结构设计(第3章3.5)

1、2021-10-231机翼剖面的机翼剖面的“三心三心”和一点和一点重心：机翼剖面上，重力与弦线交点。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，机翼刚心：当剪力作用于该点时，机翼 只弯不扭，或机翼受扭时，只弯不扭，或机翼受扭时， 将绕其旋转。将绕其旋转。 刚心位置约在刚心位置约在38384040。3.2 3.2 机翼典型受力型式的传力分析机翼典型受力型式的传力分析2021-10-232焦点：也称为空气动力中心，焦点可看为在焦点：也称为空气动力中心，焦点可看为在 迎角变化迎角变化 时，升力增量的作用点。约在时，升力增量的作用点。约在2828处。处。3.2 3.2 机翼典型受力型式

2、的传力分析机翼典型受力型式的传力分析2021-10-233压心：空气动力压心：空气动力R R与机翼弦线的交点，即空气动力合力与机翼弦线的交点，即空气动力合力 作用点。它的位置随着作用点。它的位置随着角（角（C Cy y ）而变化。）而变化。 C Cy y 压心前移，接近焦点。压心前移，接近焦点。 3.2 3.2 机翼典型受力型式的传力分析机翼典型受力型式的传力分析2021-10-234 分布气动力作用在蒙皮上分布气动力作用在蒙皮上 谁支持蒙皮？谁支持蒙皮？ 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-235 蒙皮蒙皮 ：由翼肋和长桁支持。：由翼肋和

3、长桁支持。 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-236 分布气动力作用在翼肋和长桁分布气动力作用在翼肋和长桁 谁支持翼肋和长桁？谁支持翼肋和长桁？ 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-237 长桁长桁 : 由翼肋支持。由翼肋支持。 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-238翼肋翼肋 : 由翼肋后方的机翼盒段支持。由翼肋后方的机翼盒段支持。 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-239

4、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。 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-2310总结：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。 3.2.1 3.2.1空气动力向翼肋上的传递空气动力向翼肋上的传递分析分析2021-10-2311 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递 总体力

5、：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和一个扭矩。 3.2.2 3.2.2 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2312 弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受？弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受？ 如何传递？如何传递？ 3.2.2 3.2.2 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2313剪力剪力: 由承剪力元件翼梁承担。由承剪力元件翼梁承担。 3.2.2 3.2.2 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2314扭矩：由承扭矩元件

6、翼盒承担。扭矩：由承扭矩元件翼盒承担。 3.2.2 3.2.2 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2315 弯矩：机翼结构不同承载元件不同。弯矩：机翼结构不同承载元件不同。 3.2.2 3.2.2 机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2316 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2317 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2318 1. 气动力在梁式机翼的翼肋上的传递气动力在梁式机翼的翼肋上的传递 （翼肋的力平衡图）（翼肋的力平衡图

7、） 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2319 2. 总体剪力在梁式机翼的上的总体剪力在梁式机翼的上的传递传递 （受力元件的力平衡图）（受力元件的力平衡图） 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2320 3. 总体弯矩在梁式机翼的上的传递总体弯矩在梁式机翼的上的传递 由翼梁承担。由翼梁承担。 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2321 4. 总体扭矩在梁式机翼的上的总体扭矩在梁式机翼的上的传递传递 由翼盒承担。由翼盒承担。

8、3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2322 梁式机翼的总体扭矩梁式机翼的总体扭矩由翼盒由翼盒传递到机翼根传递到机翼根部部 由机翼根肋传给机翼机身接头。由机翼根肋传给机翼机身接头。 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2323 5. 机翼上集中力的传递机翼上集中力的传递集中力来源集中力来源: : 副翼副翼 襟翼襟翼 机翼挂架等连接机翼挂架等连接 接头传来。接头传来。 机翼结构机翼结构: : 薄壁结构薄壁结构, ,受集中力的能力极差。受集中力的能力极差。 解决办法解决办法: : 集中力

9、作用处布置构件扩散。集中力作用处布置构件扩散。 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2324航向（航向（X X向）集中力向）集中力: : 由肋扩散由肋扩散. .向上集中力向上集中力P P作用下作用下: : 向上运动由梁腹板提供支反力限制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。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加强肋内力图见右图 受力特点受力特点: : 弯矩剪力往往较大弯矩剪力往往较大 结构特点结构特点: : 肋腹板缘条比较强肋腹板缘条比较强; ; 与翼梁与翼梁 蒙皮的连接也比较强。蒙皮的连

10、接也比较强。 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2325有关力等效的两个问题有关力等效的两个问题问题问题1. 1. 是否可用等效力系画内力图是否可用等效力系画内力图? ?问题问题2. 2. 是否可用等效力系求支反力是否可用等效力系求支反力? ? 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2326举例举例: 加强肋传力分析加强肋传力分析前梁后梁BHP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? 2021-

11、10-2327解解: 将将P移到刚心得移到刚心得 P=P Mt=P*3 R前前= 3/4P R后后 =1/4P Pqt=3P214=3/8PRt前“= 3/8P1Rt后“= 3/8P1R前= 3/4P-3/8P=3/8PR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?2021-10-2328结论结论: : 1. 1.前梁上有载荷，也即一般不能抵消，而是会使盒段扭前梁上有载荷，也即一般不能抵消，而是会使盒段扭! ! P P力不是全部由后梁传往根部，而是会在盒段上整力不是全部由后梁传往根部，而是会在盒段上整 个加载。个加载。 2.2.双梁式不是双支点简支梁双梁式不是双支点

12、简支梁! ! 加强肋是由后盒段周缘连接的。加强肋是由后盒段周缘连接的。 3.3.传集中力时，要通过某些加强构件把它转化为适宜于传集中力时，要通过某些加强构件把它转化为适宜于 机翼主要受力构件机翼主要受力构件( (盒式梁盒式梁) )所宜承受的各种分散力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。先扩散，再传给主盒段，最后传给机身。 3.2.3 3.2.3 梁式梁式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2329 结构特点结构特点: : 梁较弱或只有墙；蒙皮较厚（梁较弱或只有墙；蒙皮较厚（t3t3）；长桁多且强。）；长桁多且强。 受力特点受力特点: : 由梁缘条、

13、长桁和蒙皮组成的壁板承弯由梁缘条、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 用处用处: : 从高速飞机要求看从高速飞机要求看: : 1. V 1. V 气动载荷气动载荷 局部刚度局部刚度 两者矛盾两者矛盾 要求要求 2. 2. 翼形变薄翼形变薄 承弯能力要求承弯能力要求 办法办法: : 提高有效高度，可采用后面介绍的多腹板式提高有效高度，可采用后面介绍的多腹板式 3.2.4 3.2.4 单块式单块式机翼结构上的总体力传递机翼结构上的总体力传递2021-10-2

14、330二、单块式机翼的传力分析二、单块式机翼的传力分析 2021-10-23312021-10-2332传力分析:QQ2021-10-23332021-10-2334 剪力传递：剪力传递： 因长桁、蒙皮较强，承轴向正应力能力大，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）梁腹板受剪时，产生的轴向剪流（将形成弯矩） 由梁橼条，长绗、蒙皮组成的壁板承受。由梁橼条，长绗、蒙皮组成的壁板承受。 传递过程传递过程：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。腹板剪流梁橼条蒙皮（受剪）第一长桁假定承受正应力能力折算到长桁蒙

15、皮蒙皮第二长桁2021-10-23352021-10-2336 1.蒙皮、长桁、梁上的q、N均有变化 蒙皮: 扭矩和轴向剪流蒙皮受剪传递肋上附加剪流 （肋上剪流分布改变，与受正应力元件面积有关） 长桁: 正应力 梁: 一部分传给长桁，故N较小。 2.如果蒙皮，长桁均受正应力，则剪流分布有何不同？ 阶梯 斜折线 3.剪流（轴向）如何传到长桁上蒙皮受剪，所以肋上剪流多应掌握几点：2021-10-23374.分离面为何要这样安排？ 主要使 M： 左右自身平衡（当对称时） -机翼贯穿 Q，Mt：在直机翼中不进入中央翼 （与机身相连处根接头 肋） 但反对称Mt要在中央翼上平衡5. 中央翼一般有些什么元件

16、? 必需 长绗，蒙皮 翼肋主要作为支持，但在与机身连接处要6.如果不带中央翼：要出现参与区，影响效率 -桁梁式机翼应掌握几点：2021-10-2338 三、多腹板式结构 结构特点： 纵墙多（ 5） ；蒙皮厚（几十几mm）； 无长绗 ；有多肋和少肋 两种。 与机身连接 同单块式 同梁式(由多腹板 多梁式) 用处: 小展弦比; 高速飞机(薄翼)或后掠翼 Heff 多腹板; 薄翼刚度要求 厚蒙皮 无长桁 传力特点: 若无普通肋 蒙皮气动载荷腹板(展向一长条蒙皮上的气动载荷)侧肋(剪力）蒙皮(轴力 3.2.5 3.2.5 多腹板式机翼的传力分析多腹板式机翼的传力分析2021-10-23392021-10-2340*对多腹板小展弦比直机翼, 由于各梁刚度、载荷不一样, 会有附加剪流 翘曲变形 弯曲刚度小 弯曲刚度大 对刚度大的梁加载，对刚度小的梁卸载2021-10-2341 多腹板机翼的启发问题 1、 无肋时，气动载荷是怎麽传的？ 2、 是否还有扭矩（或扭转变形引起的剪流） 3、如无中央翼会怎样？四.综述三个典型受力型式: 1.受Q 的形式没有改变; 2.不同之处主要是受M的元件分布由 集中(梁式)分散(单块式)更分散(多腹板式) 并由此还将影响到翼肋和蒙皮的受载情况有所差异 2021-10-2342各基本元件（指受总体力）可能发生