飞机结构与系统（第三章 飞机翼面结构） (2)

1、南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 本章内容本章内容 一些力学基本概念 机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点 翼面结构典型构件及受力特点 翼面典型结构型式及受力分析 后掠机翼与三角机翼 飞机的气动弹性南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院理论力学：研究理论力学：研究刚体刚体，研究，研究力力和和运动运动的关系。的关系。材料力学：研究材料力学：研究变形体变形体，研究，研究力力与与变形变形的关系。的关系。构件：工程结构或机械的各组成部分，可分为构件：工程结构或机械的各组成部分，可分为 杆、板、壳、体。杆、板、壳、体。对构件的三项基本要求：对构件的三项基本要求：强度：构件抵抗破坏

2、的能力；强度：构件抵抗破坏的能力；刚度：构件抵抗变形的能力；刚度：构件抵抗变形的能力；稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u材料力学中对变形固体的三个基本假设：材料力学中对变形固体的三个基本假设：1.连续性假设：连续性假设： 认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。2.均匀性假设：均匀性假设： 认为物体的任何部分、任何方向上力学性能相同，认为物体的任何部分、任何方向上力学性能相同，均匀分布。均匀分布。3.小变形假设：小变形假设： 构件受力变形与自身尺寸相比很小，

3、可以忽略。构件受力变形与自身尺寸相比很小，可以忽略。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u外力及其分类：外力及其分类：外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载荷和外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载荷和约束反力。约束反力。按外力的作用方式分为：表面力和体积力。按外力的作用方式分为：表面力和体积力。 表面力：作用于物体表面的力，又可分为分表面力：作用于物体表面的力，又可分为分 布力和集中力布力和集中力 体积力：连续分布于物体内部各点上的力。如体积力：连续分布于物体内部各点上的力。如物体的重力和惯性力。物体的重力和惯性力。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院按外力是

4、否随时间变化分为：静载荷和动载荷。按外力是否随时间变化分为：静载荷和动载荷。 静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值后，静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著，称为静载荷。就保持不变或变动很不显著，称为静载荷。 动载荷：载荷随时间变化，可分为交变载荷和动载荷：载荷随时间变化，可分为交变载荷和冲击载荷。冲击载荷。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 1.内力：内力： 由于变形引起的物体内部的由于变形引起的物体内部的附加力。附加力。 物体受外力作用后，由于变物体受外力作用后，由于变形，其内部各点均会发生相对形，

5、其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。位移，因而产生相互作用力。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 2.截面法：截面法： 为求出内力，采用截面法。为求出内力，采用截面法。 变形体内力的特征：变形体内力的特征： （1）连续分布力系；（）连续分布力系；（2）与外力组成平衡力系。）与外力组成平衡力系。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 2.截面法：截面法： 内力的主矢和主矩：内力的主矢和主矩：南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概

6、念内力、截面法和应力的概念 2.截面法：截面法： 内力的分量：内力的分量：N轴力轴力T扭矩扭矩Qy、Qz剪力剪力My、Mz弯矩弯矩南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 2.截面法：截面法： 主要步骤：主要步骤： 1）沿截面假想地截开，留下一部分作为研究对象，）沿截面假想地截开，留下一部分作为研究对象，弃去另一部分；弃去另一部分；南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 2.截面法：截面法： 主要步骤：主要步骤： 2）用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部）用作用于截面上的内

7、力代替弃去部分对留下部分的作用；分的作用； 3）对留下部分，列平衡方程求出内力。）对留下部分，列平衡方程求出内力。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u内力、截面法和应力的概念内力、截面法和应力的概念 3.应力：应力：为了表示内力在一点处的为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度强度，引入内力集度,即应即应力的概念。力的概念。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u杆件基本变形形式杆件基本变形形式 1.拉伸或压缩拉伸或压缩南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u杆件基本变形形式杆件基本变形形式 2.剪切剪切南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u杆件基

8、本变形形式杆件基本变形形式 3.扭转扭转南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院u杆件基本变形形式杆件基本变形形式 4.弯曲弯曲若同时发生几种基本变形，若同时发生几种基本变形，则称为组合变形。则称为组合变形。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院1.机翼的功用机翼的功用1）主要功用是产生升力，保证飞机的飞行性能和机动性能；）主要功用是产生升力，保证飞机的飞行性能和机动性能；布置副翼、扰流片等进行横向操纵；布置襟翼、缝翼增升装布置副翼、扰流片等进行横向操纵；布置襟翼、缝翼增升装置改善飞机起降性能。置改善飞机起降性能。 2）安装其它部件，如）安装其它部件，如 起落架起落架 、发动

9、机等；、发动机等； 装载燃油等。装载燃油等。一、机翼的功用与结构设计要求一、机翼的功用与结构设计要求南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院1.机翼的功用机翼的功用 机翼的结构重量占全机结构重量机翼的结构重量占全机结构重量 的的30%50%，占全，占全机质量的机质量的8%15%，机翼产生的阻力是全机，机翼产生的阻力是全机 阻力的阻力的30 %50%。一、机翼的功用与结构设计要求一、机翼的功用与结构设计要求南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、机翼的功用与结构设计要求一、机翼的功用与结构设计要求现代旅客机的机翼现代旅客机的机翼1- 1-翼梁；翼梁；2- 2-桁条；桁条；3-

10、 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- 7-前缘缝翼；前缘缝翼；8- 8-挂架；挂架；9- 9-翼肋。翼肋。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、机翼的功用与结构设计要求一、机翼的功用与结构设计要求南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、机翼的功用与结构设计要求一、机翼的功用与结构设计要求2. 2. 机翼结构设计要求：机翼结构设计要求：1）满足飞机结构设计基本要求。 2）由于各结构部件功用不同，故设计要求的侧重点侧重点有所不同： 主要功用是产生升力 气动性要求气动性要求是首要的：机翼保证产生足够 升力，还要求阻力尽

11、量小； 最小重量要求是主要要求：解决好强度强度、刚度刚度、最小重最小重量量之间的矛盾，速度提高矛盾突出； 使用、维修要求：保证燃油系统的可靠性； 工艺性和经济性要求，与一般飞机结构相同。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、尾翼的功用与结构设计要求二、尾翼的功用与结构设计要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用： 一般由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）组成。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、尾翼的功用与结构设计要求二、尾翼的功用与结构设计要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用：1）平尾保证飞机的纵向（俯仰）稳定性，并实施飞机纵向的操纵； 2）垂

12、尾保证飞机航向稳定性，并实施对飞机航向的操纵。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、尾翼的功用与结构设计要求二、尾翼的功用与结构设计要求1. 1. 尾翼的主要功用：尾翼的主要功用： 尾翼也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似 ： 保证气动性； 具有足够强度、刚度、损伤容限、寿命，最小重量。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点1. 1. 外载类型：外载类型：1）空气动力载荷。 2）其他部件、装载传来的载荷，如：起落架、发动机、油箱等。（集中载荷、分布载荷）3) 机翼结构的质量力 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三

13、、机翼的外载特点三、机翼的外载特点2. 2. 机翼总体受力：机翼总体受力：1 1）两种简化形式：）两种简化形式： 将每半个机翼看作支持在机身上的悬臂梁； 看作支持在机身上的双支点外伸梁。 2 2）与一般工程梁相比的特殊性：）与一般工程梁相比的特殊性： 机翼高度(厚度)小，但其弦向尺寸（相对于梁宽）大多与翼展有相同量级（尤其如三角翼）； 机翼在机身上的固定形式复杂，应考虑结构支承的弹性效应。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点3 3）机翼总体内力：）机翼总体内力： 剪力 Q：Qn, Qh； 弯矩 M：Mn, Mh； 扭矩 Mt ； 南京航空航天大

14、学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点 3 3）机翼总体内力：）机翼总体内力： 由于阻力相对升力很小，其引起的剪力、弯矩常常可以忽略。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点 4 4）机翼的扭矩：）机翼的扭矩： 翼剖面的三个特征点：翼剖面的三个特征点： 刚心、压心、质心。刚心、压心、质心。刚心：刚心：翼剖面上使结构不产生扭转变形的外力与翼弦的交点。 当剪力作用于该点时，机翼只弯不扭，或机翼受扭时，将绕其旋转。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点 4 4）机翼的扭矩：）

15、机翼的扭矩： 压心（压力中心）：压心（压力中心）：翼剖面上气动载荷的合力与翼弦的交点，也称焦点。q气动大小同该处翼弦长成正比，沿展向近似线 性分布作用在压力中心线上，方向近似垂直翼弦。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点 4 4）机翼的扭矩：）机翼的扭矩： 质心：质心：机翼结构质量力与翼弦的交点。亚音速飞行时：通常压心在弦长28%处；刚心在弦长38%40%处；质心在弦长42%45%处。扭矩产生原因：扭矩产生原因：三心（压心、刚心、质心）不重合 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点机翼在外载荷下的变

16、形机翼在外载荷下的变形机翼与外载荷相平衡的内力机翼与外载荷相平衡的内力南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、机翼的外载特点三、机翼的外载特点3. 内力分布及结构特点：内力分布及结构特点：1. 分布力作用下：（从翼尖到翼根）内力逐渐增大机翼外形逐渐变宽变厚、内部构件增强2. 集中力作用下： 剪力图、扭矩图发生突变，弯矩图转折 该处应加强3. 卸载作用： 装载可减小翼根最大内力（剪力、弯矩、扭矩部件在刚心前）（机翼的内力图）（机翼的内力图） 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、尾翼的外载特点四、尾翼的外载特点安定面的受力情况与机翼类似。 安定面：安定面：气动力、质量力

17、、舵面悬挂接头传来的集中力。舵面：舵面：气动力、质量力 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、尾翼的外载特点四、尾翼的外载特点尾翼上的气动力外载：尾翼上的气动力外载：1）平衡载荷：平衡载荷： 保证飞机纵向气动力矩平衡的平尾上的载荷。此时水平安定面上的载荷往往与升降舵的载荷方向相反，平尾受到较大扭矩。2） 机动载荷：机动载荷： 在不平静气流或机动飞行时偏转升降舵或方向舵产生的载荷，是尾翼的主要受力情况。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、尾翼的外载特点四、尾翼的外载特点尾翼上的气动力外载：尾翼上的气动力外载：3）不对称载荷：）不对称载荷： 平尾：侧滑或横滚引起，载荷

18、本身比机动载荷小的多，但引起的力矩较大。 垂尾：除和平尾相同的横滚影响外，多发飞机不对称的发动机推力也会引起垂尾上的载荷。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院四、尾翼的外载特点四、尾翼的外载特点尾翼上的气动力外载：尾翼上的气动力外载：3）不对称载荷：）不对称载荷： 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 机翼结构：机翼结构： 蒙皮蒙皮纵向骨架纵向骨架： 翼梁（缘条、腹板）翼梁（缘条、腹板） 纵墙纵墙 桁条桁条横向骨架横向骨架： 翼肋（普通肋、加强肋）翼肋（普通肋、加强肋）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结

19、构的典型构件一、翼面结构的典型构件 机翼结构：机翼结构： 蒙皮蒙皮纵向骨架纵向骨架： 翼梁（缘条、腹板）翼梁（缘条、腹板） 纵墙纵墙 桁条桁条横向骨架横向骨架： 翼肋（普通肋、加强肋）翼肋（普通肋、加强肋）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 机翼结构：机翼结构： 蒙皮蒙皮纵向骨架纵向骨架： 翼梁（缘条、腹板）翼梁（缘条、腹板） 纵墙纵墙 桁条桁条横向骨架横向骨架： 翼肋（普通肋、加强肋）翼肋（普通肋、加强肋）机翼典型结构构件剖面机翼典型结构构件剖面南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构

20、件 歼六飞机机翼结构歼六飞机机翼结构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 歼七飞机机翼结构歼七飞机机翼结构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 1.蒙皮蒙皮直接功用：直接功用： 形成流线型机翼外表面。承载：承载： 垂直其表面的局部气动载荷； 参与机翼总体受力； 较厚蒙皮与长桁一起组成壁 板，承受机翼弯矩引起的轴 力金属蒙皮金属蒙皮 整体蒙皮整体蒙皮（整体壁板）（整体壁板）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 1.蒙皮蒙皮金属蒙皮

21、：金属蒙皮： 硬铝或超硬铝合金、钛合金（M=2.5）、不锈钢（M=3）等。 夹层蒙皮：夹层蒙皮：1）上下面板 + 中间疏松性结构芯层（泡沫塑料、轻木等） 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 夹层蒙皮：夹层蒙皮：2）上下面板 + 中间蜂窝芯层上下面板 + 中间波纹板芯层南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 壁板壁板(加筋板加筋板)：1）薄板式壁板薄板式壁板蒙皮较薄，可视为薄板承力蒙皮与长桁铆接承力蒙皮与长桁铆接 组合式壁板组合式壁板 蒙皮较厚，临界失稳应力与长桁接近。南京航空航天大学

22、民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 壁板壁板(加筋板加筋板)：3 3）整体壁板）整体壁板 整块材料加工而成，重量轻、强度高。优点： 结构的总体和局部刚度好，蒙皮不易失稳； 机翼表面光滑，提高了气动外形准确度； 减少了装配量、钉孔应力集中及对壁板截 面积的消弱。缺点： 装配中可能引起拉伸等原因产生的残余应力，易引起应力腐蚀； 设计不当时对裂纹扩展较敏感。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 2 长桁：长桁：参与机翼的总体受力承受机翼弯矩引起的部分轴向力；支持蒙皮，提高蒙皮的失稳临界应力。占机翼结构重

23、量的25%40% （单块式机翼，承受轴力的 主要元件） 或4%8%（薄蒙皮梁式机 翼，桁条不受轴力）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 3 翼肋：翼肋：1）普通肋：）普通肋：（占机翼重量的8%12%） 维持翼剖面形状 承受气动载荷 支持蒙皮和桁条和腹板，提高它们稳定性2）加强肋：）加强肋： 普通肋的功用 机翼结构的局部加强件，承受、传递集中载荷。（机翼同其它部件连接的固定接头处、作为开口处加强件、悬挂部件处）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 3）翼肋上的部分特征）翼肋上的部分特

24、征 孔-减轻重量（通常翼肋腹板强度有富余）；孔还可通过操纵系统的拉杆、电缆、各种管子等。 孔边带有弯边，为了提高翼肋稳定性和刚度。 有些腹板上压有凹槽，作用相当于弱支柱，增加腹板稳定性和侧向刚度。 分段，为了便于同翼梁腹板连接。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 3）翼肋的构造型式）翼肋的构造型式腹板式、构架式、围框式、整体肋。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 4 翼梁翼梁1）腹板式翼梁）腹板式翼梁 腹板缘条 单纯受力构件：剪力、弯矩腹板式翼梁典型剖面南京航空航天大学民航学院南

25、京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 2）整体式翼梁）整体式翼梁 高强度合金钢（锻造后加工） 刚度大 加工成型困难 腹板较厚3）桁架式翼梁）桁架式翼梁 上下缘条直支柱斜支柱南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 5 纵墙纵墙缘条弱或无（不宜承弯）功用同梁的腹板类似（承剪） 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构件一、翼面结构的典型构件 6 机翼机身接头机翼机身接头 接头形式视机翼结构的受力型式而定 叉式接头叉式接头南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、翼面结构的典型构

26、件一、翼面结构的典型构件 机翼主要构件及其承力情况机翼主要构件及其承力情况南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 结构型式结构型式：结构中起主要作用的受力构件的组成形式 飞机结构及其典型构件大多为薄壁结构，由最基本的板、杆元件连接组合而成。结构受力型式的设计原则设计原则： 根据构件的最佳受力特性进行恰当组合 使它们各自分担最符合自身受力特性的载荷 使设计的结构重量轻、刚度大。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 如图：一两端简支的高强铝合金圆杆AB。已知杆剖面面积F=40mm2，l=

27、80mm， E=72000MPa， b=420MPa。仅在P力作用下，该杆可以承受P=F b= 16800N；若在杆中点处仅作用一横向力Q，该杆仅能承受Q=750N。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 1 1 杆杆： 只能承受（或传递）沿杆轴向的分布力或集中力（宜受拉，受压易失稳）。 如：机翼中的长桁、翼梁缘条。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 2 2 板：板： 薄板：宜受面内分布载荷（宜受拉；受剪切、受压易失稳）； 不宜受集中力，须附加构件，将集中力扩散成分布剪流。 如：墙、

28、翼梁和翼肋的腹板。 厚板：能受分布载荷和一定程度的集中力（可受剪、拉、压）。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 3 3 平面板杆结构平面板杆结构： 由位于同一平面的板、杆组成，适宜受作用在该平面内的载荷。 薄板：板、杆之间只相互传递剪流； 杆轴向力 板只受剪（近似认为）如：长桁加强的蒙皮壁板结构 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 3 3 平面板杆结构平面板杆结构： 厚板是可以承受正应力的。此时，虽然板能直接受拉，但并不把此力以横向载荷形式传给杆。为计算方便，往往把板的抗拉能力

29、折算到杆上去，结构仍然简化成受剪板和受轴力杆。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 4 4 平面梁平面梁： 薄壁结构组合梁 整体翼梁 腹板式翼梁南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、典型构件的受力特性二、典型构件的受力特性 5 5 空间薄壁结构空间薄壁结构： 平面板杆结构在空间上的组合。 翼面结构都可简化为薄壁盒式梁结构。 盒式梁可分为单闭室、多闭室（静不定结构）。 （a）单闭室盒式梁（b）多闭室盒式梁（c）周缘封闭的薄壁结构南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式

30、1. 薄蒙皮梁式薄蒙皮梁式 特点：特点：蒙皮薄，纵向翼梁很强翼梁很强，纵向长桁少、弱，梁缘条剖面远大于桁条，通常分为左、右翼，通过梁、墙根部接头与机身相连。梁通常位于翼剖面高度最大处，通常还有1、2根纵墙。 早期低速、现代农用飞机。 缺点：缺点：生存力差、不适于作整体油箱优点：优点：连接简单、检查维护方便、适于大开口南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式弯矩弯矩翼梁缘条翼梁缘条南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式剪力剪力翼梁腹板翼梁腹板南京航空航天大学民航学院南京航空航

31、天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式扭矩扭矩闭室（蒙皮闭室（蒙皮+ +梁或墙腹板）梁或墙腹板）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式2. 多梁单块式多梁单块式 特点：特点： 蒙皮较厚，与长桁、翼梁缘条组成可受轴力的壁板承受总体弯矩；弱梁、强桁，桁条剖面接近梁缘条，桁条布置较密；梁或墙与壁板形成封闭盒段，抗扭。通常整体机翼（贯穿机身）、可在翼展向设计有分离面，接头多、结构受力较分散、翼型较薄。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式缺点：缺点：

32、 连接复杂、装配较难、检查维护不方便、不适于大开口。优点：优点： 生存力较好、适于作整体油箱、材料利用率较高。（可较轻）大型高亚音速运输机超音速战斗机2. 2. 多梁单块式多梁单块式南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式弯矩弯矩壁板（蒙皮壁板（蒙皮+ +桁条桁条+ +缘条）缘条）剪力剪力梁或墙腹板梁或墙腹板扭矩扭矩闭室（闭室（壁板壁板+ +梁或墙腹板）梁或墙腹板）2. 2. 多梁单块式多梁单块式南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式3. 多墙（梁）厚蒙皮式多墙（梁）厚蒙皮

33、式 特点：特点：多墙（一般多于5个），蒙皮厚（可从几mm至十几mm），无长桁，有少肋和多肋两种，结合集中力的需要，至少每侧机翼上要布置35个加强翼肋；整体机翼 （贯穿机身）或左右两机翼、结构受力 分散、翼型较薄。 缺点：缺点：加工较难、成本高、检查维护不方便。优点：优点：强度刚度大、材料利用率高 。较大M数超音速战斗机南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、一、翼面结构的典型受力型式翼面结构的典型受力型式4. 混合式混合式 充分利用各种受力型式的优点。 单块式过渡到梁式； 多樯过渡成梁式。 如图：F10413根墙过渡到5根梁 较大M数超音速战斗机南京航空航天大学民航学院南京航空航天

34、大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷的传递作用在机翼上的气动载荷的传递1）蒙皮的初始受载 蒙皮将气动载荷分别传给长桁和翼肋。 蒙皮支持在桁条和翼肋上，以压力和吸力形式直接承受气动载荷。此时，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮，则也受横向弯曲）。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷的传递作用在机翼上的气动载荷的传递2）长桁的初始受载 长桁把自身承担的气动载荷传给翼肋。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷

35、的传递作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载）翼肋的受载 翼肋把自身及收集到的气动载荷传递给蒙皮壁板、翼梁(墙)腹板组成的翼盒。a) Q产生的剪力产生的剪力 由梁的腹板传递。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷的传递作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载）翼肋的受载b) Q产生的弯曲内力产生的弯曲内力南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷的传递作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载）翼肋的受载c) Mt的传递的传递 蒙皮与梁腹

36、板组成闭室。平衡剪流：ttMq南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、二、翼面结构传力分析翼面结构传力分析1. 作用在机翼上的气动载荷的传递作用在机翼上的气动载荷的传递4）翼梁的受载）翼梁的受载 翼梁将翼肋传来的剪力与轴力传入“基础”。翼梁的平衡及其内力图南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、后掠机翼一、后掠机翼1.后掠机翼的结构特点和受力特点后掠机翼的结构特点和受力特点： 有效改善跨音速飞行的气动问题。（1）刚度特点：）刚度特点： 展长、顺气流剖面弦长相同的前提下（则机翼面积、展弦比等参数相同）与直机翼相比：若达到同样刚度，机翼结构重量增大。南京航空航天大学民航学院

37、南京航空航天大学民航学院一、后掠机翼一、后掠机翼1.后掠机翼的结构特点和受力特点后掠机翼的结构特点和受力特点：（2）变形特点和副翼反效：）变形特点和副翼反效： a） 刚心线后掠 附加扭转变形 b）副翼反效刚心：刚心：翼剖面上使结构不产生扭转变形的外力作用点。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院一、后掠机翼一、后掠机翼副翼副翼/ /舵面反效舵面反效： 本想偏转副翼/舵面增加升力，但升力却减小；本想偏转副翼/舵面减小升力，但升力却增加。副翼偏转产生的升力： 下偏角 Ya（+）由此产生的负升力：Ya Ma（扭转力矩-低头 - Yk若Ya Mk ，则扭转扩大。二、静气动弹性现象二、静气动弹

38、性现象南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院1.机翼的扭转扩大机翼的扭转扩大3）前、后掠机翼的情况：）前、后掠机翼的情况： a 后掠机翼 产生附加负迎角 b 前掠机翼 产生附加正迎角二、静气动弹性现象二、静气动弹性现象南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、静气动弹性现象二、静气动弹性现象1.机翼的扭转扩大机翼的扭转扩大4）几点结论：）几点结论：超音速飞行一般不会出现扭转扩大，因压心显著后移；后掠机翼有利于防止扭转扩大，一般只需考虑防止副翼反效；前掠机翼与后掠机翼相反，不需考虑副翼反效，需考虑扭转扩大。大展弦比直机翼两者均需考虑。5）防范措施）防范措施将刚心前移；提高机翼

39、的刚度。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、静气动弹性现象二、静气动弹性现象2. 副翼反效副翼反效1）原理原理副翼偏转产生的升力： 下偏角 Ya由此产生的负升力：Ya Ma（扭转力矩-低头 - Yk若Ya Yk，则副翼反效。Yk V2 ，存在一副翼反效的临界速度。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院二、静气动弹性现象二、静气动弹性现象2. 副翼反效副翼反效2）特点及）特点及防范措施防范措施 副翼反效在大展弦比后掠机翼上较严重。原因：展弦比大对刚度不利；后掠翼弯曲引起顺气流翼剖面 的附加扭角，产生不利于操纵的附加气动力。措施：高速时改用内副翼或扰流片； 增加机翼扭转、

40、弯曲刚度。 三角翼翼尖部分翼剖面很小，需特 别注意其扭转刚度。措施：翼尖处截头；副翼不一直伸 到翼尖，而是内移一点。左：不利左：不利 右：有利右：有利南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、动气动弹性现象三、动气动弹性现象1. 颤振颤振1）现象）现象 飞行速度达到一定值颤振临界速度，飞机部件在气动力、弹性力和惯性力交互作用下发生的自激、不衰减的振动。 当速度超过颤振临界速度，振动将发散，并导致结构快速出现损伤或破坏。 最常见的动气动弹性现象。2）分类）分类 机翼弯扭颤振机翼弯扭颤振：机翼的弯曲变形与扭转变形交感 而产生的振动发散。 副翼弯曲颤振副翼弯曲颤振：副翼的偏转与机翼的弯曲变形交 感而产生的振动发散。 机翼弯扭颤振变形机翼弯扭颤振变形南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、动气动弹性现象三、动气动弹性现象1. 颤振颤振3）机翼弯扭颤振）机翼弯扭颤振 假设初始扰动朝下，机翼下弯扰动消失后：自由振动（弹性力、惯性力、阻尼力）。 弯曲振动引起弯曲振动引起附加气动力附加气动力 机翼向上弯曲，相对速度 的气流作用在机翼上，导致功角变化： 单位展长上附加气动力大小： 0112yYCy Vb y( )ay V 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院三、动气动弹性现象三、动气动弹性现象1. 颤振颤振3）机翼弯扭颤振）机翼弯扭颤振 弯曲振动引起弯曲