飞机结构与系统（第一章 绪论）

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飞机结构飞机结构机体：机翼：提供升力尾翼：操纵、增稳机身：装载、连接起落架：起飞、着陆、滑跑、停放发动机：产生推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飞机系统飞机系统液压系统操纵系统燃油系统航电系统环控系统防火系统防冰排雨系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 上篇：飞机结构上篇：飞机结构 第一章 飞机结构概述 第二章 飞机外载荷 第三章 翼面结构分析 第四章 机身结构分析 第五章 飞机结构材料 第六章 起落架系统南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 下篇：飞机系统下篇：飞机系统 第七章 液压系统 第八章 飞

2、行操纵系统 第九章 座舱环境控制系统 第十章 防冰排雨系统 第十一章 燃油系统 第十二章 防火系统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.宋静波，飞机构造基础，航空工业出版社，宋静波，飞机构造基础，航空工业出版社，20042.陶梅贞，现代飞机结构综合设计，西北工业大学陶梅贞，现代飞机结构综合设计，西北工业大学出版社，出版社，20013.沈燕良，飞机系统原理，国防工业出版社，沈燕良，飞机系统原理，国防工业出版社，2007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. 平时成绩平时成绩 30%2. 考试成绩考试成绩 70%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

3、章内容飞机结构发展飞机分类飞机研制过程简介南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一次有动力、载人、持续、可操纵、重于空气的飞行器成功飞行。世界第一架飞机:飞行者一号南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院飞行者B 与飞行者一号的主要不同: 机轮 升降舵后置 驾驶员姿式 副翼南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院当时飞机主要特点 双机翼（桁架式）构型被公认为世界设计标准。双机翼（桁架式）构型被公认为世界设计标准。 杉木成为标准结构材料杉木成为标准结构材料,供应充足，加工和修理都很容易，单位供应充足，加工和修理都很容易，单位重量强度高，没人考虑用铝。重量强度高，没人考

4、虑用铝。 大都以粗棉布覆盖在飞机外表，由于当时飞机的速度很慢，粗大都以粗棉布覆盖在飞机外表，由于当时飞机的速度很慢，粗棉布承受气动力负载的情况良好，即使破裂也很容易修理。棉布承受气动力负载的情况良好，即使破裂也很容易修理。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院单翼飞机 法国布莱里奥法国布莱里奥11型（型（Bleriot Model XI）（）（1909.1首飞）首飞） 这架飞机和这架飞机和“飞行者飞行者”有相同的薄机翼设计，机翼外表面覆盖有相同的薄机翼设计，机翼外表面覆盖粗棉布，由于翼梁强度不足以粗棉布，由于翼梁强度不足以 支撑飞行和降落时的负载，故支撑飞行和降落时的负载，故 需要

5、拉力钢线辅助。需要拉力钢线辅助。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院悬臂式机翼第一架实际生产的悬臂式机翼战斗机，当时由荷兰飞机设计师福克为第一架实际生产的悬臂式机翼战斗机，当时由荷兰飞机设计师福克为德国空军所制造福克德国空军所制造福克Dr-I三翼机。（三翼机。（1917年）年） 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院硬壳式机身硬壳式机身 1912年法国的“竞赛者”（Racer），壳状机身由上下两片压模成形的木质三合板接合而成。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一架全金属飞机 全金属飞机最早产生于军用飞机领域，第一架全金属飞机是德全金属飞机最早产生于军用飞

6、机领域，第一架全金属飞机是德国飞机设计师容克斯设计的国飞机设计师容克斯设计的J1样机样机“锡驴锡驴”（Blechesel） ，采，采用镀锡薄钢板的单翼机。（用镀锡薄钢板的单翼机。（1915.12.12首飞）首飞） 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一架全金属飞机 J4原型机（批产后定名原型机（批产后定名J.1攻击机），采用铝合金蒙皮和防护攻击机），采用铝合金蒙皮和防护装甲的双翼机，还是最早的攻击机，机上安有机枪，载有少量炸装甲的双翼机，还是最早的攻击机，机上安有机枪，载有少量炸弹，可低空对地面目标进行扫射轰炸。（弹，可低空对地面目标进行扫射轰炸。（1917.1.28首飞）首飞）

7、南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一架全金属民航飞机第一架全金属民航飞机 一战结束后，容克斯开始从事民航客机的研制，制造出世界上一战结束后，容克斯开始从事民航客机的研制，制造出世界上第一架全金属旅客机第一架全金属旅客机F13。它于。它于1919年年6月月25日首次飞行。日首次飞行。1932年，容克斯公司在它的基础上，又推出了大型客机年，容克斯公司在它的基础上，又推出了大型客机Ju-52。F13Ju-52南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一架可收放起落架飞机第一架可收放起落架飞机 19201920年的戴顿年的戴顿- -莱特竞赛机莱特竞赛机（ Dayton-Wrig

8、ht RB -1） 19311931年洛克希德年洛克希德“猎户座猎户座”（第一架可收放起落架民航飞机）（第一架可收放起落架民航飞机） Dayton-Wright RB -1猎户座南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院现代民航飞机结构诞生现代民航飞机结构诞生 1930年波音公司的单发邮政机（年波音公司的单发邮政机（Monomail）：第一架）：第一架全金属，具备现代民航客机（除螺旋桨发动机外）特点全金属，具备现代民航客机（除螺旋桨发动机外）特点的商用单翼机的商用单翼机 应力蒙皮机翼 半硬壳式机身南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院第一架真正意义上的现代民航飞机第一架真正意义

9、上的现代民航飞机 1933年年2月首飞的月首飞的B-247：全金属、应力蒙皮结构、全包：全金属、应力蒙皮结构、全包覆式机舱、除冰、配平片（覆式机舱、除冰、配平片（trim-tab）、流线型发动机）、流线型发动机罩、自动驾驶仪、下单翼、可收放式起落架设计特点的罩、自动驾驶仪、下单翼、可收放式起落架设计特点的飞机，只凭一台发动机也能飞行和爬升。飞机，只凭一台发动机也能飞行和爬升。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院最早的喷气式飞机最早的喷气式飞机 1939年年8月月27日，一架德国的秘密实验飞机日，一架德国的秘密实验飞机He 178首飞成首飞成功，两年后的功，两年后的1941年年5月月

10、15日，惠特尔日，惠特尔390公斤推力的离公斤推力的离心式涡轮喷气发动机推动着格罗斯特（心式涡轮喷气发动机推动着格罗斯特（Gloster）E-28/39飞行了飞行了17分钟，分钟，He 178E-28/39南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院最早的后掠翼飞机最早的后掠翼飞机 1941年年Me163为世界第一架采用火箭动力的无尾后掠翼飞机为世界第一架采用火箭动力的无尾后掠翼飞机,0.85Ma Me 262是第一架后掠翼生产型战斗机是第一架后掠翼生产型战斗机(1942)，机翼后掠的目的是把超，机翼后掠的目的是把超重的重的Jumo 004涡轮喷气发动机（轴流式）的重心后移涡轮喷气发动机（

11、轴流式）的重心后移 在在1935年德国的布泽曼首先提出了后掠翼可降低风阻年德国的布泽曼首先提出了后掠翼可降低风阻Me163Me 262南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院最早的超音速飞机最早的超音速飞机 1947 年年 10 月月 14 日，日，X-1 (火箭动力火箭动力) 在在 43,000 英尺的高空飞出了英尺的高空飞出了 1.06 马赫的高速，从而迈出了人类超音速飞行的第一步。马赫的高速，从而迈出了人类超音速飞行的第一步。 X-3 有两台涡喷发动机，借助自身的动力起飞和降落，并能保持进行有两台涡喷发动机，借助自身的动力起飞和降落，并能保持进行 2 马赫巡航飞行。马赫巡航飞行。

12、贝尔贝尔X-1道格拉斯道格拉斯X-3南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院超音速客机超音速客机 协和飞机在协和飞机在1969年首飞、年首飞、1976年投入服务，飞机能够在年投入服务，飞机能够在15000米的高空以米的高空以2.02倍音速巡航。倍音速巡航。2003年最后一次飞行。年最后一次飞行。协和协和图图144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功能分类按功能分类军用飞机民用飞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功能功能完成空中拦击、侦察、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输、空降等任务。种类种类歼击机、侦察机、轰炸机、攻击机、预警机、反潜机、电子干

13、扰机、舰载机、运输机等。 数量多、发展快、采用最新技术、标志一个国家空军或者国防的实力。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院航线飞机航线飞机（用于商业飞行的客机和货机）按功能分：按功能分： 客机 、 货机、客货两用机。按巡航速度：按巡航速度： 低亚（M6m）按客座数与航程：按客座数与航程： 见下表：见下表：南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院波音-747-400属于： 洲际（12970km） 巨型（378吨、550座） 高亚音速（900939km/h） 涡扇式宽体（6.13m）客机南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民

14、航学院通用航空飞机通用航空飞机通用航空：通用航空： 是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动 ，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋检测、科学试验、教育培训、文化体育等方面的飞行活动。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 公务机公务机（商务飞机或行政机） 在行政事务中或商务活动中作为交通工具的小型飞机（许多公司拥有自己的公务机）。如AC500南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 农林飞机农林飞机： 直接为农业、林业、牧业、渔业生产服务的飞机。如：N5B南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 其它飞机

15、其它飞机： 用于抢险救灾、娱乐旅游、体育运动、空中摄影与测量、航空物理探矿等，如AD-100、200南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 开始服役开始服役特点特点典型机种典型机种一5050年代年代涡喷发动机，带后掠涡喷发动机，带后掠角机翼角机翼波音波音-707-707、DC-8DC-8、图、图-104-104二6060年代年代低涵道比涡扇发动机低涵道比涡扇发动机波音波音-727-727、737737、图、图-154-154三7070年代年代高涵道比涡扇发动机，高涵道比涡扇发动机，双通道宽体双通道宽体波音波音-747-747、DC-10DC-10、A300A300四8080年代年代超

16、临界翼形、加大机超临界翼形、加大机翼展弦比、新铝合金翼展弦比、新铝合金波音波音-757-757、767767、A-310A-310、A-320A-320（电传操纵）、（电传操纵）、五9090年代年代电传操纵，复合材料，电传操纵，复合材料，液显液显波音波音-777-777、A330A330、A340A340喷气式干线飞机喷气式干线飞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. 1. 垂直垂直/ /短距起落飞机短距起落飞机优点: 不依赖机场，可象直升机起落也可象固定翼飞机有速度和攻击能力； 发动机喷口方向可转。 “鹞”式战斗机:第一种 垂直

17、起落飞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1. 1.垂直垂直/ /短距起落飞机短距起落飞机 F35 F35南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院2. 2. 无人机无人机 可执行危险性大的任务：军事上可用作靶机、用于侦察、诱惑、电子对抗、对地攻击等； 质量轻、尺寸小、成本低，故花费低； 民用上可用于大地测量、 气象观测、森林防火、 人工降雨等。原理：原理：自动程序控制 或无线电遥控长空一号（靶机）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院3. 3. 地效飞机地效飞机 地面效应：地面效应： 当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时，整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，

18、阻力减小，阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象，称为地面效应。 南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院3. 3. 地效飞机地效飞机优点优点: : 飞机下面的气流速度小，静压大，使升力增加，飞机的升阻比提高，故所需功率减小，承载增加或航程增大，燃料仅为一般客机的1/5。中国的“天鹅”、“天翼” 、“信天翁”。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院4. 4. 太阳能飞机太阳能飞机原理： 白天吸收太阳能，通过太阳能电池将其转化为电能，部分电能带动电动机产生推力和供机载设备使用，部

19、分输入电解池，将水电解成 氧气和氢气储藏能量； 夜间将氢气和氧气进 行化学反应释放化学 能转化成电能供飞机 使用 。 美国的“太阳神”南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院4. 4. 太阳能飞机太阳能飞机 瑞士的“阳光动力” 世界首架载人 、昼夜飞行南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院飞机研制过程飞机研制过程拟定技术要求飞机设计过程飞机总体设计飞机结构设计飞机结构设计飞机制造过程飞机的试飞定型过程南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院通常由飞机设计单位和订货单位协 商共同制订。决定飞机的主要性能指标、主要使 用条件和机载设备等。是飞机设计的基本依据。南京航空航天

20、大学民航学院南京航空航天大学民航学院1 1）主要参数：）主要参数： 估算飞机总重（结构、推进系统、设备、燃油、有效载荷）、发动机推力、翼载荷；2）基本外形和尺寸：基本外形和尺寸： 机翼、尾翼、机身，如上单翼、平直翼、鸭式布局等；3）初步部位安排：初步部位安排： 内部布置（油箱、各种仪表设备）及主要受力构件的安排与协调（机身大开口、起落架的位置）。总体设计总体设计南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 结构：结构： 本课程中，结构结构指：能承受和传递载荷的系统，即受力结构。 一架飞机的整个结构，包含：机翼、尾翼、机身、发动机短舱、起落架、操纵系统（机械操纵系统部分）及其他受力结构等部件

21、或组件结构。部件结构：部件结构：机翼、机身。组件结构组件结构：组成部件的大段结构。构件：构件：很少零件装配而成。元件元件：零件或构件作为具有一定功用的基本单元。结构设计结构设计南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院含含 义：义： 根据结构设计的原始条件和基本要求，提出方案及进行具体的部件和零构件设计进行强度计算和必要的试验，最后绘出结构图纸，完成相应的技术文件，以使生产单位能根据这些图纸和技术文件进行生产。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院原始条件原始条件1： 结构的外载以及对结构受力特性的要求：1）外载的形式（集中的、分布的、冲击型、周期型、热的等）；2）外载的历程特

22、征（不同的飞行，载荷的变化规律）；3）外载对结构的作用效应（抖振、颤振）；4）结构承载的强度、刚度要求（静、动、热、整体的、局部的）；5）结构寿命要求，损伤容限要求 。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院原始条件原始条件2：飞机结构的协调关系：1）各部件的相对位置以及相互间连接交点的位置（不能改动）；2）零、构件之间在连接尺寸上的协调关系；3）各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调；4）部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论外形相协调；5）其内部边界可能需与某个内部装载协调，也可能不需协调。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院原始条件原始条件3：结构的使用条件：1）

23、环境条件：飞机在飞行或停机时的气象条件或周围介质条件；2）起飞着陆场所：陆上飞机、水上飞机、水陆两栖；不同的陆上跑道类型（水泥，土）3）维修条件和使用条件：维修周期和次数、维修能力、维修速度要求，维修场所（外场、场站、基地）。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院原始条件原始条件4：结构的生产条件：1）加工能力（设备类型、精度，人员素质水平）2）装配能力（精度，装配量） 3）生产能力（产量）4）生产质量保障体系（技术与管理）南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 基本要求基本要求1：气动性能和设计一体化要求气动性能和设计一体化要求： 保证飞机具有合理的气动外形和好的表面质量

24、（否则飞行性能和品质变差），如:翼身融合。 多功能结构一体化协调设计，如隐身结构一体化、飞机发动机一体化、飞控火控结构一体化设计等。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求： 保证结构完整性结构完整性条件下结构重量最轻。 结构完整性结构完整性： 关系到飞机安全使用、使用费用和功能的机体结构的强度、刚度、损伤容限及耐久性等飞机所要求的结构特性的总称。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求： 要求结构设计应保证结构在承受各种规定载 荷和环境条件下：1）具有足够的强度；2）不产生不能容许的残

25、余变形；3）具有足够的刚度，或采取其他措施以避免出现不能容许的气动弹性问题与振动问题；4）具有足够的寿命和损伤容限，以及高的可靠性；5）在保证上述条件得到满足的前提下，使结构的重量尽可能轻。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求：结构重量系数：结构重量系数： 飞机结构重量/飞机正常起飞重量的百分比。 第一代第四代歼击机 35%33%30.5%28% 。设计和制造人员的重要使命：减重。 口号：“为减轻飞机的每一克重量而奋斗”。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求：例: 一架现代喷气式

26、客机，使用寿命一般为20 年。假设飞行小时以60000h计，一架总重100t的飞机其结构重量约为30 t，若使其重量减轻100kg，则能多载一名乘客或100kg货物。飞机速度假设为900km/h，tkm收入为1.8元，则能多收益多少？ 解： 1.8 0.1 900 60000 = 972（万元） 由此可见，随着飞机寿命的增加，减轻结构重量的经济利益越来越大。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院基本要求基本要求3：使用维护要求使用维护要求 开畅性：便于检查、维修作业 维修性：合理布置和设计各种分离面、开口、锁等基本要求基本要求4：工艺要求工艺要求 良好工艺性：结合产品的产量、机种、需要的迫切性和 加工条件等综合考虑。 复合材料等新材料，还应对材料、结构的制作和结构修理的工艺性予以重视。南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学民航学院基本要求基本要求5：经济性要求经济性要求 主要指生产和使用成本。 全寿命周期费用（