通常被用在起落架，发动机架接头，襟翼划轨等部位。,紧固件,对飞机设计者和结构修理工程师来说，正确的选择紧固件和应用正确的锁紧方式是一向非常重要的工作。紧固件得选用和安装应遵守结构修理手册和飞机生产厂文件，而且不能违反飞机管理部门意见(FAA、DOT、CAAetc.)。,紧固件,紧固件分为两类：永久性紧固件可拆除紧固件,永久性紧固件,是指不损坏一个或几个紧固件单元就不能拆除的紧固件包括：铆钉、锁螺栓、高锁钉、盲螺栓和特殊用途紧固件,可拆除紧固件,是指不损坏一个或几个紧固件单元就可以拆除的紧固件包括：螺栓、螺杆、螺帽、垫片和特殊用途紧固件。,表二紧固件应用,接头,主要接头失效模式紧固件选用紧固件安装,主要接头,机身蒙皮与长绗接头由指型板，外搭接带，内I型绗条。指型板降低末端紧固件的峰值负载，使尖端紧固件易于检查，并提高接头的耐久性。外搭接带形成双剪载荷，受力均匀。,主要接头,隔框角片是隔框和机身蒙皮、长绗、搭接带之间的剪切带，承受剪力。,主要接头,隔框与地板梁接头通过地板梁支架将负载传递到隔框，承受地板梁传来的拉力和垂直剪力。,主要接头,机翼与机身接头是飞机上承载最高的接头，因为安全原因不是单一构件的接头而是有多个角片和接头复合而成。其传递的两种主要负载是：翼梁传递的剪切负载，机翼蒙皮传递的翼展负载。,接头失效模式,飞机的失效模式被分为5类：净拉伸失效沿受力的垂直方向，板在连接紧固件之间失效。剪切失效沿传力的方向，两平行的板其中之一发生失效。承载失效在板的最大负载作用下紧固件孔变形。紧固件剪切失效在负载作用下紧固件杆被剪断。传递失效所有其它的失效。,接头紧固件选用,根据MILHDBK5为满足接头撕裂强度，紧固件剪切，和净拉伸的要求，紧固件的应用必须遵循下列原则：紧固件为实心紧固件必须被突出如果紧固件是螺栓，必须用剪切突头板厚和紧固件的直径比大于或等于0.18,接头紧固件选用,加大紧固件经常被用在飞机修理过程中，可以去除紧固将孔的损伤，使修理后紧固件与原有紧固件有相同的配合度，并提供负载传递路径。,表三紧固件过尺寸,接头紧固件安装,紧固件边距（EM）被定义为从紧固件中心到板的最近边的距离。结构修理手册要求的标准边距为2D0.05in（D=紧固件直径）并建议使用标准孔径。,接头紧固件安装,但在修理时受空间的限制，不总能够满足标准边距的要求，必须用小边距进行修理。用小边距进行修理必须遵守FAA规定和手册所要求的原则，通用原则为：接头不疲劳破坏接头疲劳破坏边距与加载路径平行,接头不疲劳破坏,EM1.5D:可接受。1DEM1.5D：可接受，当少于两个紧固件被影响并且每侧仅两个紧固件被过尺寸。EM1D：不可接受，紧固件孔必须被去除并安装加强板。进行净拉伸检查。,接头疲劳破坏,EM1.5D:可接受，紧固件孔必须被冷作硬化和喷射硬化。EM1.5D：不可接受，紧固件孔必须被去除并安装加强板。进行净拉伸检查。,边距与加载路径平行,EM1.7D:直接应用接头许用表。1.5DEM1.7D：进行实际应力计算。1DEM1.5D：进行剪断检查。EM1D：不可接受，紧固件孔必须被去除并安装加强板。,紧固件的间距与飞机结构的密封性,紧固件的间距影响飞机结构的密封性，在进行修理时必修严格按手册规定的间距进行修理。紧固件的间距可以在手册中查表得到，如果手册不能提供应按15倍板厚或6倍紧固件直径进行计算。结构油箱要求完全密封，因此对其紧固件间距有特殊要求：,紧固件的间距与飞机结构的密封性,交错排列的铆钉最大间距不超过10倍所连接的最薄板厚度。交错排列的螺栓最大间距不超过4.50倍紧固件直径或10倍所连接的最薄板厚度。固定油箱腹板的铆钉最大间距不超过15倍所连接的最厚板厚度。固定油箱梁的铆钉最大间距不超过6倍紧固件直径或10倍所连接的最薄板厚度。保持最小2.5倍紧固件直径的行距。铆钉墩头在油箱侧。锁螺栓和高锁钉突头在油箱侧。,紧固件最小行距,为了避免连接紧固件之间材料的剪切和撕裂破坏，应使紧固件之间保持足够的间距，一般情况下紧固件的最小行距为3倍紧固件直径。,耐久性,耐久性是飞机或修补抵抗裂纹、腐蚀和其它不利因素的能力。飞机耐久性的主要考虑方面就是抗疲劳、防腐、损伤容限。耐久性防腐耐久性抗疲劳,耐久性抗疲劳,飞机在潮湿和海洋性环境中飞行发生腐蚀，腐蚀是航空公司领导和维护人员主要关心的问题，应该尽早发现及时处理。防腐是进行结构修理一向基本而且必须的工作，进行结构修理必修做以下的基本工作：完成铝合金修理时必修在工作表面涂阿洛酊和一层底漆。安装修理件必修湿装，在所有止动孔添胶。完成钢件的修理时必修镀镉和两层底漆，第一层底漆再干后涂第二层。合理地应用密封胶完成修理。,耐久性抗疲劳,抗疲劳对延长飞机的使用寿命起着至关重要的作用，一旦飞机的设计原则和外部负载确定后，我们可以通过改变结构细节延长飞机寿命。通过选择合适的应力水平、设计细节和材料能提高抗疲劳能力。飞机是有许多结构部件和零件组成的，我们可以通过改变部件和零件来提高飞机的抗疲劳能力。影响飞机结构的疲劳强度的因素主要有:a.应力集中b.尺寸效应c.温度d.表面加工质量。,耐久性抗疲劳,在飞机设计、制造、试验和使用的长期实践中，人们对飞机结构的抗疲劳设计问题逐渐加深认识，积累了经验，从而对飞机结构的抗疲劳设计和修理制定出了一些原则：合理选材，适当控制应力水平避免或减缓应力集中注意刚度与变形的协调问题改善特殊部位的振动问题采用高疲劳寿命的结构形式,耐久性抗疲劳,飞机结构的使用经验和疲劳试验表明，各种装配效应对飞机结构的疲劳强度有很大的影响，我们可以通过一些合适的工艺措施，使孔壁产生自相平衡的残余应力，改善孔壁的疲劳性能，提高疲劳寿命。通常，使孔壁产生残余应力的工艺方法有冷做硬化和干涉配合等方法。,修理方案,过程加强板和搭接带用钢修理修理方针剪切梁修理,修理方案过程,制定修理方案应遵循以下过程：评估损伤，确定构件受怎样的力，并确定修理方法和修理所用材料。确定正确的材料许用应力。计算修理部分所承受的负载。确定修理材料的形状、大小。确定修理所用紧固件的类型、大小和数目。制定修理蓝图。应用结构手册的修理标准。,修理方案加强板和搭接带,当用铝合金加强修理、搭接修理时应遵循下列原则：尽可能应用同一种材料修理材料应加大一级或两极拼接方向同加载方向平行时不能拼接加强板和搭接带修理材料的许用应力比被修材料高在修理部分边沿打坡口确保修理件能够传递原负载。,修理方案用钢修理,钢被作为修理材料是因为在修理部位用铝合金会导致材料堆栈或材料过厚，从而不能保证修理边距，紧固件数目要求，还会出现紧固件干涉问题。用钢代替铝合金进行修理必修考虑以下问题：应用钢修理用铝修理产生干涉用铝修理不能保证边距用铝修理产生太多中心变换过硬考虑比较修理钢的刚度和波音用钢进行修理的刚度腐蚀防护,修理方案修理方针,以下是被结构修理手册采用的一般修理方针:当用7075板弯件修理7075型材时，修理板厚是1.35倍被修板厚。修理板的截面积是1.35倍的被修板的截面积。当用7075型材修理7075型材时，修理板厚是1.25倍被修板厚。修理板的截面积是1.25倍的被修板的截面积。当用2024板弯件或型材修理2024型材时，修理板厚是1.25倍被修板厚。修理板的截面积是1.25倍的被修板的截面积。当用板弯件修理薄板弯件时，修理板厚是1.25倍被修板厚。修理板的截面积是1.25倍的被修板的截面积。受压件边距应大于或等于1.5D。疲劳件或拉伸件边距应大于或等于1.7D。受压件