機翼結(jié)構(gòu)（課堂PPT）

1、1第第2 2章章 飛機結(jié)構(gòu)基本傳力系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)基本傳力系統(tǒng)2 當(dāng)支承在某基礎(chǔ)上的一個結(jié)構(gòu)受有某種當(dāng)支承在某基礎(chǔ)上的一個結(jié)構(gòu)受有某種外載荷時，分析這些外載如何通過結(jié)構(gòu)的各外載荷時，分析這些外載如何通過結(jié)構(gòu)的各個構(gòu)件傳遞給支承它的基礎(chǔ)，稱之為結(jié)構(gòu)的個構(gòu)件傳遞給支承它的基礎(chǔ)，稱之為結(jié)構(gòu)的傳力分析。傳力分析。 傳力分析的含義傳力分析的含義為什么要進行傳力分析呢為什么要進行傳力分析呢? ? 由于傳力過程的重要性及在傳力中各元由于傳力過程的重要性及在傳力中各元件受力的復(fù)雜性，所以必須對傳力進行仔細件受力的復(fù)雜性，所以必須對傳力進行仔細的分析。理解飛機結(jié)構(gòu)中各元件的受力原理和的分析。理解飛機結(jié)構(gòu)中各元件的受

2、力原理和應(yīng)用，為合理進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。應(yīng)用，為合理進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。 3機翼結(jié)構(gòu)分析機翼結(jié)構(gòu)分析第第2 2章章 飛機結(jié)構(gòu)基本傳力系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)基本傳力系統(tǒng)機身結(jié)構(gòu)分析機身結(jié)構(gòu)分析42.1 2.1 機翼結(jié)構(gòu)分析機翼結(jié)構(gòu)分析一、機翼構(gòu)造元件一、機翼構(gòu)造元件二、機翼構(gòu)造型式二、機翼構(gòu)造型式( (受力型式受力型式) )三、機翼在載荷作用下的承載情況三、機翼在載荷作用下的承載情況四、四、梁式梁式機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞五、單塊式五、單塊式機翼的傳力分析機翼的傳力分析六、后掠機翼的傳力分析六、后掠機翼的傳力分析七、三角機翼的傳力分析七、三角機翼的傳力分析0 0、引言、引言

3、50 0、引言、引言 機翼是一個薄壁盒段，即當(dāng)機翼受載時，一般機翼是一個薄壁盒段，即當(dāng)機翼受載時，一般Y Y不在其剛不在其剛心上，所以有垂直向上的趨勢，且有彎和轉(zhuǎn)動的趨勢。其所心上，所以有垂直向上的趨勢，且有彎和轉(zhuǎn)動的趨勢。其所以沒有動，是因為機身限制了它，也即提供了約束（提供了以沒有動，是因為機身限制了它，也即提供了約束（提供了支反力）。所以可認為機身是機翼的支持，機翼把載荷傳給支反力）。所以可認為機身是機翼的支持，機翼把載荷傳給機身，最后達到總體平衡。機身，最后達到總體平衡。 總體力總體力 Y Y方向：方向： Qy Mx Mt Qy Mx Mt X X方向：方向： Qx My MtQx M

4、y Mt 6 但但Mx My Mx My ，所以一般只討論，所以一般只討論Q(Qy)Q(Qy)、M(Mx)M(Mx)、MtMt，在承受和傳遞在承受和傳遞Q(Qy)Q(Qy)、M(Mx)M(Mx)、MtMt中起作用的受力的中起作用的受力的元件叫做參加總體受力（研究重點）；只承受局部元件叫做參加總體受力（研究重點）；只承受局部氣動載荷的為非主要構(gòu)件。氣動載荷的為非主要構(gòu)件。7一、機翼構(gòu)造元件一、機翼構(gòu)造元件8縱向構(gòu)件：梁，桁條，縱墻縱向構(gòu)件：梁，桁條，縱墻9橫向構(gòu)件：普通翼肋，加強翼肋橫向構(gòu)件：普通翼肋，加強翼肋10 蒙皮蒙皮11 接頭接頭12 典型元件總結(jié)典型元件總結(jié) (1) (1) 縱縱: :

5、 翼梁、翼梁、 長桁長桁 、墻、墻( (腹板腹板) ) (2) (2) 橫橫: : 翼肋翼肋( (如加強肋如加強肋 普通肋普通肋) ) (3) (3) 蒙皮蒙皮 它們的作用它們的作用? ?13蒙皮蒙皮: :承受局部空氣動力，形成和維持機翼外形，并承受承受局部空氣動力，形成和維持機翼外形，并承受扭矩，有些機翼蒙皮還承受彎矩。扭矩，有些機翼蒙皮還承受彎矩。長桁長桁: :其主要功用是：第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局其主要功用是：第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局部空氣動力而產(chǎn)生變形過大；第二是把蒙皮傳來的氣部空氣動力而產(chǎn)生變形過大；第二是把蒙皮傳來的氣動力傳給翼肋：第三是同蒙皮一起承受由彎矩而產(chǎn)生動力傳

6、給翼肋：第三是同蒙皮一起承受由彎矩而產(chǎn)生的拉、壓力。的拉、壓力。翼肋翼肋: :翼肋，分為普通翼肋和加強翼肋。普通翼肋用來維翼肋，分為普通翼肋和加強翼肋。普通翼肋用來維持翼剖面形狀，將蒙皮上的空氣動力傳到其它承力構(gòu)持翼剖面形狀，將蒙皮上的空氣動力傳到其它承力構(gòu)件上去，并支持桁條和蒙皮。加強翼肋除具有普通翼件上去，并支持桁條和蒙皮。加強翼肋除具有普通翼肋的功用外，還作為機翼結(jié)構(gòu)的局部加強件，承受較肋的功用外，還作為機翼結(jié)構(gòu)的局部加強件，承受較大的集中載荷或懸掛部件。大的集中載荷或懸掛部件。典型元件的作用典型元件的作用: :14翼梁翼梁: :翼梁，一般由緣條和腹板等組成。主要功用是承翼梁，一般由緣條

7、和腹板等組成。主要功用是承受彎矩和剪力。梁的上下緣條承受由彎矩引起的軸向受彎矩和剪力。梁的上下緣條承受由彎矩引起的軸向力力N N拉、拉、N N壓。剪力則主要由腹板承受。壓。剪力則主要由腹板承受?？v墻縱墻( (腹板腹板):):縱墻，相當(dāng)于翼梁，但緣條很弱，甚至沒縱墻，相當(dāng)于翼梁，但緣條很弱，甚至沒有緣條因此縱墻能承受剪力，還可和蒙皮組成有緣條因此縱墻能承受剪力，還可和蒙皮組成封閉封閉盒段盒段承受扭矩。承受扭矩。接頭接頭: :用來連接機翼與機身，把機翼上的力傳遞到機身用來連接機翼與機身，把機翼上的力傳遞到機身隔框上。接頭分為固接和鉸接兩種，固接的接頭，接隔框上。接頭分為固接和鉸接兩種，固接的接頭，

8、接點既不可移動，也不可轉(zhuǎn)動；因此，它既能傳遞剪力點既不可移動，也不可轉(zhuǎn)動；因此，它既能傳遞剪力又能傳遞彎矩。鉸接不可移動、但可以旋轉(zhuǎn)，只傳剪又能傳遞彎矩。鉸接不可移動、但可以旋轉(zhuǎn)，只傳剪力，不傳彎矩。力，不傳彎矩。15二、機翼構(gòu)造型式二、機翼構(gòu)造型式( (受力型式受力型式) ) 所謂所謂“受力型式受力型式”-是指結(jié)構(gòu)中起主要作用的元件的是指結(jié)構(gòu)中起主要作用的元件的組成形式，不同的受力型式組成形式，不同的受力型式, ,表征了不同的總體受力表征了不同的總體受力特點。特點。 1.1.梁式機翼：梁式機翼： 梁強，梁強， 少長桁，少長桁， 薄蒙皮。薄蒙皮。特點特點：結(jié)構(gòu)簡單，抗彎：結(jié)構(gòu)簡單，抗彎集中在翼

9、梁緣條上，集中在翼梁緣條上，便于蒙皮大開口，便于蒙皮大開口，接頭連接簡單。但接頭連接簡單。但蒙皮未能發(fā)揮承彎蒙皮未能發(fā)揮承彎作用。作用。162.2.單塊式機翼：梁弱，多長單塊式機翼：梁弱，多長桁，厚蒙皮桁，厚蒙皮特點：特點：蒙皮在氣動力作用下變形小，抗彎、抗扭及蒙皮在氣動力作用下變形小，抗彎、抗扭及剛度好，安全可靠性高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接頭多，剛度好，安全可靠性高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接頭多，大開口許用較強的加強件補償承彎能力。大開口許用較強的加強件補償承彎能力。17 3. 3.多墻式機翼：梁弱，多縱墻，厚蒙皮。多墻式機翼：梁弱，多縱墻，厚蒙皮。特點：特點：有較高的應(yīng)力水平和結(jié)構(gòu)效率，剛度大，受有較高的應(yīng)

10、力水平和結(jié)構(gòu)效率，剛度大，受力分散，破損安全特性好，但不易大開口，連接力分散，破損安全特性好，但不易大開口，連接復(fù)雜。復(fù)雜。18 受力型式總結(jié)受力型式總結(jié) 1.1.梁式梁式: : 強梁，薄蒙皮，弱長桁，強梁，薄蒙皮，弱長桁， 常分左右機翼常分左右機翼-用幾個集中接頭相連。用幾個集中接頭相連。 2.2.單塊式單塊式: : 強桁，弱梁，較厚蒙皮，強桁，弱梁，較厚蒙皮， 左右機翼一般連成整體穿過機身，左右機翼一般連成整體穿過機身， 但機翼本身可能分成幾段。但機翼本身可能分成幾段。 3.3.多墻式多墻式: : 厚蒙皮，多墻，少肋，無長桁，厚蒙皮，多墻，少肋，無長桁， 左右翼連成整體左右翼連成整體, ,

11、貫穿機身。貫穿機身。 19機翼結(jié)構(gòu)機翼結(jié)構(gòu): :波音飛機結(jié)構(gòu)波音飛機結(jié)構(gòu)20機翼結(jié)構(gòu)機翼結(jié)構(gòu): : 殲殲7 7飛機機翼飛機機翼21機翼結(jié)構(gòu)機翼結(jié)構(gòu): U2: U2飛機機翼飛機機翼22機翼結(jié)構(gòu)機翼結(jié)構(gòu): : 機翼機身接頭機翼機身接頭23尾翼結(jié)構(gòu)尾翼結(jié)構(gòu): : 殲殲6 6平尾平尾24尾翼結(jié)構(gòu)尾翼結(jié)構(gòu): RF-101: RF-101平尾平尾25機翼剖面的機翼剖面的“三心三心”和一點和一點重心：重心：機翼剖面上，重力與弦線交點。機翼剖面上，重力與弦線交點。剛心：剛心：當(dāng)剪力作用于該點時，機翼只彎不扭，或機翼當(dāng)剪力作用于該點時，機翼只彎不扭，或機翼受扭時，將繞其旋轉(zhuǎn)。剛心位置約在受扭時，將繞其旋轉(zhuǎn)。剛心

12、位置約在38384040。焦點：焦點：也稱為空氣動力中心，焦點可看為在迎角變化也稱為空氣動力中心，焦點可看為在迎角變化時，升力增量的作用點。約在時，升力增量的作用點。約在2828處。處。壓心：壓心：空氣動力空氣動力R R與機翼弦線的交點，即空氣動力合力與機翼弦線的交點，即空氣動力合力作用點。它的位置隨著作用點。它的位置隨著角而變化。角而變化。 三、機翼在載荷作用下的承載情況三、機翼在載荷作用下的承載情況26 分布氣動力作用在蒙皮上分布氣動力作用在蒙皮上 誰支持蒙皮？誰支持蒙皮？27 蒙皮蒙皮 ：由翼肋和長桁支持。：由翼肋和長桁支持。28 分布氣動力作用在翼肋和長桁分布氣動力作用在翼肋和長桁 誰

13、支持翼肋和長桁？誰支持翼肋和長桁？29 長桁長桁 : 由翼肋支持。由翼肋支持。30翼肋翼肋 : 由翼肋后方的機翼盒段支持。由翼肋后方的機翼盒段支持。31集中力（X向、Y向、Z向） 例副翼接頭載荷 ：由翼肋和加強翼梁承受并擴散。32總結(jié)：總結(jié)：分布氣動力作用在蒙皮上（誰支持蒙皮？） 分布氣動力作用在翼肋和長桁 （誰支持翼肋和長桁？） 蒙皮 ：由翼肋和長桁支持。 長桁 : 由翼肋支持。 翼肋 : 由翼肋后方的機翼盒段支持。 集中力（X向、Y向、Z向） 例副翼接頭載荷 ：由翼肋和加強翼梁承受并擴散。33 機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞 總體力：剪力、彎矩、扭矩?？傮w力：剪力、彎矩、扭矩

14、。 作用在機翼橫剖面上的分布空氣動力可作用在機翼橫剖面上的分布空氣動力可簡化為作用在壓力中心處的一個合力，并且和簡化為作用在壓力中心處的一個合力，并且和作用的集中力一起等效為作用在剛心上的一個作用的集中力一起等效為作用在剛心上的一個集中剪力、一個扭矩和一個集中剪力、一個扭矩和一個 彎矩。彎矩。34 彎矩、剪力和扭矩由那些元件承彎矩、剪力和扭矩由那些元件承受？受？ 如何傳如何傳遞？遞？35剪力剪力: : 由承剪力元件翼梁承擔(dān)。由承剪力元件翼梁承擔(dān)。 36扭矩：由承扭矩元件翼盒承擔(dān)。扭矩：由承扭矩元件翼盒承擔(dān)。 37 彎矩：機翼結(jié)構(gòu)不同承載元件不同。彎矩：機翼結(jié)構(gòu)不同承載元件不同。38 四、四、

15、梁式梁式機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞機翼結(jié)構(gòu)上的總體力傳遞39 40 1. 氣動力在梁式機翼的翼肋上的傳遞氣動力在梁式機翼的翼肋上的傳遞 （翼肋的力平衡圖）（翼肋的力平衡圖） 4142 2. 總體剪力在梁式機翼的上的總體剪力在梁式機翼的上的傳遞傳遞 （受力元件的力平衡（受力元件的力平衡圖）圖） 4344 3. 總體彎矩在梁式機翼的上的傳遞總體彎矩在梁式機翼的上的傳遞 由翼梁承擔(dān)。由翼梁承擔(dān)。 45 4. 總體扭矩在梁式機翼的上的傳遞總體扭矩在梁式機翼的上的傳遞 由翼盒承擔(dān)。由翼盒承擔(dān)。 46 梁式機翼的總體扭矩梁式機翼的總體扭矩由翼盒由翼盒傳遞到機翼根傳遞到機翼根 部由機翼根肋傳給機翼機身接頭。部由

16、機翼根肋傳給機翼機身接頭。 47 5. 5. 機翼上集中力的傳遞機翼上集中力的傳遞集中力來源集中力來源: : 副翼副翼 襟翼襟翼 機翼掛架等連接機翼掛架等連接接頭傳來。接頭傳來。 機翼結(jié)構(gòu)機翼結(jié)構(gòu): : 薄壁結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu), ,受集中力的能力極差。受集中力的能力極差。解決辦法解決辦法: : 集中力作用處布置構(gòu)件擴散。集中力作用處布置構(gòu)件擴散。48向上集中力向上集中力P P作用下作用下: : 向上運動由梁腹板提供支反力向上運動由梁腹板提供支反力限制限制; ; 轉(zhuǎn)動由梁腹板蒙皮提供支反剪流限制。轉(zhuǎn)動由梁腹板蒙皮提供支反剪流限制。加強肋內(nèi)力圖見右圖加強肋內(nèi)力圖見右圖 受力特點受力特點: : 彎矩剪力往

17、往較大彎矩剪力往往較大 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: : 肋腹板緣條比較強肋腹板緣條比較強; ;與翼梁蒙皮的連接也比較強。與翼梁蒙皮的連接也比較強。49舉例舉例:加強肋傳力分析加強肋傳力分析前梁后梁BHP設(shè): H=1, B=4 , 前梁剛度為3, 后梁剛度為1問題: 1.是否僅后梁腹板提供支反剪力? 2.加強肋是否可簡化為雙支點梁? 50解解:將將P移到剛心得移到剛心得P=PMt=P*3R前前=3/4PR后后=1/4PPqt=3P214=3/8PRt前= 3/8P1Rt后= 3/8P1R前= 3/4P-3/8P=3/8PR后= 1/4P+3/8P=5/8P下圖所示兩種受力模型的傳力路線相同嗎?51結(jié)論結(jié)

18、論: : 1. 1.前梁上有載荷，也即一般不能抵消，而是會使盒段前梁上有載荷，也即一般不能抵消，而是會使盒段扭扭!P!P力不是全部由后梁傳往根部，而是會在盒段上整力不是全部由后梁傳往根部，而是會在盒段上整 個加載。個加載。 2.2.雙梁式不是雙支點簡支梁雙梁式不是雙支點簡支梁! ! 加強肋是由后盒段周緣加強肋是由后盒段周緣連接的。連接的。 3.3.傳集中力時，要通過某些加強構(gòu)件把它轉(zhuǎn)化為適宜傳集中力時，要通過某些加強構(gòu)件把它轉(zhuǎn)化為適宜于機翼主要受力構(gòu)件于機翼主要受力構(gòu)件( (盒式梁盒式梁) )所宜承受的各種分散力所宜承受的各種分散力先擴散，再傳給主盒段，最后傳給機身。先擴散，再傳給主盒段，最后

19、傳給機身。52 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點: : 梁較弱或只有墻；蒙皮較厚（梁較弱或只有墻；蒙皮較厚（t3t3）；）； 長桁多且強。長桁多且強。受力特點受力特點: : 由梁緣條、長桁和蒙皮組成的壁板承彎，由梁緣條、長桁和蒙皮組成的壁板承彎， 其它傳力路線同梁式。其它傳力路線同梁式。 氣動載荷傳給蒙皮，蒙皮傳給桁條和翼肋，翼肋傳給蒙氣動載荷傳給蒙皮，蒙皮傳給桁條和翼肋，翼肋傳給蒙皮和腹板。皮和腹板。 五、單塊式五、單塊式機翼的傳力分析機翼的傳力分析535455單塊式機翼的氣動載荷是如何在翼肋上傳遞的？單塊式機翼的氣動載荷是如何在翼肋上傳遞的？5657單塊式機翼的載荷是如何傳遞的？單塊式機翼的載荷是如何傳遞

20、的？5859 剪力傳遞：剪力傳遞： 因長桁、蒙皮較強，承軸向正應(yīng)力能力大，因長桁、蒙皮較強，承軸向正應(yīng)力能力大， 梁腹板受剪時，產(chǎn)生的軸向剪流（將形成彎矩）梁腹板受剪時，產(chǎn)生的軸向剪流（將形成彎矩） 由梁櫞條，長桁、蒙皮組成的壁板承受。由梁櫞條，長桁、蒙皮組成的壁板承受。 傳遞過程傳遞過程：櫞條、長桁分擔(dān)軸力大小 與他們的拉壓剛度成正比例內(nèi)力N沿展向分布按斜折線規(guī)律分布，同梁式。腹板剪流梁櫞條蒙皮（受剪）第一長桁假定承受正應(yīng)力能力折算到長桁蒙皮蒙皮第二長桁60各基本元件（指受總體力）可能發(fā)生什么破壞形式 1.梁緣條梁緣條 拉壞拉壞 壓壓 壓壞壓壞 失穩(wěn)失穩(wěn) 局部局部: 主要與各板的支持情況及主要與各板的支持情況及 b/t 有關(guān)有關(guān) 總體總體: 主要與桿長主要與桿長L與與J有關(guān)有關(guān), 支持