飞机设计第五章

1、11第五章第五章 机、尾翼结构综合设计机、尾翼结构综合设计飞机总体设计对结构的设计要求飞机总体设计对结构的设计要求飞机载荷对结构的强度设计要求飞机载荷对结构的强度设计要求飞机气动力对结构刚度设计要求飞机气动力对结构刚度设计要求飞机使用环境对结构的设计要求飞机使用环境对结构的设计要求飞机结构隐身对结构设计的要求飞机结构隐身对结构设计的要求飞机操纵控制对结构的设计要求飞机操纵控制对结构的设计要求飞机制造工艺对结构的设计要求飞机制造工艺对结构的设计要求飞机使用维修对结构的设计要求飞机使用维修对结构的设计要求（重量特性、寿命指标、几何装载重量特性、寿命指标、几何装载）（静强度、疲劳性能、裂纹扩展静强度

2、、疲劳性能、裂纹扩展）（形变刚度特性、动力学品质、静动气弹形变刚度特性、动力学品质、静动气弹）（抗腐蚀性能、机体保护抗腐蚀性能、机体保护）（结构材料的吸波、散射特性结构材料的吸波、散射特性）（刚度条件、气动伺服弹性性能刚度条件、气动伺服弹性性能）（工艺性、制造成本工艺性、制造成本）（可检性、维修性、经济性可检性、维修性、经济性）22本章要点本章要点 飞机结构设计概念飞机结构设计概念 机翼结构受力型式及布局设计机翼结构受力型式及布局设计 机翼结构主要受力构件布置机翼结构主要受力构件布置 机翼典型构件详细设计机翼典型构件详细设计 尾翼及操纵面结构设计尾翼及操纵面结构设计 33 5.1 结构设计概念

3、结构设计概念v 结构承载布局型式设计；结构承载布局型式设计；v 结构主要受力构件布置及其优化设计；结构主要受力构件布置及其优化设计；v飞机构件细节设计（具体构形及连接）；飞机构件细节设计（具体构形及连接）；v三维电子样机建模三维电子样机建模; ;v结构的主要性能评估及重量指标统计；结构的主要性能评估及重量指标统计；v 结构细节选型试验结构细节选型试验; ;v制造工艺设计及结构设计发图；制造工艺设计及结构设计发图；v细节强度及关键部位安全寿命及损伤容限评估。细节强度及关键部位安全寿命及损伤容限评估。结构设计的基本工作任务及阶段结构设计的基本工作任务及阶段详细设计详细设计结构方案初结构方案初步设计

4、步设计结构方案详结构方案详细初步设计细初步设计44飞机机翼结构设计的原始输入依据飞机机翼结构设计的原始输入依据 n 机翼主要载荷参数机翼主要载荷参数 翼载翼载 翼面积翼面积 最大过载系数最大过载系数 气动与质量惯性载荷气动与质量惯性载荷 (飞行载荷飞行载荷)SGpcS ny 反映了机翼反映了机翼受载的大小受载的大小n 机翼布局参数机翼布局参数 展弦比展弦比 翼型相对厚度翼型相对厚度 展长展长 l 后掠角后掠角 根梢比根梢比 C外形布局参数外形布局参数55n 翼翼- -身相对位置身相对位置 上、中、下单翼，能否设计中央翼上、中、下单翼，能否设计中央翼; ; 根部连接型式根部连接型式 ( ( 固、

5、铰接头；分散对接固、铰接头；分散对接) )。 展弦比展弦比 小、相对厚度小、相对厚度 大，大，有利于减轻翼结构重量；有利于减轻翼结构重量； 后掠角后掠角 大，大，弯曲、扭转刚度不利弯曲、扭转刚度不利 ( (传力路径长、翼型偏薄传力路径长、翼型偏薄) )； 三角翼有特殊性，三角翼有特殊性， 大、大、 小、小、 大大, , 面心内移面心内移( (气动力压气动力压 心内移心内移) )，结构变形，结构变形( (弯、扭弯、扭) )大为改善大为改善, , 但矛盾在前缘和翼尖但矛盾在前缘和翼尖 ( (较薄较薄) )。 C由布局参数产生的结构设计概念由布局参数产生的结构设计概念66n 机翼的布置约束机翼的布置

6、约束 机翼油箱机翼油箱 ( (整体式整体式) ) 起落架舱起落架舱 外挂发动机外挂发动机( (吊舱吊舱) ) 副油箱（战斗机）副油箱（战斗机） 活动翼面的连接活动翼面的连接 操作系统操纵钢索操作系统操纵钢索( (拉杆拉杆) )、铰支座、铰支座/ /舵机。舵机。 直接影响到机翼直接影响到机翼受力构件的布置受力构件的布置乃至受力型式乃至受力型式 维修口盖、维修通道维修口盖、维修通道。 设计分离面（为飞机部件装配设计的分离面）；设计分离面（为飞机部件装配设计的分离面）； 工艺分离面（受工艺限制所形成的分离面）。工艺分离面（受工艺限制所形成的分离面）。 n 装配工艺要求装配工艺要求77；结构设计的主要

7、工作内容结构设计的主要工作内容结构布局型式选择、主要受力构件布置；结构布局型式选择、主要受力构件布置；材料选择、应力水平控制；材料选择、应力水平控制；选择分离面以及优化设计主要构件截面尺寸；选择分离面以及优化设计主要构件截面尺寸；对重要细节部位对重要细节部位( (重要承力构件间连接重要承力构件间连接) )进行构型设计；进行构型设计；构件间协调及连接型式确定；构件间协调及连接型式确定；工艺性设计工艺性设计( (加工方法、加工精度、装配路线、实施方案加工方法、加工精度、装配路线、实施方案) )；各种装载物、管道、电缆、附件等的位置协调及连接设计；各种装载物、管道、电缆、附件等的位置协调及连接设计；

8、结构各元件（含连接细节）的强度、刚度、稳定性校核等；结构各元件（含连接细节）的强度、刚度、稳定性校核等； 结构动力学品质特性分析校核、静动气弹校核；结构动力学品质特性分析校核、静动气弹校核；结构电子虚拟设计及虚拟装配结构电子虚拟设计及虚拟装配；安全寿命、损伤容限设计、分析与试验验证。安全寿命、损伤容限设计、分析与试验验证。88； 5.2 机翼结构受力型式及布局设计机翼结构受力型式及布局设计 几种典型翼面结构的受力型式及特点几种典型翼面结构的受力型式及特点n 薄蒙皮梁式机翼薄蒙皮梁式机翼 蒙皮薄、受正应力面积集中、长桁少且集中面积小蒙皮薄、受正应力面积集中、长桁少且集中面积小（承受承受正应力能力

9、可以忽略正应力能力可以忽略） 气动载荷引起的剪力由梁腹板传递；气动载荷引起的剪力由梁腹板传递； 弯矩引起的轴向内力主要由梁缘条传递；弯矩引起的轴向内力主要由梁缘条传递； 扭矩由闭室的一圈剪流传递。扭矩由闭室的一圈剪流传递。 适应于低速，翼型高度大的轻型飞机适应于低速，翼型高度大的轻型飞机 早期或无人机飞机使用较多早期或无人机飞机使用较多。dstJp299n 双梁单块式机翼双梁单块式机翼 长桁长桁( (包括梁缘条包括梁缘条) )与蒙皮组成壁板或整体加筋壁板；与蒙皮组成壁板或整体加筋壁板；蒙皮较薄蒙皮较薄 可简化为受剪板可简化为受剪板。与梁式相比，受正应力与梁式相比，受正应力截面积增多（长桁与缘条

10、）且布置较分散截面积增多（长桁与缘条）且布置较分散 。 气动载荷引起的剪力由梁腹板传递；气动载荷引起的剪力由梁腹板传递； 弯矩引起的轴向内力由桁条与缘条传递；弯矩引起的轴向内力由桁条与缘条传递； 扭矩由闭室的一圈剪流传递。扭矩由闭室的一圈剪流传递。 适应于高亚音速飞行的较大型飞机适应于高亚音速飞行的较大型飞机。 民用客机或运输机应用较多民用客机或运输机应用较多。1010n 多腹板式多腹板式 ( (多梁或多墙式多梁或多墙式) ) 一般由一般由3 31010多块腹板（或腹板梁）和厚蒙皮多块腹板（或腹板梁）和厚蒙皮( (大多是整大多是整体厚蒙皮体厚蒙皮) )组成组成( (肋少甚至没有肋少甚至没有)

11、) ；受正应力面积更加分；受正应力面积更加分散。结构力学上形成多闭室静不定薄壁盒式结构。散。结构力学上形成多闭室静不定薄壁盒式结构。 气动载荷引起的剪力由多个腹板按刚度分配；气动载荷引起的剪力由多个腹板按刚度分配； 弯矩形成的轴向内力由壁板（蒙皮、缘条）传递；弯矩形成的轴向内力由壁板（蒙皮、缘条）传递； 扭矩按多个闭室的扭转刚度以剪流形式传递。扭矩按多个闭室的扭转刚度以剪流形式传递。 适应于超音速飞行的薄机翼飞机适应于超音速飞行的薄机翼飞机。 战斗机、攻击机战斗机、攻击机。1111HeffHmaxn 典型机翼型式正应力面积比较典型机翼型式正应力面积比较材料布置更加连续材料布置更加连续1212结

12、构型式选择中的粗定量参数结构型式选择中的粗定量参数 HBM相对载荷相对载荷:M 剖面弯矩剖面弯矩；B翼盒宽度翼盒宽度；H平均翼盒高度平均翼盒高度。 （单位宽度壁板上所受正应力单位宽度壁板上所受正应力） maxHHHeffeff有效高度比（有效高度比（Hmax为翼剖面最大高度为翼剖面最大高度) )。C相对翼型厚度。相对翼型厚度。 n 三参数三参数在结构受力型式选择中的意义在结构受力型式选择中的意义 采用材料分散布置则元件形心采用材料分散布置则元件形心间间距大些（距大些（ 大），弯矩引起的大），弯矩引起的 正应力小些，结构效率高。正应力小些，结构效率高。 effH如如 较小较小, ,采用正应力面积

13、分散布置，则以采用正应力面积分散布置，则以 b b确定面积可确定面积可 能只需很小；若以此面积来确定临界失稳载荷能只需很小；若以此面积来确定临界失稳载荷 cr则可能不足。则可能不足。HBM1313 较大，较大，宜选择正应力面积较分散的布置更有利些（集中面宜选择正应力面积较分散的布置更有利些（集中面 积适度的大，不易失稳；积适度的大，不易失稳； 适中，适中，利利用了结构有效高度，特别用了结构有效高度，特别采用截惯矩较大的剖面形状）。采用截惯矩较大的剖面形状）。 当当 较小，较小，采用薄蒙皮梁式结构，受正应力面积集中在梁缘采用薄蒙皮梁式结构，受正应力面积集中在梁缘 条上条上, ,其截面积很集中，受

14、拉应力足够其截面积很集中，受拉应力足够, ,受压也不易失稳；尽管受压也不易失稳；尽管 有所降低有所降低, ,但还是有利的；但还是有利的；特别机翼特别机翼 较大时（利用结构高度较大时（利用结构高度 降低弯曲应力），更利于采用梁式。降低弯曲应力），更利于采用梁式。effHCHBM22lEIcPcrdFyI2 对超音速飞机，翼面相对高度较小（翼型较薄），从充分利用对超音速飞机，翼面相对高度较小（翼型较薄），从充分利用 结构有效高度上看，宜用正应力面积更为分散的多腹板式结构。结构有效高度上看，宜用正应力面积更为分散的多腹板式结构。 HBM1414 三角翼由于根稍很大，尽管相对高度较小，但实际翼型绝对高

15、度三角翼由于根稍很大，尽管相对高度较小，但实际翼型绝对高度 并不小，在根部区域宜采用多梁式结构型式。并不小，在根部区域宜采用多梁式结构型式。 n 主要结论主要结论HBM大，大，C 相对较小，则采用材料分散布置有利相对较小，则采用材料分散布置有利( (单块式单块式, ,多腹多腹板式板式) ) 此时，此时， 大；大； effH 小小, 相对较大，则采用材料集中布置有利相对较大，则采用材料集中布置有利( (梁式），尽管梁式），尽管 小些，但已被小些，但已被 大而掩盖。大而掩盖。 HBMCeffHC1515结构布局参数与结构受力型式选择的关系结构布局参数与结构受力型式选择的关系CSnGHBM22326

16、0.显然显然 及及n大、大、 小，则小，则 大。大。CHBM 对高亚音速或跨音飞机对高亚音速或跨音飞机, , v 及及 大，大， SGC有所减小，故有所减小，故 大。大。HBM 由于后掠机翼刚度特性变差由于后掠机翼刚度特性变差, , 故一般都采用单块式。故一般都采用单块式。 Examples: N-5、M-9 梁式机翼结构；梁式机翼结构； M-1719 、Y10、Boeing7 、AirBus3 、Tu1 单块式；单块式； F16、F104、FBC-1、J-10等采用多墙式或根部多梁式结构型式。等采用多墙式或根部多梁式结构型式。1616 多梁混合式机翼结构（根部梁架式）多梁混合式机翼结构（根部

17、梁架式）一般说，多腹板式机翼最好有中央翼一般说，多腹板式机翼最好有中央翼( (减少根部连接减少根部连接, ,对称弯矩自对称弯矩自平衡，不传给机身，重量轻，平衡，不传给机身，重量轻，翼身融合翼身融合) )。一些中单翼。一些中单翼( (三角机翼三角机翼) )根弦很大或有开口，而战斗机内部布置紧张，很难设计成机翼贯根弦很大或有开口，而战斗机内部布置紧张，很难设计成机翼贯通形式，又考虑到根部弦长通形式，又考虑到根部弦长很大，尽管根部翼型相对高很大，尽管根部翼型相对高度度较小较小, ,但绝对高度不低，但绝对高度不低，常在根部区域设计成梁式。常在根部区域设计成梁式。为减小翼面上采用单块式为减小翼面上采用单

18、块式或多腹板式引起的参与区或多腹板式引起的参与区; ;并降低根部跨距间挠度。并降低根部跨距间挠度。 J 7机翼1717不同结构型式的损伤容限特性不同结构型式的损伤容限特性 从损伤容限从损伤容限( (或安全寿命或安全寿命) )要求看，传力路线不宜集中，易导致要求看，传力路线不宜集中，易导致 主主要受力构件的破坏（所以分散布置好些，梁式布局的损伤要受力构件的破坏（所以分散布置好些，梁式布局的损伤 容容限特性较差）；限特性较差）； 分散布置，使单一元件受正应力的数值减小分散布置，使单一元件受正应力的数值减小, ,且长桁强一些对提且长桁强一些对提 高壁板的止裂能力也有利高壁板的止裂能力也有利( (降低

19、壁板的降低壁板的K因子因子) )； 分散布置则分散传力，体现了多路传力的安全原理，翼分散布置则分散传力，体现了多路传力的安全原理，翼- -身对合身对合 交点数多，则传力路线多，易实现破损安全结构设计交点数多，则传力路线多，易实现破损安全结构设计。 1818选择受力型式时需注意的问题选择受力型式时需注意的问题 从受力型式上看，现代机翼设计主要或更多地采用分散传力结从受力型式上看，现代机翼设计主要或更多地采用分散传力结 构形式构形式, ,实际受力型式选择上很大程度受总体布局影响。实际受力型式选择上很大程度受总体布局影响。 梁式机翼有利于开口设计梁式机翼有利于开口设计( (布置起落架舱布置起落架舱)

20、,),只需传扭补强；单块只需传扭补强；单块 式机翼开口设计不利，除传扭路线被破坏，部分传弯路线也被打式机翼开口设计不利，除传扭路线被破坏，部分传弯路线也被打 断（形成参与区），故补强增重要大。断（形成参与区），故补强增重要大。 机翼、机身相对位置以及机身内部的布置将影响到翼身的对接形机翼、机身相对位置以及机身内部的布置将影响到翼身的对接形 式式, ,进而影响到机翼根部的结构型式。进而影响到机翼根部的结构型式。 变后掠机翼变后掠机翼其结构特征主要在翼根转动其结构特征主要在翼根转动 的转轴上，是单传力构件，为至关重要的转轴上，是单传力构件，为至关重要 的损伤容限设计关键件。的损伤容限设计关键件。

21、1919本节小结：本节小结： 1、薄蒙皮梁式结构宜用于相对载荷小、翼型相对厚度大的翼面结构。、薄蒙皮梁式结构宜用于相对载荷小、翼型相对厚度大的翼面结构。 虽有效结构高度利用率降低，但受正应力元件截面尺寸对稳定性及虽有效结构高度利用率降低，但受正应力元件截面尺寸对稳定性及 整体翼面重量设计有利。整体翼面重量设计有利。 2、双梁单块式结构宜用于相对载荷较大、翼型相对厚度较大的翼面结、双梁单块式结构宜用于相对载荷较大、翼型相对厚度较大的翼面结 构。结构高度的利用率恰当，分散的正应力元件截面尺寸对稳定性构。结构高度的利用率恰当，分散的正应力元件截面尺寸对稳定性 及整体翼面重量设计有利。及整体翼面重量设

22、计有利。 3、多腹板式结构宜用于相对载荷大、翼型相对厚度小的翼面结构。结、多腹板式结构宜用于相对载荷大、翼型相对厚度小的翼面结构。结 构高度的利用率最大，蒙皮的厚度对稳定性要求的截面尺寸适度。构高度的利用率最大，蒙皮的厚度对稳定性要求的截面尺寸适度。 4、根弦大的翼面结构宜采用多梁式结构型式。对于减小根部的变形挠、根弦大的翼面结构宜采用多梁式结构型式。对于减小根部的变形挠 度、提高根部材料参与区的利用率均是有利的。度、提高根部材料参与区的利用率均是有利的。 2020 5.3 机翼结构主要受力构件布置机翼结构主要受力构件布置 机翼主要受力构件布置及其影响因素机翼主要受力构件布置及其影响因素n 工

23、作任务工作任务确定长桁确定长桁( (或整体壁板中的筋条或整体壁板中的筋条) )梁、墙、加强翼肋、翼身连梁、墙、加强翼肋、翼身连接接头等的数量、位置。接接头等的数量、位置。 n 主要影响因素主要影响因素 结构受力型式的选择；结构受力型式的选择； 翼平面形状；翼平面形状； 气动载荷的分布特征；气动载荷的分布特征； 结构内部布置（油箱、开口等）；结构内部布置（油箱、开口等）； 操纵面连接的布置；操纵面连接的布置； 使用维护以及工艺性要求使用维护以及工艺性要求。2121n 重点考虑问题重点考虑问题 保证气动力引起的弯、剪、扭内力能顺利地传给机身。保证气动力引起的弯、剪、扭内力能顺利地传给机身。 关键要

24、注意关键要注意 结构不连续处的结构布置；结构受力型结构不连续处的结构布置；结构受力型式变化式变化 处以及梁、长桁处以及梁、长桁等轴线转折处。等轴线转折处。 集中力、集中力矩作用处的力扩散设计（加强肋、辅助短梁）集中力、集中力矩作用处的力扩散设计（加强肋、辅助短梁） 其作用一是首先将集其作用一是首先将集 中力扩散；二是将扩中力扩散；二是将扩 散后的分布力传给机散后的分布力传给机 翼的结构受力盒段，翼的结构受力盒段， 再往根部直至传到机再往根部直至传到机 身为止。身为止。 2222 机翼翼盒受力构件布置机翼翼盒受力构件布置 上翼面以稳定性设计上翼面以稳定性设计, ,下翼面以损伤容限设计为重点下翼面

25、以损伤容限设计为重点 ！ n 翼面壁板结构翼面壁板结构 取长桁和蒙皮临界失稳应力相等时的最佳厚度比取长桁和蒙皮临界失稳应力相等时的最佳厚度比 1.41.5skstAA 最小重量的等强度设计，桁条厚度与蒙皮厚度之比最小重量的等强度设计，桁条厚度与蒙皮厚度之比 1.05skstTT 整体加筋壁板，筋厚度与蒙皮厚度比整体加筋壁板，筋厚度与蒙皮厚度比( (受工艺约束受工艺约束) ) 1.7 skstAA 综合综合考虑蒙皮受扭、刚度、强度及阻力时，适当放宽蒙皮厚度。考虑蒙皮受扭、刚度、强度及阻力时，适当放宽蒙皮厚度。 DbEIx2323 按等百分比线布置：为保证等强度，长桁可设计成沿展向变按等百分比线布

26、置：为保证等强度，长桁可设计成沿展向变 尺寸，或由机械加工改变剖面面积，长桁无扭转，易贴蒙尺寸，或由机械加工改变剖面面积，长桁无扭转，易贴蒙 皮皮设计；设计； n 长桁的走向长桁的走向 平行于梁（无论前梁或后梁），采用切断长桁（即用长桁的平行于梁（无论前梁或后梁），采用切断长桁（即用长桁的 数量多少来保证接近等强度设计。长桁可能扭曲，一般问题数量多少来保证接近等强度设计。长桁可能扭曲，一般问题 不大，不会产生较大的装配应力。不大，不会产生较大的装配应力。 2424n 长桁数量（面积与间距的适度调整）长桁数量（面积与间距的适度调整） 加大长桁截面积，减少数量（增大间距），使连接减少加大长桁截面积

27、，减少数量（增大间距），使连接减少; 整体壁板（蒙皮与筋条整体铣切加工而成）整体壁板（蒙皮与筋条整体铣切加工而成） 减少机翼整体油箱结构上的密封材料；减少机翼整体油箱结构上的密封材料； 减少连接铆钉，增加连接强度、刚度减少连接铆钉，增加连接强度、刚度; ; 提高许用压缩载荷提高许用压缩载荷; ;表面光滑表面光滑; ; 减少气动摩擦阻力减少气动摩擦阻力; ; 损伤容限特性偏差；损伤容限特性偏差；n 蒙皮分块蒙皮分块 供应状态使得势必分块；供应状态使得势必分块； 工艺性条件所限；工艺性条件所限； 设计上必要（纵向变厚度等强度设计、损伤容限设计）。设计上必要（纵向变厚度等强度设计、损伤容限设计）。

28、2525n 梁与墙的布置（至少两根）梁与墙的布置（至少两根） 布置在结构高度最大的位置，对强度、刚度、重量均有利；布置在结构高度最大的位置，对强度、刚度、重量均有利； 等百分比线布置；否则缘条表面可能为双曲面，工艺困难；等百分比线布置；否则缘条表面可能为双曲面，工艺困难； 受内部布置限制，折衷权受内部布置限制，折衷权 衡最后确定（如油箱容积）衡最后确定（如油箱容积）； 一般一般15b（前梁）；（前梁）； 5560 b（后梁）；（后梁）； 前缘缝翼、襟翼相连前缘缝翼、襟翼相连 的位置，或后缘襟翼、的位置，或后缘襟翼、 副翼、扰流片等副翼、扰流片等。 2626n 翼肋布置（主要是加强翼肋布置翼肋布

29、置（主要是加强翼肋布置） 顺气流顺气流/ /正交正交布置布置：顺气流顺气流较好维持翼剖面形状，比正交布置数较好维持翼剖面形状，比正交布置数 量少，但长度（在距离相等情况下）增加约量少，但长度（在距离相等情况下）增加约28%28%，重量提高，重量提高， 工艺性差（与长桁、梁不垂直），蒙皮呈平行四边形（对角线长）工艺性差（与长桁、梁不垂直），蒙皮呈平行四边形（对角线长） 受压稳定性偏差。受压稳定性偏差。 加强肋布置于加强肋布置于： 集中力作用处；集中力作用处； 结构不连续处；结构不连续处； 开口两端。开口两端。 2727桁条间距150250肋间距 3005002828n 翼身连接形式翼身连接形式静

30、强度、安全寿命（损伤容限缓慢裂纹扩展）设计的关键部位，静强度、安全寿命（损伤容限缓慢裂纹扩展）设计的关键部位，一般刚性足够，但工艺性一般刚性足够，但工艺性/ /开敞性差等；开敞性差等；对接形式对接形式：见歼见歼7 7机翼与机身的连接接头；机翼与机身的连接接头；中央翼接头形式中央翼接头形式：Boeing 707 2929集中载荷作用处加强构件的布置实例分析集中载荷作用处加强构件的布置实例分析EDAFDAPyAD不能向前传不能向前传力力航向航向PzMx短梁短梁短梁主要用短梁主要用于传递于传递 Pz及及 Mx英校长教练机英校长教练机3030受力构件布置的若干原则受力构件布置的若干原则 传力要合理传力

31、要合理：主传力构件：主传力构件布置布置型式、构件截面尺寸型式、构件截面尺寸以及相互以及相互 连接关系设计连接关系设计合理合理，保证机翼载荷顺利传给机身。保证机翼载荷顺利传给机身。 在保证强度、刚度约束前提下使设计结构重量最轻。在保证强度、刚度约束前提下使设计结构重量最轻。 传力路线越短、越直接，结构重量越轻；传力路线越短、越直接，结构重量越轻；利用静不定结构的刚利用静不定结构的刚 度分配原理细致调整构件间刚度比、支持刚度和连接关系，度分配原理细致调整构件间刚度比、支持刚度和连接关系， 使传力分配合理，让最短传力路线的构件传递更大载荷。使传力分配合理，让最短传力路线的构件传递更大载荷。 加强件综

32、合利用。尽可能用一个加强构件传递多种状态的载荷加强件综合利用。尽可能用一个加强构件传递多种状态的载荷 （多种载荷未必都同时出现），这样在一个构件上引起的结构（多种载荷未必都同时出现），这样在一个构件上引起的结构 重量一般较用多个构件的重量轻，但未必损伤容限性能好，可重量一般较用多个构件的重量轻，但未必损伤容限性能好，可 在一个构件上设计多传力路线分散大载荷（这样该构件的刚在一个构件上设计多传力路线分散大载荷（这样该构件的刚 强度特性会好）。强度特性会好）。 3131 布置受力构件时要有全局观点。布置机翼要考虑引起机身布置受力构件时要有全局观点。布置机翼要考虑引起机身 连接设计的重量，肋间距的设

33、计要考虑引起壁板的重量等；连接设计的重量，肋间距的设计要考虑引起壁板的重量等； 损伤容限设计：多传力路线、蒙皮分块、布置长桁时考虑其损伤容限设计：多传力路线、蒙皮分块、布置长桁时考虑其 止裂效果等，增加结构可检性（布置检查和维修的孔和口盖）。止裂效果等，增加结构可检性（布置检查和维修的孔和口盖）。 改善结构工艺性：方便加工制造及装配便利。改善结构工艺性：方便加工制造及装配便利。 采用新材料、新技术及新工艺。采用新材料、新技术及新工艺。 增加辅助构件改善局部力系的传递，不能使构件增加辅助构件改善局部力系的传递，不能使构件在不利的在不利的 刚度刚度方向上承载力系；方向上承载力系； 3232受集中载

34、荷处的局部设计（受集中载荷处的局部设计（5.4 典型构件设计）典型构件设计）构件间经常存在集中力系作用，薄壁结构不宜承受集中力，构件间经常存在集中力系作用，薄壁结构不宜承受集中力，设计设计集中力的合理传力方式，使各构件以其最佳刚度承载内力，集中力的合理传力方式，使各构件以其最佳刚度承载内力，且能将且能将集中力扩散。集中力扩散。n 板杆结构中集中力扩散件典型模型分析板杆结构中集中力扩散件典型模型分析 基本结构为上、下杆和端头基本结构为上、下杆和端头 杆加一板杆加一板, 左端为铰支左端为铰支; CCE点作用一法向集中力；点作用一法向集中力；E点作用一切向力；点作用一切向力；E点作用一斜向力。点作用

35、一斜向力。 哪个方案好？哪个方案好？CCE3333n 平面板杆结构外节点平面板杆结构外节点A处作用一集中力处作用一集中力AAA3434 尽尽可可能能避避免免薄薄板板受受 弯弯 3535n 两轴力杆平行错位（布置参与区）两轴力杆平行错位（布置参与区） PP00零力端剖面可减小零力端剖面可减小3636 集中力作用典型结构局部设计实例分析集中力作用典型结构局部设计实例分析n 梁后面支架上作用垂直力梁后面支架上作用垂直力P P 方案方案 a: 2个肋；个肋；4个角盒。个角盒。方案方案 b: 1个肋；个肋；2个角盒。个角盒。重量轻；更合理。重量轻；更合理。3737n翼梁下方作用翼梁下方作用Z向力向力P

36、P 方案方案 a: 角盒角盒 力矩传给梁腹板；力矩传给梁腹板； 剪力传给缘条。剪力传给缘条。方案方案 b: 角片角片 利用高度，利用高度，重量轻。重量轻。3838n 在加强肋上受在加强肋上受Y向力向力P 局部双支点梁：局部双支点梁： P力转换成腹板剪流；力转换成腹板剪流； P形成对梁的扭矩，由形成对梁的扭矩，由翼盒扭转的一圈剪流翼盒扭转的一圈剪流传递。传递。3939n 梁缘条、长桁轴线转折情况（梁缘条、长桁轴线转折情况（N1为作用力）为作用力） 注意两种连接形式注意两种连接形式4040n 厚壁构件厚壁构件 4141集中载荷处局部构件布置原则集中载荷处局部构件布置原则 v 集中力作用于板杆结构上

37、时，集中力作用处必须有适当的元件集中力作用于板杆结构上时，集中力作用处必须有适当的元件 来扩散集中力；来扩散集中力；v 集中力矩作用于板杆结构上时，可把集中力矩用接头转换成集中力矩作用于板杆结构上时，可把集中力矩用接头转换成 一组大小相等、方向相反的集中力再扩散；一组大小相等、方向相反的集中力再扩散；v 梁或肋不能承受横向力矩。无法避免时，要局部加强抗弯刚度；梁或肋不能承受横向力矩。无法避免时，要局部加强抗弯刚度；v 受轴力杆轴线不连续或转折，要附加其他杆板才能传递原载受轴力杆轴线不连续或转折，要附加其他杆板才能传递原载 荷的分量。荷的分量。Homework: pp236-237, Probs

38、.1 &54242 5.6 增升装置及操纵面结构设计增升装置及操纵面结构设计 机翼前、后缘增升装置机翼前、后缘增升装置 延迟机翼大攻角飞行失速特性；延迟机翼大攻角飞行失速特性； 改善起飞着陆性能；改善起飞着陆性能； 提高飞机机动性能；提高飞机机动性能； 前缘缝翼、机动襟翼、扰流片前缘缝翼、机动襟翼、扰流片。 前缘增升装置一般布置在弦向最前缘增升装置一般布置在弦向最 前面的前面的(1020)弦长区域内。弦长区域内。 后缘增升装置一般在后缘增升装置一般在65657575 弦长之后的弦长之后的25 25 3535弦长范围内。弦长范围内。 4343n 主要设计特征：主要设计特征： 刚度设计（保

39、证操纵）刚度设计（保证操纵）; ; 机构机构运动轨迹设计运动轨迹设计; ; 收放机构装置。收放机构装置。4444尾翼尾翼/ /操纵面的结构设计特点操纵面的结构设计特点 n 外载特征外载特征 v 提供纵向平衡力矩提供纵向平衡力矩( (静稳定性静稳定性) )的的气动气动载荷；载荷；v 机动载荷机动载荷 ( (不平静气流不平静气流+ +机动动作机动动作) () (主要受载情况主要受载情况) )；v 非对称载荷非对称载荷( (侧滑、横滚侧滑、横滚) )。n 结构特征结构特征 活动舵面活动舵面 较小较小(34), 安定面操纵面安定面操纵面 =1.5 平、立尾相对位置由气动要求决定，防止不利气流干扰。平、

40、立尾相对位置由气动要求决定，防止不利气流干扰。 在机身尾部，连接点尽可能少在机身尾部，连接点尽可能少( (高速全动平尾更是如此高速全动平尾更是如此) )， 连接点处需加强框。连接点处需加强框。 4545v 强度要求强度要求( (承载承载) )及刚度要求及刚度要求( (颤振、操纵扭转颤振、操纵扭转) )；v 配重布置配重布置( (翼型尾部薄，更需注意颤振翼型尾部薄，更需注意颤振) )；v 连接刚度连接刚度( (安定面安定面) )；v 损伤容限损伤容限( (翼面及接头翼面及接头) )。n 结构设计要求结构设计要求n 安定面结构特征和受力型式布置安定面结构特征和受力型式布置 a: B-747b: B

41、-707c: C-133多梁；多梁；密肋；密肋；长桁少；长桁少；水平加水平加强板强板4646n 操纵面构造特征和分析操纵面构造特征和分析（次承力结构）（次承力结构） v 单梁、多支点悬挂接头；单梁、多支点悬挂接头；v 双闭室盒式梁双闭室盒式梁( (静不定静不定) )，前缘多开口，传扭路线打断；，前缘多开口，传扭路线打断；v Q与与M都通过悬挂接头的集中剪力形式传给安定面；都通过悬挂接头的集中剪力形式传给安定面；v 扭矩在根肋上由操纵摇臂提供操纵力矩平衡；扭矩在根肋上由操纵摇臂提供操纵力矩平衡；v 前缘有配重；后缘常用全高度蜂窝填充（加强扭转刚度）。前缘有配重；后缘常用全高度蜂窝填充（加强扭转刚

42、度）。4747n 操纵面悬挂接头数量的确定因素操纵面悬挂接头数量的确定因素 使用上的安全可靠使用上的安全可靠( (生存力生存力) )； 在支点处变形不宜大在支点处变形不宜大( (变形卡滞，故越多越好变形卡滞，故越多越好) )； 舵面变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多；舵面变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多； 综合上述因素，多支点为好，但工艺性增加难度，可采用综合上述因素，多支点为好，但工艺性增加难度，可采用 活动接头，使水平方向可调（大于等于活动接头，使水平方向可调（大于等于3 3个）。个）。 4848n 操纵面前缘缺口补强操纵面前缘缺口补强（扭矩主要由前缘闭室承受，悬挂接头处前缘有开口，需补强设计扭矩主要由前缘闭室承受，悬挂接头处前缘有开口，需补强设计） 三种补强措施：三种补强措施： 一对斜加强肋，与梁构成三角架；一对斜加强肋，与梁构成三角架； 加一短梁与后梁组成一个比原来小的闭室；加一短梁与后梁组成一个比原来小的闭室； 在低速飞机中，直接对梁补强，使梁本身受扭。在低速飞机中，直接对梁补强，使梁本身受扭。三角梁补强三角梁补强4949小闭室加强小闭室加强梁直接补强梁直接补强5050n 重量配平重量配平使重心位于转轴之前或转轴上，措施：尽可