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1、,现代飞机结构综合设计机翼、尾翼设计,1 结构设计方法一、结构综合设计的基本概念二、结构设计的原始依据和设计内容,1 结构设计方法,一、结构综合设计的基本概念 目前飞机性能和寿命要求越来越高，高科技飞速发展，飞机越来越复杂，机载设备不断更新，新材料、新工艺、新结构不断出现，交叉学科、边缘学科的发展以及新技术的大量涌现，都使飞机设计的综合设计思想愈显重要，这种综合性已渗透到现代飞机设计和飞机结构设计的各个层次和顶层设计、平台设计、具体技术设计等各个设计阶段中 电子计算机的出现极大地提高了计算能力，成功地发展了适用于复杂结构的应力分析有限元素法和结构优化设计方法，使飞机结构设计从定性和初定量设计向
2、比较精确的定量设计和优化设计跨进了一大步。并且出现了设计与总体、气动、工艺等设计紧密配合、互相协调的计算机辅助一体化设计方法。,二、飞机结构设计的原始依据和设计内容,原始依据飞机的类型、性能和全机主要参数，如翼载 p=G/S总体外形参数 机翼展长、展弦比、后掠角、翼型相对厚度、机身的长度与高度等 机翼与机身的相对位置 机翼、机身的内部装载，与发动机、起落架和武器外挂的连接协调关系；通过计算给出的所设计结构的载荷数据设计内容1.打样设计 协调；元件的构型、尺寸、布局；结构布局主要以强度和损伤容限准则为基础，之后进行耐久性打样设计；理论图2.详细设计（工作设计）构件的构造形式、材料、尺寸、连接；对
3、损伤容限、耐久性打样设计结果进一步深化和细化；工艺；结构分析（结构强度、刚度和颤振）；必要的结构试验；发出全部生产图纸,2 机翼结构型式选择,一、机翼内部布置 油箱起落架舱（机炮）防冰，燃油，液压系统前、后缘装置外挂,二、机翼结构型式的选择,1.不同结构型式的受力特性及其与机翼几何参数的关系,薄蒙皮梁式机翼,蒙皮薄、受正应力面积集中、长桁少而集中面积小（承受正应力能力可以忽略）。,气动载荷引起的剪力由梁腹板传递；弯矩引起的轴向内力主要由梁缘条传递；扭矩由蒙皮的一圈剪流传递。,适应于低速，翼型高度大的轻型飞机。早期飞机使用较多。,双梁单块式机翼,长桁(包括梁缘条)与蒙皮组成壁板或整体加劲壁板；蒙
4、皮较薄 可简化仅受剪板。与梁式相比，若受正应力的截面积（长桁与缘条）近似，布置较分散。,气动载荷引起的剪力由梁腹板传递；弯矩引起的轴向内力由桁条与缘条传递；扭矩由蒙皮的一圈剪流传递。,适应于高亚音速飞行的较大型飞机。民用客机或运输机应用较多。,多腹板式(多梁/墙式),一般由310多块腹板（或墙）和厚蒙皮(大多是整体厚蒙皮)组成(肋少甚至没有)；受正应力面积更加分散。结构力学上形成多闭室静不定薄壁盒式结构。,气动载荷引起的剪力由多腹板按刚度分配；弯矩引起的轴向内力由蒙皮桁条与缘条组成的壁板传递；扭矩仍由蒙皮形成一圈剪流传递。,适应于超音速飞行的薄机翼飞机。战斗机、攻击机。,二、机翼结构型式的选择
5、,2不同结构型式损伤容限特性比较,传力路线不宜过于集中长桁蒙皮加筋板单块式结构和厚蒙皮多墙式结构都可看成是分散传力结构布局。此时若壁板上长桁强一些，对提高壁板的止裂能力，并从而捉高壁板的剩余强度，延长裂纹扩展寿命均更为有利,3机翼机身对接形式的影响 4机翼内部布置及大开口的影响,梁式机翼单块式机翼战斗机,二、机翼结构型式的选择,变后掠机翼的布局特点 变后掠翼从结构强度和损伤容限观点看有其不足之处，特别是单传力途径的机翼转动枢轴，必须采取一系列措施保证飞机安全性,3 机翼主要受力构件布置,构件布置的原则(1)确保气动载荷荷引起的弯、剪、扭能顺利传到机身为此要特别注意结构不连续处的构件布置，如开口
6、处、结构型式变化处，梁和长桁的轴线转折处等(2)在集中力、集中力矩作用处布置相应构件，必要时加辅助短梁或加强肋，其作用是将集中载荷扩散；并将扩散后的分布力传给机翼受力盒段的相应元件，传往机身,3 机翼主要受力构件布置,一、机翼翼盒受力构件布置1.壁板结构 壁板有长桁蒙皮铆接组合式和整体壁板两种（在整体油箱区大多采用机械加工的整体蒙皮或整体壁板）,按等百比线布置：此时桁条本身无扭曲，制造方便(等强度设计)平行于前梁或后梁布置会使长桁扭曲，影响装配,机翼截面的扭转,3 机翼主要受力构件布置,一、机翼翼盒受力构件布置2.梁与墙的布置 梁和壁板(有时还有墙)构成单闭室或多闭室抗扭翼盒 梁应尽可能布置在
7、剖面高度较大的部位，同时轴线尽量不要转折，以使传力直接、连续梁的布置很大程度上受机翼的平面布局和内部装载的影响,3 机翼主要受力构件布置,一、机翼翼盒受力构件布置3.翼肋的布置 顺气流布置：顺气流翼肋对维持机翼剖面形状较好，制造成本低；为传递根部扭矩只需一个加强肋；翼肋长度增加、蒙皮受剪稳定性变差 正交布置特点相反,4 机翼结构元件设计,一、二、三、四、五：机翼各部件及连接的设计六、结构受集中载荷处的局部设计(1)集中力作用于板杆结构上时，必须有适当的杆来扩散、传递此力。(2)集中力矩作用于板杆结构上，例如集中力与支撑构件有力臂而引起力矩时，可把此力矩用接头等构件转换成一组大小相等、方向相反的
8、力，再用适当的构件传走。(3)尽量避免、减小附加的偏心力矩,4 机翼结构元件设计,六、结构受集中载荷处的局部设计(4)受轴力杆当轴线不连续时要附加其他杆，必要时要局部加强参与区内的受剪板。,4 机翼结构元件设计,六、结构受集中载荷处的局部设计(5)一般说应不让板受垂直于板平面内的力，以防止出现平板受弯的不合理设计,飞艇吊舱的集中载荷由悬挂屏转换为分部载荷,5 机翼整体油箱的结构设计,一.对整体油箱结构设计的要求1密封性 2强度要求3刚度要求 4便于检查、维修、拆装和清洗二、结构特点1.应用机翼原有的主要受力结构件作为油箱的隔板，变形过大时另设隔板，结构刚性好，开口的布置2.减少油箱表面的连接缝
9、长度和结合孔数量3.箱角互成904.其它措施防火墙安全销,5 机翼整体油箱的结构设计,三、整体油箱的密封形式,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计,一、机翼前、后缘活动面简介增升装置自适应机翼,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计,一、机翼前、后缘活动面简介二、尾翼和副翼结构设计 1安定面的结构布局2操纵面的构造3操纵面悬挂点的确定数量 自由度,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计,二、尾翼和副翼结构设计 4操纵面前缘缺口的补强,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计,二、尾翼和副翼结构设计操纵面的气动补偿和气动平衡铰链力矩6尾翼的防颤振设计,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计,二、尾翼和副翼结构设计7全动平尾的设计特点 亚音速焦点：(2830)超音速焦点约在50 转轴位置约40弦长转轴式 定轴式,
