飞机构造概要要点.ppt

4.1飞机研制和设计过程,4.2机翼,4.3机身,4.4尾翼,4.5操纵面,4.6起落架,4.7直升机,飞机构造概要,4.0飞机结构图例,退出,飞机的基本部分可以分为机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置和仪表设备等几个大部分。,下面看几例飞机的主要组成部分：,飞机结构,例一：战斗机的主要组成部分,1-机翼2-机身3-进气口（发动机在机身内）4-起落架主轮5-起落架前轮6-升降舵；7-水平安定面8-方向舵9-垂直安定面10-副翼11-襟翼12-驾驶员座舱13-空速管14-翼刀,例二：F-117战斗机的主要组成部分,例三：客机,1-机翼2-机身3-进气口（发动机在机身内）4-起落架主轮5-起落架前轮6-升降舵7-水平安定面8-方向舵9-垂直安定面10-副翼11-襟翼12-驾驶员座舱13-空速管14-翼刀图4-1飞机的主要组成部分,民用飞机结构,F-22结构,4.1新飞机研制和设计过程简介,飞机设计在工业部门通常分几个阶段进行。一、拟订技术要求阶段二、飞机设计阶段三、原型机试制阶段四、飞机的试飞、定型阶段五、成批生产阶段六、使用和改进改型阶段,一、拟订技术要求阶段,设计要求通常是由飞机设计单位和订货单位（军方或民航）协商后共同拟订出新飞机的战术技术要求或使用技术要求。技术要求确定了飞机的主要性能指标、主要使用条件和机载设备等。是飞机设计的基本依据。,二、飞机设计阶段,飞机设计单位根据拟订好的飞机技术要求进行飞机设计。飞机设计一般分为两大部分：总体设计和结构设计。,总体设计,总体设计主要工作是确定全机主要参数，即全机重量G，发动机推力P和翼载GS(S为机翼面积)；确定飞机的基本外形，如机翼、尾翼平面形状、大致尺寸和气动布局；选择发动机；然后进行飞行性能的初步估算。如满足要求，则画出飞机的三面图；进行飞机的部位安排；确定结构型式和主要受力构件布置，并给出飞机各部件的重量控制指标。,结构设计是在总体设计基础上，进行飞机各部件结构的初步设计(或称结构打样设计)；对全机结构进行强度计算；完成零构件的详细设计和细节设计，完成结构的全部零构件图纸和部件、组件安装图。,结构设计,针对具体飞机设计，又可分为以下设计过程：,1、概念设计过程：通过概念设计来使设计要求制定得更为合理和具体化。2、初步设计过程：包括方案设计和打样设计。3、详细设计过程。其主要任务是：（1）结构和系统的详细设计和分析。（2）根据初步设计中总体设计参数的调整，进行新一轮的风洞试验和气动力计算。（3）进行飞机维修性、生存力分析和研制费用、经济性评估。最终发出生产图纸和资料。,方案设计,首先根据设计要求在概念设计的基础上，进行多种气动布局方案的对比和研究，以及机翼、机身、尾翼的形状、设计参数的确定。飞机的内部布置要同时进行。这时，各个专业都要介入，如结构的传力路线设计、新材料新工艺的选用、各系统的原理设计、全机重量重心估计、飞机性能计算和飞行品质分析，检查设计方案能否满足设计要求。,打样设计,在方案设计阶段主要是确定飞机总体布局，对结构和系统的考虑比较粗略，在详细设计之前，结构和系统还需要一个初步设计的过程，这个过程为打样设计。在打样设计阶段要进行下列工作：（1）气动力分析和风洞试验（2）结构打样设计。（3）系统打样设计。（4）全机布置协调。（5）样机审查,三、原型机试制阶段,飞机制造工厂根据飞机设计单位提供的设计图纸和技术资料进行试制。完成后装上全部设备、系统和发动机，由飞机工厂首批(一般称“0”批，生产24架)试制出来的新飞机即可投入全机强度、疲劳和损伤容限的验证试验和试飞。为加快研制进度，现代飞机都制造多架原型机进行试飞。,四、飞机的试飞、定型阶段,制造出原型机以后，要对全机进行静强度试验、某些必要的疲劳试验、损伤容限的早期验证试验、起落架试验和全机各系统试验，然后进行试飞。通过试飞全面检验飞机能否确保安全，性能是否满足技术要求。把设计、制造中和试飞中出现的各种问题，通过更改设计或改进制造方法等全部排除。,五、成批生产阶段,在试飞结束获得设计定型或型号合格证后才能进入成批生产阶段。,a340_600h生产过程,六、使用和改进改型阶段,对已投入使用的飞机进行改进改型，扩大它的功能和延长使用寿命，世界各国都很重视这一途径。,在满足强度和刚度要求的前提下，使重量尽可能地小部件尺寸大而刚度小零件数量多，装配以铆接为主,飞机构造特点,4.2机翼,4.2.1机翼的基本结构元件,4.2.2机翼的构造形式,4.1.1(1),机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力。同时机翼内部可以用来装置油箱和设备等；在机翼上还安装有改善起降性能的增升装置和用于飞机倾侧操纵的副翼；很多飞机的起落架和动力装置也固定在机翼上。,4.2.1机翼的基本结构元件,4.2.1(2),机翼的基本结构元件,翼梁是最强有力的纵向构件，承受全部或大部分的弯矩和剪力。翼梁由缘条、腹板和支柱等组成，剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。,翼梁,纵墙,纵墙与翼梁的区别在于其缘条很弱且不与机身相连接，也即纵墙与机身铰接。纵墙通常布置在机翼的前后缘处，与机翼的上下蒙皮相连，形成封闭的盒段以承受扭矩。,桁条,桁条用铝合金型材或板弯件制成，铆接在蒙皮内表面，支持和加强蒙皮。,翼肋,翼肋形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。如果是加强翼肋，则还要承受和传递集中载荷。,蒙皮,蒙皮通常用硬铝板材制成，用铆钉或粘接剂固定于纵横向骨架上，形成光滑的表面。空气动力直接作用在蒙皮上。,接头,接头的功用是将载荷从一个构件传递到另一个构件。,4.2.2,构架式机翼梁式机翼单块式机翼,机翼的构造形式随着飞机速度的增加而改变。在机翼构造形式的发展过程中，最主要的变化是维形构件和受力构件逐渐合并。机翼的主要构造形式有：,4.2.2机翼的构造形式,构架式机翼(1),构架式机翼主要用于飞机发展的初期，其结构特点是受力件与维形件完全分工。构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支柱（或翼肋）等组成的空间桁架系统；其蒙皮是用亚麻布制成，只起维形作用。,构架式机翼(2),梁式机翼(1),梁式机翼的特点是布置有强有力的翼梁、较少且较弱的桁条并采用较薄的硬质蒙皮，常用金属铆接结构，为现今飞机所广泛采用。根据翼梁的数量不同，可以进一步将梁式机翼分为单梁式机翼、双梁式机翼和多梁式机翼。,梁式机翼(2),单块式机翼(1),单块式机翼的特点是蒙皮较厚，桁条较多也较强，翼梁的缘条很弱，甚至没有翼梁而只有纵墙。单块式机翼的维形构件和受力构件已经完全合并，亦为现代飞机所广泛采用。,单块式机翼(2),4.3机身,4.3.1机身的构造形式,4.3.2大型民用客机机身舱位,民用飞机机身的主要功用：,装载乘员和货物；安置各种系统设备；连接机翼和尾翼等部件；有的还固定动力装置和起落架。,4.3.1,构架式机身桁梁式机身桁条式机身大型民用客机的机身结构,机身的构造形式也是随着飞机速度的增加而改变的，也是维形构件逐渐与受力构件合并。机身的主要构造形式有：,4.3.1机身的构造形式,构架式机身,构架式机身由受力空间桁架系统和不参与总体受力的蒙皮构成。,构架式机身,桁梁式机身(1),桁梁式薄壁结构机身的受力构件包括桁梁、桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。桁梁式机身的特点是布置有剖面较大的桁梁、桁条较少且较弱、蒙皮较薄。,桁梁式机身(2),隔框,桁条,桁梁,桁条式机身(1),桁条式机身的受力构件包括桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。其特点是蒙皮较厚，桁条较多也较强。,轰-5机身结构,桁条式机身(2),大型民用客机的机身结构(1),大型民用客机的机身结构大多是以桁条式为基础，增加承载能力很强的地板结构。地板结构一般包括隔框、地板横梁、纵梁（龙骨梁）以及地板块。机身空间因此被地板分为上、下两部分。,大型民用客机的机身结构,纵梁,横梁,大型民用客机的机身结构(2),4.3.2,大型民用客机机身一般分为：,4.3.2大型民用客机机身舱位,机鼻,机鼻以雷达天线罩整流，内部主要安置气象雷达等。,机身前段(1),机身前段为气密增压舱；其上部是驾驶舱，下部为设备舱。驾驶舱内一般装有中央和侧边操纵台以及靠舱门的后控制台；左、中、右、顶部仪表板；正、副驾驶座椅；飞行工程师座椅等。驾驶舱罩为金属骨架装风挡玻璃，风挡玻璃一般由三层回火硅酸盐电加温玻璃贴合而成，厚度在30mm以上。,机身前段(2),机身中段(1),机身中段亦为气密增压舱；其上部是客舱，下部为货舱、设备舱、起落架舱等。客舱两侧壁上开有安装着双层有机玻璃的观察窗，前、中、后部布置有数个登机门以及应急出口。舱内服务设施和设备齐全，座椅舒适，空气新鲜，灯光柔和，并配备有应急供氧设备、水上救生设施等。,机身中段(2),机身后段,机身后段一般不增压，主要安装尾翼、辅助动力装置（APU）及部分设备。,尾锥,尾锥部分主要是辅助动力装置（APU）的排气管。,4.4尾翼,尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和方向的平衡，并使飞机在纵向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。,4.4(2),一般，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。前者由固定的水平安定面和活动的升降舵组成，后者则由固定的垂直安定面和活动的方向舵组成。,垂直安定面,方向舵,水平安定面,升降舵,4.4(2),4.4(3),尾翼的构造基本上与机翼的构造相似，也由纵、横向骨架和蒙皮、接头组成。小型飞机的安定面多采用梁式构造，大型飞机的安定面一般都采用多纵墙的单块式构造。,4.5操纵面,4.5.1主操纵面,4.5.2辅助操纵面,大型民用飞机的操纵面,主操纵面亦称舵面。通常，飞机具有三个主操纵面，即升降舵、方向舵和副翼。通过操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞机的俯仰、方向和横侧姿态的控制。,4.5.1主操纵面,4.4.1(1),4.5.1(2),副翼,4.5.1(3),主操纵面的构造通常为由梁、肋、蒙皮、接头以及后缘型材组成的无桁条单梁式。,升降舵,通常，升降舵安装在水平安定面的后缘，由驾驶员推、拉驾驶杆盘进行操纵，以供飞机作俯仰运动之用。部分高速飞机采用了全动式水平尾翼，目的是为了提高飞机在高速飞行时的操纵效能。,方向舵,方向舵位于垂直安定面的后缘，由驾驶员踩动脚蹬控制，以供飞机作偏航运动之用。,副翼(1),副翼装在机翼的后缘，由驾驶员左右移动驾驶杆或转动驾驶盘进行操纵。两侧机翼上的副翼偏转方向总是相反的，从而使一侧机翼上的升力增加而另一侧机翼上的升力减小，以达到使飞机作倾侧运动之目的。,副翼(2),小型飞机的副翼位于机翼后缘的外侧。大、中型飞机一般左右机翼各有内、外两块副翼，外副翼也称低速副翼。飞机低速飞行时，内、外两组副翼同时使用；当飞行速度超过一定M数后，外侧副翼锁定，由内侧副翼以及副翼上偏一侧机翼上的空中扰流片共同来保证飞机的横侧操纵。,4.5.2,辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：,增升装置扰流片减速板调整片,4.5.2辅助操纵面,增升装置(1),增升装置的主要功用是在起飞降落时增加机翼的升力，从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑距离。,增升装置的功用,增升装置(2),目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：,增升装置的增升原理,增大翼型弯度；增大机翼面积；控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。,增升装置(3),目前所使用的增升装置的种类主要有：,增升装置的主要种类,襟翼前缘缝翼前缘襟翼和克鲁格襟翼附面层控制,襟翼(1),一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力，因此通常在起飞阶段，襟翼只放下较小的角度，而在着陆阶段才放下到最大角度。,巡航时,起飞时,降落时,襟翼(2),襟翼的种类很多，常用的有：,分裂襟翼简单襟翼开缝襟翼后退襟翼复合襟翼,分裂襟翼,分裂襟翼（也称开裂襟翼）象一块薄板，用铰链安装于机翼后缘下表面并成为机翼的一部分。,分裂襟翼一般可把机翼的Cymax提高7585。,简单襟翼,简单襟翼的形状与副翼相似，用铰链连接于机翼后缘，其构造比较简单，不偏