飞机系统结构

1、1 飞 机 系 统 飞机系统结构第1页学科性质 飞机系统是民用飞机驾驶专业技术基础课飞机系统结构第2页教学目和要求 经过该课程学习，使学员了解当代航空技术在民用飞机系统中应用与发展，熟悉民用飞机机体结构型式特点与使用安全，各系统功用、组成及工作原理，掌握当代民用飞机系统工作控制与基本使用方法。为学员取得商业驾驶执照做好理论准备。飞机系统结构第3页41飞机Airplane 航空器，是指由空气反作用而不是由空气对地面发生反作用在大气中取得支承任何机器。飞机系统结构第4页5飞机定义飞机，是指动力驱动重于空气一个航空器，其飞行升力主要由给定飞行条件下保持不变翼面上空气动力反作用取得AirplaneAn

2、 engine-driven, fixed-wing aircraft heavier than air that is supported in flight by the dynamic reaction of air against its wings. 飞机系统结构第5页6飞机各组成部分尽管飞机能够设计用于很多不一样目标，但大多数飞机主要结构还是相同机翼机身动力装置起落装置尾翼飞机系统结构第6页7飞机-五大部分组成机身机翼尾翼起落架动力装置The FuselageThe WingThe EmpennageThe Landing GearThe Powerplant飞机系统结构第7页81

3、.1机体Airframes机体包含：机身 尾翼 机翼是飞机最基本组成部分B737飞机系统结构第8页91.1.1机身 机身：用来固定机翼、尾翼、起落架等部件，使之连成一个整体；还用来装载人员、燃料、和其它物资 飞机系统结构第9页机身受力机身以承受装载和部件传给集中力为主。这些力称为载荷载荷：结构和结构中各个构件，在工作中受到其它物体作用力飞机系统结构第10页11机身分类 飞机机身分为： 构架式早期低速飞机 薄壳式当代高速飞机 薄壳式按结构和和受力特点又分为： 蒙皮式（硬壳式） 桁条式（半硬壳式） 桁梁式（半硬壳式）飞机系统结构第11页12构架式机身早期机身木制或金属管行成机身骨架 机身用钢或者铝

4、质管子结构。经过把这些管子焊接成一系列三角形来取得强度和刚性，成为桁架结构。称华伦桁架 （The Warren truss ）优点：结构简单 便于制造缺点：最大缺点不流线，气动性差 ；抗扭刚度差 容积利用差飞机系统结构第12页13薄壳式机身 当代飞机机身是骨架和蒙皮组成薄壁结构。称为薄壳式机身。 分为：蒙皮式、桁条式、桁梁式飞机系统结构第13页14蒙皮式机身也叫硬壳式monocoque 硬壳式机身使用加厚蒙皮，整个结构由蒙皮和隔框组成。蒙皮：承受全部弯曲轴向力、剪力与扭矩隔框：支持蒙皮并承受、传递集中力当前只用于小型高速飞机和低速飞机局部飞机系统结构第14页15硬壳式机身优点：因为外部蒙皮承受

5、弯曲轴向力与扭矩，机身内部撑杆可大大降低，减轻了飞机重量，增大了内部空间。现在只用于小型飞机局部飞机系统结构第15页16早期采取硬壳式机身飞机飞机系统结构第16页17桁条式机身也叫半硬壳式SEMI-MONOCOQUE硬壳式机身不便于开口，所以飞机上用得较少。 半硬壳式机身：由桁条stringers、隔板bulkheads和或隔框formers组成，外部铆接铝合金蒙皮特点：弱梁或无梁，桁条多而强，与较厚蒙皮组成壁板，再与隔框连接而成飞机系统结构第17页18SEMI-MONOCOQUE机身外载荷主要由蒙皮承受，其余由桁条承受，壳体刚度较大，生存力强飞机系统结构第18页半硬壳式机身主要用于高亚音速飞

6、机和当代客机飞机系统结构第19页20半硬壳式结构飞机系统结构第20页桁梁式较强四根大梁，较弱桁条、较薄蒙皮和隔框铆接而成。机身适于大开口飞机系统结构第21页使用复合材料飞机复合材料通常是增强型复合纤维，强度较高，重量轻，外形光滑能够减小飞机阻力，抗腐蚀能力强。很多飞机如B-777等使用约30%复合材料增强型碳纤维碳纤维复合纤维玻璃纤维飞机系统结构第22页飞机结构小结当代民用小型飞机构架式、硬壳式、半硬壳式中、大型飞机半硬壳式飞机系统结构第23页24防火墙-FIREWALL在单发飞机上，发动机普通安装在机身前端。在发动机后面和驾驶舱或客舱之间有防火部分以保护飞行员或乘客免受发动机火焰意外伤害。这

7、部分称为防火墙，普通由阻热材料如不锈钢制成 还是发动机安装点飞机系统结构第24页251.1.2机翼机翼功用： 产生升力、装载燃油、安装起落架与发动机等A380机翼是连接到机身两边翼型airfoils，也是支持飞机飞行主要升力表面。飞机制造商设计了各种不一样机翼样式，尺寸和外形。每一个都是为了满足特定需要，这些需要由详细飞机目标性能决定 飞机系统结构第25页26WING COMPONENTS机翼外侧：翼尖；靠近机身一端叫翼根。机翼上安装可操纵翼面主要有副翼、襟翼、前缘襟翼、前缘缝翼。飞机系统结构第26页运输机机翼机翼上操纵面与从属装置1. 翼尖小翼2. 低速副翼3. 高速副翼4. 襟翼滑轨整流罩

8、5. 前缘襟翼克鲁格襟翼6. 前缘缝翼7. 内侧襟翼8. 外侧襟翼9. 扰流板10. 扰流板-减速板在详细机型上，其实际构型、功效和名称也有可能不一样。飞机系统结构第27页281.1.2机翼机翼能够安装在机身上，中 或较低部分，分别称为高翼，中翼，低翼设计。机翼数量也能够不一样。high-,mid-, low-wing 飞机系统结构第28页Biplane飞机系统结构第29页30上中下三种单翼机优缺点1.机翼与机身干扰阻力 中小，上次，下大2.机身内部容积利用 上下好3.起落架安装 下好飞机系统结构第30页31WING 有一组机翼飞机称为单翼机， 有两组机翼飞机称为双翼飞机或者复翼飞机 Mono

9、-planeTri-planeBi-plane飞机系统结构第31页321.1.2机翼 许多上单翼飞机有外部支撑杆，它能够经过支杆把飞行和着陆负荷传递到机身结构。因为支杆普通安装在机翼突出机身二分之一位置上，所以这种类型机翼结构也叫半悬臂机翼。少数上单翼飞机和多数低翼飞机不用外部支杆来承载负荷称悬臂机翼 semi-cantilever full cantilever 飞机系统结构第32页33半悬臂式 SEMI CANTILEVER飞机系统结构第33页34机翼平面形状椭圆形梯形后掠翼三角翼矩形飞机系统结构第34页35平直翼结构简单广泛用于亚音速飞机轰五飞机系统结构第35页36后掠翼与三角翼跨音速与

10、超音速飞机系统结构第36页37协和式超音速客机飞行速度可达2.04马赫 飞机系统结构第37页机翼剖面形状(翼型)平凸型双凸型对称型飞机系统结构第38页39机翼结构按机翼结构形式分类：构架式、梁式、壁板式、整体式 等等飞机系统结构第39页40梁式机翼飞机系统结构第40页41结构飞机系统结构第41页42翼梁SPAR最强有力纵向构件，承受全部或大部分弯矩和剪力。翼梁由缘条、腹板和支柱等组成，剖面多为工字型。翼梁固定在机身上。飞机系统结构第42页43翼肋RIB形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来空气动力载荷传递给翼梁。飞机系统结构第43页44桁条 支承蒙皮，预防产生局

11、部变形，与蒙皮一起把空气动力传给翼肋，由铝合金薄板制成飞机系统结构第44页45DH-60 WING STRUCTURE飞机系统结构第45页46机翼油箱WING TANK结构式单体式飞机系统结构第46页47B727 CWT飞机系统结构第47页481.1.3尾翼尾翼EMPENNAGE包含整个尾部，由垂直尾翼和水平尾翼组成垂直尾翼包含垂直安定面和方向舵水平尾翼包含水平安定面和升降舵。方向舵、升降舵上通常有一个或者多个配平片 飞机系统结构第48页49尾部-EMPENNAGE飞机系统结构第49页50尾翼布局T-TailV-TailMid-TailConventional飞机系统结构第50页51平尾按相对

12、于机翼上下位置不一样，大致分为高平尾、中平尾和低平尾三种型式 飞机系统结构第51页不一样尾翼飞机系统结构第52页53方向舵 RUDDER安装在垂直安定面上飞机系统结构第53页54升降舵飞机系统结构第54页55全动式平尾-STABILATOR 一个尾翼设计不需要升降舵。在中央铰链点安装一片水平尾翼，铰链轴是水平。这种类型设计叫全动式水平尾翼，使用控制轮移动，就像使用升降舵一样。比如，当你向后拉控制轮时，水平尾翼转动，平尾边缘向上运动。水平尾翼还有一个沿尾部边缘反赔偿片 飞机系统结构第55页56反赔偿片ANTISERVO TAB 反赔偿片运动方向和水平尾翼尾部边缘运动方向一样。反赔偿片也作为减轻控

13、制压力配平片，帮助维持水平尾翼在需要位置 飞机系统结构第56页571.1.4机体使用注意事项飞机系统结构第57页581.2飞行载荷和过载飞机载荷： 飞机在滑行、起飞、着陆和飞行中所受气动力、重力、推（拉）力和地面反作力。重点是升力改变飞机系统结构第58页伯努利定理BERNOULLIS PRINCIPLE OF PRESSURE 气体流动速度增加会造成流体压力降低飞机系统结构第59页601.2.1.1飞机在飞行中升力美式 LIFT =CL. V.S飞机系统结构第60页迎角AOA和升力系数CY飞机系统结构第61页621.2.1.2平飞载荷平飞条件：LIFT=WEIGHT TRUST=DRAG平飞时

14、飞机结构受力不大什么是平飞：平直、无加速度飞行straight-and-level, unaccelerated flight.飞机系统结构第62页631.2.1.2平飞载荷a） 小速度大迎角：上吸 、下压b） 大速度小迎角上吸 下吸、前压、有可能蒙皮鼓胀前缘凹陷使气动性能变坏。应恪守最大平飞速度限制飞机系统结构第63页641.2.1.3水平面内曲线飞行载荷 升力垂直分量平衡重力水平分量提供向心力飞机系统结构第64页65水平平面内曲线飞行水平转弯时YCOS=G或 Y=G/COS 如坡度为60度时，Y=2G飞机系统结构第65页66水平平面内曲线飞行坡度越大，所需升力就越大！飞机就越轻易失速或损坏

15、！坡度限制原因：发动机推力；飞机临界迎角；飞机结构强度和刚度。飞行操纵应及时、柔和，不能随意压大坡度,以免飞机受力过大飞机系统结构第66页671.2.1.4突风载荷突风：大小、方向改变不稳定气流。突风载荷： 飞机在飞行中碰到不稳定气流作用时产生附加气动力。 飞机系统结构第67页1.2.1.4突风载荷 水平突风载荷 因飞机空速 风速，故水平突风对升力影响很小。 垂直突风载荷 飞机遇垂直向上突风，机翼迎角增加，升力增加。 飞机遇垂直向下突风，机翼迎角减小，升力减小。 飞机系统结构第68页69遇垂直突风迎角和升力改变飞机系统结构第69页70Cy是升力系数曲线斜率解释依据点斜式直线方程y2-y1=k(

16、x2-x1)y2-y1=Cyx2-x1=K=Cyy2y1x2x1飞机系统结构第70页71处理方法遇垂直突风减小飞行速度可减小突风载荷不应过分减小飞行速度，以防超临界迎角而失速飞机系统结构第71页721.2.2飞机过载LOAD FACTOR飞机过载是飞机在某飞行状态下升力与重力比值即飞机过载表明了机体受载荷严重程度。载荷通惯用G表示如G=3表明飞机结构所受总载荷是飞机自重三倍称为G FORCE飞机系统结构第72页飞机过载大小飞机过载可能为零其正负取决于升力 在机体坐标系上 方向飞机系统结构第73页741.2.2.2设计过载与使用过载设计过载n设计设计、审定飞机时要求最大过载，又称极限过载limi

17、t load factors.使用过载n使用正常飞行中允许使用最大过载，是飞机结构永久变形限制。设计过载n设计和使用过载n使用意义表明了飞机机动性好坏表明了飞机抗强突风能力使用限制：nn使用n设计飞机系统结构第74页751.2.2.3各种状态飞机过载几个经典状态下过载平飞 垂直平面内曲线飞行水平平面内曲线飞行飞机系统结构第75页76飞机过载平飞遭遇垂直突风适当减小飞行速度可减小飞机过载和颠簸，但速度太小则轻易失速。在全部可能情况下都应避开严重颠簸区域。飞机系统结构第76页77水平转弯只与坡度相关飞机系统结构第77页78普通通用航空飞机最大坡度为60度飞机系统结构第78页79各种状态飞机过载飞机

18、系统结构第79页80结论飞机在飞行中受到载荷大小，与飞行状态或气流是否稳定相关曲线飞行中，升力可能比平飞大很多飞行中，最大载荷因数，受飞机机动能力，空气压缩性，人体忍受过载能力影响飞机系统结构第80页81 俯卧抗过载 高过载座舱座椅向后倾斜到65，能够使飞行员提升抗过载能力23g 飞机系统结构第81页821947年美国军医约翰保罗斯塔普开始以自己为对象，做各种人体过载和冲击承受力试验，研究结果表明：只要有适合姿态和防护装备，人体最少能够承受45g过载而不会死亡。斯塔普试验对以后飞行员飞行座椅和抗荷服、安全带产生了主要影响 飞机系统结构第82页83飞机系统结构第83页84 1.3航空器分类两种分

19、类体系 按航空器审定 按飞行员审定飞机系统结构第84页85 按航空器审定正常类飞机：正常类飞机，是指座位设置（不包含驾驶员）为9 座或以下，最大审定起飞重量为5700 千克（12500 磅）或以下，用于非特技飞行飞机。实用类飞机：b)实用类飞机，是指座位设置（不包含驾驶员）为9 座或以下，最大审定起飞重量为5700 千克（12500 磅）或以下，用于有限特技飞行飞机。大多数小型机属于正常类和实用类飞机系统结构第85页86 按航空器审定特技类飞机：特技类飞机，是指座位设置（不包含驾驶员）为9 座或以下，最大审定起飞重量为5700 千克（12500 磅）或以下，除了因为所要求飞行试验结果表明是必要

20、限制以外，在使用中不加限制飞机。通勤类飞机：是指座位设置（不包含驾驶员）为19 座或以下，最大审定起飞重量为8618 千克（19000 磅）或以下，用于非特技飞行螺旋桨驱动多发动机飞机。运输类飞机transport airplanes：是指航线大型客机，用于定时客运或货运航班飞行。飞机系统结构第86页87 按飞行员合格审定 1.在其私用驾驶员执照、商用驾驶员执照和航线运输驾驶员执照上签注以下对应等级：类别级别型别飞机系统结构第87页88 61.13执照和等级 航空器类别等级： (i) 飞机； (ii) 直升机； (iii) 飞艇； (iv) 倾转旋翼机。飞机系统结构第88页89 61.13执照

21、和等级 航空器级别等级： (i) 飞机级别等级： (A) 单发陆地SEL； (B) 多发陆地MEL;(C) 单发水上SES； (D) 多发水上MES。 飞机系统结构第89页 航空器型别等级 航空器型别等级： (i) 审定为最大起飞全重在5,700千克以上飞机； (ii) 审定为最大起飞全重在3,180千克以上直升机和倾转旋翼机； (iii) 涡轮喷气动力飞机； (iv) 局方经过型号合格审定程序确定需要型别等级其它航空器。 飞机系统结构第90页倾转旋翼机鱼鹰飞机系统结构第91页制造厂商 机型编号型别等级签署代码法国空中客车企业空中客车A300BA-300空中客车A300-600R,A-310A

22、-310空中客车A318,A319,A320,A321A-320空中客车A330A-330空中客车A340A-340法国宇航企业ATR72-212AATR-72波音飞机企业波音737-200B-737波音737-300波音737-400波音737-500波音737-600波音737-700波音737-800波音737-900波音747-200B-747波音747SP波音747-400B-747-4波音757-200B-757，B-767波音767-200波音767-300波音777-200B-777英国宇航企业BAe146-100BAE-146BAe146-300飞机系统结构第92页加拿大庞巴

23、迪飞机企业CL-600-2B19（CRJ100/200）CL-600-2C10（CRJ700）CL-65挑战者-604CL-604美国赛斯纳飞机企业CESSNA550CE-500CESSNA525(奖状CJ1/CJ2/CJ3)CE-525CESSNA560XLCE-560XLCESSNA650（奖状III、VI、VII）CE-650CESSNA750（奖状X）CE-750法国达索企业FalconFC-美国麦道企业MD-82DC-9MD-90MD-11MD-11美国湾流航空工业企业G IV(湾流4)G-IVGIV-XG-VGV-SPG-VGulfstream 200(湾流200)G-200加拿大德哈维兰飞机企业DHC-8（冲8）DHC-8多尼尔德国航宇企业DO-328-300DO-328JET巴西飞机工业企业EMB-135EMB-145EMB-145ERJ-190-100,ERJ-190-200ERJ-170/ERJ-190飞机系统结构第93页运动驾驶员执照上签注以下对应等级(1) 航空器类别等级： (i) 初级飞机； (ii) 自转旋翼机； (iii) 滑翔机； (iv) 自由气球； (v) 小型飞艇。 (2)