第十三讲：尾翼和操纵面设计要点课件.ppt

1,第 十三 讲,飞机结构分析与设计,北京航空航天大学,2,本 讲 内 容,尾翼与操纵面的结构设计特点,尾翼与操纵面的结构设计特点,全动尾翼的设计特点,尾翼与操纵面功用、设计要求,尾翼与操纵面的载荷特点,操纵面的结构特点,安定面的结构特点,操纵面的气动补偿和气动平衡,全动尾翼的来由,全动尾翼的结构特点,全动平尾受力分析,转轴的位置和布置,现场课,3,4.14 尾翼和操纵面结构分析与设计,一、尾翼、操纵面的结构设计特点,1、尾翼和副翼的功用和设计要求,副 翼,操纵面,4,副翼和扰流片的功用：用来保证飞机绕X轴的横向操纵性和平衡作用；横向的稳定性可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证。,尾翼和副翼的载荷特点,平尾的功用： 提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕Z轴的俯仰平衡、稳定和操纵性；垂尾的功用： 提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕Y轴的航向平衡、稳定和操纵性；,5,尾翼和操纵面的设计主要要求（1）在飞机所有允许的飞行状态中，均能起到足够的平衡、稳定和操纵性作用；（2）为飞机的机动飞行提供操纵性作用；（3）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻；（4）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式的振动和气动弹性问题。,尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷。结构的质量载荷较小。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。,2、尾翼和副翼的载荷特点,尾翼和副翼的载荷特点,6,（1）安定面的结构特点：安定面无大开口，其构造可以由翼梁、翼肋和带长桁的壁板（或整体壁板）组成单块式翼盒结构；或多梁式翼盒结构（如现代喷气运输机）。（2）水平安定面的连接,（3）垂直安定面的连接 一般都与机身固定连接。,3、安定面的结构特点,连接形式,固定式：含分段固定和贯穿机身二种可调式：贯穿机身,7,1）操纵面的构造和受力分析 构造特点：单梁或多梁结构 边界条件：多支点连续梁 载荷传递：剪力Q、弯矩M 通过悬挂接头传给安定面； 扭矩Mt 传给操纵摇臂和悬挂接头2）操纵面悬挂支点的确定 操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑： a）保证使用可靠，舵面受载时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多； b）保证在转动舵面时不致卡死； c）操纵面梁的受力特性好一些。,4、操纵面的结构特点和传力分析,8,3）操纵面前缘缺口补强 补强原因：悬挂点接头处的开口破坏了扭矩的传力路线 补强措施：,4、操纵面的结构特点和传力分析,5、操纵面的气动补偿和气动平衡（不讲）,二、全动平尾的设计特点,全动尾翼的设计特点,全动尾翼的来由,全动尾翼的结构特点,全动平尾受力分析,转轴的型式和布置,9,超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。,操纵性要求,尾翼效能低,机翼焦点后移，要求尾翼效能高,平衡性要求,尾翼效能低,飞机焦点后移，要求尾翼效能高,1、全动尾翼的来由,10,（1）整体式平尾有 梁式结构和单块式结构。 连接方式见右图,全动平尾的两种结构型式,分段式,整体式,（2）分段式平尾平尾外段有 梁式和单块式等结构形式。,该平尾的结构特点主要在转轴和根部结构（见上图）两方面。,2、全动尾翼的结构特点,11,根据尾翼平面形状,3、转轴的型式和布置,12,按照转轴与尾翼连接关系,3、转轴的型式和布置,动轴式：轴与尾翼连成一体；缺点是尾翼的扭转刚度差。定轴式：轴与机身相连；缺点是机身侧面开槽，削弱结构较多。,13,转轴的布置原则,1）尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直径，提高承载能力，减轻转轴重量；2）尽量减小平尾气动合力对转轴的力臂，以减小铰链力矩；3）为了有利于防止颤振，转轴应放在尾翼重心附近。,动轴式平尾的受力分析,动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的结构（见下图）,4、全动平尾受力分析,14,总 结,15,退 出,第十三讲结束,16,操纵面的边界条件,17,操纵面的边界条件,18,操纵面前缘缺口补强图,补强措施：(1)可加一对斜加强肋，与梁构成三角架。扭矩由斜肋受弯和缺口段的梁受附加弯矩来传递；(2)加一短墙，与缺口两端的加强肋构成一局部闭室。扭矩在缺口段由局部闭室传递；(3)对某些小型低速飞机，可直接对梁进行局部加强，由梁本身受扭。,19,气动补偿的几种形式,20,动轴式全动平尾的结构载荷受力情况,21,动轴式全动平尾结构、载荷、受力情况,剪力传递,扭矩传递,弯矩传递,N4,C,