飞机结构分析与设计讲稿
飞行器结构设计与分析
飞行器结构设计与分析从古至今，人类一直向往飞翔的自由。
在现代科技的发展下，人们终于可以驾驭驾机飞翔。
而飞机的设计和结构是实现这个愿望的重要关键。
一、飞机的基本结构飞机是一个巨大而复杂的系统。
一个飞机通常由机翼、机身、尾部和发动机组成。
机翼是飞机承受飞行重力，并产生升力的部分。
机身是飞机的主体组成部分。
尾部包括尾翼和尾旋翼，它们控制着飞机的方向和平衡。
发动机提供推力，使得飞机向前运动。
二、飞机结构设计中的考虑因素设计师在设计飞机的结构和布局时，必须考虑到许多因素。
一些主要因素包括：机翼升力、阻力、质量、失速和安全等方面。
为了达到飞行的目的，飞机的机翼必须能够产生升力和阻力。
通常情况下，翼展越长，机翼面积越大，所能产生的升力也会越大。
不过，同时也会增加飞机的质量。
而当飞机不能在给定的速度和升力下飞行时，就会发生失速。
因此，在设计机身和机翼时，必须确保足够的升力和控制面积，以避免飞机失速。
三、飞机结构设计的工程手段飞机结构设计和分析是一项非常复杂的工程。
设计和分析涉及到机械工程、工程力学、材料和制造。
在设计和分析的过程中，工程师需要使用一些高级的软件工具，如有限元分析和计算流体力学。
有限元分析用于评估和优化飞机结构的力学特性，包括重量、强度和刚度等。
而计算流体力学则可以帮助工程师模拟飞机的运动和飞行特性。
四、飞机结构材料强度和刚度是飞机结构设计的重要考虑因素之一。
传统上，飞机的结构使用铝合金制成。
不过，近年来，碳纤维和复合材料也开始被广泛使用。
复合材料由两种或多种不同材料组成，具有超强的弹性、刚度和重量比。
此外，复合材料还有防腐蚀性能好、使用寿命长等优点，因此，在现代飞机制造中正变得越来越流行。
五、结语总之，飞机结构设计是一项非常复杂的工程。
设计师必须考虑各种因素，并使用各种工具和技术来设计合适的飞机结构。
在不断的试验和优化中，设计出一个成功的结构，才能使得飞机能够稳定、安全地飞行。
飞机结构—机身结构分析
第四章
机身结构分析
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§1 机身结构的设计要求和受载特点
§1 机身结构的设计要求和受载特点 一、机身功用
1. 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和 货物；
2. 将机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成 一架完整的飞机。
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§1 机身结构的设计要求和受载特点
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§1 机身结构的设计要求和受载特点
三、机身外载
3）增压载荷 在机身增压舱部分基本自身平衡，对机身的总体内力影响很小。 在机身增压舱结构内产
生轴向正应力和机身横截 面内的环向正应力，前后 端框产生侧压力。
对于旅客机而言，是重 要的疲劳载荷。
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§1 机身结构的设计要求和受载特点
二、机身结构的典型受力型式及分析
1. 典型受力型式
2）桁条式：
结构特点： • 无桁梁； • 长桁密且强； • 蒙皮较厚。
受力特点： • 机身弯曲引起的轴向力主要由桁条 和较厚蒙皮组成的壁板承担； • 剪力由蒙皮承担。 不宜大开口，抗弯、扭刚度大；蒙皮
局部变形小，有利于改善气动性能。
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§2 机身典型结构型式的传力分析
2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑
跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。
若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
作用在机身上的不对称载荷
M扭 = Y ·c
M扭 = P ·h
水平尾翼不对称载荷 垂尾侧向水平载荷
《飞机结构》
飞机结构详细讲解
飞机结构详细讲解机翼机翼是飞机的重要部件之一，安装在机身上。
其最主要作用是产生升力，同时也可以在机翼内布置弹药仓和油箱，在飞行中可以收藏起落架。
另外，在机翼上还安装有改善起飞和着陆性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼，有的还在机翼前缘装有缝翼等增加升力的装置。
由于飞机是在空中飞行的，因此和一般的运输工具和机械相比，就有很大的不同。
飞机的各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下尽可能轻，机翼自然也不例外，加之机翼是产生升力的主要部件，而且许多飞机的发动机也安装在机翼上或机翼下，因此所承受的载荷就更大，这就需要机翼有很好的结构强度以承受这巨大的载荷，同时也要有很大的刚度保证机翼在巨大载荷的作用下不会过分变形。
机翼的基本受力构件包括纵向骨架、横向骨架、蒙皮和接头。
其中接头的作用是将机翼上的载荷传递到机身上，而有些飞机整个就是一个大的飞翼，如B2隐形轰炸机则根本就没有接头。
以下是典型的梁式机翼的结构。
一、纵向骨架机翼的纵向骨架由翼梁、纵樯和桁条等组成，所谓纵向是指沿翼展方向，它们都是沿翼展方向布置的。
* 翼梁是最主要的纵向构件，它承受全部或大部分弯矩和剪力。
翼梁一般由凸缘、腹板和支柱构成（如图所示）。
凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金钢制成，腹板用硬铝合金板材制成，与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。
凸缘和腹板组成工字型梁，承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。
* 纵樯与翼梁十分相像，二者的区别在于纵樯的凸缘很弱并且不与机身相连，其长度有时仅为翼展的一部分。
纵樯通常布置在机翼的前后缘部分，与上下蒙皮相连，形成封闭盒段，承受扭矩。
靠后缘的纵樯还可以悬挂襟翼和副翼。
* 桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。
二、横向骨架机翼的横向骨架主要是指翼肋，而翼肋又包括普通翼肋和加强翼肋，横向是指垂直于翼展的方向，它们的安装方向一般都垂直于机翼前缘。
* 普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。
飞机结构与原理的报告
飞机结构与原理的报告飞机结构与原理的报告一、引言飞机是一种空中运输工具，利用气动力学原理在大气中飞行。
它的设计和结构是基于多个科学原理和发展而来的。
本报告旨在介绍飞机的结构和原理，从而更好地理解飞机的运作原理。
二、飞机的构造1. 机身结构飞机的机身是承载飞行器重量和载荷的基本结构。
通常由铝合金或复合材料制成。
具体来说，机身分为前、中、后三个部分。
前部包括船头锥、机头、驾驶舱等；中部是乘客和货物的区域；后部是动力装置和尾部组件的区域。
2. 机翼结构机翼是飞机的升力产生器，负责飞机的升空和维持飞行稳定。
它由前缘、后缘、主梁等部件组成。
前缘是机翼前部的曲面，其形状和曲率影响着飞机的气动性能。
后缘是机翼的尾部边缘，用于控制飞机的姿态和机动性能。
主梁连接和支撑机翼的其他组件。
3. 尾翼结构尾翼是飞机的稳定和操纵系统，包括水平尾翼和垂直尾翼。
水平尾翼通过改变升力的分布来调节飞机的姿态和飞行稳定性。
垂直尾翼负责操纵飞机的方向并提供稳定性。
它们由框架、表面和控制表面等组成。
4. 起落架结构起落架是飞机地面操作和起降的重要组件。
它由车轮、支架、减震系统和刹车系统构成。
起落架可以根据飞机的类型和用途有所不同，如固定起落架、收放起落架等。
三、飞机的原理1. 气动力学原理飞机的运行基于气动力学原理，主要包括升力和阻力。
升力是由机翼产生的向上的力，使飞机能够克服重力并实现升空。
阻力是飞机进入大气层时所受到的阻碍力，影响着飞机的速度和燃料消耗。
2. 动力系统原理飞机的动力系统通常由发动机、推进器和燃料系统组成。
动力系统提供了飞机在空中运行所需的推力。
发动机燃烧燃料产生高温高压气体，推进器将气体喷出来产生推力，从而推动飞机向前移动。
3. 操纵系统原理飞行器的操纵系统用于改变姿态、方向和其他飞行参数。
飞机的操纵系统包括飞行员操作的控制杆、脚蹬和襟翼等。
飞行员通过操作这些控制装置来控制飞机的飞行姿态和方向，实现起飞、飞行和降落等动作。
飞机机身结构设计与分析研究
飞机机身结构设计与分析研究飞机的机身结构是支撑整架飞机的主要构件，它的设计与分析直接关系到整架飞机的综合性能和安全系数。
因此，飞机机身结构的设计与分析是航空学科中极其重要而又复杂的一个领域。
在本文中，我们将详细讨论飞机机身结构的设计与分析，并介绍若干常见的设计方法和分析技术。
一、飞机机身结构的设计方法1.1 材料选择飞机机身的支撑结构通常由金属材料和复合材料构成。
金属材料的优点是韧性好、容易制造和维修；而复合材料则具有重量轻、强度高、抗腐蚀和耐疲劳等特点。
因此，在机身结构设计中，需要根据具体的使用要求和性能要求选择适当的材料。
1.2 结构布局飞机机身的结构布局是指机身的整体设计和构造形式，包括机身的形状、大小、结构细节和系统支撑等。
在设计中，需要考虑机身的翼展、载荷、材料、空气流动和其他重要因素，以确保整架飞机的飞行性能和安全性。
1.3 系统设计飞机机身的系统设计是指飞机各种机械、电子和液压系统的集成和布置。
在设计中，需要考虑这些系统的重量、尺寸、功率、电源和信号传输等因素，以确保整架飞机的可靠性、安全性和效益性。
二、飞机机身结构分析技术2.1 有限元分析有限元分析是一种基于数学原理和计算机技术的现代分析方法，它可以模拟飞机机身结构在受载情况下的应力、形变和变形等情况。
该方法具有高精度、高效率和广泛适用性等特点，已经成为飞机机身结构分析中不可或缺的技术手段。
2.2 结构强度分析结构强度分析是对飞机机身结构在各种不同负载条件下的强度性能进行评估和优化的过程。
该分析方法主要涉及静力学、动力学和疲劳强度等方面，它的结果能够为机身结构的设计和优化提供重要的依据。
2.3 疲劳寿命评估疲劳寿命评估是对飞机机身结构在循环加载和频繁运转条件下的损伤和寿命进行评估和预测的过程。
该评估方法主要涉及疲劳强度、应力分析和损伤评估等方面，可以为机身结构的使用寿命提供科学的依据。
三、飞机机身结构设计与分析的发展趋势未来，随着科技的不断发展和航空工业的不断壮大，飞机机身结构设计与分析也将会迎来更加广阔的发展空间和更多的机遇。
飞机结构分析与设计PPT课件
• 下面简要介绍几种以计算机技术为基础的重要
的设计方法和技术
1. 有限元素法
2. 结构优化设计
3. 数字化设计（自学）
4. 多学科设计优化（自学）
2021/3/7
6
12.2.1 结构有限元分析
1. 单元模型。如杆单元与梁单元，板单元与体单元。 2. 单元的剖分数量。如 应力集中处单元剖分密度要大。
开 孔 板 网 格 剖 分 图
3. 单元插值函数的选取。
2021/3/7
14
三、有限元模型化原则
模型化工作，就是把实际结构的力学问题化为一种能够 用有限元法求解的力学模型。建立合理的力学模型是有 限元法的关键。
12
有限元法解体操作的典型步骤
单元 剖分
单元分析、 建立单元 刚度方程
结构整体分析、 组集总体刚度方
程 {F}=[K]{}
数值求解节点位
移: {}=[K]-1{F}
实例
结构内任意点处的 应力、应变分析
单元分析、 单元刚度方程
有限元法解题的步骤和过程图
2021/3/7
13
影响有限元法计算精度的因素
12.1 飞机结构设计思想的发展过程
• 飞机结构设计必须保证结构有良好的安全可靠性。 随着科学技术的发展，飞机结构设计的准则、要 求、方法和内容均有很大的发展。
飞机结构设计思想发展过程
20世纪 / 40年代 / 50、60年代 / 70年代
只考虑强度、刚 度设计→静、动 强度设计
静强度、动强 破损安全、耐
一、有限元素法在结构设计的作用 二、有限元素法的基本概念 三、有限元模型化原则 四、有限元软件
飞机结构讲解介绍课件
飞机检修的周期和内容
定期检修
根据飞机的类型和飞行小时数， 飞机需要进行定期检修，包括起 落架、发动机、机翼等关键部件
的检查和维修。
飞行前检查
每次飞行前，机组人员会对飞机进 行简短的目视检查，确保没有明显 的损坏或异常情况。
飞行后检查
每次飞行后，机组人员会对飞机进 行详细检查，包括发动机、起落架、 机身等部分，确保飞机在下次飞行 前处于良好状态。
起落架的材料和制造工 艺
要点一
总结词
要点二
详细描述
起落架材料多为高强度铝合金或复合材料，制造工艺涉及 精密铸造和焊接等。
高强度铝合金具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，广泛应 用于起落架制造。复合材料则具有更高的强度和刚度，适 用于现代高性能飞机的起落架。制造工艺涉及精密铸造、 焊接、机械加工等多种技术，以确保起落架的精度和可靠性。
飞机结构的维修和保养
表面清洁
定期对飞机表面进行清洁，去除尘土、 污垢和鸟粪等污染物，保持飞机外观 整洁。
防腐处理
对飞机的金属部分进行防腐处理，如 喷涂防锈漆、涂抹防腐剂等，以延缓 腐蚀过程。
紧固件检查与更换
定期检查飞机的紧固件，如螺丝、铆 钉等，如有松动或损坏及时更换。
结构损伤修复
对于发现的飞机结构损伤，如裂纹、 凹陷等，及时进行修复或更换受损部 件。
转运动。
起落架
用于起飞、降落和地面滑行， 由支柱、轮子和减震器等组成。
飞机结构分类
01
02
03
按机翼数目
可分为单翼机、双翼机和 多翼机。
按机翼固定方式
可分为固定翼机和旋翼机。
按用途
可分为民用飞机、军用飞 机和通用航空器等。
飞机结构材料
飞机结构讲解(ppt 36页)
机翼的构造
根肋
通风防震油箱
油箱
缝翼
中央油箱
副翼
襟翼滑轨
襟翼
主起枢轴支架
机翼布置（下翼面）
前梁
缝翼
下蒙皮
后梁
检修口
机翼下壁板的布置
长桁
壁板1
壁板2
壁板3
中央翼盒及承力框
刹车
（五） 动力装置
动力装置主要用来产生拉力或推力，为机上用电设备提供电源， 为空调设备等用气设备提供气源。
涡桨发动机VS活塞发动机
• 同活塞式发动机＋螺旋桨相比，涡轮螺旋桨发动机功率大， 功重比（功率/重量）也大，最大功率可超过10000马力， 功重比为4以上；而活塞式发动机最大不过三四千马力， 功重比2左右。
主承力框
壁板
前梁
后梁
根肋
（二） 机身
机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备；还可将飞 机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。
•
前机身典型结构
中机身典型结构
框 长桁
蒙皮
地板纵梁 地板横梁
应急出口
中后机身典型结构
后机身及尾翼典型结构
（三） 尾翼
• 尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平 尾翼由固定的水平定面和可动的升降舵组 成。垂直尾翼则包括固定的垂直安定面和 可动的方向舵。尾翼的主要功用是用来操 纵飞机俯仰和偏转，并保证飞机能平稳地 飞行。
飞机构造
飞机的组成及功用
飞机由主要组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。
机翼
动力装置
垂直尾翼 水平尾翼
前起落架
机身
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的翼梁。
优 点： 蒙皮在气动载荷作用下变形较小，气流质量高。材料向
外缘分散，抗弯、抗扭强度及刚度均有所提高。安全可靠性好。
缺 点： 结构复杂，对开口敏感。与中翼或机身接合点多，连接
复杂。
6
多腹板式机翼的结构特点
多腹板式
主要结构特点是：这类机翼布置了较多的纵墙，蒙皮较厚。厚蒙
8
3、相对载荷、有效高度比 （1）机翼的相对载荷 M/HaB B — 受力翼盒的弦长（近似取为60%的弦长） Ha 翼盒的平均高度（近似取为80%翼型最大高度）
相对载荷的意义：
代表壁板以宽柱 型式受力时，单位宽 度壁板上所受的轴向 力。
9
假设略去后掠角和梯形比的影响，估算时近似地把后掠机翼 简化为平直矩形机翼，同时略去机身段的影响，后掠、平直机翼 相对载荷估算公式为 （主要从受压区的情况进行分析）
机翼对称面上的最大弯矩为
M 1G l 1 nG Sn lS 2S 4 8 S
相对载荷为
1 nG 1 Gl l G l M / Ha B lS 0.26n 0.26n 8 S S bC S C 0.8Cb0.6b
可见 G/S、λ、l、n 等参数愈大，C 愈小，则相对载荷愈大。
10
强度刚度规范 及设计参数
展弦比 λ 机翼展长 l
后掠角 χ 梯形比 η
翼型相对厚度C 上、中、下单翼 分开 或 贯穿机身
机翼内部布置
机翼-机身连接方式
机翼整体油箱、安装起落架等
3
三、机翼结构设计的步骤
机翼内部安排、确定设计分离面、 选择结构型式、布置主要受力构 件、绘制机翼理论图及打样图。 完成机翼零、构件设计，画出从 零件、构件、组件到部件的全套 生产图纸，并完成机翼强度、刚 度、寿命的全部计算。
绘制生产图纸
给出疲劳寿命 和检查周期
四、机翼结构型式的选择(属打样设计阶段)
机翼的结构型式在总体设计阶段就已进行了初步考虑。总体 方案确定后，各部件的结构受力型式和主要受力构件的布置也就 基本确定，在结构设计中只是根据协调需要作小的更改。
1、各种受力结构型式的特点及其材料分布
梁式
主要结构特点是: 纵向有很强的翼梁，蒙皮较薄，长桁较弱，梁
打样设计
机翼结构设计 工作设计
机翼结构设计的具体步骤：
外载和内 力计算 内部安排，确定结构型 式、设计分离面、对接 方式，布置主要受力构 件，绘制打样图 设计计算， 对各元件 的强度进 行设计 绘制机 翼理论 图 打样 设计 阶段
4
机翼结构形式的确定
工作设 计阶段
机翼结 构元件 设计
结构强度、 刚度校核 计算
总 结
仅就相对载荷和有效高度比这两个参数来分析（对于 梯形比在1-4之间的平直机翼和后掠机翼），一般说来
当 M/HaB 较大、相对厚度c较小时，宜采用多腹板式 结构；
当 M/HaB 较大、相对厚度c较大时，宜采用单块式结 构； 当 M/HaB 较小、相对厚度c较大时，宜采用梁式结构。
13
的缘条剖面与长桁剖面相比要大得多。
优 点: 结构简单，蒙皮上打开口方便，开口对结构承弯能力影
响很小；连接简单，对接点少。
5
单块式机翼的结构特点
缺 点: 蒙皮未能发挥承弯作用，材料利用不充分；蒙皮易失稳，
影响气流质量，增大阻力，并易导致早期疲劳损坏；生存性低。
单块式
主要结构特点是： 长桁较多较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般
皮单独承受全部弯矩。
优 点：抗弯材料分散在剖面上下缘，结构效率高；局部刚度及
总体刚度大；受力高度分散，破损安全特性好，生存性高。
缺 点：不宜大开口；与机身连接点多。
梁式、单块式、多腹板式三种机翼受力型式的主要区别在于
承受弯矩引起的正应力元件面积的分散度不同，因而当元件总面
积相同时，通常是后者的形心距较高，结构效率可能较高，重量 可能较轻。 但对于具体情况有待进一步分析。
7
2、翼型厚度和扭转刚度 梁式机翼蒙皮薄，在翼盒闭室面积相同情况下，扭转刚
度小，一般翼面相对厚度较大的低速飞机较多采用。
单块式机翼蒙皮较厚，扭转刚度也较好，对提高颤振临
界速度很有利，一般被小、中、大展弦比，速度较高的
飞机采用。 多墙式机翼蒙皮很厚，并以多个腹板形成的翼盒多闭室 受扭，提高了扭转刚度，刚度最好，一般中、小展弦比， 相对厚度小的高速飞机
1
§3.8 机翼结构形式确定与结构布置
一、机翼结构设计的内容
外形设计 机翼设计 结构设计 根据飞机的战术、技术要求或使用要 求、性能指标等，设计机翼的外形， 确定机翼的主要几何参数。
根据飞机总体设计阶段所提供的依据 （其中包括外形设计），设计出能够 满足各项要求的具体机翼结构。
（2）有效高度比
He He H
He —有效高度，上、下缘条的形心间距。 讨 论
当相对载荷很小时 a) 采用分散受力型式，根据b决定的蒙皮与桁条的面积可
能很小，而其失稳临界应力cr 就可能大大低于b 。因
此，如果按cr确定构件尺寸， 从b来看，材料利用就 不充分。
11
讨 论
b) 如果采用梁式，由于受正应力的面积集中在梁缘条， 其截面积就较大，不易失稳。虽然缘条形心离蒙皮 内表面的距离较大，而使He 有所降低，但总的说来 可能还是有利的。
具体地说，机翼的结构设计是指，根据给出的原始依据，合理 地选择机翼的受力形式，布置机翼的主要受力构件，确定沿展 向各剖面处纵向元件的尺寸，并对各主要受力构件进行设计。
2
二、机翼结构设计的原始依据
全机参数
翼载 p=Y/S 或 G/S
机翼面积 S 机翼最大过载系数 n
机翼外形参数 机翼结构设计 的原始依据 机翼的位置
举 例
机 种 F-86D 后掠 11.5% 4.70 米格15 后掠 10.4% 3.62 F-104 平直 3.36% 5.85 91 波音707 后掠 12% 19.3 90.5 L-29 平直 17% 2.12 幻影-Ⅲ 三角形 4% 0.82
特别当C 较大时， He 也没有明显降低。 当相对载荷愈大时 采用分散受力型式，其长桁、蒙皮在各切面处的面积 不致太小，不易失稳，也即cr 不致很小。
分散受力型式，上、下纵向元件的形心间距大，结构效率
高些，总的来说是有利的。
12
总结 多腹板式相对于单块式结构，因材料的分散度更大， 有效高度比更大，因而更有利。