第10講—翼面結構(5)

1、2022-2-31 第第 十講十講2022-2-324.8 機翼結構形式確定與結構布置機翼結構形式確定與結構布置一、機翼結構設計的內容一、機翼結構設計的內容外形設計外形設計結構設計結構設計根據飛機的戰(zhàn)術、技術要求或使用要根據飛機的戰(zhàn)術、技術要求或使用要求、性能指標等，設計機翼的外形，求、性能指標等，設計機翼的外形，確定機翼的主要幾何參數。確定機翼的主要幾何參數。根據飛機總體設計階段所提供的依據根據飛機總體設計階段所提供的依據（其中包括外形設計），設計出能夠（其中包括外形設計），設計出能夠滿足各項要求的具體機翼結構。滿足各項要求的具體機翼結構。具體地說，機翼的結構設計是指，根據給出的具體地說，機

2、翼的結構設計是指，根據給出的原始依據原始依據，合理，合理地選擇機翼的地選擇機翼的受力形式受力形式，布置機翼的主要，布置機翼的主要受力構件受力構件，確定沿展，確定沿展向各剖面處縱向向各剖面處縱向元件的尺寸元件的尺寸，并對各主要受力構件進行設計。，并對各主要受力構件進行設計。2022-2-33二、機翼結構設計的原始依據二、機翼結構設計的原始依據機翼結構設計機翼結構設計的原始依據的原始依據全全 機機 參參 數數機翼外形參數機翼外形參數翼載翼載 p=Y/S 或或 G/S機翼面積機翼面積 S機翼最大過載系數機翼最大過載系數 n機翼的位置機翼的位置機翼內部布置機翼內部布置上、中、下單翼上、中、下單翼分開分

3、開 或或 貫穿機身貫穿機身機翼機翼-機身連接方式機身連接方式機翼整體油箱、安裝發(fā)動機、設備、起落架等機翼整體油箱、安裝發(fā)動機、設備、起落架等展弦比展弦比 機翼展長機翼展長 l翼型相對厚度翼型相對厚度C后掠角后掠角 梯形比梯形比 接下接下頁頁2022-2-34機翼結構設計機翼結構設計的原始依據的原始依據接上接上頁頁機翼的外掛機翼的外掛不同外掛的組合要求、不同外掛的組合要求、外掛的慣性數據等。外掛的慣性數據等。強度剛度設強度剛度設計參數計參數各種情況下的質量數據，各種情況下的質量數據，如：起飛著陸質量、基本如：起飛著陸質量、基本強度計算質量等。強度計算質量等。各種機動飛行包線各種機動飛行包線安全系

4、數安全系數機翼使用維護要求機翼使用維護要求可選的結構材料及材料性能數據可選的結構材料及材料性能數據2022-2-35三、機翼結構設計的步驟三、機翼結構設計的步驟機翼結構設計機翼結構設計打樣設計打樣設計詳細設計詳細設計機翼內部安排、確定設計分離面、機翼內部安排、確定設計分離面、選擇結構型式、布置主要受力構件、選擇結構型式、布置主要受力構件、繪制機翼理論圖及打樣圖。繪制機翼理論圖及打樣圖。完成機翼零、構件設計，畫出從完成機翼零、構件設計，畫出從零件、構件、組件到部件的全套零件、構件、組件到部件的全套生產圖紙，并完成機翼強度、剛生產圖紙，并完成機翼強度、剛度、壽命的全部計算。度、壽命的全部計算。機翼

5、結構設計的具體步驟：機翼結構設計的具體步驟：外載和內外載和內力計算力計算內部安排，確定結構型內部安排，確定結構型式、設計分離面、對接式、設計分離面、對接方式，布置主要受力構方式，布置主要受力構件，繪制打樣圖件，繪制打樣圖設計計算，設計計算，對各元件對各元件的強度進的強度進行設計行設計繪制機繪制機翼理論翼理論圖圖打樣打樣設計設計階段階段2022-2-36機翼結機翼結構元件構元件設計設計結構強度、結構強度、剛度校核剛度校核計算計算繪制生產圖紙繪制生產圖紙給出疲勞壽命給出疲勞壽命和檢查周期和檢查周期工作設工作設計階段計階段四、機翼結構型式的確定四、機翼結構型式的確定( (屬打樣設計階段屬打樣設計階段

6、) )機翼的結構型式在總體設計階段就已進行了初步考慮?？傮w方機翼的結構型式在總體設計階段就已進行了初步考慮?？傮w方案確定后，各部件的結構受力型式和主要受力構件的布置也就基本案確定后，各部件的結構受力型式和主要受力構件的布置也就基本確定，在結構設計中只是根據協(xié)調需要作小的更改。確定，在結構設計中只是根據協(xié)調需要作小的更改。1 1、各種受力結構型式的特點、各種受力結構型式的特點 梁式梁式 縱向有很強的翼梁，蒙皮較薄，長桁較弱，梁縱向有很強的翼梁，蒙皮較薄，長桁較弱，梁的緣條剖面與長桁剖面相比要大得多。的緣條剖面與長桁剖面相比要大得多。結構簡單，蒙皮上打開口方便，開口對結構承彎能力影結構簡單，蒙皮上

7、打開口方便，開口對結構承彎能力影響很??；連接簡單，對接點少。響很??；連接簡單，對接點少。機翼結構形式的確定機翼結構形式的確定2022-2-37蒙皮未能發(fā)揮承彎作用，材料利用不充分；蒙皮易失穩(wěn)，蒙皮未能發(fā)揮承彎作用，材料利用不充分；蒙皮易失穩(wěn)，影響氣流質量，增大阻力，并易導致早期疲勞損壞；生存性低。影響氣流質量，增大阻力，并易導致早期疲勞損壞；生存性低。 單塊式單塊式長桁較多較強，蒙皮較厚，翼肋較密，一般長桁較多較強，蒙皮較厚，翼肋較密，一般梁緣條的剖面面積不大，有時只布置縱墻而不采用緣條面積較大梁緣條的剖面面積不大，有時只布置縱墻而不采用緣條面積較大的翼梁。的翼梁。蒙皮在氣動載荷作用下變形較小

8、，氣流質量高。材料蒙皮在氣動載荷作用下變形較小，氣流質量高。材料向外緣分散，抗彎、抗扭強度及剛度均有所提高。安全可靠性好。向外緣分散，抗彎、抗扭強度及剛度均有所提高。安全可靠性好。結構復雜，對開口敏感。與中翼或機身接合點多，連結構復雜，對開口敏感。與中翼或機身接合點多，連接復雜。接復雜。單塊式機翼的結構特點2022-2-38 多腹板式多腹板式這類機翼布置了較多的縱墻，蒙皮較厚。厚蒙這類機翼布置了較多的縱墻，蒙皮較厚。厚蒙皮單獨承受全部彎矩。皮單獨承受全部彎矩?？箯澆牧戏稚⒃谄拭嫔舷戮墸Y構效率高；局部剛度及抗彎材料分散在剖面上下緣，結構效率高；局部剛度及總體剛度大；受力高度分散，破損安全特性好

9、，生存性高?？傮w剛度大；受力高度分散，破損安全特性好，生存性高。不宜大開口；與機身連接點多。不宜大開口；與機身連接點多。多腹板式機翼的結構特點梁式、單塊式、多腹板式三種機翼受力型式的主要區(qū)別在于梁式、單塊式、多腹板式三種機翼受力型式的主要區(qū)別在于承受彎矩引起的正應力元件面積的分散度不同，因而當元件總面承受彎矩引起的正應力元件面積的分散度不同，因而當元件總面積相同時，通常是后者的形心距較高，結構效率可能較高，重量積相同時，通常是后者的形心距較高，結構效率可能較高，重量可能較輕?？赡茌^輕。但對于具體情況有待進一步分析。但對于具體情況有待進一步分析。2022-2-39（1 1）機翼的）機翼的相對載荷

10、相對載荷 M/HBB 受力翼盒的弦長（近似取為受力翼盒的弦長（近似取為60%60%的弦長）的弦長）H 翼盒的平均高度（近似取為翼盒的平均高度（近似取為80%翼型最大高度翼型最大高度H） 代表壁板以寬柱代表壁板以寬柱型式受力時，單位寬型式受力時，單位寬度壁板上所受的軸向度壁板上所受的軸向力。力。2 2、相對載荷、有效高度比與結構受力型式選擇之間的關系、相對載荷、有效高度比與結構受力型式選擇之間的關系2022-2-310假設略去后略角和梯形比的影響，估算時近似地把后掠機翼假設略去后略角和梯形比的影響，估算時近似地把后掠機翼簡化為平直矩形機翼，同時略去機身段的影響，后掠、平直機翼簡化為平直矩形機翼，

11、同時略去機身段的影響，后掠、平直機翼相對載荷估算公式為相對載荷估算公式為 （主要從受壓區(qū)的情況進行分析）（主要從受壓區(qū)的情況進行分析）相對載荷相對載荷為為ClSGnClblSGnbbClSSnGBHM 26. 026. 06 . 08 . 0181/可見可見 G/S、l、n 等參數愈大，等參數愈大，C 愈小，則愈小，則相對載荷相對載荷愈大。愈大。機翼對稱面上的最大彎矩為機翼對稱面上的最大彎矩為lSSnGlSnSGM81421.,.H0 8H0 8CbB0 6b 2022-2-311HHHeffeffHeff 有效高度，上、下緣條的形心間距。有效高度，上、下緣條的形心間距。（2 2）有效高度比）

12、有效高度比 討討 論論 a)采用分散受力型式，根據采用分散受力型式，根據 b決定的蒙皮與桁條的面積可決定的蒙皮與桁條的面積可能很小，而其失穩(wěn)臨界應力能很小，而其失穩(wěn)臨界應力 cr 就可能大大低于就可能大大低于 b 。因因此，如果按此，如果按 cr確定構件尺寸，確定構件尺寸， 從從 b來看，材料利用就來看，材料利用就不充分。不充分。2022-2-312 討 論& 如果采用梁式，由于受正應力的面積集中在梁緣條，如果采用梁式，由于受正應力的面積集中在梁緣條，其截面積就較大，不易失穩(wěn)。雖然緣條形心離蒙皮其截面積就較大，不易失穩(wěn)。雖然緣條形心離蒙皮內表面的距離較大，而使內表面的距離較大，而使H

13、Heff eff 有所降低，但總的說來有所降低，但總的說來可能還是有利的?？赡苓€是有利的。 特別當特別當C C 較大時，較大時， H Heffeff 也沒有明顯降低。也沒有明顯降低。 & 采用分散受力型式，其長桁、蒙皮在各切面處的面積采用分散受力型式，其長桁、蒙皮在各切面處的面積不致太小，不易失穩(wěn)，也即不致太小，不易失穩(wěn)，也即 cr 不致很小。不致很小。分散受力型式，上、下縱向元件的形心間距大，結構效率分散受力型式，上、下縱向元件的形心間距大，結構效率高些，總的來說是有利的。高些，總的來說是有利的。2022-2-313& 多腹板式相對于單塊式結構，因材料的分散度更大，多腹板式相

14、對于單塊式結構，因材料的分散度更大，有效高度比更大，因而更有利。有效高度比更大，因而更有利?？偨Y 僅就僅就相對載荷相對載荷和和有效高度比有效高度比這兩個參數來分析（對于梯這兩個參數來分析（對于梯形比在形比在1-4之間的平直機翼和后掠機翼），一般說來之間的平直機翼和后掠機翼），一般說來 當當 M/HB 較大、相對厚度較大、相對厚度C較小時，宜采用多腹板式結較小時，宜采用多腹板式結構；構； 當當 M/HB 較大、相對厚度較大、相對厚度C較大時，宜采用單塊式結構；較大時，宜采用單塊式結構； 當當 M/HB 較小、相對厚度較小、相對厚度C較大時，宜采用梁式結構。較大時，宜采用梁式結構。2022-2-3

15、14機機 種種F-86D米格米格-15F-104波音波音-707L-29幻影幻影-平面形狀平面形狀后掠后掠后掠后掠平直平直后掠后掠平直平直三角形三角形相對厚度相對厚度11.5%10.4%3.36%12%17%4%相對載荷相對載荷 ( 105)4.703.625.8519.32.120.82有效高度比有效高度比( %)9190.5結構型式結構型式單塊式單塊式 單塊式單塊式多腹板多腹板式式單塊式單塊式單梁式單梁式多梁式多梁式（3）三角機翼的受力型式 2022-2-315（3 3）三角機翼的受力型式）三角機翼的受力型式 三角機翼三角機翼(根部根部)的彎矩計算公式的彎矩計算公式)22(3121fBln

16、GMBf 機身寬度機身寬度通常三角機翼的彎矩較小，根部剖面的絕對高度較大，通常三角機翼的彎矩較小，根部剖面的絕對高度較大，因而其因而其相對載荷相對載荷較小。雖然三角機翼的相對厚度一般也較小，較小。雖然三角機翼的相對厚度一般也較小，但翼剖面的絕對結構高度還是較大，梁的結構效率仍比較高，但翼剖面的絕對結構高度還是較大，梁的結構效率仍比較高，故故三角翼大多采用梁式結構三角翼大多采用梁式結構。翼尖部分由于弦長下降快，因此一般采用單塊式或整體翼尖部分由于弦長下降快，因此一般采用單塊式或整體結構。結構。（3）三角機翼的受力型式2022-2-3163 3、選擇受力型式的注意事項選擇受力型式的注意事項應該注意

17、應該注意：以上各種機翼結構型式的特點，以及相對載荷、以上各種機翼結構型式的特點，以及相對載荷、有效高度比等，只是在選擇受力型式時參考的一個方面。有效高度比等，只是在選擇受力型式時參考的一個方面。實際上結構受力型式的選擇在很大程度上是受飛機總體布實際上結構受力型式的選擇在很大程度上是受飛機總體布局的影響。局的影響。（1）機翼內部布置機翼內部布置。如收放起落架，布置大開口等。如收放起落架，布置大開口等。（2）機翼、機身的相對位置，以及機身內部的布置機翼、機身的相對位置，以及機身內部的布置。影影響機翼響機翼- -機身的對接形式，進而影響到機翼受力型式的選擇。機身的對接形式，進而影響到機翼受力型式的選

18、擇。（3）機翼的幾何參數機翼的幾何參數。如后掠翼、三角翼等。如后掠翼、三角翼等。2022-2-317五、機翼主要受力構件布置五、機翼主要受力構件布置是指具體確定機翼主要受力構件是指具體確定機翼主要受力構件的布置方式、數量和位置。的布置方式、數量和位置。主要受力構件有：主要受力構件有：梁、墻、加強肋、普通肋、桁條等。梁、墻、加強肋、普通肋、桁條等。1、主要受力構件布置的原則主要受力構件布置的原則B 確保氣動載荷引起的彎、剪、扭能順利可靠地傳向機身。確保氣動載荷引起的彎、剪、扭能順利可靠地傳向機身。B 在集中力、集中力矩作用處，要布置相應的構件：如加強在集中力、集中力矩作用處，要布置相應的構件：如

19、加強肋、輔助短梁，一是將集中力擴散，二是將擴散后的分布肋、輔助短梁，一是將集中力擴散，二是將擴散后的分布力傳給機翼結構受力盒段，再由盒段將載荷往機翼根部傳力傳給機翼結構受力盒段，再由盒段將載荷往機翼根部傳給機身。給機身。2022-2-3181、主要受力構件布置的原則主要受力構件布置的原則B一般來說，傳力越直接越好，結構重量越輕。一般來說，傳力越直接越好，結構重量越輕。B布置加強構件應盡量做到綜合利用，以減輕重量。布置加強構件應盡量做到綜合利用，以減輕重量。B受力構件連接處應盡量避免或減少偏心。受力構件連接處應盡量避免或減少偏心。2、主要受力構件的布置主要受力構件的布置+ 梁與墻的布置梁與墻的布

20、置q 數量：數量：一般現代運輸機上，機翼至少有兩根梁。一般現代運輸機上，機翼至少有兩根梁。 一是因為要形成承扭閉室，二是因為可作整體一是因為要形成承扭閉室，二是因為可作整體油箱壁板。油箱壁板。q 位置與布置方式：一般一般前梁前梁位于能與機翼前緣縫翼、前位于能與機翼前緣縫翼、前緣襟翼（如有的話）相連的位置；緣襟翼（如有的話）相連的位置；后梁后梁在能與操縱面相在能與操縱面相連的位置。連的位置。2022-2-319 從受力合理看從受力合理看：( (1)1)梁最好能縱貫全翼展，且軸線盡量不折轉；梁最好能縱貫全翼展，且軸線盡量不折轉；(2)(2)盡可能布置在結構高度較大的部位；盡可能布置在結構高度較大的

21、部位；(3)(3)沿展向最好按弦長等百分比線布置。沿展向最好按弦長等百分比線布置。翼肋的布置+ 翼肋的布置翼肋的布置q 數量：數量：翼肋的間距可按蒙皮格子的臨界應力的大小確定，翼肋的間距可按蒙皮格子的臨界應力的大小確定，也可按桁條總體和局部失穩(wěn)臨界應力相等的要求確定。也可按桁條總體和局部失穩(wěn)臨界應力相等的要求確定。q 位置與布局方式：位置與布局方式： 普通翼肋普通翼肋 順流布置順流布置 翼肋翼肋 翼肋的布置翼肋的布置 加強翼肋加強翼肋 正交布置正交布置2022-2-320順流布置的優(yōu)點順流布置的優(yōu)點維持機翼剖面形狀較好；相同翼肋間維持機翼剖面形狀較好；相同翼肋間距下，數量要少等等。距下，數量要

22、少等等。翼肋的布置順流布置的缺點順流布置的缺點翼肋翼肋長度增加；緣條扭曲；長度增加；緣條扭曲；蒙皮受壓穩(wěn)定性差等等。蒙皮受壓穩(wěn)定性差等等。順流布置的應用順流布置的應用一般一般用于機翼蒙皮較厚，翼用于機翼蒙皮較厚，翼肋對蒙皮支持作用較小，肋對蒙皮支持作用較小，或機翼局部區(qū)域?；驒C翼局部區(qū)域。2022-2-321+ 桁條的布置桁條的布置q 數量：數量：桁條的間桁條的間距根據蒙皮失穩(wěn)距根據蒙皮失穩(wěn)臨界應力來定確臨界應力來定確定。定。正交布置正交布置的的優(yōu)點、缺點優(yōu)點、缺點與順流肋與順流肋恰好相反。恰好相反。 在現代后掠機翼上，正交布置在現代后掠機翼上，正交布置采用得較多采用得較多。桁條的布置2022

23、-2-322位置與布局方式：位置與布局方式： 按百分比線布置按百分比線布置(聚交式聚交式) 長桁布置長桁布置 平行于前梁或后梁平行于前梁或后梁按百分比線布置的特點按百分比線布置的特點桁條無扭曲，桁條截面面積變桁條無扭曲，桁條截面面積變桁條的布置 化或截斷等?；蚪財嗟取Ｆ叫胁贾玫奶攸c平行布置的特點扭扭曲，逐漸切斷等。曲，逐漸切斷等。2022-2-3234.9 機翼結構元件設計機翼結構元件設計一、翼梁設計一、翼梁設計構構 架架 式式腹腹 板板 式式1、梁的構造形式和常用的剖面形狀、梁的構造形式和常用的剖面形狀梁的分析簡化：通常把梁的腹板簡化成只受剪力的板，上下通常把梁的腹板簡化成只受剪力的板，上

24、下緣條則作為桿，用來承受一對軸力。緣條則作為桿，用來承受一對軸力。這是因為：緣條厚度一般遠比梁的總高度小，腹板厚度遠比這是因為：緣條厚度一般遠比梁的總高度小，腹板厚度遠比緣條厚度小。緣條厚度小。在老式低速飛機上曾經使用在老式低速飛機上曾經使用 組組 合合 式式 整體鍛造式整體鍛造式2022-2-3242、緣條設計、緣條設計初步設計時，緣條的拉壓軸力初步設計時，緣條的拉壓軸力N為為N=M/H H上下緣條剖面形心間距上下緣條剖面形心間距承拉緣條的剖面面積承拉緣條的剖面面積為為Fl =N/ b承壓緣條的剖面面積承壓緣條的剖面面積為為Fl =N/ cr cr緣條的局部失穩(wěn)臨界應力緣條的局部失穩(wěn)臨界應力

25、緣條與腹板的設計梁的截面形狀梁的截面形狀2022-2-3253 3、腹板設計、腹板設計 腹板可簡化成四邊受剪的平板。腹板可簡化成四邊受剪的平板。 緣條與腹板的設計（1 1）抗剪型腹板設計）抗剪型腹板設計 此類腹板的二種破壞形式：此類腹板的二種破壞形式：剪切破壞剪切破壞和和剪切失穩(wěn)剪切失穩(wěn)由剪切破壞確定的腹板厚度由剪切破壞確定的腹板厚度 1 Q/h b b由剪切失穩(wěn)確定的腹板厚度由剪切失穩(wěn)確定的腹板厚度 抗剪型抗剪型不允許剪切失穩(wěn)不允許剪切失穩(wěn) 腹板腹板 張力場型張力場型腹板可以失穩(wěn)腹板可以失穩(wěn)322KEqb 2022-2-326二、桁條設計其中其中 K 根據支持情況和板的短邊與長邊之比，查設計手根據支持情況和板的短邊與長邊之比，查設計手冊可得冊可得；q