第五章飞行器的构造

2020年6月7日,航空航天技术概论,主讲人：杏建军,第五章主要内容,飞行器结构的一般要求和采用的材料航空器的构造航天器的构造火箭和导弹的构造,第四章主要内容,飞行器结构的一般要求和采用的材料航空器的构造航天器的构造火箭和导弹的构造,1.1对飞行器的一般要求,空气动力要求结构应满足飞行性能所要求的气动外形和表面质量对于飞机而言，气动外形要保证增加升力、减少阻力对于运载火箭而言，气动外形要减少阻力对于卫星而言，由于太空几乎没有空气，所以没有气动外形要求对于返回舱而言，气动外形要求降低过载和气动加热,1.1对飞行器的一般要求,重量要求在满足强度、刚度和寿命的条件下重量尽量轻,强度：结构承受载荷时抵抗破坏的能力,刚度：结构在载荷作用下抵抗变形的能力,寿命：从开始使用到报废的时间,1.1对飞行器的一般要求,使用维护要求结构便于检查、维护和修理，易于运输、储存和保管工艺和经济性要求在一定生产条件下要求工艺简单、制造方便、生产周期短、成本低,1.2飞行器结构采用的主要材料,对飞行器结构材料的要求原则：在选用结构材料时，应尽量采用比强度和比刚度大的材料。其次，根据不同的飞行和环境条件，要求材料具有一定的耐高温和耐低温性能，要具有良好的抗老化和耐腐蚀能力，要具有足够的断裂韧性和良好的抗疲劳性能。另外材料还要具有良好的加工性能，资源丰富，价格低廉。,1.2飞行器结构采用的主要材料,镁铝合金合金钢类复合材料复合材料的密度低，比强度、比刚度很高，抗疲劳性能、减震性能和工艺成型性能都很好。到目前为止，战斗机机身使用30%40%的复合材料，直升机70%80%,如“科曼奇”机身有70%的复合材料。使用复合材料，可使机身减重20%30%,第四章主要内容,飞行器结构的一般要求和采用的材料航空器的构造航天器的构造火箭和导弹的构造,2.1气球和飞艇的基本构造,气球的构造氢气球,2.1气球和飞艇的基本构造,气球的构造热气球,2.1气球和飞艇的基本构造,飞艇的构造飞艇通常是流线型囊体，尾部有安定面和操纵面，囊体下部安装吊舱和动力装置等，动力装置也有安装在囊体两侧或尾锥部位的型式。,2.1气球和飞艇的基本构造,飞艇的构造：按构形分,纯浮力体,浮力升力混合体,浮力旋翼混合体,2.1气球和飞艇的基本构造,飞艇的构造：按结构分,硬式,软式,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造1、机翼的外载荷,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件,1翼梁2前纵墙3后纵墙4普通翼肋5加强翼肋6对接接头7硬铝蒙皮8长桁,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件,翼梁：承受绝大部分弯矩和剪力；纵墙：承受剪力。,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件,桁条：支撑蒙皮，将气动力传给翼肋,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件,横向骨架普通翼肋：维持翼型，把蒙皮和桁条的力传给翼梁；加强翼肋：除普通翼肋作用外，承受集中力,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造2、机翼的主要受力构件蒙皮：维持气动外形，将气动力传给桁条和翼肋，与翼梁纵墙的腹板形成闭室承受扭矩。,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造3、机翼的典型构造形式a)蒙皮骨架式,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造3、机翼的典型构造形式b)整体壁板式,2.2飞机的基本构造,机翼和尾翼的基本构造3、机翼的典型构造形式c)夹层式机翼,2.2飞机的基本构造,机身的基本构造1）作用在机身上的外载荷分布力气动力，重力集中力机翼、尾翼、发动机、起落架、装载物等的作用力（2）机身中的内力垂直弯矩、水平弯矩、垂直剪力、水平剪力、扭矩（3）机身的受力构件桁梁、桁条、隔框、蒙皮,2.2飞机的基本构造,机身的基本构造a)蒙皮骨架式（桁梁式、桁条式和硬壳式）,2.2飞机的基本构造,机身的基本构造b)整体壁板式,2.2飞机的基本构造,机身的基本构造c)夹层式,2.2飞机的基本构造,起落装置功用：起飞、着陆、滑行、停放、减震、消振种类：轮式、滑撬式、浮筒式、滑车式、气垫式等,2.2飞机的基本构造,起落装置1、典型起落架的组成,2.2飞机的基本构造,起落装置2、起落架的布置形式,前三点式,2.2飞机的基本构造,起落装置2、起落架的布置形式,后三点式,2.2飞机的基本构造,起落装置2、起落架的布置形式,自行车式,2.2飞机的基本构造,前三点式与后三点式起落架性能比较a）前三点可强力制动而无“倒”立危险b）前三点式具有滑跑稳定性c）前三点式机身轴线基本水平，驾驶员视界好，可安装喷气发动机,2.2飞机的基本构造,辅助起落装置a）起飞：增升装置，起飞助推火箭，弹射装置b）着陆：减速伞，反推力装置，拦截索,2.2飞机的基本构造,辅助起落装置a）起飞：增升装置，起飞助推火箭，弹射装置b）着陆：减速伞，反推力装置，拦截索,第四章主要内容,飞行器结构的一般要求和采用的材料航空器的构造航天器的构造火箭和导弹的构造,航天器,专用系统保障系统（卫星平台）,保障系统（1）结构分系统（2）电源分系统（3）热控制分系统（4）姿态与轨道控制分系统（5）测控分系统（6）数据管理分系统（7）生命保障系统（8）返回系统,3.1卫星,卫星的基本构造(1)承力结构。(2)外壳。(3)安装部件。(4)天线结构。(5)太阳能电池阵。(6)卫星稳定结构。,3.1卫星,3.1卫星,3.1卫星,3.2载人飞船,载人飞船,美国“水星”号载人飞船,单舱式,3.2载人飞船,载人飞船,美国“双子星座”号载人飞船,两舱式,3.2载人飞船,载人飞船,“阿波罗”载人飞船,3.2载人飞船,载人飞船,“联盟号”宇宙飞船,3.2载人飞船,载人飞船,“阿波罗”载人飞船,3.3航天飞机,航天飞机,3.3航天飞机,航天飞机,3.4空天飞机,空天飞机是能够象飞机一样自己起飞和降落的航天器,3.5空间站,空间站对于需要长时间在空间逗留的工作任务，空间站提供了可能的环境。空间站的功用包括：对地观测，天文观测、科学研究、微重力试验和生产、在轨服务基地等。空间站的结构一般是由按功能划分的舱段组成，基本组成有：能源舱、工作舱、生活舱、太阳能电池阵，姿态控制系统、通讯系统、对接系统和连接过渡舱等。,3.5空间站,空间站,舱段式结构,3.5空间站,空间站,积木式结构,3.5空间站,空间站,桁架式结构,第四章主要内容,飞行器结构的一般要求和采用的材料航空器的构造航天器的构造火箭和导弹的构造,4.1火箭的基本构造,探空火箭对近地空间进行环境探测；飞行高度30200km。运载火箭把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道,4.1火箭的基本构造,多级火箭的组合方式串联式并联式混合式多级火箭的级间分离方式热分离冷分离,4.1火箭的基本构造,世界上著名的火箭俄罗斯：目前的主力火箭仍是一批传统型号，如联盟号、宇宙号、闪电号、质子号等。欧洲：现如今最成功的商业运载火箭是欧洲的阿里安火箭系列，从问世以来，已先后有阿里安-1、2、3、4、5投入商业发射市场，目前主要使用阿里安-4。阿里安-4是1988年投入运营的三级火箭。根据捆绑助推器的不同，它有6种不同运载能力的型号，其地球同步转移轨道运载能力分别为1.9、2.6、3.0、3.2、3.7和4.5吨。它之所以畅销，主要原因是推力大、可靠性高、交货及时、价格适中、入轨精度高，因而供不应求。,4.1火箭的基本构造,世界上著名的火箭美国：火箭阵容庞大，现常用的中大型火箭有德尔它、宇宙神和大力神。日本：“H系列”火箭。有两个型号：“H-1”型和“H-2”型。“H-1”是一种三级常规燃料火箭，全长40.3米，直径2.4米，总重达140吨，可把1吨重的卫星送入地球同步转移轨道。“H-2”是一种两级液氢液氧燃料火箭，全长50米，直径4米，总重260吨，可把约9吨的有效载荷送上近地轨道，把2吨的有效载荷送上地球同步轨道。“,4.2导弹的基本构造,按飞行方式和气动外形分：有翼导弹和弹道导弹按作战分：战略导弹和战术导弹按攻击目标分：反舰导弹，反潜导弹，反坦克导弹，反弹道导弹按发射和目标位置分：空对空导弹，空对地导弹，地对空导弹，岸对舰导弹,4.2导弹的基本构造,组成（有翼导弹）,4.2导弹的基本构造,气动外形（有翼导弹）气动布局：正常式、鸭式、无尾式、可偏弹翼式按弹翼周向分布：平面形，X形，十字形,4.2导弹的基本构造,4.2导弹的基本构造,4.2导弹的基本构造,弹道导弹飞行方式,4.2导弹的基本构造,弹道导弹洲际弹道导弹(ICBM):射程在5500km以上远程弹道导弹(IRBM):射程在3000和5500km之间中程弹道导弹(MRBM):射程在1000和3000km之间短程弹道导弹(SRBM):射程在1000km以下,4.2导弹的基本构造,弹道导弹控制方式燃气