飞机结构-第三章翼面结构分析.ppt

一些力学基本概念,理论力学：研究刚体，研究力和运动的关系。材料力学：研究变形体，研究力与变形的关系。构件：工程结构或机械的各组成部分，可分为 杆、板、壳、体。对构件的三项基本要求：强度：构件抵抗破坏的能力；刚度：构件抵抗变形的能力；稳定性：构件保持其原有平衡状态的能力。,一些力学基本概念,材料力学中对变形固体的三个基本假设：1.连续性假设：认为整个物体所占空间内毫无空隙地充满物质。2.均匀性假设：人为物体的任何部分、任何方向上力学性能相同，均匀分布。3.小变形假设：构件受力变形与自身尺寸相比很小，可以忽略。,一些力学基本概念,外力及其分类：外力是外部物体对构件的作用力，包括外加载荷和约束反力。按外力的作用方式分为：表面力和体积力。表面力：作用于物体表面的力，又可分为分 布力和集中力 体积力：连续分布于物体内部各点上的力。如物体的重力和惯性力。,一些力学基本概念,按外力是否随时间变化分为：静载荷和动载荷。静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值后，就保持不变或变动很不显著，称为静载荷。动载荷：载荷随时间变化，可分为交变载荷和冲击载荷。,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 1.内力：由于变形引起的物体内部的附加力。物体受外力作用后，由于变形，其内部各点均会发生相对位移，因而产生相互作用力。,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 2.截面法：为求出内力，采用截面法。变形体内力的特征：（1）连续分布力系；（2）与外力组成平衡力系。,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 2.截面法：内力的主矢和主矩：,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 2.截面法：内力的分量：N轴力T扭矩Qy、Qz剪力My、Mz弯矩,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 2.截面法：主要步骤：1）沿截面假想地截开截开，留下一部分作为研究对象，弃去另一部分；,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 2.截面法：主要步骤：2）用作用于截面上的内力代替弃去部分对留下部分的作用；3）对留下部分，列平衡平衡方程求出内力。,一些力学基本概念,内力、截面法和应力的概念 3.应力：为了表示内力在一点处的强度，引入内力集度,即应力的概念。,一些力学基本概念,杆件基本变形形式 1.拉伸或压缩,一些力学基本概念,杆件基本变形形式 2.剪切,一些力学基本概念,杆件基本变形形式 3.扭转,一些力学基本概念,杆件基本变形形式 4.弯曲,若同时发生几种基本变形，则称为组合变形。,飞机结构,第三章 翼面结构分析,第三章 翼面结构分析,1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,1.机翼的功用：1）主要功用是产生升力，保证飞机的飞行性能和机动性能；布置副翼、扰流片等进行横向操纵；布置襟翼、缝翼增升装置改善飞机起降性能。2）安装其它部件，如起落 架、发动机等；装载燃油等。机翼的结构重量占全机结构 重量 的30%50%，占全机 质量的8%15%，机翼产生 的阻力是全机 阻力的30%50%。,一、机翼的功用与结构设计要求,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,一、机翼的功用与结构设计要求,现代旅客机的机翼1-翼梁；2-桁条；3-襟翼；4-扰流片；5-副翼；6-蒙皮；7-前缘缝翼；8-挂架；9-翼肋。,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,一、机翼的功用与结构设计要求,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,2.机翼结构设计要求：1）满足飞机结构设计基本要求。2）由于各结构部件功用不同，故设计要求的侧重点有所不同：主要功用是产生升力 气动性要求是首要的：机翼保证产生足够 升力，还要求阻力尽量小；最小重量要求是主要要求：解决好强度、刚度、最小重量之间的矛盾，速度提高矛盾突出；使用、维修要求：保证燃油系统的可靠性；工艺性和经济性要求，与一般飞机结构相同。,一、机翼的功用与结构设计要求,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,1.尾翼的主要功用：一般由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）组成。1）平尾保证飞机的纵向（俯仰）稳定性，并实施飞机纵向的操纵；2）垂尾保证飞机航向稳定性，并实施对飞机航向的操纵。,二、尾翼的功用与结构设计要求,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,2.尾翼结构设计要求：尾翼也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似：保证气动性；具有足够强度、刚度、损伤容限、寿命，最小重量,二、尾翼的功用与结构设计要求,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,1.外载类型：1）空气动力载荷。2）其他部件、装载传来的载荷，如：起落架、发动机、油箱等。（集中载荷、分布载荷）3)机翼结构的质量力,三、机翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,2.机翼总体受力：1）两种简化形式：将每半个机翼看作支持在机身上的悬臂梁；看作支持在机身上的双支点外伸梁。,三、机翼的外载特点,2）与一般工程梁相比的特殊性：机翼高度(厚度)小，但其弦向尺寸（相对于梁宽）大多与翼展有相同量级（尤其如三角翼）；机翼在机身上的固定形式复杂，应考虑结构支承的弹性效应。,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,3）机翼总体内力：剪力 Q：Qn,Qh；弯矩 M：Mn,Mh；扭矩 Mt；,三、机翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,3）机翼总体内力：由于阻力相对升力很小，其引起的剪力、弯矩常常可以忽略。,三、机翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,4）机翼的扭矩翼剖面的三个特征点：刚心：翼剖面上使结构不产生扭转变形的外力与翼弦的交点。当剪力作用于该点时，机翼只弯不扭，或机翼受扭时，将 绕其旋转。压心（压力中心）：翼剖面上 气动载荷的合力与翼弦 的交点，也称焦点。q气动大小同该处翼弦 长成正比，沿展向近似线 性分布作用在压力中心线 上，方向近似垂直翼弦。,三、机翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,4）机翼的扭矩翼剖面的三个特征点：质心：机翼结构质量力与翼弦的交点。亚音速飞行时：通常压心在弦长28%处；刚心在弦长38%40%处；质心在弦长42%45%处。扭矩产生原因：三心（压心、刚心、质心）不重合,三、机翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,机翼在外载荷下的变形,三、机翼的外载特点,机翼与外载荷相平衡的内力,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,三、机翼的外载特点,3.内力分布特点及结构特点：分布力作用下：（从翼尖到翼根）内力逐渐增大机翼外形逐渐变宽变厚、内部构件增强2.集中力作用下：剪力图、扭矩图发生突变，弯矩图转折 该处应加强3.卸载作用：装载可减小翼根最大内力（剪力、弯矩、扭矩部件在刚心前）,（机翼的内力图）,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,安定面的受力情况与机翼类似。,四、尾翼的外载特点,安定面：气动力、质量力、舵面悬挂接头传来的集中力。舵面：气动力、质量力,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,尾翼上的气动力外载：1）平衡载荷：保证飞机纵向气动力矩平衡的平尾上的载荷。此时水平安定面上的载荷往往与升降舵的载荷方向相反，平尾受到较大扭矩。2）机动载荷：在不平静气流或机动飞行时偏转升降舵或方向舵产生的载荷，是尾翼的主要受力情况。3）不对称载荷：平尾：侧滑或横滚引起，载荷本身比机动载荷小的多，但引起的力矩较大。垂尾：除和平尾相同的横滚影响外，多发飞机不对称的发动机推力也会引起垂尾上的载荷。,四、尾翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 1 机翼和尾翼的功用、设计要求和外载特点,3）不对称载荷：,四、尾翼的外载特点,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,机翼结构：蒙皮纵向骨架：翼梁（缘条、腹板）纵墙 桁条横向骨架：翼肋（普通肋、加强肋）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,机翼结构：蒙皮纵向骨架：翼梁（缘条、腹板）纵墙 桁条横向骨架：翼肋（普通肋、加强肋）,一、翼面结构的典型构件,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,机翼结构：蒙皮纵向骨架：翼梁（缘条、腹板）纵墙 桁条横向骨架：翼肋（普通肋、加强肋）,一、翼面结构的典型构件,机翼典型结构构件剖面,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,歼六飞机机翼结构,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,歼七飞机机翼结构,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,1.蒙皮直接功用：形成流线型机翼外表面。承载：垂直其表面的局部气动载荷；参与机翼总体受力；较厚蒙皮与长桁一起组成壁 板，承受机翼弯矩引起的轴 力,金属蒙皮,整体蒙皮（整体壁板）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,1.蒙皮金属蒙皮：硬铝或超硬铝合金、钛合金（M=2.5）、不锈钢（M=3）等。夹层蒙皮：1）上下面板+中间疏松性结构芯层（泡沫塑料、轻木等）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,夹层蒙皮：2）上下面板+中间蜂窝芯层（铝、钢、木）；3）上下面板+中间波纹板芯层,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,壁板(加筋板)：1）薄板式壁板 蒙皮较薄，可视为薄板，其受轴向压力临界失稳应力小于长桁的临界失稳应力。2）承力蒙皮与长桁铆接 组合式壁板 蒙皮较厚，临界失稳应力与长桁接近。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,壁板(加筋板)：3）整体壁板 整块材料加工而成，重量轻、强度高。优点：结构的总体和局部刚度好，蒙皮不易失稳；机翼表面光滑，提高了气动外形准确度；减少了装配量、钉孔应力集中及对壁板截 面积的消弱。缺点：装配中可能引起拉伸等原因产生的残余应力，易引起应力腐蚀；设计不当时对裂纹扩展较敏感。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,2 长桁：参与机翼的总体受力承受机翼弯矩引起的部分轴向力；支持蒙皮，提高蒙皮的失稳临界应力。占机翼结构重量的25%40%（单块式机翼，承受轴力的 主要元件）或4%8%（薄蒙皮梁式机 翼，桁条不受轴力）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,3 翼肋：1）普通肋：（占机翼重量的8%12%）维持翼剖面形状 承受气动载荷 支持蒙皮和桁条和腹板，提高它们稳定性,2）加强肋：普通肋的功用 机翼结构的局部加强件，承受、传递集中载荷。（机翼同其它部件连接的固定接头处、作为开口处加强件、悬挂部件处）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,3）翼肋上的部分特征孔-减轻重量（通常翼肋腹板强度有富余）；孔还可通过操纵系统的拉杆、电缆、各种管子等。孔边带有弯边，为了提高翼肋稳定性和刚度。有些腹板上压有凹槽，作用相当于弱支柱，增加腹板稳定性和侧向刚度。分段，为了便于同翼梁腹板连接。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,3）翼肋的构造型式（P210）腹板式、构架式、围框式、整体肋。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,4 翼梁1）腹板式翼梁 腹板缘条 单纯受力构件：剪力、弯矩,腹板式翼梁,典型剖面,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,2）整体式翼梁 高强度合金钢（锻造后加工）刚度大 加工成型困难 腹板较厚,3）桁架式翼梁 上下缘条直支柱斜支柱,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,5 纵墙缘条弱或无（不宜承弯）功用同梁的腹板类似（承剪）,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,6 机翼机身接头 接头形式视机翼结构的受力型式而定,叉式接头,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,一、翼面结构的典型构件,机翼主要构件及其承力情况,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,结构型式：结构中起主要作用的受力构件的组成形式 飞机结构及其典型构件大多为薄壁结构，由最基本的板、杆元件连接组合而成。结构受力型式的设计原则：根据构件的最佳受力特性进行恰当组合 使它们各自分担最符合自身受力特性的载荷 使设计的结构重量轻、刚度大。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,如图：一两端简支的高强铝合金圆杆AB。已知杆剖面面积F=40mm2，l=80mm，E=72000MPa，b=420MPa。1）仅在P力作用下，该杆可以承受P值多大？2）若在杆中点处仅作用一横向力Q，该杆能承受该横向力Q最大是多 少？,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,1 杆：只能承受（或传递）沿杆轴向的分布力或集中力（宜受拉，受压易失稳）。如：机翼中的长桁、翼梁缘条。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,2 板：薄板：宜受面内分布载荷（宜受拉；受剪切、受压易失稳）；不宜受集中力，须附加构件，将集中力扩散成分布剪流。如：墙、翼梁和翼肋的腹板。厚板：能受分布载荷和一定程度的集中力（可受剪、拉、压）。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,3 平面板杆结构：由位于同一平面的板、杆组成，适宜受作用在该平面内的载荷。薄板：板、杆之间只相互传递剪流；杆轴向力 板只受剪（近似认为）如：长桁加强的蒙皮壁板结构,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,3 平面板杆结构：,三角形薄板杆结构不能受剪,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,3 平面板杆结构：厚板是可以承受正应力的。此时，虽然板能直接受拉，但并不把此力以横向载荷形式传给杆。为计算方便，往往把板的抗拉能力折算到杆上去，结构仍然简化成受剪板和受轴力杆。,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,4 平面梁：薄壁结构组合梁 整体翼梁,腹板式翼梁,第三章 翼面结构分析 2 翼面结构的典型构件及其受力特性,二、典型构件的受力特性,5 空间薄壁结构与厚壁筒：平面板杆结构在空间上的组合。翼面结构都可简化为薄壁盒式梁结构。盒式梁可分为单闭室、多闭室（静不定结构）。,（a）单闭室盒式梁,（b）多闭室盒式梁,（c）周缘封闭的薄壁梁,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,3 翼面典型结构型式及其传力分析,一、传力分析方法,1.传力分析：主要以工程梁理论为基础，对结构的传力规律进行以定性分析为主的分析工作。2.传力分析中的结构简化原则（1）略去次要构件和次要结构部分；（2）略去构件的次要受力特性；（3）简化集中连接为铰支或固支，简化分散的铆连接为连续连 接。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,一、传力分析方法,3.结构或构件能承载的条件：（1）一个构件能否传递这种或那种载荷，就要看该构件在此种 载荷下能否满足强度要求（不发生破坏）或在通常结构效 率下（构件的重量不应过大）构件的形变是否超过了允许 值；（2）必须考察结构中各构件的连 接能否传递该种作用载荷。传入 传出 传至基础,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,一、传力分析方法,4.静不定结构受力时的刚度分配原则：静定结构：与相对几何位置（各元件、支座、作用力）有关 静力平衡方程静不定结构：相对几何位置、各元件刚度、支承条件 静力平衡方程+变形协调条件,静定结构 静不定结构,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,一、传力分析方法,刚度分配原则：在一定条件下（变形符合平剖面假设），结构中各元件按照其刚度大小的比例来分配载荷。,平剖面假设：变形前垂直梁中心线的平剖面，变形后仍然为平面（刚性横截面假定）,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,薄蒙皮梁式 特点：蒙皮薄，纵向翼梁很强，纵向长桁少、弱，梁缘条剖面远大于桁条，通常分为左、右翼，通过梁、墙根部接头与机身相连。梁通常位于翼剖面高度最大处，通常还有1、2根纵墙。早期低速、现代农用飞机。,缺点：生存力差、不适于作整体油箱优点：连接简单、检查维护方便、适于大开口,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,弯矩翼梁缘条,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,剪力翼梁腹板,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,扭矩闭室（蒙皮+梁或墙腹板）,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,2.多梁单块式 特点：蒙皮较厚，与长桁、翼梁缘条组成可受轴力的壁板承受总体弯矩；弱梁、强桁，桁条剖面接近梁缘条，桁条布置较密；梁或墙与壁板形成封闭盒段，抗扭。通常整体机翼（贯穿机身）、可在翼展向设计有分离面，接头多、结构受力较分散、翼型较薄。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,缺点：连接复杂、装配较难、检查维护不方便、不适于大开口。优点：生存力较好、适于作整体油箱、材料利用率较高。（可较轻）,大型高亚音速运输机超音速战斗机,2.多梁单块式,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,弯矩壁板（蒙皮+桁条+缘条）剪力梁或墙腹板扭矩闭室（壁板+梁或墙腹板）,2.多梁单块式,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,3.多墙（梁）厚蒙皮式 特点：多墙（一般多于5个），蒙皮厚（可从几mm至十几mm），无长桁，有少肋和多肋两种，结合集中力的需要，至少每侧机翼上要布置35个加强翼肋；整体机翼（贯穿机身）或左右两机翼、结构受力 分散、翼型较薄。,缺点：加工较难、成本高、检查维护不方便。优点：强度刚度大、材料利用率高。,较大M数超音速战斗机,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,4.混合式 充分利用各种受力型式的优点。单块式过渡到梁式；多樯过渡成梁式。如图：F10413根墙过渡到5根梁,较大M数超音速战斗机,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,二、翼面结构的典型受力型式,结构型式的演变1）维形构件和受力构件的逐渐合并2）承剪和承扭的构件作用基本相同，主要是承弯构件的演变 梁式 单块式 多腹板式 梁的缘条 蒙皮和桁条组成的壁板 蒙皮（整体壁板）蒙皮：薄蒙皮 较厚蒙皮 厚蒙皮（整体壁板）桁条：少桁弱桁 多桁强桁 整体壁板梁：强梁 弱梁 无梁 承受轴力的面积更分散、更靠近外表面 承弯构件的有效高度更大 材料利用率高 蒙皮局部刚度、机翼扭转刚度提高,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递1）蒙皮的初始受载 蒙皮将气动载荷分别传给长桁和翼肋。蒙皮支持在桁条和翼肋上，以压力和吸力形式直接承受气动载荷。此时，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮，则也受横向弯曲）。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递2）长桁的初始受载 长桁把自身承担的气动载荷传给翼肋。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载 翼肋把自身及收集到的气动载荷传递给蒙皮壁板、翼梁(墙)腹板组成的翼盒。a)Q产生的剪力 由梁的腹板传递。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载b)Q产生的弯曲内力,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载c)Mt的传递 蒙皮与梁腹板组成闭室。平衡剪流：,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递3）翼肋的受载,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递4）翼梁的受载 翼梁将翼肋传来的剪力与轴力传入“基础”。,翼梁的平衡及其内力图,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,作用在机翼上的气动载荷的传递 双梁直机翼的传力分析,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,机翼上集中力的传递 必须在力的作用点处布置相应的构件扩散集中力。传递展向集中力时，可以布置辅助梁等纵向构件；传递翼肋平面内的集中力时，可布置加强肋。与普通肋相比，载荷传递过程相同，只是在集中力作用处，有力、力矩的突变，对机翼总体弯矩有影响。,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,总体力在典型结构型式中 的传递特性1）多梁单块式机翼的总体力 传力特征总体剪力总体弯矩总体扭矩,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,总体力在典型结构型式中 的传递特性2）多墙式机翼的总体力传力特征总体剪力,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,三、典型翼面结构型式的传力分析,总体力在典型结构型式中 的传递特性2）多墙式机翼的总体力传力特征总体弯矩总体扭矩,第三章 翼面结构分析 3 翼面典型结构型式及其传力分析,四、典型翼面结构传力分析要点,典型元件的受力功用1）蒙皮2）翼肋3）翼梁和墙4）长桁2.各典型型式受力特点的比较,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,一、机翼、机身对接接头处的传力分析,1.翼根集中对接接头的构造 型式与传力分析 薄蒙皮梁式机翼：翼梁贯通机身；集中连接；剪力弯矩扭矩,单梁式机翼接头,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,一、机翼、机身对接接头处的传力分析,2.带中央翼时与机身对接处的传力分析1）对接接头 耳片接头 空心销 对接螺栓 角盒接头,5-角盒接头,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,一、机翼、机身对接接头处的传力分析,2.带中央翼时与机身对接处的传力分析2）对接区传力分析a）剪力b）扭矩c）弯矩 对称弯矩 反对称弯矩,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,一、机翼、机身对接接头处的传力分析,2.带中央翼时与机身对接处的传力分析2）对接区传力分析c）弯矩 对称弯矩 反对称弯矩,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,平剖面假设的情况对于机翼根部情况不再符合。如限制扭转、后掠机翼根部的后掠效应。平剖面假设：垂直于轴线的平剖面变形后仍保持平面并垂直于变形后的轴线。某些机翼根部区域或变化区存在结构参与问题,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,1.机翼根部的限制扭转机翼根部剖面由于翘曲引起的展向变形受到限制机身（中翼）对外翼产生附加的次应力。机翼的实际应力 基本应力次应力,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,1.机翼根部的限制扭转次应力分布圣维南原理：如果把作用在物体上的一小部分边界上的力系，用一个分布不同但静力等效的力系（主矢量相同，对同一点的主矩也相同）代替，则仅在此边界附近的应力分布有显著改变，而距该区域较远的地方几乎没有影响。单梁式直机翼不存在限制扭转作用。,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,2.多梁单块式和多墙式机翼的根部只有几个集中连接接头与机身相连时的结构参与问题 在长度为L的蒙皮上逐渐完成：通过蒙皮受剪，长桁和蒙皮在参与段内逐渐退出承受正应力，转由梁缘条承受。,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,2.多梁单块式和多墙式机翼的根部只有几个集中连接接头与机身相连时的结构参与问题 越靠近梁缘条的纵向元件，其参与段越短。,第三章 翼面结构分析 4 机翼、机身连接区和结构布置变化区的传力分析,二、根部连接盒结构布置变化对机翼的影响,2.多梁单块式和多墙式机翼的根部只有几个集中连接接头与机身相连时的结构参与问题,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：有效改善跨音速飞行的气动问题。（1）刚度特点：展长、顺气流剖面弦长相同的前提下（则机翼面积、展弦比等参数相同）与直机翼相比：若达到同样刚度，机翼结构重量增大。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（2）变形特点和副翼反效：a）刚心线后掠 附加扭转变形 b）副翼反效,刚心：翼剖面上使结构不产生扭转变形的外力作用点。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,副翼/舵面反效：本想偏转副翼/舵面增加升力，但升力却减小；本想偏转副翼/舵面减小升力，但升力却增加。,副翼偏转产生的升力：下偏角 Ya（+）由此产生的负升力：Ya Ma（扭转力矩-低头-Yk若Ya Yk，则副翼反效。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（2）变形特点和副翼反效：c）根部载荷增大（主要是扭矩）（翼面压力中心较直机翼明显后移）上述三点均随后掠角的增大而更趋严重，其受力特点决定了后掠机翼较适宜于采用单块或多墙式，考虑到开口等因素，可采用混合式结构。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（3）后掠效应 现象：由于根部三角区的存在，导致弯矩M引起的正应力向后缘集中，即越靠近后缘，正应力越大的情况。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（3）后掠效应 原因：前部纵向构件长（桁、梁缘条）轴向拉压刚度小 承担的轴力按照刚度大小分配 承担的载荷小 应力较低。（机翼外段刚性假设下）后掠角越大，后掠效应越严重。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（3）后掠效应 为一组自身平衡的应力次应力,（a）,（a）,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,飞机结构,一、后掠机翼,1.后掠机翼的结构特点和受力特点：（3）后掠效应 实际弹性条件下：机翼外段变形剖面变形后翘曲 后缘应力集中现象有所缓和。,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.后掠机翼的结构型式 按机翼根部结构的受力型式，可分为两大类：（1）机翼纵向受力构件转折的后掠翼 有梁式、单块式、多墙式等。布置能传递弯矩的受力构件：1-2 侧边肋,一、后掠机翼,a-单梁式；b-双梁式；c-多梁式；d-对称面有加强肋的后掠翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.后掠机翼的结构型式（1）机翼纵向受力构件转折的后掠翼。,一、后掠机翼,单梁式后掠翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.后掠机翼的结构型式（2）主要纵向受力构件不转折的后掠机翼 如带内撑梁的后掠翼 布置能传递弯矩的内撑梁2-4,一、后掠机翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.后掠机翼的结构型式（2）主要纵向受力构件不转折的后掠机翼,一、后掠机翼,双梁式后掠翼（带内撑梁）,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：1）纵向受力构件转折机翼（例：双梁单块式）a)扭矩传递,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：1）纵向受力构件转折机翼（例：双梁单块式）b)剪力传递,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：1）纵向受力构件转折机翼（例：双梁单块式）c)弯矩传递,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：2）带内撑梁式机翼简化假设,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：2）带内撑梁式机翼传力分析 剪力 弯矩,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,一、后掠机翼,3.后掠机翼的传力分析：2）带内撑梁式机翼 扭矩,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,1.三角机翼的特点 后掠角大(5575);根梢比大(可达十几)；展弦比小(1.52.5);受力特点：机翼大部分面积靠近根部 压心内移（更靠近翼根）气动力作用点距翼根的力臂减小 翼根弯矩减小 压心相对于根部剖面刚心的力臂减小 翼根扭矩减小。刚度特点：根弦长 若相对厚度一样，翼根高度可更大 翼根的弯曲、扭转刚度更大。,二、三角机翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,1.三角机翼的特点,二、三角机翼,缺点：1）翼肋长 易产生横向弯曲2）中单翼时，同机身的连接点较多 3）翼尖薄、机翼前后缘薄,且局部气动载荷较大。,三角翼翼肋的变形,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.三角机翼结构型式 对应于上述三个缺点，可采用型式：缺点1 多梁/腹板式结构（可支持长翼肋）缺点2 根部多梁式（集中接头同机身连接）缺点3 局部采用多梁单块式结构或采用蜂窝结构、整体壁板结构。因此，多梁/腹板式结构居多。,二、三角机翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.三角机翼结构型式多梁/腹板式结构：1）正交梁 2）汇交梁 3）混合式,二、三角机翼,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.三角机翼结构型式多梁/腹板式结构：,二、三角机翼,“协和号”飞机结构,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,2.三角机翼结构型式多梁/腹板式结构：,二、三角机翼,法国“阵风”战斗机结构,第三章 翼面结构分析 5 后掠机翼与三角机翼,二、三角机翼,机翼结构型式比较（详见P193 表5.1）,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,1.机翼前、后缘增升装置(P223),第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,1.机翼前、后缘增升装置 1）机翼增升的原因：机翼的翼型和平面形状几何参数，通常是按巡航状态要求设计的，翼型的相对弯度等参数是按设计升力系数的要求确定的。其气动特性不能满足起飞着陆状态的要求。为改善飞机的起飞着陆性能，需要增升装置。2）机翼增升原理：,3）增加升力的途径：提高CL：-增加翼型弯度；-控制附面层，延迟气流分离。提高S,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,1.机翼前、后缘增升装置 4）增升装置的类型：前缘增升装置：固定式缝翼可操纵前伸缝翼克洛克襟翼(Krueger Flap)下垂前缘局部弯曲 后缘增升装置 简单式襟翼 后退式襟翼 开裂式襟翼 开缝式襟翼（单、双、多缝）吹（喷）气襟翼,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,1.机翼前、后缘增升装置 4）增升装置的类型：,波音737采用的三缝襟翼,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,2.减速板和扰流板 位于机翼上表面襟翼之前，用于控制机翼升力和阻力的板。,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,2.减速板和扰流板 1）功用 打开时，引起气流分离，阻力增加。扰流板：飞机横向操纵机构，应远离机身纵 轴布置，通常在外侧襟翼前面。减速板：一般布置在内侧襟翼前面，着陆时 可使飞机进场更准确，并增大下滑 斜率，缩短滑跑距离。,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,2.减速板和扰流板 2）结构 主承力结构：与中间支架对接的壁板。,1扰流（减速）板、壁板2、5接头3前墙4支架6端肋7尾部桁条,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,3.活动面的发展趋势 传统活动面局限性:活动面不是全机翼的，偏转时破坏机翼表面连续性；不能快速起作用；每个活动面功能有限，互不相关；要求有各自的操纵系统、动力源等。,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,3.活动面的发展趋势 适应超机动性、短距起落性能要求。现代飞机的各类活动面：一个活动面可以执行多种功能、各类活动面联动；同自动操纵系统联系在一起 构成多功能系统。如：襟副翼：作为副翼，横向操纵；作为襟翼，增加、减少升力。扰流板：横向操纵 阻力板 多功能系统：襟翼前缘缝翼系统 自适应机翼,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,4.自适应机翼 机翼外形、弯度可根据任务需要而改变的一种柔性机翼。翼尖的后缘上偏（升力减小）+翼根后缘下偏（升力增大）：压力中心内移（aa）机动飞行中，同样过载下可以不增大翼根弯矩（力臂减小）同样结构强度下可增大载荷/过载 左右不对称偏转又可实现横向操纵,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,一、机翼前、后缘活动面,4.自适应机翼,White Knight,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,二、尾翼和副翼结构,尾翼结构 1）尾翼布局正常式单垂尾双垂尾多垂尾V形尾鸭式无尾式,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,二、尾翼和副翼结构,尾翼结构 2）安定面结构 与机翼基本相同，现代速度较高的飞机 一般采用双梁(或多梁)、壁板、多肋的单块式结构。采用多梁以提高防颤振特性,1前梁 2后梁 3樯 8，9加强框 11可拆前缘 12壁板 13铝蜂窝 14铰链肋 15玻璃纤维蜂窝 16可更换后缘 17配重 18检查口,B-747 垂尾（左）平尾（右）,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,二、尾翼和副翼结构,尾翼结构 2）安定面结构双梁/樯、壁板、多肋,歼六平尾,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,二、尾翼和副翼结构,尾翼结构 2）安定面结构 双梁、变厚度蒙皮、无桁、密排翼肋。成本低、抗扭刚度高，防颤振效果好。,1根肋 2普通肋 3前梁 4后梁,第三章 翼面结构分析 6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构,二、尾翼和副翼结构,尾翼结构 3）全动平尾（P232）将