飞机结构与系统第一章-绪论VIP

飞机结构与系统,刘晖明故宫校区科学馆302室Telmail：Liuhui,南京航空航天大学民航学院,飞机的基本组成,飞机结构机体：机翼：提供升力尾翼：操纵、增稳机身：装载、连接起落架：起飞、着陆、滑跑、停放发动机：产生推力,飞机的基本组成,飞机系统液压系统操纵系统燃油系统航电系统,环控系统防火系统防冰排雨系统,主要教学内容,上篇：飞机结构第一章飞机结构概述第二章飞机外载荷第三章翼面结构分析第四章机身结构分析第五章飞机结构材料第六章起落架系统,主要教学内容,下篇：飞机系统第七章液压系统第八章飞行操纵系统第九章座舱环境控制系统第十章防冰排雨系统第十一章燃油系统第十二章防火系统,主要参考文献,宋静波，飞机构造基础，航空工业出版社，2004陶梅贞，现代飞机结构综合设计，西北工业大学出版社，2001沈燕良，飞机系统原理，国防工业出版社，2007,考核方式,平时成绩30%考试成绩70%,第一章飞机结构概述,本章内容飞机发展及分类飞机研制过程简介,飞机发展及分类,第一架成功的飞机“飞行者”1号：第一次有动力、载人、持续、可操纵、重于空气的飞行器成功飞行。,飞机发展及分类,按功能分类军用飞机民用飞机,军用飞机,功能完成空中拦击、侦察、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输、空降等任务。种类歼击机、侦察机、轰炸机、攻击机、预警机、反潜机、电子干扰机、舰载机、运输机等。,数量多、发展快、采用最新技术、标志一个国家空军或者国防的实力。,军用飞机发展,民用飞机种类,航线飞机（用于商业飞行的客机和货机）按功能分：客机、货机、客货两用机。按巡航速度：低亚（M6m）按客座数与航程：见下表：,航线飞机,航线飞机,波音-747-400属于：洲际（12970km）巨型（378吨、550座）高亚音速（900939km/h）涡扇式宽体（6.13m）客机,民用飞机种类,通用航空飞机通用航空：是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋检测、科学试验、教育培训、文化体育等方面的飞行活动。,通用航空飞机,公务机（商务飞机或行政机）在行政事务中或商务活动中作为交通工具的小型飞机（许多公司拥有自己的公务机）。如AC500,通用航空飞机,农林飞机：直接为农业、林业、牧业、渔业生产服务的飞机。如：N5B,通用航空飞机,其它飞机：用于抢险救灾、娱乐旅游、体育运动、空中摄影与测量、航空物理探矿等，如AD-100、200,民机发展,喷气式干线飞机,按构造型式的飞机分类,其他型式飞机,1.垂直/短距起落飞机优点:不依赖机场，可象直升机起落也可象固定翼飞机有速度和攻击能力；发动机喷口方向可转。“鹞”式战斗机:第一种垂直起落飞机,其他型式飞机,2.无人机可执行危险性大的任务：军事上可用作靶机、用于侦察、诱惑、电子对抗、对地攻击等；质量轻、尺寸小、成本低，故花费低；民用上可用于大地测量、气象观测、森林防火、人工降雨等。原理：自动程序控制或无线电遥控长空一号（靶机）,其他型式飞机,3.地效飞机地面效应：当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时，整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小，阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象，称为地面效应。,其他型式飞机,3.地效飞机优点:飞机下面的气流速度小，静压大，使升力增加，飞机的升阻比提高，故所需功率减小，承载增加或航程增大，燃料仅为一般客机的1/5。中国的“天鹅”、“天翼”、“信天翁”。,其他型式飞机,“天使鸟”地效飞机,其他型式飞机,4.太阳能飞机原理：白天吸收太阳能，通过太阳能电池将其转化为电能，部分电能带动电动机产生推力和供机载设备使用，部分输入电解池，将水电解成氧气和氢气储藏能量；夜间将氢气和氧气进行化学反应释放化学能转化成电能供飞机使用。美国的“太阳神”,其他型式飞机,4.太阳能飞机瑞士的“阳光动力”世界首架载人、昼夜飞行,飞机研制过程简介,飞机研制过程拟定技术要求飞机设计过程飞机总体设计飞机结构设计飞机制造过程飞机的试飞定型过程,拟定技术要求,通常由飞机设计单位和订货单位协商共同制订。决定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。,飞机设计过程,1）主要参数：估算飞机总重（结构、推进系统、设备、燃油、有效载荷）、发动机推力、翼载荷；2）基本外形和尺寸：机翼、尾翼、机身，如上单翼、平直翼、鸭式布局等；3）初步部位安排：内部布置（油箱、各种仪表设备）及主要受力构件的安排与协调（机身大开口、起落架的位置）。,总体设计,飞机设计过程,结构：本课程中，结构指：能承受和传递载荷的系统，即受力结构。一架飞机的整个结构，包含：机翼、尾翼、机身、发动机短舱、起落架、操纵系统（机械操纵系统部分）及其他受力结构等部件或组件结构。部件结构：机翼、机身。组件结构：组成部件的大段结构。构件：很少零件装配而成。元件：零件或构件作为具有一定功用的基本单元。,结构设计,飞机结构设计,含义：根据结构设计的原始条件和基本要求，提出方案及进行具体的部件和零构件设计进行强度计算和必要的试验，最后绘出结构图纸，完成相应的技术文件，以使生产单位能根据这些图纸和技术文件进行生产。,飞机结构设计,原始条件1：结构的外载以及对结构受力特性的要求：1）外载的形式（集中的、分布的、冲击型、周期型、热的等）；2）外载的历程特征（不同的飞行，载荷的变化规律）；3）外载对结构的作用效应（抖振、颤振）；4）结构承载的强度、刚度要求（静、动、热、整体的、局部的）；5）结构寿命要求，损伤容限要求。,飞机结构设计,原始条件2：飞机结构的协调关系：1）各部件的相对位置以及相互间连接交点的位置（不能改动）；2）零、构件之间在连接尺寸上的协调关系；3）各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调；4）部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论外形相协调；5）其内部边界可能需与某个内部装载协调，也可能不需协调。,飞机结构设计,原始条件3：结构的使用条件：1）环境条件：飞机在飞行或停机时的气象条件或周围介质条件；2）起飞着陆场所：陆上飞机、水上飞机、水陆两栖；不同的陆上跑道类型（水泥，土）3）维修条件和使用条件：维修周期和次数、维修能力、维修速度要求，维修场所（外场、场站、基地）。,飞机结构设计,原始条件4：结构的生产条件：1）加工能力（设备类型、精度，人员素质水平）2）装配能力（精度，装配量）3）生产能力（产量）4）生产质量保障体系（技术与管理）,飞机结构设计,基本要求1：气动性能和设计一体化要求：保证飞机具有合理的气动外形和好的表面质量（否则飞行性能和品质变差），如:翼身融合。多功能结构一体化协调设计，如隐身结构一体化、飞机发动机一体化、飞控火控结构一体化设计等。,飞机结构设计,基本要求2：最小重量要求：保证结构完整性条件下结构重量最轻。结构完整性：关系到飞机安全使用、使用费用和功能的机体结构的强度、刚度、损伤容限及耐久性等飞机所要求的结构特性的总称。,飞机结构设计,基本要求2：最小重量要求：要求结构设计应保证结构在承受各种规定载荷和环境条件下：1）具有足够的强度；2）不产生不能容许的残余变形；3）具有足够的刚度，或采取其他措施以避免出现不能容许的气动弹性问题与振动问题；4）具有足够的寿命和损伤容限，以及高的可靠性；5）在保证上述条件得到满足的前提下，使结构的重量尽可能轻。,飞机结构设计,基本要求2：最小重量要求：结构重量系数：飞机结构重量/飞机正常起飞重量的百分比。第一代第四代歼击机35%33%30.5%28%。设计和制造人员的重要使命：减重。口号：“为减轻飞机的每一克重量而奋斗”。,飞机结构设计,基本要求2：最小重量要求：例:一架现代喷气式客机，使用寿命一般为20年。假设飞行小时以60000h计，一架总重100t的飞机其结构重量约为30t，若使其重量减轻100kg，则能多载一名乘客或100kg货物。飞机速度假设为900km/h，tkm收入为1.8元，则能多收益多少？解：1.80.190060000=972（万元）由此可见，随着飞机寿命的增加，减轻结构重量的经济利益越来越大。,飞机结构设计,基本要求3：使用维护要求开畅性：便于检查、维修作业维修性：合理布置和设计各种分离面、开口、锁等基本要求4：工艺要求良好工艺性：结合产品的产量、机种、需要的迫切性和加工条件等综合考虑。复合材料等新材料，还应对材料、结构的制作和结构修理的工艺性予以重视。,飞机结构设计,基本要求5：经济性要求主要指生产和使用成本。全寿命周期费用（LCC）：飞机的概念设计、方案论证、全面研制、生产、使用与保障五个阶段直到退役或报废期间所付出的一切费用之和。,飞机结构设计,结构设计过程简介：通过计算和试验，确定外载荷的大小、分布、性质；进行部件的打样设计；确定各结构的基本尺寸；画出结构详细打样图，并进行细节设计；强度计算，对关键件进行疲劳、耐久性、损伤容限的初步分析，如不满足要求则修改设计；,飞机结构设计,结构设计过程简介：零构件详细设计，绘制全套生产图纸，编制相应技术文件；全机疲劳寿命、损伤容限分析；可靠性分析；根据试验、试飞结果对设计进行必要的修改。,飞机制造过程,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、安装。首批（一般称“0”批，24架）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。数字化设计/制造/管理一体化技术的发展：B777成为第一架无纸设计飞机。,飞机试飞、定型过程,1.地面试验全机静强度试验；地面操作试验；疲劳损伤容限试验；起