飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)(第四章 飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu))

1、南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)身外載荷 機(jī)身結(jié)構(gòu)組成 機(jī)身典型結(jié)構(gòu)型式 機(jī)身與其它部件的連接 機(jī)身開口區(qū)結(jié)構(gòu)南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)身功用一、機(jī)身功用1. 安置空勤組人員、旅客、裝載燃油、武器、設(shè)備和貨物；2. 將機(jī)翼、尾翼、起落架及發(fā)動(dòng)機(jī)連接在一起，形成一架完整的飛機(jī)。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求1) 需滿足眾多使用要求（最主要）；2) 總體協(xié)調(diào)性要好，這樣有利于飛機(jī)減重 ；3) 保證結(jié)構(gòu)完整性前提下的最小重量要求；4) 合理使用機(jī)身的有效容積，保證飛

2、機(jī)性能；5) 氣動(dòng)力要求主要是減小阻力；6) 裝載多，本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故對(duì)開敞性（便于維修）要求更高；7) 良好的工藝性、經(jīng)濟(jì)性要求； 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 1. 1. 外載類型外載類型 1 1）裝載加給機(jī)身的力）裝載加給機(jī)身的力裝載引起的質(zhì)量力（集中、分布） 機(jī)身結(jié)構(gòu)的質(zhì)量力（分布）質(zhì)量力大小與載荷系數(shù)成正比（沿機(jī)身軸線各處載荷系數(shù)大小方向可能不同）南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 1. 1. 外載類型外載類型 2）其他部件傳來的力）其他部件傳來的力 主要指飛行或起飛、著陸滑跑過程中，機(jī)翼、尾翼或起落架上傳來的力。 若發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)身上，還有發(fā)動(dòng)機(jī)推

3、力和陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的集中力。飛機(jī)兩點(diǎn)接地時(shí)機(jī)身的載荷飛機(jī)兩點(diǎn)接地時(shí)機(jī)身的載荷南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 1. 1. 外載類型外載類型 2）其他部件傳來的力）其他部件傳來的力 主要指飛行或起飛、著陸滑跑過程中，機(jī)翼、尾翼或起落架上傳來的力。 若發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在機(jī)身上，還有發(fā)動(dòng)機(jī)推力和陀螺效應(yīng)產(chǎn)生的集中力。作用在機(jī)身上的不對(duì)稱載荷作用在機(jī)身上的不對(duì)稱載荷 M扭扭 = Y Y c c M扭扭 = P P h h 水平尾翼不對(duì)稱載荷水平尾翼不對(duì)稱載荷 垂尾側(cè)向水平載荷垂尾側(cè)向水平載荷 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 1. 1. 外載類型外載類型 3）增壓載荷（）增壓載

4、荷（p255） 大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大而下降，超過2500m將使人無法正常工作，繼續(xù)增大會(huì)使人不能生存。 解決辦法：座艙增壓、加溫。 氣密增壓座艙，從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引入并通過自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)入座艙。 增壓載荷：增壓艙內(nèi)的空氣壓力與周圍大氣空氣壓力之差。各類飛機(jī)增壓座艙分布各類飛機(jī)增壓座艙分布南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院3）增壓載荷）增壓載荷 在機(jī)身增壓艙部分基本自身平衡，對(duì)機(jī)身的總體內(nèi)力影響很小。 在機(jī)身增壓艙結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生軸向正應(yīng)力和機(jī)身橫截面內(nèi)的環(huán)向正應(yīng)力，前后端框產(chǎn)生側(cè)壓力。 對(duì)于旅客機(jī)而言，是重要的疲勞載荷。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 1. 1

5、. 外載類型外載類型 4）氣動(dòng)載荷）氣動(dòng)載荷 只在機(jī)身局部區(qū)域（如機(jī)身頭部和座艙蓋等）局部載荷較大，對(duì)機(jī)身的總體內(nèi)力基本沒有什么影響。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 2. 2. 機(jī)身總體受力特點(diǎn)機(jī)身總體受力特點(diǎn) 機(jī)身可看作支持在機(jī)翼上的雙支點(diǎn)或多支點(diǎn)外伸梁。 總體內(nèi)力：兩個(gè)平面內(nèi)的彎矩、剪力和繞機(jī)身軸線的扭矩 。 受力和機(jī)翼相似，但對(duì)于機(jī)身垂直方向和水平方向的載荷基本為同一數(shù)量級(jí)。機(jī)身垂直面內(nèi)剪力圖及彎矩圖機(jī)身垂直面內(nèi)剪力圖及彎矩圖南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院機(jī)身主要構(gòu)件：機(jī)身主要構(gòu)件： 蒙皮 縱向骨架:長(zhǎng)桁、桁梁 橫向骨架：隔框南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南

6、京航空航天大學(xué)民航學(xué)院機(jī)身主要構(gòu)件：機(jī)身主要構(gòu)件： 蒙皮 縱向骨架:長(zhǎng)桁、桁梁 橫向骨架：隔框南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框1）分類）分類普通框：普通框：維持機(jī)身的截面形狀；對(duì)蒙皮和長(zhǎng)桁起支撐作用。通常設(shè)計(jì)為環(huán)形框。加強(qiáng)框：加強(qiáng)框：普通框功能將裝載的質(zhì)量力和其他部件上的載荷經(jīng)接頭傳到機(jī)身結(jié)構(gòu)上的集中力加以擴(kuò)散，以剪流形式傳給蒙皮。機(jī)身大開口兩端南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框2）布置）布置殲擊機(jī)框距： 300mm左右；大型運(yùn)輸機(jī)框距： 300500mm左右?？虻目傊卣紮C(jī)身結(jié)構(gòu)重量的20%27%。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大

7、學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框3）構(gòu)造型式）構(gòu)造型式環(huán)形剛框環(huán)形剛框腹板框腹板框構(gòu)架式框構(gòu)架式框（很少采用）南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框3）構(gòu)造型式）構(gòu)造型式 環(huán)形剛框環(huán)形剛框 由內(nèi)、外緣條，框緣腹板，腹板上的小支柱構(gòu)成。 整體框：整體框： 模鍛毛胚或厚板加工而成。環(huán)形整體式加強(qiáng)框環(huán)形整體式加強(qiáng)框1，6上下框段；2框緣連接接頭；3，4機(jī)翼機(jī)身對(duì)接耳片接頭及其加強(qiáng)筋；5，6兩側(cè)框段；8小支柱南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框3）構(gòu)造型式）構(gòu)造型式 環(huán)形剛框環(huán)形剛框 組合式剛框：組合式剛框： 型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。 內(nèi)外緣條：彎矩和軸力；

8、 腹板：剪力 支柱：將集中力擴(kuò)散成腹板上剪流。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 隔框隔框3）構(gòu)造型式）構(gòu)造型式 腹板框腹板框 相當(dāng)于平面板桿結(jié)構(gòu)。 加強(qiáng)型材的作用：將集中力擴(kuò)散成剪流傳給腹板；提高腹板的剪切穩(wěn)定性；受側(cè)壓時(shí)與腹板一起承彎；無側(cè)壓時(shí)只受軸力。 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院2. 長(zhǎng)桁與桁梁長(zhǎng)桁與桁梁1）功用：）功用：長(zhǎng)桁：長(zhǎng)桁：承受和傳遞機(jī)身彎矩引起的軸力；與蒙皮組成承力壁板；承受部分作用在蒙皮上的氣動(dòng)力并傳給隔框。 桁梁桁梁的截面積大于長(zhǎng)桁，功用類似。2）構(gòu)造型式）構(gòu)造型式 簡(jiǎn)單式簡(jiǎn)單式：從橫剖面看只有一個(gè)結(jié)構(gòu)元件； 組合式：組合式：從橫剖

9、面看有幾個(gè)結(jié)構(gòu)元件。 長(zhǎng)桁多為簡(jiǎn)單式，桁梁有時(shí)采用組合式。桁梁剖面南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院3. 機(jī)身蒙皮機(jī)身蒙皮1）功用：）功用：構(gòu)成機(jī)身氣動(dòng)外形，保持表面光滑，承受局部空氣動(dòng)力；承受xoy,xoz兩個(gè)平面內(nèi)的剪力和繞x軸扭矩；和長(zhǎng)桁一起組成壁板承 受兩個(gè)平面內(nèi)彎矩引起 的軸力；氣密增壓座艙部位的蒙 皮還要承受環(huán)向和軸向 的張應(yīng)力。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院3. 機(jī)身蒙皮機(jī)身蒙皮2）材料及布置：）材料及布置： 蒙皮材料蒙皮材料（p242） 一般采用鋁合金，如LY12，2024-T4； Ma3的飛機(jī)，受熱影響大的區(qū)域采用鈦合金或不銹鋼。 蒙皮厚度：蒙

10、皮厚度： 載荷、工藝性、經(jīng)濟(jì)性 要求的綜合考慮南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院4. 機(jī)身骨架元件與蒙皮機(jī)身骨架元件與蒙皮之間的連接之間的連接 縱、橫構(gòu)件交叉時(shí)，一般弱的讓強(qiáng)的；蒙皮可以只與桁條相連，也可以與桁條、隔框都相連。1）普通框、長(zhǎng)桁、蒙皮）普通框、長(zhǎng)桁、蒙皮間的連接間的連接南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院4. 機(jī)身骨架元件與蒙皮機(jī)身骨架元件與蒙皮之間的連接之間的連接2）加強(qiáng)框、長(zhǎng)桁、蒙皮）加強(qiáng)框、長(zhǎng)桁、蒙皮間的連接間的連接南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院5. 地板結(jié)構(gòu)地板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成： 橫梁橫梁縱梁縱梁地板塊地板塊橫梁：橫梁： 截面通常為

11、槽形或工字形。縱梁：縱梁： 數(shù)目與座椅滑軌相對(duì)應(yīng)（往往做成同一構(gòu)件）。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院5. 地板結(jié)構(gòu)地板結(jié)構(gòu)橫梁與縱梁的連接：橫梁與縱梁的連接：地板塊結(jié)構(gòu)：地板塊結(jié)構(gòu)： 上下面板、輕質(zhì)芯材、邊條。 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1 桁梁式：桁梁式： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有若干桁梁(如四根)，桁梁強(qiáng)；長(zhǎng)桁少且弱，甚至可以不連續(xù)；蒙皮薄。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：機(jī)身彎曲引起的軸向力主要由桁梁承擔(dān)；剪力由蒙皮承擔(dān)。 在桁梁間可布置大開口而不會(huì)顯著影響機(jī)身抗彎強(qiáng)度和剛度。 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院2 桁條式：桁條式： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)

12、構(gòu)特點(diǎn)：無桁梁；長(zhǎng)桁密且強(qiáng)；蒙皮較厚。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：機(jī)身彎曲引起的軸向力主要由桁條和較厚蒙皮組成的壁板承擔(dān)；剪力由蒙皮承擔(dān)。 不宜大開口，抗彎、扭剛度大；蒙皮局部變形小，有利于改善氣動(dòng)性能。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 典型受力型式典型受力型式3）硬殼式：）硬殼式： 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：無桁梁，無桁條；蒙皮厚，與少數(shù)隔框組成機(jī)身。 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：機(jī)身總體彎、剪、扭引起的全部軸力和剪力由厚蒙皮承擔(dān)；隔框用于維持機(jī)身截面形狀，支持蒙皮、承擔(dān)框平面內(nèi)的集中力。 不宜大開口，機(jī)身實(shí)際應(yīng)用很少，只適于局部氣動(dòng)載荷較大，要求蒙皮局部剛度大的部位，如機(jī)頭、尾錐等。南京航

13、空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院機(jī)翼不通過機(jī)身(連接于機(jī)身兩側(cè))整個(gè)中央翼盒貫通機(jī)翼通過機(jī)身幾根翼梁通過一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接1. 機(jī)翼機(jī)身對(duì)接形式機(jī)翼機(jī)身對(duì)接形式雙框式多框式南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接2. 機(jī)翼連接于機(jī)身兩側(cè)機(jī)翼連接于機(jī)身兩側(cè)1）接頭數(shù)量南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接2. 機(jī)翼連接于機(jī)身兩側(cè)機(jī)翼連接于機(jī)身兩側(cè)2）對(duì)接框南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接2. 機(jī)翼

14、連接于機(jī)身兩側(cè)機(jī)翼連接于機(jī)身兩側(cè)3）接頭型式南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接3. 中央翼通過機(jī)身中央翼通過機(jī)身1）機(jī)翼、機(jī)身框各自獨(dú)立南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接3. 中央翼通過機(jī)身中央翼通過機(jī)身2）中央翼梁與機(jī)身對(duì)接框?yàn)檎w結(jié)構(gòu) 主要目的是減輕重量。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、機(jī)翼一、機(jī)翼(尾翼尾翼)機(jī)身對(duì)接機(jī)身對(duì)接4. 尾翼與機(jī)身對(duì)接尾翼與機(jī)身對(duì)接 尾翼與機(jī)身的連接，機(jī)翼與機(jī)身的連接，兩者沒有根本區(qū)別。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民

15、航學(xué)院二、起落架與機(jī)身的連接二、起落架與機(jī)身的連接 前起落架（前三點(diǎn)布置）均連接在機(jī)身上，主起落架一般布置在機(jī)翼上居多，當(dāng)機(jī)翼較高時(shí)也可布置在機(jī)身上。 起落架通常固定在機(jī)身加強(qiáng)框和縱梁上。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院二、起落架與機(jī)身的連接二、起落架與機(jī)身的連接 前起落架（前三點(diǎn)布置）均連接在機(jī)身上，主起落架一般布置在機(jī)翼上居多，當(dāng)機(jī)翼較高時(shí)也可布置在機(jī)身上。 起落架通常固定在機(jī)身加強(qiáng)框和縱梁上。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院三、機(jī)身設(shè)計(jì)分離面處的對(duì)接三、機(jī)身設(shè)計(jì)分離面處的對(duì)接 某些飛機(jī)在機(jī)身布置可拆卸的設(shè)計(jì)分離面，將機(jī)身分成前后兩段，便于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行檢查

16、維修。 通常采用沿對(duì)接框四周均布對(duì)接螺栓：南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝 1. 機(jī)身內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝機(jī)身內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝 一般置于機(jī)身內(nèi)的機(jī)身后段，要求：安裝方便；避免機(jī)身變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響；允許發(fā)動(dòng)機(jī)軸向、徑向的熱膨脹。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝 1. 機(jī)身內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝機(jī)身內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝 另一種典型的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝形式。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝四、發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的安裝 2. 機(jī)身外掛發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝機(jī)身外掛發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝

17、南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、開口與口蓋的分類一、開口與口蓋的分類1. 開口的分類開口的分類 通常按尺寸分為：大開口、中開口和小開口。 （大小是相對(duì)于開口所在部件的基準(zhǔn)尺寸而言）2. 口蓋的分類口蓋的分類(1)按使用特性： 快卸口蓋 一般口蓋南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、開口與口蓋的分類一、開口與口蓋的分類2. 口蓋的分類口蓋的分類(2) 按受力特性：按受力特性： 口蓋的受力特性及開口區(qū)加強(qiáng)與基體結(jié)構(gòu)基體結(jié)構(gòu)的受力特性有關(guān)。 開口的基體結(jié)構(gòu)基體結(jié)構(gòu)：開口附近的原結(jié)構(gòu)?？煞譃椋?不受力基體結(jié)構(gòu)： 不參與整體受力，如：機(jī)身頭部處蒙皮。 受剪基體結(jié)構(gòu)： 只

18、承受剪流，不承受軸向力，如：薄蒙皮強(qiáng)梁(桁) 結(jié)構(gòu)的蒙皮。 受軸向力基體結(jié)構(gòu)。 能承受剪流，也能承受軸向力，如壁板。（開口將切斷其長(zhǎng)桁或厚蒙皮） 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、開口與口蓋的分類一、開口與口蓋的分類2. 口蓋的分類口蓋的分類(2) 按受力特性：按受力特性： 不受力口蓋 只承受口蓋上局部氣動(dòng)載荷。并傳給基體結(jié)構(gòu)。受剪口蓋受軸向力口蓋傳剪加強(qiáng)傳剪加強(qiáng)軸向力加強(qiáng)軸向力加強(qiáng)南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院一、開口與口蓋的分類一、開口與口蓋的分類3. 飛機(jī)上的典型開口、口蓋布置飛機(jī)上的典型開口、口蓋布置 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院二、開口補(bǔ)強(qiáng)二、開口補(bǔ)強(qiáng)1. 小開口結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)小開口結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng) 小開口在機(jī)體內(nèi)部，一般沒有口蓋；在蒙皮上，則大多為不受力口蓋。1）小開口去掉受剪板時(shí)的補(bǔ)強(qiáng)（無口蓋）小開口去掉受剪板時(shí)的補(bǔ)強(qiáng)（無口蓋）開口盡量設(shè)計(jì)成圓形，降低應(yīng)力 集中系數(shù)；口框加強(qiáng)。口框：繞開口周圍布置一圈截面具有 抗彎能力的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，類似剛 框。法蘭盤式口框組合式口框南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院二、開口補(bǔ)強(qiáng)二、開口補(bǔ)強(qiáng)1. 小開口結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)小開口結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)2）蒙皮同時(shí)承受剪應(yīng)力和正應(yīng)力（有口