飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計課后答案

1、第二章習(xí)題答案飛機(jī)由垂直俯沖狀態(tài)退出，沿半徑為r的圓弧進(jìn)入水平飛行。若開始退出俯 沖的高度H1 = 2000 m,開始轉(zhuǎn)入水干飛行的高度史=1000 m,此時飛行速度v = 720 km/h,(題圖 2.3)，求飛機(jī)在2點轉(zhuǎn)入水平飛行時的過載系數(shù)n；y如果最大允許過載系數(shù)為nymax=8，則 為保證攻擊的突然性，可采用何種量級的大速度或大機(jī)動飛行狀態(tài)？(即若 r不變，tax可達(dá)多少？如果V不變，rmin可為多大？I題囹 2. 3(1)(2)解答1000、(720 x)2I = 1 + 蘭=1 +360 = 5.08G gr9.8x (H 1 - H2)rminV 2g (n -1)V(720

2、x1000、 )2 36009.8 x (8 -1)583.1mv =J(n 1).g.r = J(8 -1) x 9.8 x 1000 = 943.2km / h某飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)要求中規(guī)定：該機(jī)應(yīng)能在高度H=1000m處，以速度V=520Km/h和V =625km/h（加力狀態(tài)）作盤旋半徑不小于R = 690m和R =680m（加力 狀態(tài)）的正規(guī)盤旋（題圖2.4）。求（1）該機(jī)的最大盤旋角和盤旋過載系數(shù)n；（2）此時機(jī)身下方全機(jī)重心處掛有炸彈求此時作用在炸彈鉤y重 G =300kg, b上的載荷大小及方向（1kgf = 9.8N）。解答:(1)與得G cos &Y1 = 0V 2Y sin

3、 & = m r(520 x I000) 2珀& = V2 =360 = 3.085gr 9.8 x 690& = 72.04。（非加力）(625 x I000) 2渤=360 = 4.5239.8 x 680& = 77.5。（加力）V v 2N= m飛機(jī)處于俯沖狀態(tài)，當(dāng)它降到H = 2000m時（PH=0.103kg/m3。）遇到上升氣 流的作用（題圖2.7）,求此時飛機(jī)的氣。已知飛機(jī)重量G=5000kg,機(jī)翼面積S=20 m2, C： 4,5。此時的飛行速度V=540 km/h,航跡半徑r=8.00m, y軸與鉛垂線 夾角中=600,上升氣流速度u=10 m/s，突風(fēng)緩和因子K=0.88

4、。解答:ucos 600題圖 3*710 x -1000 =0,0333540 x3600 a = 1.91o1序 V Y = KCa Va -s -q KCV as pv2 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document y”= y20.88 x 4.5 x 業(yè) x 20 x1 x 0.1035 x （540 x 1000）2=57.323600=3 0.125 KNv 2Y + G cos 60 o = ma = G gr_ v 2 一_ v 2 _ 一Y = G - Gcos60o G -Gcos60。gr= gr,540 x 1000、（）2 （迎0

5、1）x 50 x 103 = 2.37=9.8 x 8002GY 我2.37G 冬nyY V Y50 =-1.77G飛機(jī)以過載氣=-3作曲線飛行，同時繞飛機(jī)重心以角加速度口Z = 3.92rad / S2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方向如（題圖2.8）所示。若發(fā)動機(jī)重量GE=1000kg，發(fā)動機(jī)重心到 全機(jī)重心距離l = 3m，發(fā)動機(jī)繞本身重心的質(zhì)量慣性矩IZ=1200 NmS2,求（1）發(fā)動機(jī)重心處過載系數(shù)nyE（2）若發(fā)動機(jī)懸掛在兩個接頭上，前（主）接頭位于發(fā)動機(jī)重心處，后接頭距發(fā)動機(jī)重心0.8m,求此時發(fā)動機(jī)作用于機(jī)身結(jié)構(gòu)接頭上的質(zhì)量載荷（大小、方向）。（2）Z G前1yE題圖2*8解答:（1）N ma

6、m a x 3.92 x 3 ? “yY _ 甘一G =GZ i91.n = n + n = -3 +1.2 = 1.8=1200 x (3.92) = -4704N - MN= V 隊 ZvGl4704=5880N 0.8重心處（前接頭）N前=n e G = -1.8 x 10KN =-18KN接頭作用于發(fā)動機(jī)的力為y軸負(fù)向發(fā)動機(jī)受到的外力向下后接頭N后 =+5.8KN(y軸正向)N = -5.88 KN前2N = N + N =-18 5.88 = -23.88 KN前前1前2以上為發(fā)動機(jī)接頭受的力發(fā)動機(jī)作用于機(jī)身結(jié)構(gòu)接頭上的質(zhì)量載荷應(yīng)反向，N 前=23.88 KN向上N后=5.8K向下飛

7、機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計第三章習(xí)題解答一、一雙粱機(jī)翼，外翼傳到2#肋剖面處的總體內(nèi)力分別力剪力Q =100 kN(作用在剛心上)，彎矩M=5Xl03Knm、扭矩Mt= 30 kNm。已知前、后粱的平均剖面抗彎剛度為EI =10i0kNmm2、前EI后= 2X10i0kN - mm2；前、后閉室平均剖面抗扭剛度為%前= 5X108 kN - mm2,K 后=109 kN mm2。求：當(dāng)L前=、=1500 mm時，Q、M、M# 2#肋剖面如何分配(題圖3. 2(a)?當(dāng)L前= 3000 mm、L后=1500 mm時，Q、M、Mt在此剖面又如何分配(題圖3.2(b)?(計算扭矩分配時，假設(shè)不考慮前、后閉室之間和1

8、#肋對前閉室的影響)。1.L前=L后2EJ(1) Q的分配 K= L2L前=、只與2EJ有關(guān)KQ2 EJ L21EJQ1K + K l 2 / EJ + EJ EJ + EJQ1= 12 =- 2 (12)Q =12=3330kg = 33.3KN=0.333QQ 2 = 6670kg = 66.7KNKJ(2) M的分配K= L .關(guān)系式仍同上MM 1 = 0.333 x 5 x 105= 1666.7 KN mM2= 0.667 x 5 x 105 = 3335 KN m(3)Mt的分配5M1-Mt1=5 +10 = 0.333 x 3 x 103 = 0.999 x 103kg.m =

9、10 KN mMt2= 0.667 x 3 x 103= 2.001x 103kg.m = 20 KNm2. L前=3000 mmL 后=1500 mm2EJ(1) Q的分配K= L21012K1= 2x(30= 2x 9x 106 = 9 x 106= 2x 106x101220.1111012K2= 2 xE = 2 x19 x 106= 2.25 x 106= 2 x 106 x 0.8891K1+ K2 = 2x 106 ( 9 + 2.25)= 2x 106( O11 +0.889)= 1 x 2x 106Q 1 = 0.111 x 10000 = 1110kg = 11.1KNQ

10、2 = 8890kg = 88.9KNKJ 1012M 的分配K1= L = 3000 = 0.333x 109Q x1012K1= 1500= 1.333 x 109K1+ K2= 1.666 x 1090.333M1= L666 x 5x 105= 0.1999x5x 105= 0.2x5x 105= 105kg m = 1000 KN mM ，、，2 = 4 x 105 kg m = 4000 KN mMt的分配5 x 101010 x 1010K1= 3000 =1.667x 107K2= 1500 =6.667 乂 107K,+ K2= 8.334 x 1071.667Mt1= &3

11、34 x 3 x 103= 0.2 x 3 x 103= 0.6 x 103kg.m = 6 KN m6.667Mt2= 8.334 x 3x 103 = 0.8x 3x 103 = 2.4x 103kg.m = 24 KN m題圖3.3所示兩機(jī)翼，（a）為單塊式，且雙梁通過機(jī)身，而長桁在機(jī)身側(cè)邊 切斷；（b）為單塊式，整個受力翼箱通過機(jī)身。請畫出兩種情況下aa、bb段長桁的內(nèi)力圖， 并筒要說明何以如此分布？器圖 3-3（b）單塊式看成兩種情況的疊加移問幽W .桁梁式根部有參與問題，所以軸力可此肘有中央翼，軸力不存在轉(zhuǎn)請畫出以下各指定翼肋的力平衡圖和內(nèi)力圖（題圖3.4）。（1）薄蒙皮雙粱式機(jī)翼

12、，I肋在氣動載荷作用下：（a）前、后緣未略去，（b）若略去前、后緣的氣動載荷和結(jié)構(gòu)。(A)(2)該機(jī)翼前粱轉(zhuǎn)折處的II助在傳遞總體彎矩M時所受的裁荷，畫出其力平衡圖和內(nèi)力圖：(a)剖面筒化為矩形；(b)剖面上、下為曲線。(3)薄蒙皮雙梁式機(jī)翼，JH一肋后緣受有Y向集中力P。(4)機(jī)翼外段為雙梁式，內(nèi)側(cè)為三梁式，W肋位于結(jié)構(gòu)布置變化處，畫出傳總體力時，該肋的力平衡圖和內(nèi)力圖。兩閉室對稱，此時q 11恃扭Mt22 BH2H2M 2 bh = qt2(1)若8不變，只是兩閉室面積不同，則q仍相同，扭矩引起的剪力與彎矩同上；但剛 心位置可能變動，所以多一個扭矩(2)若8不同，也會引起兩閉室扭剛不同，則

13、在分析Mt時，就會出現(xiàn)Q，M內(nèi)力。(5)薄蒙皮雙梁式機(jī)翼v肋后梁上作用有集中力Py，求該肋受P力時的平衡圖 和內(nèi)力圖(假設(shè)前、后粱彎曲剛度相等)。P,若前后梁對稱右支點:12py +、pB MH 1 q H 2 BH = 2P + 2 BH1Py+ 4 py若前后梁不對稱，例如前梁剛度為后梁的2倍-B Py312BH =3H Py11剛心在 2/3B 處，則 Mt= Py*2/3*BqtPyPy一1PyPy+ 33jPy捉X- 3H Py.X.H = 0(6)薄蒙皮雙粱式機(jī)翼丑肋上C點處受有集中力P時的力平衡圖和內(nèi)力圖.m czza p pXXM = 4BH.X+ 4B.H.XP B PHt

14、= 2 4B -H- 2 +2 4B -h-AX - PX 2 -AX四 請畫出題圖3.5所示各機(jī)翼結(jié)構(gòu)中所指定肋的力平衡圖和內(nèi)力圖。(1)長桁在機(jī)身對稱軸處對接的雙梁單塊式后掠翼，I肋在傳遞總體力彎矩的過程中所受的載荷，并畫出力平衡圖和內(nèi)力圖。4M = q *2 bh, q =生=四t 2BH BHM q * H * B q * H * B t 3 t 32 M 2 BH=M * 在3處:突變處:BH 3=0.33 M2M 1.33M = 0.67M2 M B2 M *一* H *2BH 2B= 2 M 2 M在萬處：=0如果認(rèn)為已擴(kuò)散成水平剪流則：力平徹圖此M值很小(兩種方法都可以)。(2

15、) (a)請畫出II肋在局部氣動載荷下的力平衡團(tuán)和內(nèi)力圖(a) n號肋(單塊式普通肋)(b)請畫出中央翼在作用有反對稱總體彎矩時，III肋、W肋的力平衡圖和內(nèi) 力圖。設(shè)左右機(jī)翼通過中央翼連成整體，并在A、B、C、D四點與機(jī)身鉸接，接頭在機(jī)翼前、 后墻腹板上。III肋和IV肋的分析機(jī)翼外段為雙梁單塊式，內(nèi)側(cè)改為雙梁式，畫出結(jié)構(gòu)型式交換處的v肋在傳 遞總體力M、Q、Mt時的力平衡圖和內(nèi)力圖。傳M時:Q傳Q時不起作用；傳心,時也不起作用。多墻式機(jī)翼在根部用兩個固接接頭與機(jī)身相連，請畫出側(cè)肋丑在傳遞總體內(nèi) 力的剪力Q時，其力平衡圖和內(nèi)力圖。VI畫出圖示三梁式后掠翼側(cè)肋W在傳遞總體彎矩時，其力平衡圖和內(nèi)

16、力圖。如果結(jié)構(gòu)彎矩完全對稱，則中間支點無力；否則會有力(載荷也要對稱，即M 1=M ,才可能R中=0)如果R中=0如果卜#0QQ五.下列各機(jī)翼結(jié)構(gòu)蒙皮上均有開口，請畫出所指定翼肋在傳遞總體內(nèi)力時所受的載荷及它們的力平衡圖和內(nèi)力圖。單梁單墻式機(jī)翼的I肋。在Q和M下，I肋不起作用；在Mt下，如圖所示:雙梁單墻式后掠翼，其中后粱在II肋處有轉(zhuǎn)折，請畫出II肋的力平衡圖和內(nèi) 力圖。雙粱單墻式機(jī)翼中III肋在傳扭時的力平衡圖、內(nèi)力圖。單梁雙墻式機(jī)翼中W助在傳扭時的力平衡圖和內(nèi)力圖。六：現(xiàn)有一桁條式機(jī)身，平尾固定在垂尾上，垂尾與機(jī)身的連接如圖3.7所示， 接頭A在yoz平面內(nèi)為固接，接頭B為鉸接。尺寸a

17、= 0.667m,b=2m c=4m。平尾上受有不對 稱的Py力，力作用點距 y 軸 1m，P 1=100KN, P 2=50KN,求此時機(jī)身后段的彎矩圖M、剪力圖Q和扭矩圖M。zyt桁條布置畫出框B的力平衡圖，并用圖表示出支反剪流的大小分布規(guī)律.見圖3.7Z P = P1 + P 2 = 150KNR x 2 = P x 2.667 R = 150 x 2.667 = 200.KN a ya 2R = 200. -150 = 50.KNMA =- P1 x 1 + P 2 x 1 = -50 KN mQyuMxX七：某垂尾為單梁單墻結(jié)構(gòu)，后梁與機(jī)身固接，前墻與機(jī)身鉸接。在機(jī)身垂尾連接處的加強(qiáng)

18、框有兩種布置方案：兩接頭連接處均布置有垂直放置的加強(qiáng)框，沿后梁軸線方向布置一斜框，前墻處布置一垂直框(見題圖3.8)。請分析當(dāng)垂尾上受有側(cè)向力Pz作用時，在兩種方案情況下機(jī)身結(jié)構(gòu)分別由哪些構(gòu)件受載(包含加強(qiáng)框和其他構(gòu)件)？分別畫出他們的力平衡圖。假設(shè)機(jī)身后段為桁條式。從后方看:上壁板:I框B上只受有Py力，方向向下。因為是桁條式機(jī)身，q按階梯形分布方案I ：框I受有MZ和QZA，框II僅作用Qzb還有彎矩（垂尾的）分量，即MX到框I上；還有My通過加強(qiáng)板（水平） 轉(zhuǎn)到框I和框II上。III方案II：則不需要水平加強(qiáng)板，M垂全部到斜框上。上、下壁板平衡時。應(yīng)為梯形板平衡；另作為QZ則仍作用到框I

19、I和斜框上。Prob. 4-11.由剪力按剛度分配原理確定剛心因上下面對稱，故剛心的x軸位置在對稱軸上；而y軸位置由 下式計算：K + K a+bK1 a = K2 bKiaK1 = 2x20 x12.52 = 6250cm4K2= 2x15x10.02 = 3000cm4ia = 25 92、由合力矩定理，平移外載荷并計算肋的支反剪力與剪流見圖1。Mn= P x (A+a) = 80 x(30+25.9)=4472 KN.cmM 44724472 】_. TOC o 1-5 h z q n 二/、1.24Q 2（25+2如0.5 3600KN/cmq1=2.164 KN/cmPxa = Q2

20、xBQ1+Q2 = PQ2= 25.9 KNQf 54.1 KN 一.3、畫出肋的剪力、彎矩圖（應(yīng)由原肋的構(gòu)件實防作觸圖擊支反力來具體畫出，雙支點外伸梁?。?2Q 圖：（qi+q）Hi-80=5.1 KN4、11 mil 111 iiiii i liihmfrPV（q2-q）H2=1.1 KN研板設(shè)計，四邊簡支）上的最大值確定肋腹板 t =5.1/H=5.1/25=:=2cI qb 23 0.9 KEycm80 KN5 公式： a/b =B/H1=80/25=3.24M=803A=8400 KN.cmK=5.6+（a /b）2K= 5.97, E=70000 MPa；0.204252 KN c

21、m _3 0.9x5.97x70000N / mm5 =3.3.899=3.4 mm5、由彎矩的最大值確定肋上下緣條的面積（上緣條受拉、下緣條受 壓，且力大小相等、方向相反）：最大彎矩處的緣條內(nèi)力：N = Mmax/H1 = 2400/25=96 KN上緣條面積由強(qiáng)度計算確定：4氣=-, A*=96000（N）/420（MPa）=228.57 mm2 考慮到連接有效面積的削弱，應(yīng)取A* = 228.57/0.9=253.97 mm2 下緣條面積由壓桿總體穩(wěn)定性公式確定：PcrK 兀 2 EI v N12（兩端固支，K=4,注失穩(wěn)的彎曲方向）*汕3 = 1i A*2（正方形）12 P B 2cr

22、4兀2 E12x9600080。4x3.14x70000 - 516.78 mm2 A* = 96000/280 = 342.86 mm2A* =如按題目給出的受壓失穩(wěn)臨界應(yīng)力值（偏危險），可得:c A N6、前梁腹板的厚度確定：前梁腹板的剪流：qq = q1+q = 3.404 KN/cm 由公式粗算（不考慮立柱，很大）qb 20.9 KE3.78K= 5.6 +（。/ b）2 = 5.6 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 3404 25Q今 c= 3.310 x5.6x70000mm （因厚度合適,可不考慮安裝

23、立柱）如考慮立柱，其間距取a = b=250 mm,則K=9.383404 2.5 土 2 = 2.5x1.3625 = 4.641由判據(jù)：k s )(bs=80MPa)由w - a = t = 10-1.5 = 8.5知滿足平面應(yīng)變條件。由判據(jù)K廣Kic計算爆破應(yīng)力得：p = KjC/ 51.1702 = 109/51.1702 = 2.130 Mpa解2：現(xiàn)表面裂紋為a=1.5, 2c=36 mm。計算過程同上(2t 兀 a Y一 tanIk 兀 a2t)a/c=0.0833時的插值:(2x101血 x180V5 1 cmtan= 1.0094k 1伽2 x10 x 兀)氣(0.0839=

24、1.0123pKI= 1.1102x 1.0094x2.0426x 2tx1-0123 =55.1732 p MPaWmm 計算爆破壓強(qiáng)：1）判定滿足平面應(yīng)變斷裂條件否？與條件1完全相同，故滿足平面應(yīng)變條件。2）由判據(jù)K廣Kic計算爆破應(yīng)力得：p = KjC/55.1732 = 109/55.1732 = 1.976 Mpa解3：現(xiàn)表面裂紋為a=4.5, 2c=12 mm。計算過程同上，a、2/ 4.5I = 1.0469k12 JM =1+0.121-1=1+0.12 1-f 2t 兀a2 x10 4.5x180tan _tank兀a2t4.52x10 x兀）a/c=0.75 時的值：%（0

25、.75）=L38190.5=2.3318p最后得：KI= 1.0469x2.3318x3.7599x 2tx1.3819=162.0638 p MPaWmm-a = 10-4.5 = 5.5 4.641 （見解1）知滿足平面應(yīng)變條件。=Kic計算爆破應(yīng)力得：由 w - a = t由判據(jù)Kip = KjC/ 162.0638 = 109/162.0638 = 0.673 MpaProb.4-8解：應(yīng)用公式K 2應(yīng)F F = 、度因子.1.29x105 Nc = 64.5MPa 200 x10mm2兀asecW計算線彈性裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)1頃 1801 “/cisec =1.00621200兀K =

26、64.5j1UTx 1.00621= 36376MPmm2）、1計算裂尖塑性修正后的應(yīng)力強(qiáng)度因子：a = 一-一 =1= 94.3225f K頃）（363.767 k 1117.2 ）（2.5故為平面應(yīng)變狀態(tài)）f K I2 1 f 363.76L I =kMJ 4心1 = 0.00596mmI 1117.2) 4/2kbs=1780 Mpa, KjC=52xV1000 Mpa VmmK = 1.bJ兀 a = K n解1： 6000C回火時， 由斷裂判據(jù)：K=1.b 何=KC nc2K22x10。X1000 八*廣（1.1xIM兀 一（0.55x1500 兀. ms說明不同的熱處理工藝，對斷裂

27、韌性與材料屈服強(qiáng)度的改變不同，反映了如果材料為裂紋體，獲得好的材料斷裂韌性非常重要。Prob.4-10解：1）由平面應(yīng)變判據(jù)驗證：f Kr裂尖塑性區(qū)半徑：裂紋塑性修正后的應(yīng)力強(qiáng)度因子：兀虹0 + r)x 1.00621= 363.87做尸/頑K = 64.5 楠（10 + r ）說明對于平面應(yīng)變條件下裂尖塑性很小，線彈性裂尖分析有足夠的 精度。Prob.4-9解1： 2750C回火時，由斷裂判據(jù)：c2K22x522 x1000 1 2a = c、 = - = 1.8mmc (1.1x0.5b )2兀(0.55x1780兀Sbs=1500 Mpa, KjC=100 x1000 Mpa VmmV=

28、2.5xB = 15 2.5f 竺絲2=1fm b s J450 J（本題滿足）2）由判據(jù)式罕叩2苛吭計算臨界裂紋長度：彳=1+0.121 -02沁L。675（裂紋形狀比不變，a屁=025）氣（a / c）=0（05）=1.2111 （直接查表得）p （D - 21）2x（500-2x15） = 31.3333 21=2x15Mpa因M2與裂紋長度相關(guān)，故式1為非線性方程。將以上計算數(shù)據(jù)代入式（1）得:兀a tan兀a 兀2t =云I b M ） 1f 3471W X1.2111）2 藥 2XB 31.3333x1.0675 /= 158.7082a =L 89.639 丸=14.94 mm

29、c 丸180v2 =10.0719f30=158.7082兀 X14.9*同時得當(dāng)時的后自由表面修正系數(shù)： 為 a 2ta兀 a2t Jc說明后表面修正系數(shù)變化較大。2）計算壽命（書中的積分顯式?jīng)]有考慮M2是裂紋頂點長度a的超 越函數(shù)關(guān)系，故不能用）：n=i-d=i-c AK )na0a0 cdafMM ApD-2t)12Jn a氣2tJf M1 Ap D - 21)折、Q2t0na04 4t 2.0c r m Ap d - 2t y1-1f da4a tan2a0ck M Ap D - 2t)Jna彳dx4tan2 x2tdaf 2tn a Y；a一 tan一In a2t Jcn-1)x +

30、 c tan x)4n a c2121-8 x 1.21114 x 153fnrvg14.94n2n)F_ _14.94 - 2)+c tan-c tan I 2 x 10-nn 11.0675 x 2 x 470J4 153030 J-911.84262.7102 4.69835)=1812.9= 1813=(次脈仲壓力)第五章習(xí)題1、由書中所給的飛機(jī)重量與過載系數(shù)等數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為：相對載荷 較大，相對厚度較小。因此，宜選用單塊式monolithic）結(jié)構(gòu)布 局，布置如下圖：后梁都要連接前關(guān)于結(jié)構(gòu)布局的說明：選用三根梁_后緣的襟副翼，如中間梁高度較低煩適吾的弱V截面尺寸?。?，但在開口段要加強(qiáng);普通長桁在兩個單閉室內(nèi)等百分線布置（避免長桁裝配彎曲）;橫向肋順氣流布置（因后緣后掠角小,不會引起變長而增重）。選用5根加強(qiáng)肋，見圖