第6讲翼面结构ppt课件

1、第第 六六 讲讲第四章 机翼、尾翼构造分析与设计4.1 机翼的功用与要求机翼的功用与要求 机翼的用途机翼的用途一、机翼的功用一、机翼的功用产生升力，保证飞机战术技术所规定的飞行产生升力，保证飞机战术技术所规定的飞行和机动性能要求和机动性能要求保证飞机横向稳定性、支配性以及增升、增保证飞机横向稳定性、支配性以及增升、增阻效能阻效能安装起落架、发动机、武器等安装起落架、发动机、武器等装载燃油、军械、设备等装载燃油、军械、设备等1- 1- 骨架翼粱；骨架翼粱；2- 2- 腹板和桁条；腹板和桁条；3- 3- 襟翼；襟翼；4- 4- 扰流片；扰流片；5- 5- 副翼；副翼；6- 6- 蒙皮；蒙皮；7-

2、7- 前缘缝翼；前缘缝翼；8- 8- 挂架；挂架；9- 9- 翼肋翼肋 机翼的构成机翼的构成 机翼的质量机翼的质量机翼占飞机机体质量的机翼占飞机机体质量的30%50%；占整个飞机质量的；占整个飞机质量的8%15%。机翼占飞机全阻力的机翼占飞机全阻力的30%50%。飞机构造设计的根本要求飞机构造设计的根本要求q 飞机构造设计的根本要求飞机构造设计的根本要求气动要求气动要求分量要求分量要求运用维护要求运用维护要求工艺要求工艺要求二、机翼构造的设计要求二、机翼构造的设计要求q 机翼的设计要求与上述四项根本要求是一致的，然而由于功用机翼的设计要求与上述四项根本要求是一致的，然而由于功用不同，偏重点有所

3、不同。不同，偏重点有所不同。机翼的主要要求：气动、强度、刚度、寿命、分量要求是主要要机翼的主要要求：气动、强度、刚度、寿命、分量要求是主要要求。这是由机翼的功用、载荷和外形特征要素所求。这是由机翼的功用、载荷和外形特征要素所决议的。决议的。 分量要求：在外形、装载和衔接情况已定的条件下，分量分量要求：在外形、装载和衔接情况已定的条件下，分量包括分量分布要求是机翼构造设计的主要要求，就是包括分量分布要求是机翼构造设计的主要要求，就是要设计出一个既能满足强度、刚度和一定寿命要求，而又要设计出一个既能满足强度、刚度和一定寿命要求，而又尽能够轻的构造来。强度包括：静强度、动强度和疲劳尽能够轻的构造来。

4、强度包括：静强度、动强度和疲劳强度等强度等气动要求：机翼主要用于产生升力，因此主要是空气动力气动要求：机翼主要用于产生升力，因此主要是空气动力方面的要求。机翼的气动特性由其外形参数展弦比方面的要求。机翼的气动特性由其外形参数展弦比、相、相对厚度对厚度c、后掠角、后掠角等来保证，这些参数在总体设计时曾等来保证，这些参数在总体设计时曾经确定。构造设计时，那么从强度、刚度、外表光滑度等经确定。构造设计时，那么从强度、刚度、外表光滑度等各方面保证机翼气动外形要求。各方面保证机翼气动外形要求。机翼的主要要求1 运用、维护要求：要求飞机运用方便，并便于检查、维护运用、维护要求：要求飞机运用方便，并便于检查

5、、维护和修缮。机翼内部通常有支配系统零构件、燃油管路、电和修缮。机翼内部通常有支配系统零构件、燃油管路、电器线路、液压管路等，对这些系统和线路要经常检查调整。器线路、液压管路等，对这些系统和线路要经常检查调整。机翼内部安排有整体油箱时，需常对油箱进展检查维护，机翼内部安排有整体油箱时，需常对油箱进展检查维护，以保证油箱的密封可靠。按破损平安原那么设计的机翼，以保证油箱的密封可靠。按破损平安原那么设计的机翼，对影响飞行平安的构造需定期检查。对一切要求检查维护对影响飞行平安的构造需定期检查。对一切要求检查维护的部位，都应有良好的可达性，必需设置一定数量的开口。的部位，都应有良好的可达性，必需设置一

6、定数量的开口。 工艺性和经济性要求：与普通的飞机构造一样。工艺性和经济性要求：与普通的飞机构造一样。机翼的主要要求24.2 机翼的载荷与内力机翼的载荷与内力一、机翼的外载荷一、机翼的外载荷1、气动载荷、气动载荷 ：空气动力载荷：空气动力载荷 qa 是分是分布载荷，直接作用在机翼的主体和布载荷，直接作用在机翼的主体和各副翼的外表上。各副翼本身虽接各副翼的外表上。各副翼本身虽接受分布载荷，但因它们都以有限的受分布载荷，但因它们都以有限的衔接点与机翼主体相连，因此这些衔接点与机翼主体相连，因此这些载荷均经过接头以集中力方式传给载荷均经过接头以集中力方式传给机翼主体。机翼主体。作用在机翼上的载荷有气动

7、载荷气动载荷构造质量载荷构造质量载荷接点载荷接点载荷分布载荷分布载荷集中载荷集中载荷2、构造质量力：机翼本身构造的质量力 qc，也是分布载荷。3、接点载荷：衔接在机翼上的其它部件传来的力和布置在机翼内外各种装载产生的质量力。除了在以翼箱作为整体油箱情况下燃油产生的载荷是分布载荷外，普通这些载荷均是经过几个衔接点，以集中力方式传给机翼主要构造的，其中有些力的数值能够很大。 作为简化模型，当机翼分成两半与机身在其侧边相连时，可把每半个机翼看作固定支持或弹性支持在机身上的悬臂梁。假设机翼为一整体时，那么把它看作是支持在机身上的双支点外伸梁。二、机翼的边境条件二、机翼的边境条件三、悬臂梁的剪力和弯矩三

8、、悬臂梁的剪力和弯矩Q+dQQQQ+dQQ - ( Q + dQ ) - qdx = 0dQ / dx = -q机翼上的载荷向机身传送过程中，在机翼中引起的内力有：剪力机翼上的载荷向机身传送过程中，在机翼中引起的内力有：剪力 Qn，Qh，弯矩，弯矩Mn，Mh 和扭矩和扭矩 Mt。M+qdx(dx/2)+(Q+dQ)dx-(M+dM)= 0 dM / dx = Q通常通常 Qn Qh， Mn Mh，而弦平面内的构造宽度和，而弦平面内的构造宽度和惯性矩很大，惯性矩很大， Qh和和 Mh引起的引起的正应力和剪应力比正应力和剪应力比 Qn和和 Mn引引起的应力小得多，故近似分析起的应力小得多，故近似分

9、析时常不思索时常不思索Qh和和 Mh，只思索，只思索Qn, Mn 和和Mt ，并且将它们简，并且将它们简写为写为 Q、M 和和 Mt 。Q+dQQQQ+dQ图4-2 机翼的总体内力四、机翼的内力四、机翼的内力v 机翼任一剖面中的分布载荷所引起的剪力和弯矩为机翼任一剖面中的分布载荷所引起的剪力和弯矩为式中式中 q = qa - qc q = qa - qc l / 2 l / 2 机翼半展长机翼半展长v 分布载荷引起的剖面扭矩分布载荷引起的剖面扭矩zliPqdzQ2/zlQdzM2/式中式中 mt = qae + qcd mt = qae + qcd l / 2 l / 2 机翼半展长机翼半展长

10、zlttdzmM2/刚心轴线刚心轴线4.3 机翼的构造方式机翼的构造方式在详细的构造尚未设计确定以在详细的构造尚未设计确定以前，刚心线位置还不知道，这时可前，刚心线位置还不知道，这时可以近似取一根垂直于机身轴线的直以近似取一根垂直于机身轴线的直线作为相对轴。线作为相对轴。对相对轴的改动虽然不是真正对相对轴的改动虽然不是真正的扭矩，但在弯扭未曾分开计算的的扭矩，但在弯扭未曾分开计算的情况下，求得的正应力、剪应力与情况下，求得的正应力、剪应力与弯扭分开计算的构造扭矩按相对弯扭分开计算的构造扭矩按相对刚心轴计算完全一样。刚心轴计算完全一样。机翼元件机翼元件纵向元件：翼梁、纵墙、桁条纵向元件：翼梁、纵

11、墙、桁条横向元件：普通翼肋、加强翼肋横向元件：普通翼肋、加强翼肋蒙蒙 皮皮组成内部组成内部受力骨架受力骨架机翼构造组成机翼构造组成一、各元件的承载特点一、各元件的承载特点这些元件的根本功用是：构成和坚持机翼外形，以产生气动力，这些元件的根本功用是：构成和坚持机翼外形，以产生气动力，接受和传送外载荷。接受和传送外载荷。各元件的承载特点表载 荷承力元件应 力Q翼梁腹板、纵墙腹板剪应力M翼梁缘条、桁条、蒙皮正应力Mt翼梁、纵墙腹板以及蒙皮组成的闭室剪应力二、主要受力元件二、主要受力元件1、蒙皮、蒙皮蒙皮的直接功用是构成流线形的机翼外外表，并参与机翼的总蒙皮的直接功用是构成流线形的机翼外外表，并参与机

12、翼的总体受力。体受力。为了保证外表光滑度，蒙皮应有足够的横向弯曲刚度。蒙皮可为了保证外表光滑度，蒙皮应有足够的横向弯曲刚度。蒙皮可以和桁条组成整体式的壁板接受正应力图以和桁条组成整体式的壁板接受正应力图3.8 a，此外还有夹，此外还有夹芯蒙皮图芯蒙皮图3.8 b 金属蒙皮整体蒙皮2、翼肋、翼肋 普通翼肋的直接功用是构成机翼剖面所需的外形。它与长桁、蒙普通翼肋的直接功用是构成机翼剖面所需的外形。它与长桁、蒙皮相连，并以本身平面内的刚度给长桁、蒙皮提供垂直方向的支持。皮相连，并以本身平面内的刚度给长桁、蒙皮提供垂直方向的支持。3、翼梁、翼梁由腹板和缘条组成。是单纯的受由腹板和缘条组成。是单纯的受力

13、件，接受剪力力件，接受剪力Q和弯矩和弯矩M。翼梁大多数在根部与机身固接。翼梁大多数在根部与机身固接。加强翼肋也具有上述作用，但其主要是用来接受本身平面内的较加强翼肋也具有上述作用，但其主要是用来接受本身平面内的较大集中载荷，或由于构造不延续如大开口引起的附加剪流。大集中载荷，或由于构造不延续如大开口引起的附加剪流。4、纵墙腹板、纵墙腹板5、长桁、长桁长桁是与蒙皮和翼肋相连长桁是与蒙皮和翼肋相连的纵向元件，是纵向骨架中的纵向元件，是纵向骨架中的重要受力元件之一。的重要受力元件之一。长桁和翼肋在一同，还对长桁和翼肋在一同，还对蒙皮起支撑作用。蒙皮起支撑作用。机翼的特点：机翼是薄壁构造，各元件之间的

14、衔接大多采用分机翼的特点：机翼是薄壁构造，各元件之间的衔接大多采用分散衔接，如铆接、螺接、点焊等。散衔接，如铆接、螺接、点焊等。纵墙的缘条比梁缘条弱得多，但还是强于纵墙的缘条比梁缘条弱得多，但还是强于普通的桁条，与机身的衔接为铰接。普通的桁条，与机身的衔接为铰接。腹板或没有缘条，或缘条与长桁一样强。腹板或没有缘条，或缘条与长桁一样强。墙和腹板都不能接受弯矩，而是与蒙皮组墙和腹板都不能接受弯矩，而是与蒙皮组成封锁盒段，以接受扭矩。对蒙皮支持作用，成封锁盒段，以接受扭矩。对蒙皮支持作用，后墙还有封锁机翼内部容积的作用。后墙还有封锁机翼内部容积的作用。三、机翼的构造方式三、机翼的构造方式1 1、梁式

15、：、梁式：主要构造特点是主要构造特点是 纵向纵向有很强的翼梁，蒙皮较薄，有很强的翼梁，蒙皮较薄，长桁较弱，梁的缘条剖面长桁较弱，梁的缘条剖面与长桁剖面相比要大得多。与长桁剖面相比要大得多。与机身的衔接方式与机身的衔接方式 梁梁式机翼通常作成两个半机式机翼通常作成两个半机翼，即机翼常在机身两侧翼，即机翼常在机身两侧有设计分别面，并就在此有设计分别面，并就在此分别面处借助几个对接接分别面处借助几个对接接头与机身衔接。头与机身衔接。机翼的典型构造方式机翼的典型构造方式梁式：单梁、双梁、多梁式梁式：单梁、双梁、多梁式单单 块块 式式多腹板式多腹板式混混 合合 式式 2、单块式：、单块式：主要构造特点是

16、主要构造特点是 长桁较多、较长桁较多、较强，蒙皮较厚，翼肋较密，普通梁强，蒙皮较厚，翼肋较密，普通梁缘条的剖面面积与长桁的剖面面积缘条的剖面面积与长桁的剖面面积接近或略大一些，有时只布置纵墙接近或略大一些，有时只布置纵墙而不采用缘条面积较大的翼梁。而不采用缘条面积较大的翼梁。图图4-8 单块式机翼单块式机翼1-长桁；长桁；2-翼肋；翼肋；3-墙墙单块式单块式 3、多腹板式多墙式：、多腹板式多墙式：主要构造特点是主要构造特点是 这类机翼布这类机翼布置了较多的纵墙普通多于置了较多的纵墙普通多于5个，个，有的多达有的多达10余个，蒙皮较厚，无余个，蒙皮较厚，无长桁，翼肋很少。厚蒙皮单独接受长桁，翼肋

17、很少。厚蒙皮单独接受全部弯矩。全部弯矩。多腹板式机翼多用于高速飞机多腹板式机翼多用于高速飞机的小展弦比薄机翼。的小展弦比薄机翼。多腹板式多腹板式4、混合式：、混合式：介于梁式、单块式、多腹板式之间的机翼构造方式。如多腹介于梁式、单块式、多腹板式之间的机翼构造方式。如多腹板式机翼中墙的缘条也比较强，构造介于多腹板式和多梁式之间。板式机翼中墙的缘条也比较强，构造介于多腹板式和多梁式之间。有些机翼为了综合发扬各种方式的优点，在不同部位采用不有些机翼为了综合发扬各种方式的优点，在不同部位采用不同的构造方式。同的构造方式。混合式混合式可见，机翼构造方式是在合并维形元件和受力元件，使一切可见，机翼构造方式

18、是在合并维形元件和受力元件，使一切元件都参与总体受力，并且将资料都配置到提高构造效率最有利元件都参与总体受力，并且将资料都配置到提高构造效率最有利的地方的原那么上开展的。的地方的原那么上开展的。5、夹层构造：、夹层构造：夹层构造夹层构造夹层构造的特点是使采用夹层板作为面板元件，中间夹以芯夹层构造的特点是使采用夹层板作为面板元件，中间夹以芯层构成。层构成。芯层资料：轻质木材、硬泡沫塑料，或以金属资料或复合资料制芯层资料：轻质木材、硬泡沫塑料，或以金属资料或复合资料制成波纹板或蜂窝格作为芯层等。也可以用纸做成蜂窝芯层的。成波纹板或蜂窝格作为芯层等。也可以用纸做成蜂窝芯层的。面板资料：铝合金、不锈钢

19、、钛合金及各种复合资料等。面板资料：铝合金、不锈钢、钛合金及各种复合资料等。芯层与面板的衔接：胶接、焊接等。芯层与面板的衔接：胶接、焊接等。目前运用最多的夹层构造是铝蜂窝夹层构造。目前运用最多的夹层构造是铝蜂窝夹层构造。4.4 平直机翼的传力分析平直机翼的传力分析一、传力分析的普通原理一、传力分析的普通原理1、传力分析的概念、目的、传力分析的概念、目的q “传力分析的普通含义：当支承在某根底上的一个构造受有某种外载，分析这些外载如何经过构造的各个元件逐渐地向支承它的根底传送，那么称此过程为构造的传力分析。q 传力分析不能够给出 准确的量的概念，而只是经过定性的或粗定量的分析来研讨构造的传力特性

20、，并进而研讨构造的受力方式和主要受力构件的布置等问题。q传力分析的目的：了解构造受力的物理本质，并弄清楚每个主要受力元件在构造中的作用和位置。从受力的角度看，机翼构造有从受力的角度看，机翼构造有 弄清楚构造所受的载荷最后应传向何处。通常分析机翼时，以弄清楚构造所受的载荷最后应传向何处。通常分析机翼时，以机身为支持根底；分析机身时，以机翼作为支持根底。机身为支持根底；分析机身时，以机翼作为支持根底。 分清构造的主要和次要受力部分，主要和次要受力元件。首先分清构造的主要和次要受力部分，主要和次要受力元件。首先着重研讨在总体受力中占主导位置的受力部分和元件的受力传着重研讨在总体受力中占主导位置的受力

21、部分和元件的受力传力作用，次要元件和次要部分通常可以略去。力作用，次要元件和次要部分通常可以略去。 对主要元件的衔接关系、衔接方式进展详细了解，以便正确确对主要元件的衔接关系、衔接方式进展详细了解，以便正确确定支持方式和传力方式。定支持方式和传力方式。2、实践构造传力分析的根本方法、实践构造传力分析的根本方法主要部分：如主要受力翼盒如主要受力翼盒次要部分：如机翼后缘如机翼后缘主要构件元件：如翼梁、肋、长桁、蒙皮、接头等如翼梁、肋、长桁、蒙皮、接头等次要元件：如连接角片、垫片等如连接角片、垫片等传力分析中，着重研讨参与接受机翼总膂力的主要构造元件、传力分析中，着重研讨参与接受机翼总膂力的主要构造

22、元件、主要部分的传力情况。主要部分的传力情况。对实践构造进展传力分析的根本方法：对实践构造进展传力分析的根本方法：依次选取元件为分别体，按静力平衡条件逐渐分析，这样才依次选取元件为分别体，按静力平衡条件逐渐分析，这样才干反映出正确的传力道路。干反映出正确的传力道路。q分析传力时，还须具备刚度概念。对静不定系统分析传力时，还须具备刚度概念。对静不定系统q a) 载荷分配与元件刚度有关。刚度大，分配到的载荷大；载荷分配与元件刚度有关。刚度大，分配到的载荷大；q b) 载荷分配与支持刚度有关。刚性支持分配到的载荷大，载荷分配与支持刚度有关。刚性支持分配到的载荷大，弹性支持分配到的载荷小；弹性支持分配

23、到的载荷小；q c) 传力多少与传力道路的长度有关，传力道路短的元件，传力多少与传力道路的长度有关，传力道路短的元件，传走的力多。传走的力多。q刚度概念对分辨主、次受力元件，选取计算模型，对静不定刚度概念对分辨主、次受力元件，选取计算模型，对静不定构造作近似设计计算，布置受力元件时有认识地分配载荷，控构造作近似设计计算，布置受力元件时有认识地分配载荷，控制传力道路等都很有用。制传力道路等都很有用。判别一个构件或元件能否传送某种载荷，就要看它在此种载荷下判别一个构件或元件能否传送某种载荷，就要看它在此种载荷下能否满足强度要求，或能否会产生过大的变形超越允许的变形能否满足强度要求，或能否会产生过大

24、的变形超越允许的变形量。量。飞机机体构造大多是薄壁构造，根本上由板、杆组成。飞机机体构造大多是薄壁构造，根本上由板、杆组成。各构件在构造中应根据它们的传力特性进展最正确组合，使它各构件在构造中应根据它们的传力特性进展最正确组合，使它们分别承当最符合各自受力特点的载荷，这样才干使设计出来的们分别承当最符合各自受力特点的载荷，这样才干使设计出来的构造分量轻。构造分量轻。3、根本构造元件的传力特性、根本构造元件的传力特性1 杆杆只能接受或传送沿杆轴向的分散力或集中力。机翼中的长只能接受或传送沿杆轴向的分散力或集中力。机翼中的长桁、翼梁缘条就属此类元件。由于杆的抗弯才干很小，故以为它桁、翼梁缘条就属此

25、类元件。由于杆的抗弯才干很小，故以为它不能受弯矩，或只能受很小的弯矩如长桁上部分气动载荷引起不能受弯矩，或只能受很小的弯矩如长桁上部分气动载荷引起的弯矩。的弯矩。2薄板薄板q 在垂直于板中面方向：根本不能接受横向集中载荷，只能接受在垂直于板中面方向：根本不能接受横向集中载荷，只能接受横向分布载荷，如气动载荷、增压舱的压力载荷、燃油舱燃油质横向分布载荷，如气动载荷、增压舱的压力载荷、燃油舱燃油质量载荷和气压载荷等。量载荷和气压载荷等。q 在平行于板中面方在平行于板中面方向：如直接接受集中向：如直接接受集中力，薄板将被部分撕力，薄板将被部分撕裂或压塌；可以接受裂或压塌；可以接受板平面内的拉应力、板

26、平面内的拉应力、压应力和剪应力。抗压应力和剪应力。抗拉才干强，抗剪次之，拉才干强，抗剪次之，抗压才干最低。抗压才干最低。根本构造元件的传力特性根本构造元件的传力特性3平面板杆构造平面板杆构造它由位于同一平面内的板、杆组成，适宜它由位于同一平面内的板、杆组成，适宜受作用在该平面内的载荷。由于杆宜于受轴受作用在该平面内的载荷。由于杆宜于受轴向力，因此，可沿板杆构造中的任何杆件加向力，因此，可沿板杆构造中的任何杆件加以沿杆轴方向的力。以沿杆轴方向的力。板杆构造中的矩形板或梯形板那么有板杆构造中的矩形板或梯形板那么有两种受载情况：两种受载情况： 板、杆之间只能相互传送剪流。假设板板、杆之间只能相互传送剪流。假设板将拉伸应力传给杆时，那么从右图可知，必将拉伸应力传给杆时，那么从右图可知，必定会使杆遭到一横向载荷而引起弯矩，这将定会使杆遭到一横向载荷而引起弯矩，这将与杆不能受弯的假设相矛