飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計+緒論

1、 飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計 緒論 1.1 飛行歷史與原理 1.2 飛機結(jié)構(gòu)組成及功用 1.3 飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 1.4 飛機結(jié)構(gòu)材料 1.5 現(xiàn)代飛機性能的基本概念 2022/7/1511.1 人類飛行歷史與原理 1903年美國萊特兄弟實現(xiàn)了人類 第一次動力飛行。 2022/7/152 1.1 人類飛行歷史與原理 撲翼鳥類 2022/7/153 1.1 人類飛行歷史與原理 固定翼常見飛機 2022/7/154 1.1 人類飛行歷史與原理 旋翼直升機 2022/7/155 1.2 飛機結(jié)構(gòu)組成及功用 飛機結(jié)構(gòu)有五大組成部分： 機身：裝載。 機翼：產(chǎn)生升力。 尾翼：使飛機具有操縱性與穩(wěn)定性。 起落架：起飛

2、、著陸、滑跑用。 發(fā)動機：產(chǎn)生推力。 2022/7/156 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 一.飛機研制過程：（四個階段） 1. 擬定技術(shù)要求: 戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求、使用技術(shù)要求。 包括: 主要技術(shù)性能指標、 主要使用條件、機載設(shè)備等。 2022/7/157 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 軍用飛機的技、戰(zhàn)術(shù)要求： 飛機的最大速度；升限；航程/最大作戰(zhàn)半徑；起、降滑跑距離；載重；機動性指標（加力性能，盤旋半徑，爬升性能，最大允許過載系數(shù)）；隱身；維護與保障性能；使用壽命；可靠性與安全性能。 民用飛機使用技術(shù)要求： 有效載重；航程；安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟性。 2022/7/158 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容

3、技術(shù)性能論證與制定（頂層設(shè)計）過程 依據(jù)：軍事戰(zhàn)略方針及戰(zhàn)術(shù)（戰(zhàn)略防御）要求； 商務(wù)策略，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，賑災(zāi)救護等要求； 制定：主要性能指標； 主要使用條件； 機載設(shè)備等; 效能分析、 費效分析。2022/7/159 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 2.飛機設(shè)計過程 1總體設(shè)計：氣動外形布局設(shè)計；飛行力學(xué)性能設(shè)計； 機載設(shè)備（包括燃油）布置等，重量分 設(shè)計；發(fā)動機選型設(shè)計；結(jié)構(gòu)總體尺寸設(shè)計。 2結(jié)構(gòu)設(shè)計：理論設(shè)計（打樣設(shè)計）；強度、剛度設(shè)計； 細節(jié)設(shè)計；工程繪圖。2022/7/1510 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容3結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 根據(jù)飛機型號設(shè)計技術(shù)要求、飛機三面圖、總體布置圖、外形圖和規(guī)定的載荷情況

4、、環(huán)境情況、使用方法，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求，設(shè)計出合乎使用要求且強度、剛度、疲勞、損傷容限品質(zhì)合格，工藝性良好，滿足重量的機體結(jié)構(gòu)，為試制和批生產(chǎn)提供全套的圖樣和技術(shù)文件。 應(yīng)當注意設(shè)計階段的規(guī)律：反復(fù)、循環(huán)、迭代、 反饋；綜合性、權(quán)衡性 2022/7/1511 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 3. 飛機制造過程 工藝設(shè)計、機械加工、部件/全機裝配。 首批試制出來的新飛機即可投入全機強度、疲勞壽命試驗和試飛。 4. 飛機的試飛、定型過程 地面滑跑試驗；起、降性能試驗； 飛行包線中各飛行科目試飛試驗；2022/7/1512 飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 飛機的試飛、定性 2022/7/1513 1.3飛機設(shè)計方

5、法與內(nèi)容定型： 有待結(jié)構(gòu)的靜力及疲勞試驗完成后， 沒問題才定型全尺寸疲勞試驗： 全尺寸飛機的疲勞試驗是波音結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)開發(fā)的主要部分。除了驗證飛機設(shè)計思想之外，疲勞試驗經(jīng)常被用來找出設(shè)計時未預(yù)料到的損壞，進而制定出適當?shù)臋C隊的預(yù)防性維修措施。通常疲勞試驗是在新機型認證時完成，但也有在已使用過的飛機結(jié)構(gòu)上完成的。 2022/7/1514飛機設(shè)計方法與內(nèi)容2022/7/1515飛機設(shè)計方法與內(nèi)容2022/7/1516 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 二、飛機設(shè)計過程概述 1、設(shè)計的內(nèi)涵： 創(chuàng)造性的思維過程； 全面、綜合的辨證過程（抓主要矛盾）； 設(shè)計的不唯一性； 設(shè)計的反復(fù)性； 設(shè)計與科學(xué)實驗 設(shè)計的繼

6、承性；的關(guān)系。 2022/7/1517 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容2、飛機設(shè)計的主要階段概述(三個主要階段) 總體設(shè)計階段：主要解決飛機的構(gòu)形布局、 參數(shù)、重量以及性能方面的問題。 飛機結(jié)構(gòu)的打樣設(shè)計：結(jié)構(gòu)受力形式選擇、受力 構(gòu)件布置、開口布置、分離面及其連接形式等計。 飛機結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計（結(jié)構(gòu)件連接設(shè)計、細節(jié)設(shè) 計、工程制圖）。2022/7/1518 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容B777成為第一架無圖設(shè)計飛機。2022/7/1519飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 三、飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)和原始條件 主要依據(jù)： 9條 1. 使用方提出的戰(zhàn)技要求或使用技術(shù)要求 2.飛機三面圖及理論外形圖 3.飛機總體布置圖 4

7、.重量指標分配及總重量 5.使用壽命要求 6.載荷和使用環(huán)境條件 7.維修性要求 8.生產(chǎn)條件和工藝性要求 9.其它有關(guān)設(shè)計準則、規(guī)范和標準2022/7/1520 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容原始條件： 4條 1、飛機結(jié)構(gòu)的外載特征以及對結(jié)構(gòu)承載的要求 外載的形式（集中、分布、沖擊的、周期、熱等）； 外載的歷程特征（不同的飛行，載荷的變化規(guī)律）； 外載對結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)（抖振、顫振）； 結(jié)構(gòu)承載的強度、剛度（靜、動、熱、整體、局部）要求； 結(jié)構(gòu)壽命要求；損傷容限要求； 經(jīng)濟性要求（生產(chǎn)/維修成本）。 2022/7/1521 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 2、飛機結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系 各部件的相對位置以及相互間

8、連接交點的位置 （不能改動）； 零、構(gòu)件之間在連接尺寸上的協(xié)調(diào)關(guān)系； 各構(gòu)件間或構(gòu)件與內(nèi)部裝載間的位置、形狀協(xié)調(diào)； 部件或組件結(jié)構(gòu)的外邊界一般與飛機的理論外 形相協(xié)調(diào)； 其內(nèi)部邊界可能需與某個內(nèi)部裝載協(xié)調(diào)，也可能 不需協(xié)調(diào)。 2022/7/1522 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 3、結(jié)構(gòu)的使用條件 （1）環(huán)境條件：指氣象條件或周圍介質(zhì)條件（溫度、 濕度、腐蝕、有害介質(zhì)等）。 （2）起降場所條件：水、陸兩棲；陸地：水泥、 土跑道。 （3）維修條件：外場維修；場站或基地維修。 2022/7/1523 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 4、生產(chǎn)條件 （1）工藝條件（熱加工、冷加工、少量或批量， 加工精度與性能的

9、保障性）； （2）加工能力（小量或大批量，加工精度與 加工性能）； （3）裝配能力（裝配精度、裝配量大小）； （4）生產(chǎn)能力（產(chǎn)量）； （5）生產(chǎn)質(zhì)量保障體系（技術(shù)與管理）。 2022/7/1524 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 四、飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求：5條 1、氣動外形要求： 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，與外邊界相關(guān)的結(jié)構(gòu)（框架結(jié)構(gòu)與蒙皮）要保證理論氣動外形的剛度（整體或局部的）以及光潔度（阻力及其他熱效應(yīng)），強度問題應(yīng)當是首先保證的。 、重量要求 應(yīng)當體會到重量設(shè)計是在滿足各種結(jié)構(gòu)性能指標的前提下，使重量最輕。從優(yōu)化數(shù)學(xué)語言，在滿足各種性能指標約束下，使重量目標函數(shù)最小。實際工程設(shè)計中，僅為滿意解（總體設(shè)

10、計分解到各結(jié)構(gòu)上的重量指標）。 2022/7/1525 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 、使用維修要求： 結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的安全可靠工作需要定期地檢修維護來保障，良好的維修性、保障性是工程設(shè)計的主要因素。具體來說，合理地布置分離面及各種開口，結(jié)構(gòu)內(nèi)部安排必要的檢查維修通道，增加結(jié)構(gòu)的開敞性和可達性。 、工藝要求： 良好的工藝性設(shè)計是保證加工、裝配合理精度及性能的前提。 2022/7/1526 1.3飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 、成本要求（經(jīng)濟性）： 飛機的主要成本：設(shè)計、研制、制造和運營。 對軍機而言，成本不應(yīng)當是第一要求，重量與性能是第一位的。對民用客機，成本是第一要求。 一般說，氣動性能、使用要求是“前提性”

11、要求，氣動外形、結(jié)構(gòu)與強剛度設(shè)計技術(shù)是“前提”技術(shù)。 技術(shù)要求與技術(shù)性能是互相聯(lián)系、互相制約的，有的甚至是相互矛盾的，應(yīng)當在一個好的設(shè)計素質(zhì)基礎(chǔ)上，把握主要矛盾，綜合考慮，權(quán)衡處理。 2022/7/1527飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 五. 飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容： (1) 結(jié)構(gòu)的打樣設(shè)計（畫出部件打樣圖） (2) 組件的打樣設(shè)計（畫出組件打樣圖） (3) 零構(gòu)件設(shè)計（畫出零構(gòu)件圖紙） (4) 組件結(jié)構(gòu)設(shè)計（畫出組件裝配圖） (5) 部件結(jié)構(gòu)設(shè)計（畫出部件裝配圖） 2022/7/1528飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 組件的打樣設(shè)計打樣圖 2022/7/1529飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 六. 飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的典型方法 在二

12、十世紀五十年代以前，飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般根據(jù)所設(shè)計對象的具體要求、條件，結(jié)合已有經(jīng)驗與設(shè)計原理、知識進 行；定性分析，選出合理的設(shè)計方案；然后粗略計算，選擇結(jié)構(gòu)的主要截面尺寸。 2022/7/1530飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 在進行強度、剛度校核，以驗算截面尺寸能否保證安全。如果滿足強度要求，即認為設(shè)計完畢；當強度不夠，或設(shè)計人員認為剩余強度太大時則修改設(shè)計。計算分析均以工程梁理論為基礎(chǔ)。 六十年代以后，出現(xiàn)了計算機、飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了有限元等先進方法進行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。 2022/7/1531飛機設(shè)計方法與內(nèi)容 六十年代以后，出現(xiàn)了計算機、飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了有限元等先進方法進行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。 有限元模

13、型2022/7/1532BOEING 三代飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計思想發(fā)展 第一代 ：第一代的波音噴氣客機是在50年代和70年代 間設(shè)計的，包括707，727和早期的 737（-100，-200），747（-100,-200,-300,SP）。 這些飛機設(shè)計的主要特征著重于結(jié)構(gòu)的強度和失效安全。因此設(shè)計的飛機具有足夠的結(jié)構(gòu)強度和超靜定度，即使主要的結(jié)構(gòu)件失效，其周圍的結(jié)構(gòu)仍可安全地承受載荷。 2022/7/1533BOEING 三代飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計思想發(fā)展 第二代 ：第二代的波音噴氣客機是757和767，和 737（-300,-400,-500），以及747-400。 除了原有的強度和失效安全規(guī)格之外，還更在

14、設(shè)計中結(jié)合了耐久和損傷容限標準。此種設(shè)計使飛機結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，即使飛機結(jié)構(gòu)具有相當程度的損傷，只要有例行的結(jié)構(gòu)檢查，仍可安全地飛行。因為這種計劃中的結(jié)構(gòu)檢查應(yīng)能在損傷還未到到危險極限以前便可及時地被發(fā)現(xiàn)。 2022/7/1534BOEING 三代飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計思想發(fā)展 第三代 ：第三代波音噴氣客機是777和新一代 737（-600,-700,-800）， 除了具有第一，二代客機已有的特性之外， 這一代的客機的設(shè)計特點是在腐蝕預(yù)防和控制 方面作了重大的改進。 2022/7/1535 1.4 飛機結(jié)構(gòu)材料 合金材料：鋁合金、鈦合金、高強度合金鋼。 復(fù)合材料：玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、 芳綸（KEVLAR）復(fù)合材料。 2022/7/1536 1.4 飛機結(jié)構(gòu)材料 表1-2 民用飛機結(jié)構(gòu)用材料重量百分比2022/7/1537 1.4 飛機結(jié)構(gòu)材料2022/7/15381. 5 現(xiàn)代飛機性能的基本概念2022/7/15391.5 現(xiàn)代飛機性能的基本概念B-747