第11讲—翼面结构(6)a

1、1 第第 十一十一 讲讲24.10 机翼整体油箱的设计特点机翼整体油箱的设计特点一、对整体油箱结构设计的要求一、对整体油箱结构设计的要求除了对飞机结构的一般要求之外，还应考虑到以下一些要求除了对飞机结构的一般要求之外，还应考虑到以下一些要求密封性要求密封性要求一是采取多种密封措施，以确定各一是采取多种密封措施，以确定各构件接缝处、紧固件结合处等在使构件接缝处、紧固件结合处等在使用中不漏油；二是从结构设计方面用中不漏油；二是从结构设计方面采取相应措施。采取相应措施。刚度要求刚度要求便于检查、维修、拆装和清洗便于检查、维修、拆装和清洗强度要求强度要求强度规范要求强度规范要求“整体油箱应能承受整体油

2、箱应能承受工作中可能有的各种震动、惯性、工作中可能有的各种震动、惯性、液压和结构载荷而不破坏液压和结构载荷而不破坏”。3二、整体油箱的构造形式把油箱板和受力最大的主要构件（如翼把油箱板和受力最大的主要构件（如翼梁）分开，另设隔板。梁）分开，另设隔板。直接运用机翼原有的主要受力构件，如直接运用机翼原有的主要受力构件，如翼梁等作为油箱舱的隔板。翼梁等作为油箱舱的隔板。优点：优点：结构元件综合结构元件综合利用；重量轻。利用；重量轻。缺点：缺点：对密封措对密封措施要求很高。施要求很高。优点：优点：舱板结合处不漏舱板结合处不漏油；便于拆洗更换油；便于拆洗更换。缺点：缺点：增加结构增加结构重量重量。4三、

3、整体油箱结构设计特点为了保证油箱密封，在结构设计上有以下特点为了保证油箱密封，在结构设计上有以下特点整体油箱结整体油箱结构设计特点构设计特点尽量减少油箱表面的连接缝和结合孔尽量减少油箱表面的连接缝和结合孔构件间的连接与布置：如在油箱的密封端构件间的连接与布置：如在油箱的密封端肋处将长桁断开；在箱角处用角盒在肋处将长桁断开；在箱角处用角盒在三面与蒙皮、梁、密封肋连接。三面与蒙皮、梁、密封肋连接。采用刚性较好的元件：如在油箱四周采用采用刚性较好的元件：如在油箱四周采用刚度较好的整体锻件加强，以形成密封刚度较好的整体锻件加强，以形成密封舱。舱。采用便于修理、维护的结构措施采用便于修理、维护的结构措施

4、保证整体油箱的局部强度保证整体油箱的局部强度54.11 飞机结构的刚度要求与气动弹性问题飞机结构的刚度要求与气动弹性问题一、飞机结构的刚度要求1、结构的刚度要求结构的刚度要求1）飞机结构的刚度要求，一飞机结构的刚度要求，一般以在使用载荷下，结构变般以在使用载荷下，结构变形小于许可变形表示。即形小于许可变形表示。即 i i i 结构在结构在 i 节点或节点或 i 剖面处剖面处的线位移或角位移的线位移或角位移； i 结构在结构在 i 处的许可位移处的许可位移。结构的刚度要求结构的刚度要求刚度要求的根据刚度要求的根据结构的刚度设计结构的刚度设计62、刚度要求提出的根据刚度要求提出的根据（1 1）为了

5、保证飞机各部件具有设计时所预期的气动性能（如）为了保证飞机各部件具有设计时所预期的气动性能（如升力特性、阻力特性、力矩特性）。其中包括升力特性、阻力特性、力矩特性）。其中包括总体刚度总体刚度要求和局部刚度要求；要求和局部刚度要求；（2 2）对于某些附件的支撑点，有时会提出支撑刚度要求；对于某些附件的支撑点，有时会提出支撑刚度要求；（3 3）因为结构动强度（如振动、气弹问题等）要求的需要；因为结构动强度（如振动、气弹问题等）要求的需要；（4 4）有时结构会因刚度不足，在疲劳载荷作用下反复变形过有时结构会因刚度不足，在疲劳载荷作用下反复变形过大，而导致疲劳破坏，因此提出刚度要求。大，而导致疲劳破坏

6、，因此提出刚度要求。（2）在某些情况下（如为了防止机翼颤振），对结构的刚在某些情况下（如为了防止机翼颤振），对结构的刚度分布以及翼剖面刚心位置提出一定要求。度分布以及翼剖面刚心位置提出一定要求。2 2 2、刚度要求提出的根据、刚度要求提出的根据、刚度要求提出的根据、刚度要求提出的根据、刚度要求提出的根据、刚度要求提出的根据73、结构的刚度设计、结构的刚度设计（1 1）查阅有关的规范、手册、适航性条例等文件；查阅有关的规范、手册、适航性条例等文件；（2 2）根据应力分析，结合设计经验，提出刚度要求与刚度根据应力分析，结合设计经验，提出刚度要求与刚度分布要求；分布要求；（3 3）根据飞行试验和地面

7、试验的结果，结合使用经验和设根据飞行试验和地面试验的结果，结合使用经验和设计经验，给出一定的刚度要求。计经验，给出一定的刚度要求。3 3 3、结构的刚度设计、结构的刚度设计、结构的刚度设计、结构的刚度设计、结构的刚度设计、结构的刚度设计8刚度要求与气刚度要求与气动弹性问题动弹性问题飞机结构的刚飞机结构的刚度要求度要求结构的刚度要求结构的刚度要求刚度要求的根据刚度要求的根据结构的刚度设计结构的刚度设计机翼弯机翼弯扭颤振扭颤振副翼弯副翼弯曲颤振曲颤振气动弹性问题气动弹性问题概述概述机翼变形对气动力机翼变形对气动力的影响的影响机翼的扭转扩大机翼的扭转扩大颤颤 振振副翼反效副翼反效二、气动弹性问题概述

8、二、气动弹性问题概述9 弯曲时，攻角不变；弯曲时，攻角不变； 扭转时，攻角发生变化。所以平直机翼主要由于扭转变扭转时，攻角发生变化。所以平直机翼主要由于扭转变形引起载荷变化。形引起载荷变化。 后掠机翼的攻角规定按平行于机身轴线的剖面计算；后掠机翼的攻角规定按平行于机身轴线的剖面计算；机翼的变形通常按刚心线以及垂直于刚心线的剖面计算。机翼的变形通常按刚心线以及垂直于刚心线的剖面计算。 弯曲和扭转时，都会引起攻角变化。弯曲和扭转时，都会引起攻角变化。1、机翼变形对气动载荷的影响机翼变形对气动载荷的影响机翼变形机翼变形的形式的形式局部变形局部变形总体变形总体变形弯曲变形弯曲变形扭转变形扭转变形10（

9、1）扭转扩大是机翼变形与空气动力交互作扭转扩大是机翼变形与空气动力交互作用导致结构变形发散而破坏的现象。用导致结构变形发散而破坏的现象。2、机翼扭转变形扩大、机翼扭转变形扩大如果如果弹性恢复力矩弹性恢复力矩 气动扭转力矩气动扭转力矩，扭转变形减少（，扭转变形减少（最大飞最大飞行速度行速度 扭转发散临界速度扭转发散临界速度）；）；如果如果弹性恢复力矩弹性恢复力矩 气动扭转力矩气动扭转力矩，扭转变形不断扩大。，扭转变形不断扩大。（2）刚心前移；或增大抗扭刚度。刚心前移；或增大抗扭刚度。11（1）机翼总体刚度不足，会使副翼的操纵效率降低。机翼总体刚度不足，会使副翼的操纵效率降低。以平直机翼为例，存在

10、一副翼反效临界速度以平直机翼为例，存在一副翼反效临界速度VR。如果如果飞行速度飞行速度V 副翼反效临界速度副翼反效临界速度V VR R，出现副翼反效。出现副翼反效。3、副翼（操纵）反效、副翼（操纵）反效（2）为了防止副翼反效，就要提高为了防止副翼反效，就要提高VR。具体措施有：对于平直机翼，增大机翼的扭转刚度；具体措施有：对于平直机翼，增大机翼的扭转刚度；12（2 2 2）防止副翼反效的措施）防止副翼反效的措施）防止副翼反效的措施）防止副翼反效的措施）防止副翼反效的措施）防止副翼反效的措施（2） 对于后掠机翼，除了增加扭转刚度外，还对于后掠机翼，除了增加扭转刚度外，还 要保证一定的弯曲刚度；要

11、保证一定的弯曲刚度； 对于三角机翼，副翼反效的问题不严重。对于三角机翼，副翼反效的问题不严重。（1）与扭转变形扩大和副翼反效不同，颤振时除了气动力和与扭转变形扩大和副翼反效不同，颤振时除了气动力和弹性力外，还伴有惯性力。颤振是气动力、弹性力、惯性力弹性力外，还伴有惯性力。颤振是气动力、弹性力、惯性力三者相互作用的结果三者相互作用的结果。机翼颤振有多种形态，例如机翼颤振有多种形态，例如 弯扭颤振弯扭颤振、弯曲弯曲- -副翼颤振、副翼颤振、扭转扭转- -副翼颤振、弯扭副翼颤振、弯扭- -副翼颤振副翼颤振 等等。等等。4、机翼的颤振、机翼的颤振13q 定义：定义：机翼弯曲振动的同时伴随有扭转振动的颤

12、振，叫机翼弯曲振动的同时伴随有扭转振动的颤振，叫弯扭颤振弯扭颤振。q 边界条件：边界条件：1）认为机翼是一端固定的弹性悬臂梁；认为机翼是一端固定的弹性悬臂梁；2）振动时副翼相对机翼主体不发生偏转振动时副翼相对机翼主体不发生偏转。q 弯扭颤振产生的机理：弯扭颤振产生的机理： A、弯扭振动（弯扭振动（只考虑弹性力和惯性力的作用只考虑弹性力和惯性力的作用） （2）B、弯扭颤振弯扭颤振飞机在飞行中，机翼弯扭变形必然要引起附加的空气动飞机在飞行中，机翼弯扭变形必然要引起附加的空气动力力 P， P作用在剖面的焦点上作用在剖面的焦点上。14B B B、弯扭颤振弯扭颤振弯扭颤振弯扭颤振弯扭颤振弯扭颤振 减振力

13、减振力 P （弯曲引起的）（弯曲引起的）002200202121VPVKbVVuCbVCPyy 202012021VPVKbVCPy 激振力激振力 P （扭转引起的）（扭转引起的） 阻尼力阻尼力内摩擦力内摩擦力 PF，与速度与速度V0 无关。无关。15由由 P P 、 P 、 PF随飞随飞行速度行速度V0变化的曲线可以看变化的曲线可以看出：出：V0 Vcr,F 时，时， P P Vcr,F 时，时， P P = = P + + PF ，是增幅振动；，是增幅振动；PPPF16q 防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施原则：原则：一般建议一般建议 Vcr,F 1.1Vmax max 。其中其中Vcr

14、,F=f(结构刚度、刚心和重心的相对位置、机翼的几何结构刚度、刚心和重心的相对位置、机翼的几何参数、飞行高度等参数、飞行高度等)。防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施防止弯扭颤振的措施（a a）合理配置载重、设备等，使剖面重心移近刚心，以减合理配置载重、设备等，使剖面重心移近刚心，以减小扭矩。最有效的办法是在翼尖前缘加配重；小扭矩。最有效的办法是在翼尖前缘加配重；（b）加厚蒙皮和梁（或墙）的腹板，提高抗扭刚度；加厚蒙皮和梁（或墙）的腹板，提高抗扭刚度；（c）运用主动控制技术。运用主动控制技术。17q 定义：定义：机翼弯曲振动的同时，因副翼反

15、复偏转引起的颤机翼弯曲振动的同时，因副翼反复偏转引起的颤振，叫做弯曲偏转颤振。振，叫做弯曲偏转颤振。q 假设：假设： 1）机翼扭转刚度极大，只能弯曲不能扭转；）机翼扭转刚度极大，只能弯曲不能扭转；2）副翼可以随意偏转。副翼可以随意偏转。（3 3 3）弯曲副翼颤振弯曲副翼颤振弯曲副翼颤振q 发生弯曲副翼颤振的机理发生弯曲副翼颤振的机理 一般情况下，副翼结构的剖面重心位于转轴之后。当机一般情况下，副翼结构的剖面重心位于转轴之后。当机翼弯曲振动时，副翼的质量惯性力翼弯曲振动时，副翼的质量惯性力 Na 作用于副翼重心，方作用于副翼重心，方向与加速度向与加速度 a 相反，背离平衡位置，引起副翼偏转。相反

16、，背离平衡位置，引起副翼偏转。18飞行中，因副翼偏转引起的附加气动力飞行中，因副翼偏转引起的附加气动力 P P 为为202022021VPVKbVCPy 弯曲副翼颤振的机理弯曲副翼颤振的机理弯曲副翼颤振的机理弯曲副翼颤振的机理弯曲副翼颤振的机理弯曲副翼颤振的机理其中其中 C y 副翼单位偏角引起的升力系数增量副翼单位偏角引起的升力系数增量19弯曲副翼颤振临界速度弯曲副翼颤振临界速度Vcr,F 。 由由 P P 、 P 、 PF 随随飞行速度飞行速度V0变化的曲线可变化的曲线可以看出：以看出： V0 Vcr,F 时，时， P P Vcr,F 时，时， P P = = P + + PF ，是增幅振

17、动。，是增幅振动。20q 防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施原则：原则：1） 提高临界速度提高临界速度 Vcr,F ；2）防止副翼随便偏转防止副翼随便偏转 。防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施防止弯曲副翼颤振的措施（a a）副翼采用重量平衡，将其重心前移到转轴上（完全平副翼采用重量平衡，将其重心前移到转轴上（完全平衡），甚至转轴前（过度平衡）。如加前缘配重等；衡），甚至转轴前（过度平衡）。如加前缘配重等；（b）装设副翼振动阻尼器。通过阻力操纵系统实现；装设副翼振动阻尼器。通过阻力操纵系统实现；（c）增大操纵系

18、统的刚性，减少操纵系统的间隙。增大操纵系统的刚性，减少操纵系统的间隙。21总 结 对整体油箱设计的要求整体油箱的结构设计 整体油箱的构造形式 整体油箱的设计特点 整体油箱的密封飞机结构的刚度要求刚度要求与气动弹性问题气动弹性问题结构的刚度要求结构的刚度要求刚度要求的根据刚度要求的根据结构的刚度设计结构的刚度设计机翼的扭转扩大机翼的扭转扩大副翼反效副翼反效颤颤 振振机翼弯扭颤振机翼弯扭颤振副翼弯曲颤振副翼弯曲颤振机翼变形对气动载荷的影响机翼变形对气动载荷的影响22习题习题1：举例说明飞机结构中哪些部件主要考虑刚度举例说明飞机结构中哪些部件主要考虑刚度设计，那些部件主要考虑强度设计？设计，那些部件主要考虑强度设计？习题习题2：改善结构气动弹性性能的主要设计方法有哪改善结构气动弹性性能的主要设计方法有哪些些？23 24后掠机翼的变形对攻角的影响图 sincos顺流剖顺流剖面面2