飞机结构与系统(第三章 飞机翼面结构)
飞机结构与系统(第三章飞机翼面结构)
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 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
材料力学中对变形固体的三个基本假设：
1.连续性假设：
2.均匀性假设：
3.小变形假设：
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。
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
3）机翼总体内力：
剪力 Q：Qn, Qh； 弯矩 M：Mn, Mh； 扭矩 Mt ；
机翼的外载特点
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
机翼的外载特点
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。
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
翼面结构典型构件及受力特点
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）
翼面结构典型构件及受力特点
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）
翼面结构的典型构件 机翼典型结构构件剖面
三、机翼的外载特点
飞机结构原理
一般的尾翼包括水平尾翼(简称“平尾”)和垂直尾 翼(简称；垂尾)。前者由固定的水平安定面(有的可略微 转动）和活动的升降舵组成。后者则内固定的垂直安定
面和活动的方向舵组成。现代跨音速和超音速飞机的水 平尾翼一般都采用全动式的(有的连垂直尾翼也是全动 式的)。其目的是为了提高飞机在高速飞行时的纵向操 纵效能。
飞机结构原理
2）加强翼肋：除了具有与普通翼肋相同的 作用外，还能传递和承受较大的集中载荷。
墙式加强翼肋：
飞机结构原理
构架式加强翼肋：
3）张线
飞机结构原理
3、蒙皮
蒙皮分为：布质蒙皮、金属铆接蒙皮、整 体蒙皮（壁板式蒙皮）、夹芯蒙皮等。
飞机结构原理
4、机翼连接接头：
1）集中接头：叉式和梳式
性 （后掠机翼）；
3、在机翼上装有付翼、襟翼、缝翼、起
落架，有的还装有发动机；
4、机翼内部空间用来安装燃油箱及各种
设备；
5、在机翼下外挂发动机、副油箱、导弹、
火箭等。
飞机结构原理
（二）、机翼上的载荷
飞行中作用在机翼上的主要载荷是空气动力(气
动截荷)，它可以分解为升力和阻力。机翼阻力比升
力小得多，因此对机翼来说主要的气动载荷是升力。
飞机结构原理
2、尾翼的构造
飞机结构原理
（二）、飞机副翼的构造
飞机结构原理
三、飞机机身的构造
（一）、飞机机身的功用、外形和受力
1、飞机机身的功用
飞机机身的功用主要是装载人员、货物、燃油、 武器、各种装备和其他物资，它还可用于连接机翼、 尾翼、起落架和其他有关的构件，并把它们连接成 为一个整体。
飞机结构原理
2）周缘接头
飞机结构原理
（四）、机翼的基本构造形式
机翼结构 ppt课件
五、单块式机翼的传力分析
结构特点: 梁较弱或只有墙；蒙皮较厚（t>3）； 长桁多且强。
受力特点: 由梁缘条、长桁和蒙皮组成的壁板承弯， 其它传力路线同梁式。
气动载荷传给蒙皮，蒙皮传给桁条和翼肋，翼肋传给蒙 皮和腹板。
单块式机翼的气动载荷是如何在翼肋上传递的？
请观看动画
单块式机翼的载荷是如何传递的？
总体力
Y方向： Qy Mx Mt
X方向： Qx My Mt
但Mx>> My ，所以一般只讨论Q(Qy)、M(Mx)、 Mt，在承受和传递Q(Qy)、M(Mx)、Mt中起作用 的受力的元件叫做参加总体受力（研究重点）；只 承受局部气动载荷的为非主要构件。
一、机翼构造元件
纵向构件：梁，桁条，纵墙
横向构件：普通翼肋，加强翼肋
飞机结构基本传力系统机身结构分析21机翼结构分析一机翼构造元件二机翼构造型式受力型式三机翼在载荷作用下的承载情况四梁式机翼结构上的总体力传递五单块式机翼的传力分析六后掠机翼的传力分析七三角机翼的传力分析0引言0引言机翼是一个薄壁盒段即当机翼受载时一般y丌在其刚心上所以有垂直向上的趋势且有弯和转动的趋势
特点：蒙皮在气动力作用下变形小，抗弯、抗扭及 刚度好，安全可靠性高。但结构复杂，接头多， 大开口许用较强的加强件补偿承弯能力。
3.多墙式机翼：梁弱，多纵墙，厚蒙皮。
特点：有较高的应力水平和结构效率，刚度大，受 力分散，破损安全特性好，但不易大开口，连接 复杂。
受力型式总结
1.梁式: 强梁，薄蒙皮，弱长桁， 常分左右机翼-----用几个集中接头相连。
弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受？ 如何传递？
剪力: 由承剪力元件翼梁承担。
扭矩：由承扭矩元件翼盒承担。
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。
飞机结构及飞行原理
机身的主要结构
第二节 飞机结构
2.机翼 机翼是飞机的重要部件之一，安装在机
身上，用于产生升力，也起到一定的稳定和 操纵作用。机翼的一些部位（主要是前缘和 后缘）可以活动，飞行员操纵这些部位控制 机翼升力或阻力的分布，以达到增加升力或 改变飞机姿态的目的。
飞机的机体轴
第三节 飞机飞行原理
3.飞机的平衡 飞机处于平衡状态时，飞行
速度和方向都保持不变，也不绕 重心转动。飞机的平衡包括作用 力平衡和力矩平衡两种。
（1）作用力平衡 作用力平衡包括升力和重力 平衡、阻力和推力平衡
40 第 三 章 飞 机 结 构 及 飞 行 原 理
2.机翼 2）副翼。副翼是指安装在机翼后缘外侧的一小块可动的翼面，飞
行员利用左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩进行滚转操纵，如飞行员 向左压杆时，左机翼上的副翼向上偏转，左机翼升力下降，右机翼上的 副翼向下偏转，右机翼升力增加，在两个机翼升力差作用下飞机向左滚 转。
17 第 三 章 飞 机 结 构 及 飞 行 原 理
成，它在飞机上主要起方向平衡和方向操纵的作用。
22 第 三 章 飞 机 结 构 及 飞 行 原 理
第二节 飞机结构
4.动力装置 动力装置是指为飞机飞行提供动力的整个系统，是飞机的核心部分，
主要包括发动机、辅助动力装置及其他附件，其中最主要的部件是发动 机。发动机的主要作用是提供推力或拉力。
23 第 三 章 飞 机 结 构 及 飞 行 原 理
7
第三章 飞机结构及飞行原理
第一节 飞机与航空器
2.按发动机类型分类 按照发动机类型不同，飞机可以分为螺旋桨式飞机和喷气式飞机两
类。螺旋桨式飞机利用螺旋桨的转动将空气向后推动，借其反作用力推 动飞机前进。喷气式飞机利用空气与燃料混合燃烧后产生大量气体推动 涡轮运转，然后以高速度将气体排出体外，借其反作用力使飞机前进。 喷气式飞机包括涡轮喷气式飞机、涡轮风扇喷气式飞机和涡轮螺旋桨式 飞机三种。
飞机结构讲解
飞机系统
• 驾驶舱和航空电子系统： –自动飞行（ATA 22） –通讯（ATA 23 ） –显示和记录（ATA 31） –导航（ATA 34） –机上维修系统（ATA 45） • 冷气和电气系统: –冷气（ATA 34） –空调（ATA 21） –防冰与防雨（ATA 30） –氧气（ATA 35） –电气（ATA 24，33）
飞机构造
飞机由主要组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。
飞机的组成及功用
垂直尾翼
机翼
动力装置 水平尾翼
机身 前起落架
主起落架
干线飞机主要结构部件
垂直安定面 尾锥 外翼
吊架
中机身
水平安定面
后机身 后中机身
中央翼
前中机身 前机身
支线飞机主要结构部件
副翼 外翼 襟翼 水平尾翼 垂直尾翼
中央翼 发动机短舱 后机身
螺旋桨 前机身
中后机身
前中机身
主起落架 中机身
前起落架
（一） 机翼
• 机翼的主要功用是产生升力，以支持 飞机在空中飞行；也起一定的稳定和操纵 作用。在机翼上一般安装有付翼和襟翼。 操纵付翼可使飞机滚转；放下襟翼能使机 翼升力增大。另外，机翼上还可安装发动 机、起落架和油箱等。机翼有各种形状， 数目也有不同。历史上指曾浒过双翼机， 甚至还出现过多翼机。但现代飞机一般都 是单翼机。
飞机系统
• 推进系统：
燃油（ATA 28） 动力装置（ATA 70－80） 辅助动力装置（ATA 49）
涡桨发动机VS涡扇发动机
• 涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇 发动机，在800公里以下，涡桨飞机在燃油上的 优势是相当明显的；
• 涡桨发动机的振动和噪声比涡扇发动机大， Q400噪声和振动抑制系统，从源头上减小 了噪声和振动 ；
飞机机翼结构分析
飞机机翼结构分析前言飞机机翼结构分析实根据发《飞机结构强度》一书中第三章的内容，本文主要论述了飞机机翼的功用及翼面结构。
机翼由副翼前缘缝翼襟翼扰流板组成，从机翼的空气动力载荷到机翼的总体受力，能够更深入更全面的了解机翼了解航空领域所涉及学科的基础知识基础原理及发展概况，对开拓视野，扩大知识面以及今后的学习和工作都有帮助。
1.1机翼的功用机翼是飞机的一个重要部件，其主要功用是产生升力。
当它具有上反角时，可为飞机提供一定的横侧安定性。
除后缘布置有横向操纵用的副翼、扰流片、等附翼外，目前在机翼的前、后缘越来越多地装有各种形式的襟翼、缝翼、等增升装置，以提高飞机的起降或机动性能。
机翼上常安装有起落架、发动机等其它部件。
现代歼击机和歼击轰炸机往往在机翼下布置多种外挂，如副油箱和导弹、炸弹等军械设备。
机翼的内部空间常用来收藏起落架或其部分结构和储放燃油。
特别是旅客机，为了保证旅客的安全，很多飞机不在机身内贮存燃油，而全部贮存在机翼内。
为了最大限度地利用机翼容积，同时减轻重量，现代飞机的机翼油箱大多采用利用机翼结构构成的整体油箱。
此外机翼内常安装有操纵系统和一些小型设备和附件。
1.2翼面结构设计要求1.气动要求翼面是产生升力主要部件，对飞行性能有很大的影响，因此，满足空气动力方面的要求是首要的。
翼面除保证升力外，还要求阻力尽量小﹙少数特殊机动情况除外﹚。
翼面的气动特性主要取决于其外行参数﹙如展弦比、相对厚度、后掠角和翼型等﹚，这些参数在总体设计时确定；结构设计则应强度、刚度及表面光滑度等方面来保证机翼气动外形要求的实现。
2.质量要求在外形、装载和连接情况一定的条件下，质量要求时翼面结构设计的主要要求。
具体地说，就是在保证结构完整性的前提下，设计出尽可能请的结构。
结构完整性包含了强度、刚度、耐久性和损伤容限等多方面内容。
3.刚度要求随着飞机速度的提高，翼面所受载荷增大，特别对于高机动性能歼击机和高速飞行的导弹；由于减小阻力等空气动力的要求，翼面的相对厚度越来越小，再加上后掠角的影响，导致翼面结构的扭转刚度、弯曲度将越来越难保证，这些均将引起翼面在飞行中的变形增加。
飞机结构与系统
飞机结构与系统一、引言飞机结构与系统是飞机设计与制造中至关重要的一部分。
它涵盖了飞机的设计、材料选择、结构安全性、机载系统等多个方面。
本文将介绍飞机结构与系统的基本概念、主要组成部分以及设计原则。
二、飞机结构的基本概念1.主要组成部分–机身：飞机的主体结构，通常包括机头、机尾和机翼的连接部分。
–机翼：产生升力的关键部件，通常由主翼和副翼组成。
–尾翼：控制飞机姿态的部件，通常由水平尾翼和垂直尾翼组成。
–起落架：支撑飞机在地面行驶和起降的部件。
–发动机支架：固定安装发动机的结构。
2.结构材料–金属材料：如铝合金、钛合金等，常用于飞机的结构部件。
–复合材料：如碳纤维、玻璃纤维等，具有较高的强度和轻质化特性，广泛应用于现代飞机。
–纺织品：如织物、缝合线等，用于飞机内饰和安全带等部件。
三、飞机系统的主要组成部分1.动力系统–发动机：提供飞机所需的推力，通常有涡轮喷气发动机和涡桨发动机等类型。
–燃油系统：负责存储和供应燃油。
–冷却系统：确保发动机和其他关键部件的温度控制。
2.控制系统–飞行控制系统：包括飞行操纵系统、自动驾驶系统等，用于控制飞机的姿态和操纵。
–电气控制系统：用于飞机各个系统的电力供应和控制。
–液压控制系统：用于操纵和控制飞机的液压系统。
3.气源系统–压气机：用于提供机载气源，供应给相关系统使用。
4.辅助系统–环境控制系统：负责飞机的空调、供氧等工作。
–消防系统：用于应对可能发生的火灾事故。
–导航系统：用于飞机的导航和定位。
–通信系统：用于飞机与地面的通信。
四、飞机结构与系统的设计原则1.安全性：飞机结构与系统的设计必须满足航空器运行的安全要求，保证在各种工况下的结构安全和系统可靠性。
2.结构轻量化：采用轻质材料和合理的结构设计，以降低飞机自重，提高机载有效载荷和航程。
3.系统模块化：将飞机系统划分为独立的模块，并通过标准化接口进行连接，以方便维护和升级。
4.节能环保：优化动力系统和控制系统设计，降低燃料消耗和排放。
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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。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
二、尾翼的功用与结构设计要求 1. 尾翼的主要功用：
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。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
1. 外载类型：
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。
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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。
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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；
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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。
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一些力学基本概念
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：
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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
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一些力学基本概念
内力、截面法和应力的概念 2.截面法：
第三章 飞机翼面结构
➢ 本章内容
➢ 一些力学基本概念 ➢ 机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点 ➢ 翼面结构典型构件及受力特点 ➢ 翼面典型结构型式及受力分析 ➢ 后掠机翼与三角机翼 ➢ 飞机的气动弹性
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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
起落架 、发动机等； 装载燃油等。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
一、机翼的功用与结构设计要求 1.机翼的功用
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%。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
三、机翼的外载特点
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
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
三、机翼的外载特点 2. 机翼总体受力：
1）两种简化形式： ① 将每半个机翼看作支持在机身上的悬臂梁； ② 看作支持在机身上的双支点外伸梁。
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一些 则称为组合变形。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
一、机翼的功用与结构设计要求 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
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。
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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：
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
二、尾翼的功用与结构设计要求 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。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
二、尾翼的功用与结构设计要求 1. 尾翼的主要功用：
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。
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：
①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；
②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；
③使用、维修要求：保证燃油系统的可靠性； ④工艺性和经济性要求，与一般飞机结构相同。
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。
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一些力学基本概念
杆件基本变形形式 1.拉伸或压缩
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一些力学基本概念
杆件基本变形形式 2.剪切
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一些力学基本概念
杆件基本变形形式 3.扭转
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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。
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一些力学基本概念
内力、截面法和应力的概念 1.内力：
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。
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
一、机翼的功用与结构设计要求
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机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
一、机翼的功用与结构设计要求