飞行器结构设计第二章

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1、第二章、飞机结构的外载和典型构造本章内容1飞机的外载荷2介绍机翼、尾翼和机身的典型结构9/21/20211第二章、飞机结构的外载和典型构造2.1飞机的外载荷一.飞机结构的主要载荷飞机作为运载工具要求反复使用，可能经历各样的复杂载荷历程。最主要、最基本的有哪些？对结构的影响作用是什么？这是设计师们关心的基本问题；其次是不同载荷形态与主要载荷的差异以及这些载荷的变化规律（包括大气气象规律的统计）。1.思维要点：主要载荷形式；②主要载荷分类；③作用于结构如何分析。9/21/202122.1飞机的外载荷2.载荷的参照坐标系：机体坐标系9/21/202132.1飞机的外

2、载荷3.基本载荷形态及分析从飞行原理上可以知道：加力飞行；匀速平直飞行；停机、滑跑状态。9/21/202142.1飞机的外载荷9/21/202152.1飞机的外载荷9/21/202162.1飞机的外载荷飞机的外载：重力（G)、升力（Y)、阻力（X）、推力（P）、起落架载荷。惯性力：质量乘以加速度的负值质量力：飞机重力G（mg）和惯性力N(-ma)均与飞机质量m有关，故统称为质量力。9/21/202172.1飞机的外载荷达朗倍尔动静分析（刚体动平衡）9/21/202182.1飞机的外载荷飞机的外载图像演示9/21/202192.2典型飞行姿态和载荷系数1.俯冲拉

3、起:对称面内作曲线机动飞行情况（纵向飞行）飞机的升力使飞机保持向心曲线运动。9/21/2021102.2典型飞行姿态和载荷系数动平衡关系：（机体坐标系y向）,表现了运动的变速特征（曲线运动）即：升力等于G乘上一个系数，该系数称为载荷系数。9/21/2021112.2典型飞行姿态和载荷系数分析该曲线运动中，的特性：①②与曲线航迹半径成反比，与切线运动速度的平方成正比，这表明：若一定，v一定，则运动半径就规定了；太小，则结构承载发生问题；若一定，v一定，则速度就要限制。③由此看来，对结构设计是一个重要的无量纲载荷系数。9/21/2021122.2典型飞行姿态和载荷

4、系数二.载荷系数的概念1.载荷系数定义：除重力外，作用在飞机某方向上的所有外力的合力与当时飞机重量的比值，称为该方向上的载荷系数。Note：①对重力视可不见；②千万不能计及惯性力；③机体坐标系为正向；④载荷系数是一矢量，分量用nx、ny、nz表示。e.g.平直匀速飞行：ny=1平直匀速倒飞：ny=-1（-Y/GY与机体坐标系相反）9/21/2021132.2典型飞行姿态和载荷系数(2)物理意义：①表示了作用于飞机重心处的外力与飞机重力的比值关系；②表示了飞机质量力（重力与惯性力均与质量有关，故统称为质量力）与重力的比率。（应注意质量力与外力方向相反）③飞机的质

5、量力应当是飞机的各部分质量力之和：9/21/2021142.2典型飞行姿态和载荷系数④飞机中的某集中质量GI=mig，作用在结构上的质量力为：⑤当飞机沿x方向有变速运动时，x向惯性力：若俯冲拉起中的曲线运动中，切向是加速运动，则：⑥nz=0（飞机展向变速平移难）；az一般较小，在大机动飞行中可能出现。9/21/2021152.2典型飞行姿态和载荷系数2、实用意义①作为飞机结构设计时重要原始载荷系数；②n的大小实际反映了飞机的机动性能；③结合n和已知的气动力分布，可获得实际作用于结构上载荷的大小，从而进行设计与校验。④可通过在飞机重心处安装加速度计来获取。9/2

6、1/2021162.2典型飞行姿态和载荷系数三、其他飞行姿态的过载1、进入俯冲状态：（可能为负，说明升力不总是正的）2、垂直俯冲状态：(外作用合力等于惯性力合力的负值)9/21/2021172.2典型飞行姿态和载荷系数3、等速水平盘旋：（非对称机动飞行）9/21/2021182.2典型飞行姿态和载荷系数9/21/2021192.2典型飞行姿态和载荷系数4、垂直突风(在航迹运动坐标系中分析)9/21/2021202.2典型飞行姿态和载荷系数（1）计算突风引起的升力变化:（2）计算载荷系数Note:若突风不垂直飞机时,应怎样处理?9/21/2021212.2典型飞

7、行姿态和载荷系数5、飞机转动(升降)时的过载(刚体运动分析)9/21/2021222.2典型飞行姿态和载荷系数①运动分析:旋转+平移②载荷分析:当平尾产生机动载荷时,飞机产生平移与旋转；该载荷克服了飞机原有的平飞状态,使飞机在上述两个运动中产生加速度。从动平衡角度,平尾机动载荷与它克服的惯性力及力矩相平衡。9/21/2021232.2典型飞行姿态和载荷系数Ⅰ.平移速度载荷系数(质点)(外载分析法)Ⅱ.绕中心转动的载荷系数(质量力分析法)Note:①表示单位长度上的重力②集中装载物(发动机,机载设备)③要注意装载物较长的情况,当作集中点误差太大,则应(绕自身重心

8、轴的质量惯性矩)i表示转动轴线上的任意