飞机结构设计课件5.机翼尾翼的结构设计

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1、第5章机翼、尾翼的结构设计南京航空航天大学飞机设计技术研究所本章介绍的结构设计中的基本理论与方法特点：定性的粗略的结构方案、结构元件的布置和结构件的型式主要还依赖于人趋势：计算机辅助设计与计算机辅助分析5.1机翼结构设计的原始依据5.1.1机翼结构设计的任务与内容任务：合理地选择机翼结构的受力型式布置机翼结构的主要受力构件确定结构元件的数量及尺寸内容(1)熟悉机翼结构设计的原始条件、基本要求、设计规范等；(2)结构方案设计(选择结构受力型式、主要元件的布置、材料的选用等)；(3)机翼结构的打样设计，根据结构设计方案，确定主要元件的尺寸、连接，并

2、对结构主要性能进行评估；(4)详细设计5.1.2结构设计的原始依据一、总体性能参数翼载荷p=Y/S或G/S机翼面积S机翼最大设计过载系数ny……二、机翼外形参数(1)机翼展弦比λ或机翼展长l或梯形比展弦比λ机翼展长l弯矩重量梯形比η(2)机翼相对厚度相对厚度有利于减轻机翼结构的重量(3)机翼后掠角刚度特点：刚心轴方向的长度增加，当截面的尺寸相同时，机翼的结构弯曲刚度减小。机翼垂直于刚心轴的剖面的弦长却减小了，这使机翼的扭转刚度也降低了。高速飞机为了减小波阻，往往采用薄翼型，剖面的结构高度较小，则为了达到同样的刚度要求，结构的重量将更增加。图5.

3、1直机翼与后掠翼比较变形特点刚心线也是后掠的，顺气流剖面A-B上，后缘点B的挠度比前缘点A的挠度大(图5.2)，即各顺气流剖面将因弯曲而产生附加的低头扭转变形。这一变形特点可能会产生副翼反效、颤振等现象。图5.2后掠翼弯曲挠曲线三角翼连接特点三角翼的根梢比要大得多，而展弦比小的多。机翼上压力中心内移，机翼根部弯矩和扭矩减小。三角机翼的根弦很长，结构高度大很长的翼肋在载荷作用下容易产生弦向弯曲，机翼的弦向刚度较差。需要采用多点连接，给机身－机翼的连接设计带来了困难三、机翼与飞机其它部件的相互关系上单翼或下单翼通常有中央翼，与机身框多为铰接或以铰接

4、为主中单翼如果可以由中央翼贯通机身，则机身－机翼的连接也多为铰接或以铰接为主，但中单翼如果没有中央翼，则机翼与机身框固接。飞机主起落架常常安装在机翼上影响机翼根部的结构布置和下翼面开口。机翼上的悬挂物及其所要求的大致位置，机翼沿展向有无分离面等都将影响机翼结构的布局四、机翼的内部布置是否需收藏起落架，对机翼的受力构件布置有着直接的影响，甚至影响机翼结构的型式。它将决定有无大的不受力开口、在哪些部位结构需加强，以及布置哪些必要的受力构件来承受起落架或其他部件、设备、附件等传来的各种集中力。若机翼结构要作为整体油箱，则在设计中还要解决密封、开口等特

5、殊的问题。5.1.3机翼结构设计准则机翼结构设计准则有时关系到主要结构元件的布置。当采用损伤容限设计准则或破损安全设计准则时，结构的主要传力路线必须是多路传力结构动载动载//刚度刚度————有气动弹性要求的地方，有气动弹性要求的地方，如：操纵面、翼尖如：操纵面、翼尖静载静载//强度强度————飞机中最不重要的元件，飞机中最不重要的元件，如：普通长肋如：普通长肋静载静载//刚度刚度————有变形要求的地方，如：有变形要求的地方，如：普通肋、机翼后缘普通肋、机翼后缘寿命寿命————飞机结构中的主要受力构件。如：飞机结构中的主要受力构件。如：主梁、下

6、壁板、接头、气密舱主梁、下壁板、接头、气密舱热强度热强度————高温处，如：后机身、尾喷高温处，如：后机身、尾喷口、激波产生处口、激波产生处破损安全结构破损安全结构————重要部件设计成多路传力重要部件设计成多路传力结构，如：中翼受力盒段结构，如：中翼受力盒段缓慢裂纹扩展结构缓慢裂纹扩展结构————不可检处按安全寿命不可检处按安全寿命设计设计5.2机翼受力型式的选择机翼受力型式选择的好坏直接影响机翼结构的重量机翼结构型式与机身－机翼的连接方式、起落架位置、机翼内部装载、结构材料的选用等密切相关5.2.1各种受力型式的特点梁式单块式多腹板式，也称

7、之为多梁式(1)梁式机翼翼梁是梁式机翼的主要受力构件机翼蒙皮较薄。由于翼梁之间的跨度较大，因此便于利用机翼的内部容积；便于开口而不致破坏原来的主要传力路线；机翼、机身通过几个集中接头连接，所以连接简单、方便。梁式机翼主要依靠翼梁承受弯矩。当机翼高度较小时，其材料利用率降低。结构的破损安全性能较差。(2)单块式机翼机翼上、下壁板成为主要受力构件比梁式机翼的刚度特性好。在机翼厚度较小时材料的利用率较高比梁式机翼生存力强。不宜开口。设计分离面处必须采用周缘连接形式，这种连接形式的构造复杂、装配工艺也比较困难。尽量设计成整体贯通机身(3)多腹板式上、下

8、厚蒙皮承受弯矩与梁式、单块式机翼相比，材料分散性更大。一般地说，该式机翼的刚度大、材料利用率也更好些。存在类似单块机翼的缺点。注意:判断哪种结构型式优