机身结构分析与设计课件.ppt

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1、第五章机身结构分析与设计§5.1机身的功用与设计要求一、机身的功用机身用途把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机安置空勤组人员、旅客，装载燃油、武器、设备和货物等根据飞机用途不同，机身中装载和内部布置也不一样（见下图所示）机身结构和布局全视图机身结构的质量占飞机质量的8%~15%。二、机身结构的设计要求机身结构设计要求必须满足各种装载的特殊需要及所提出的众多的使用要求，并应与机翼、尾翼等连接部件的主要受力构件的布置、连接点位置进行总体协调，以减轻飞机总重量。在保证机身结构完整性的前提下，结构重量尽可能小。机身应有足够的开敞性以便于维修。

2、有良好的工艺性，生产成本要低。机身基本不产生升力，所以机身气动力要求主要是阻力小。为此机身一般做成细长的流线体，希望外形光滑，突出物少等。使用要求是机身设计要求中的重要要求。比如座舱盖、开口等就是必须满足使用要求。一、外载特点§5.2机身的外载荷与内力特点机身主要用于装载和连接各部件，因此其主要外载有其他部件的力：主要指在飞行或起飞、着陆滑跑中机翼、尾翼或起落架等传来的力。装载力：各装载及机身结构本身都会产生质量力，其中尤以装载的质量力影响更大。增压载荷：在机身增压舱部分自身平衡而不影响机身的总体载荷，是增压舱段的重要设计载荷之一。空气动力：由于机身基本

3、上为对称流线体，故机身上除局部地区局部气动载荷较大外，分布气动力对机身总体内力基本没有影响。机身的主要外载二、机身总体受力特点机身的边界条件：可把机身看成支持在机翼上的双支点或多支点外伸梁。（支点数以及支点提供的支反力性质视机身-机翼的连接接头的具体情况而定）载荷性质和方向：剪力，作用在Y、Z轴方向上弯矩，作用在Y、Z轴方向上扭矩，作用在X轴方向上一、机身结构的组成元件及其功用§5.3典型机身结构形式和传力分析横向元件：框、蒙皮纵向元件：长桁、桁梁机身结构普通框的作用：1）维持机身的截面形状；2）对蒙皮和长桁起支持作用。普通框的受载：1）蒙皮传入机身周边

4、的空气动力；2）机身弯曲变形引起的分布压力1、隔框普通框隔框加强框加强框的作用：除上述作用外，其主要功用为：将装载的质量力和其他部件上的载荷经接头传到机身结构上的集中力加以扩散，然后以剪流形式传给蒙皮。3、蒙皮1）构成机身的气动外形，并保持表面光滑；2）承受剪力和扭矩，并与长桁一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力。蒙皮的作用2、长桁与桁梁1）承受机身弯曲时产生的轴力；2）支持蒙皮，提高蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；3）承受部分作用在蒙皮上的气动力，并传给隔框。的作用长桁与桁梁长桁与桁梁1、桁梁式机身结构结构特点：1）有几根桁梁（如四根），桁梁的

5、截面积很大；2）长桁的数量较少而且较弱，甚至可以不连续；3）蒙皮较薄。承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮与长桁只承受很小部分的轴力。优点：1）在机身上布置大开口不会显著降低机身的强度和刚度；2）开口补强引起的重量增加较少。二、机身结构的典型受力型式2、桁条式机身结构结构特点：1）长桁较密、较强；2）蒙皮较厚。桁条式机身结构承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力将由许多桁条与较厚的蒙皮组成的壁板承受。桁条式和桁梁式机身统称为半硬壳式机身。优点：1）弯、扭刚度比桁

6、梁式机身大；2）蒙皮较厚，其局部变形小，有利于改善气动性能。缺点：蒙皮上不宜大开口。3、硬壳式机身结构结构特点：1）由蒙皮和少数框组成；2）没有纵向构件；3）蒙皮较厚。承力特点：由厚蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴力和剪力。优点：弯、扭刚度大。缺点：1）机身相对载荷小，因而蒙皮材料利用率低；2）开口补强增重较大。所以这种机身型式实际上用得很少。三种典型机身的差别主要是受弯曲引起的轴向力的构件不同硬壳式机身结构机身结构的受力分析与机翼类似，只是根据机身结构的受载特点，重点讨论集中力或力矩等外载的传递，以及有开口时力的传递。这里以集中载荷情况为例，

7、分析载荷在不同结构形式机身中的传递1、桁条式机身左图表示桁条式机身一个加强框，它和水平尾翼某接头连接，受到由接头传来的Py力。假设：蒙皮只受剪切力，桁条承受正应力。机身可以看成一个空间薄壁盒式梁三、机身结构的受力分析剪力的传递：加强框——蒙皮与框的连接铆钉——机身蒙皮剪力的分布：剪流沿X轴向按阶梯形分布弯矩的传递和弯矩的分布：由以上的分析可知：在框平面内作用有集中力时，①由加强框承受该集中载荷；②框将集中力扩散，以剪流形式传给蒙皮；③剪流在蒙皮中向机身支承处（此处是向前）传递时，其剪切内力Q通过蒙皮连续向前传递；而弯矩内力M则以桁条的轴向拉、压力形式向

8、前传递。2、桁梁式机身剪力的传递：加强框——蒙皮与框的连接铆钉——机身蒙皮剪力的