第6章 机身结构分析

零部件设计阶段：满足结构的强度、刚度和 工艺性要求 具有足够的刚度：直接影响尾翼的效率和 尾翼颤振特性；变形引起阻力增大 足够的强度： 足够的开敞性：相对机翼、尾翼等，对机 身结构的影响更突出 最小的结构重量 最好的工艺性、成本低



机身结构受力型式和与之相连的部件的结 构受力型式相协调。（总体设计阶段） 将来自机翼、尾翼、起落架、动力装置的 载荷传递到机身的承力构件上（零部件设 计阶段） 能承受有效装载、设备和机身结构的质量 力以及作用在机身上的气动载荷和密封舱 内的压差载荷。 （零部件设计阶段）
图6.4 机身的结构受力型式
6.3.1构架式结构的机身

空间桁架
优点

桁架可以是静定的（轻） 在空间飞行器上也采用桁架式箭体，因为 桁架接头采用铰接，使得结构在受热状态 下能保持良好的工作状态。
缺点


桁架的质量、整流罩的质量、受力蒙皮的 质量和固定接头的质量累加起来，使它重 量特性已经不如薄壁梁式机身 桁架式机身在利用内部空间方面潜力较差 桁架式机身的战斗生存性也差
(4) 特殊要求： 空降人员和武器装备能容易跳伞和投放 对运输的货物能方便地装载、系留和卸 载 高空飞行时能保证乘客和乘员具有必要 的生活条件。要具备一定的舒适标准 旅客机迫降时保证乘员生命，能迅速安 全地应急撤离 机组人员要有良好的视野

6.1.3机身的外形和参数 一、机身的横剖面形状

不承受弯曲 结构简单，重量 轻，一般放在后 机身或是布置在 大开口的两端 影响了机身内部 空间的利用
环形框
图6.15 安124机身典型截面 1－滑轨；2－货舱地板梁；3－中央翼固定接头；4－中央 翼；5－主起落架整流罩；6－横梁；7－辅助动力装置舱； 8－水平安定面；9－垂直安定面；10－后货舱舱门。
6.2 机身上的载荷及其平衡 前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部 件传给机身的集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡 机身看作支撑在机翼上的梁


6.2.1机身上的主要载荷 1）与机身相连的飞机其它部件传给机身的力 飞行、着陆、滑行中作用到机身结构上 前机身：前轮载荷是的主要外载 后机身：尾翼载荷、发动机推力和陀螺 效应产生的集中力 水平和垂直载荷是同一数量级


二、桁条式机身



随着载荷的增大(主要是弯矩增大)，机翼 的结构受力型式就由梁式改成了整体式 由桁条、隔框和蒙皮组成 桁条较密、较强，桁条间距在100~200mm 之间 蒙皮较厚，在0.8~2.5mm之间 框的间距大约在200~500mm之间


蒙皮与桁条一起承受弯矩Mz和My引起的 轴向力(拉-压)； 承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt时，蒙皮受剪 切。
典型二级工艺分离面： 1）机身段分离面（前、中、后） 2）组合件工艺分离面 横向组合件：如每个加强框是单独装 配件 纵向组合件：如壁板沿纵向一般分为 3～4个组合件，即上壁、中壁、下壁


分离 面对接： 接头少：重量不利，安装方便 接头多： 桁梁机身：接头少，铰接接头 桁条技术：围框接头（3个以上的导向销）
6.4.1机身蒙皮

维持机身外形 蒙皮和加强它的桁条共同承受由于弯矩引 起的拉—压(法向应力)应力 承受由于横向力和扭矩作用而引起的剪力 (切向应力) 密封舱(座舱)蒙皮还要承受相当大的压差 。


图6.8 板材蒙皮的对接
6.4.2 桁条和桁梁


作用：正应力、集中力扩散 简单式的（从横剖面看，只有一个结构元 件） 组合式的（从横剖面看，有几个结构元件）
传力



弯矩产生的轴向力(受Mz和My的作用)基本 上靠大梁的缘条来承受； 剪力Qv和Qh由垂直(侧向)和水平(上和下) 的桁架构件来承受，这些构件是支柱、横 撑杆和斜撑杆； 扭矩Mt由4个平面桁架形成的闭合的空间 构架来承受。
6.3.2薄壁梁式机身 桁梁式 桁条式 硬壳式

一、桁梁式机身

迫降等
图6.3 机身的受载，Qv、Qh、Mz、My、Mt内力图
特点: 1. 机身在连接接头处对机翼和尾翼的支反力的值 可能比机翼升力（yw)和尾翼升力（yht和yvt)本 身要大； 2. 当发动机布置在后机身上时会使Mz明显增大； 3. 当质量沿X轴分散较大时或机身较长时，也会 使Mz 增大； 4. 增加垂尾高度会使Mt 增大。
2
垂直尾翼载荷在机身上传递
a）剪力平衡
b）扭距平衡
c）总平衡图
2
水平加强板的作用原理 1）型材 2）机身蒙皮（适当加强）
接头耳片形状对结构传力的影响
6.5.3起落架与机身的固定

通常固定在机身加强框和(或)纵梁上 可以采用起落架舱，它由垂直腹板、水平 加强板和两端的加强框形成。 起落架支点的开口周围用加强构件(开口 小时用型材、开口大时用梁或强度高的横 梁)加强




这种机身结构的蒙皮必须具有足够的受压、 受剪稳定性，所以夹层结构板是硬壳机身 结构的较理想蒙皮 应用少 机身相对载荷小，开口多 常用于机身的头部、尾部 虽然总体载荷小，但外形变化快，局部 刚度要求高
6.4 机身基本承力构件用途和构造型式 机身上基本受力构件的用途与机翼上相 对应的受力构件的用途是类似的
桁梁布置

早期桁梁： 沿整个机身长度布置 布置在＋/-45 混合受力型式机身桁梁布置： 在机身上有开口部位 (座舱盖开口、密封 舱开口、设备舱开口、起落架舱开口、 油箱开口、发动机舱开口等) 对机身进行受力补强的部位 或者是用桁梁(纵向梁)来承受纵向集中力 (来自发动机推力、武器反作用力等)。

图6.19 前起落架在前机身中的固定接头结构方案； 作用在机身上的起落架载荷及其平衡
某轻型歼击机前机身结构
第6章 机身结构分析
6.1 机身的功用、对机身的要求和机身的外 形参数


构成、要求、分析设计方法与机翼基本相 同 特殊性： 使用要求在设计中占有重要地位，对结 构布置影响较大 设计外载荷主要是集中力 协调关系多 相对载荷较小（某些机翼元件不适用， 如整体壁板）
6.1.1飞机机身的功用
图6.6 客机机身结构、蒙皮、框和桁条之间的连接结构
三、硬壳式机身

由普通框和加强框支持的蒙皮组成 没有纵向构件 蒙皮厚 隔框少 很强的战斗生存性 重量特性不好

蒙皮承受所有形式 的剪力和弯矩，所 以，它既承受正应 力，又承受剪应力。 隔框是为了维持机 身截面形状和承受 垂直机身轴线的集 中力


6.5 其它部件与机身的连接 6.5.1 机身与机翼的连接

有中央翼：铰接 无中央翼：固接
固定有机翼悬臂梁的加强环形框的结构、 载荷和平衡情况:
图6.17 三角机翼与机身的连接方案
图6.18 中央翼与机身的对接结构方案
6.5.2尾翼与机身的连接固定 同机翼与机身的连接固定没有根本的区别。
其他要求 (1)合理选择机身的外形和参数，使其在给 定的外形尺寸下迎面阻力最小，有效容 积最大； (2)在翼身融合的飞机上采用能产生较大部 分升力的升力机身，这样可减小机翼面 积，降低机翼重量；
(3)合理使用机身的有效容积，就要布局紧 凑，将货物尽量靠重心附近布置，这能 够降低惯性矩并改善飞机的机动特性； 在各种装载情况、燃油和弹药消耗的情 况下，减少重心的变化范围，可保证飞 机具有更理想的稳定性和操纵性；
图6.11 框和翼肋的受载和剖面形状
普通框受力


气动力 圆形：环向拉力 非圆：局部弯曲应力 机身弯曲变形引起的压力 一般不存在强度问题 大型飞机变形可能大，需检 查弯曲刚度
加强框

将集中力并把这些力传到蒙皮上 承弯矩、剪切载荷 分为： 环形框 腹板框
腹板框

与机翼比较


载荷： 基本种类相同 集中载荷、质量力是主要载荷 水平和垂直方向载荷是同一数量级 几何（刚度）： 机身水平、垂直方向尺寸接近，刚度接 近
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况

构架式 闭合的空间薄壁梁 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) 横向受力构件(普通框和加强框) 外部壳体
图6.9 组合式机身桁条和桁梁的剖面
用于货舱、 舱盖等大 开口处的 纵向边缘
图6.10 薄壁梁式组合式桁梁
6.4.3机身的框


普通框：用于维持飞机外形和固定蒙皮、 桁条 加强框：承受来自机翼、尾翼、起落架、 发动机和货物的集中力并把这些力传到蒙 皮上。较强的缘条和较厚的腹板 整体环形结构框 铆接装配
6.4.4 机身上骨架元件与蒙皮的连接
(1) 蒙皮只与桁条相连

较好的蒙皮质量 由于蒙皮没有横向支持，承剪能力变差， 就需要通过增加蒙皮厚度来对其进行加 强。
图6.14 框3借助补偿片4同蒙皮1的连接
(2)蒙皮既与框相连、 又与桁条相连。 刚度大，重量轻 蒙皮上有很多铆缝 由于在框上开了缺 口，框的结构较为 复杂


长而细的前机身能减小阻力 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增加。 延长前机身时要求考虑前起落架的布置条 件，以保证起落架具有必要的轮距，还要 考虑把发动机移到后机身。
三、机身参数


机身可以看作是双支点外伸梁 增大λf(λ ff或λ af)的同时增大机身长度会导 致机身上弯矩的增大，也就使机身质量增 大 ；但机身阻力会下降 靠减小lf或增大df的方法来减小λf会降低机 身的载荷和机身承力件上由弯矩产生的应 力，但是在df增大的同时，由于压差∆P的 作用，密封舱的应力会迅速增大。