飞机结构与系统 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
飞机基础知识—飞机结构
起落架
起落架的作用是在地面停放，滑跑、运动过程中支撑飞机，并能在 飞前三点式和后三点式起落架。
起落架 前三点式
起落架 后三点式
起落架
起落架系统主要用于起落架的 收放、前轮转弯以及地面刹车， 以保证飞机在地面滑行、滑跑、 减速及起落架收放的需要。
动力装置
活塞式发动机
四冲程 ：进气冲程、压 缩冲程、膨胀、排气冲程。 在低速飞行时，活塞发动 机的经济性能很好,目前 在小型飞机和轻型直升机 上广为应用。
动力装置
涡轮喷气发动机
第一代涡轮喷气机噪音很大，如 今大多用于军用飞机； 涡轮风扇发动机的优点是：耗油 率低，因而经济性能好、噪音低； 因此现代商务亚音速飞机多采用 涡轮风扇发动机。
飞机结构
飞机的主要组成部分为：机身、机翼、尾翼、起落架、动力装置。
机身 驾驶舱、存放行李、邮件、货物的货舱、客舱。
机翼和尾翼
机翼的主要作用是产生升 力，现代民航客机机翼的 内部还可以作为结构油箱 来储存燃油，和安装起落 架及发动机。
机翼和尾翼
机翼装在机身上的角度，称为安装角，是机翼与水平线所成的角度。安 装角向上或向下就称为机翼具有上反角或下反角。
机翼
飞机的机翼由许多可以活 动的部分组成。这些部分 可以用来改变机翼的位置 和形状，也可以用来增大 或减小翼面。
前缘襟翼
外侧（低 速）副翼
后缘内侧襟翼
地面扰流板
飞行扰流板 内侧（高
后缘外侧
速）副翼
襟翼
机翼
襟翼，是飞机机翼上可以 活动的翼片，用于起飞和 降落。它们可以用来帮助 控制飞机的速度及机翼所 产生的升力。
转动驾驶盘可控制副翼的偏转，前推或后拉驾驶盘可控制升降舵的 偏转。脚操纵机构用于控制方向舵。
飞机各个系统的组成及原理
一、外部机身机翼结构系统二、液压系统三、起落架系统四、飞机飞行操纵系统五、座舱环境控制系统六、飞机燃油系统七、飞机防火系统一、外部机身机翼结构系统1、外部机身机翼结构系统组成：机身机翼尾翼2、它们各自的特点和工作原理1)机身机身主要用来装载人员、货物、燃油、武器和机载设备，并通过它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。
在轻型飞机和歼击机、强击机上，还常将发动机装在机身内。
2)机翼机翼是飞机上用来产生升力的主要部件，一般分为左右两个面。
机翼通常有平直翼、后掠翼、三角翼等。
机翼前后缘都保持基本平直的称平直翼，机翼前缘和后缘都向后掠称后掠翼，机翼平面形状成三角形的称三角翼，前一种适用于低速飞机，后两种适用于高速飞机。
近来先进飞机还采用了边条机翼、前掠机翼等平面形状。
左右机翼后缘各设一个副翼，飞行员利用副翼进行滚转操纵。
即飞行员向左压杆时，左机翼上的副翼向上偏转，左机翼升力下降；右机翼上的副翼下偏，右机翼升力增加，在两个机翼升力差作用下飞机向左滚转。
为了降低起飞离地速度和着陆接地速度，缩短起飞和着陆滑跑距离，左右机翼后缘还装有襟翼。
襟翼平时处于收上位置，起飞着陆时放下。
3)尾翼尾翼分垂直尾翼和水平尾翼两部分。
1.垂直尾翼垂直尾翼垂直安装在机身尾部，主要功能为保持飞机的方向平衡和操纵。
通常垂直尾翼后缘设有方向舵。
飞行员利用方向舵进行方向操纵。
当飞行员右蹬舵时，方向舵右偏，相对气流吹在垂尾上，使垂尾产生一个向左的侧力，此侧力相对于飞机重心产生一个使飞机机头右偏的力矩，从而使机头右偏。
同样，蹬左舵时，方向舵左偏，机头左偏。
某些高速飞机，没有独立的方向舵，整个垂尾跟着脚蹬操纵而偏转，称为全动垂尾。
2.水平尾翼水平尾翼水平安装在机身尾部，主要功能为保持俯仰平衡和俯仰操纵。
低速飞机水平尾翼前段为水平安定面，是不可操纵的，其后缘设有升降舵，飞行员利用升降舵进行俯仰操纵。
即飞行员拉杆时，升降舵上偏，相对气流吹向水平尾翼时，水平尾翼产生附加的负升力(向下的升力)，此力对飞机重心产生一个使机头上仰的力矩，从而使飞机抬头。
涡轮发动机飞机结构与系统的认识
涡轮发动机飞机结构与系统的认识涡轮发动机飞机是一种常见的航空器，其结构与系统是其正常运行的基础。
本文将从涡轮发动机飞机的结构和系统两个方面进行介绍与认识。
一、涡轮发动机飞机的结构1. 机身结构：涡轮发动机飞机的机身由机翼、机身、机尾等部分组成。
机翼是飞机的主要承载部分，能够支撑飞机的重量并提供升力。
机身是飞机的主要结构部分，包括客舱、货舱、油箱等。
机尾是飞机的尾部结构，包括垂直尾翼和水平尾翼。
2. 发动机结构：涡轮发动机是涡轮机的一种，由压气机、燃烧室和涡轮组成。
压气机将空气压缩并向燃烧室送入燃料进行燃烧，产生高温高压的气流。
涡轮利用高温高压气流的动能驱动压气机，形成正反馈回路，使发动机能够持续运转。
3. 起落架结构：涡轮发动机飞机的起落架用于支撑飞机在地面起飞和降落时的重量。
起落架由主起落架和前起落架组成，主起落架位于飞机的机身下方，前起落架位于机身前部。
二、涡轮发动机飞机的系统1. 燃油系统：涡轮发动机飞机的燃油系统用于储存和供应燃料给发动机进行燃烧。
燃油系统包括燃油箱、燃油泵、燃油喷嘴等部分。
燃油通过泵从燃油箱中抽取，并通过喷嘴喷入燃烧室中与空气混合燃烧。
2. 冷却系统：涡轮发动机飞机的冷却系统用于保持发动机的工作温度在可控范围内。
冷却系统通过向发动机的各个部件提供冷却空气或液体来实现冷却效果。
3. 空气系统：涡轮发动机飞机的空气系统用于向发动机提供氧气以支持燃烧过程。
空气系统包括进气口、压气机和涡轮等部分，能够将外界空气引入发动机并进行压缩。
4. 着陆系统：涡轮发动机飞机的着陆系统用于在飞机降落时减缓飞机的速度并保持平衡。
着陆系统包括刹车和襟翼等部分，能够提供阻力和升力以控制飞机的降落速度和姿态。
5. 电气系统：涡轮发动机飞机的电气系统用于提供飞机所需的电力。
电气系统包括发电机、蓄电池和电源管理装置等部分，能够为飞机的各个系统提供稳定的电力供应。
三、总结涡轮发动机飞机的结构与系统是其正常运行的基础。
飞机构造学
飞机构造学以飞机构造学为标题，本文将从飞机的外部结构和内部构造两个方面进行介绍。
一、飞机的外部结构飞机的外部结构主要包括机翼、机身、尾翼和起落架等部分。
1. 机翼机翼是飞机的最重要部分之一，它负责产生升力，并承受飞机的重量。
机翼通常具有翼型，翼型的选择对飞机的性能起着重要作用。
机翼的结构由前缘、后缘、蒙皮和肋骨等组成。
前缘是机翼最前端的部分，通常采用光滑的曲线形状，以减小空气阻力。
后缘则是机翼的后部边缘，通常带有襟翼和扰流板等设备，用于调节飞机的升力和阻力。
蒙皮则是机翼的外表面，通常由金属或复合材料制成，具有良好的强度和刚度。
肋骨则位于蒙皮内部，起到支撑和刚固蒙皮的作用。
2. 机身机身是飞机的主要承载结构，也是乘客和货物的安全空间。
机身通常由前部的驾驶舱、中部的客舱和后部的货舱组成。
驾驶舱位于机身的前部，是飞行员操作和控制飞机的地方。
客舱位于驾驶舱后部，用于乘客的休息和娱乐。
货舱则位于机身的最后部分，用于装载货物和行李。
机身的结构由龙骨、蒙皮和框架等组成。
龙骨是机身的主要支撑结构，负责承受飞机的载荷。
蒙皮则是机身的外表面，通常由金属或复合材料制成，具有良好的强度和刚度。
框架则位于蒙皮内部，起到支撑和刚固蒙皮的作用。
3. 尾翼尾翼是飞机的稳定器，包括水平尾翼和垂直尾翼。
水平尾翼位于飞机的尾部，负责控制飞机的俯仰运动。
垂直尾翼位于水平尾翼的上方，负责控制飞机的偏航运动。
尾翼的结构和机翼类似，由前缘、后缘、蒙皮和肋骨等组成。
4. 起落架起落架是飞机的支撑系统，用于在地面起飞和降落时支撑飞机。
起落架通常由主起落架和前起落架组成。
主起落架位于飞机的机身下方，负责承受飞机的重量。
前起落架位于机身的前部，用于控制飞机在地面的转向。
起落架的结构由支柱、轮胎、刹车和减震器等组成。
二、飞机的内部构造飞机的内部构造主要包括机载设备、燃油系统、动力系统和控制系统等部分。
1. 机载设备机载设备是飞机上安装的各种仪表和设备，用于飞行导航和系统监控。
第12讲—翼面结构(8)
总
机翼开口区 结构设计
结
双梁参差弯曲传扭 翼面不受力口盖对传力的影响 机翼开口区结构设计
刚度要求与气 动弹性问题
结构的刚度要求 刚度要求的根据 飞机结构的 结构的刚度设计 刚度要求 机翼变形对气动载荷的影响 气动弹 机翼的扭转扩大 性问题 副翼反效 机翼弯扭颤振 颤 振 副翼弯曲颤振
第十二讲结束
防止弯扭颤振的措施
防止弯扭颤振的措施 原则：一般建议 Vcr,F > 1.1Vmax max 。 其中Vcr,F=f(结构刚度、刚心和重心的相对位置、机翼的几何
参数、飞行高度等)。
措施：
（a）合理配置载重、设备等，使剖面重心移近刚心，以减 小扭矩。最有效的办法是在翼尖前缘加配重；
（b）加厚蒙皮和梁（或墙）的腹板，提高抗扭刚度； （c）运用主动控制技术。
后掠机翼的攻角规定按平行于机身轴线的剖面计算； 机翼的变形通常按刚心线以及垂直于刚心线的剖面计算。 弯曲和扭转时，都会引起攻角变化。
2、机翼扭转变形扩大
（1）机翼扭转变形扩大的机理
扭转扩大是机翼变形与空气动力交互
作用导致结构变形发散而破坏的现象。
如果弹性恢复力矩 > 气动扭转力矩，扭转变形减少（最大飞行 速度<扭转发散临界速度）； 如果弹性恢复力矩 < 气动扭转力矩，扭转变形不断扩大。
刚度要求与气 动弹性问题
气动弹性问题 概述
机翼变形对气动力 的影响
机翼的扭转扩大 副翼反效 颤 振
ห้องสมุดไป่ตู้机翼弯 扭颤振
副翼弯 曲颤振
1、机翼变形对气动载荷的影响
机翼变形 的形式 平直机翼情况： 局部变形 总体变形 弯曲变形
扭转变形
弯曲时，攻角不变； 扭转时，攻角发生变化。所以平直机翼主要由于扭转变 形引起载荷变化。 后掠机翼情况：
机翼结构
七、三角机翼的传力分析
04/26/05
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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？
蒙皮
接头
典型元件总结
• (1) 纵: 翼梁、 长桁 、墙(腹板) • (2) 横: 翼肋(如加强肋 普通肋) • (3) 蒙皮
它们的作用?
典型元件的作用:
蒙皮:承受局部空气动力，形成和维持机翼外形，并承受 扭矩，有些机翼蒙皮还承受弯矩。
长桁:其主要功用是：第一是支持蒙皮，防止蒙皮因受局 部空气动力而产生变形过大；第二是把蒙皮传来的气 动力传给翼肋：第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生 的拉、压力。
翼肋:翼肋，分为普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋用来维 持翼剖面形状，将蒙皮上的空气动力传到其它承力构 件上去，并支持桁条和蒙皮。加强翼肋除具有普通翼 肋的功用外，还作为机翼结构的局部加强件，承受较 大的集中载荷或悬挂部件。
翼梁:翼梁，一般由缘条和腹板等组成。主要功用是承 受弯矩和剪力。梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向 力N拉、N压。剪力则主要由腹板承受。
各基本元件（指受总体力） 可能发生什么破坏形式
1.梁缘条
拉坏
压 压坏 失稳 局部: 主要与各板的支持情况及 b/t 有关 总体: 主要与杆长L与J有关, 支持情况 ( 两个平面支持, 一般不易总体失稳)
飞机结构讲解介绍
螺旋桨特性
• 现代商用飞机的螺旋桨多由碳纤维复合材料制成，重量轻， 强度高。 • 现代螺旋桨飞机多采用桨叶角可调的变距螺旋桨，可根据 飞行状况自动调整桨叶角，提高螺旋桨的工作效率。 • 螺旋桨有2、3、4、5、6和8叶等形式。不同的桨叶数， 在发动机同一转速下所产生的拉力及其噪声和振动也不相 同。 • 当发动机转速一定时，4叶螺旋桨必须转得比6叶的更快才 能达到相同的拉力。所以6叶螺旋桨飞机可以比4叶螺旋桨 飞机飞得更快，噪声也较小。 • 当飞行速度提高到600km/h以上时，螺旋桨的效率就会明 显下降。在700km/h左右，如果飞行速度再提高，飞行中 产生的激波阻力是螺旋桨飞机无法克服的。
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 ；
• 涡桨发动机的价格和维修费都较低。
螺旋桨
SAAB的6叶螺旋桨 MA 60的4叶螺旋桨
主承力框
壁板
前梁
根肋
后梁
（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 应急出口 地板横梁
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。
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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。
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：
构件受力变形与自身尺寸相比很小，可以忽略。
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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：
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
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。
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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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：
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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。
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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
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
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。
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
起落架 、发动机等； 装载燃油。
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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
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：
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