【VIP专享】第六讲平直机翼的传力分析
第6讲翼面结构35页PPT
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2、结构质量力：机翼本身结构的质量力 qc，也是分布载荷。
3、接点载荷：连接在机翼上的其它部件传来的力和布置在机翼内 外各种装载产生的质量力。除了在以翼箱作为整体油箱情况下 燃油产生的载荷是分布载荷外，一般这些载荷均是通过几个连 接点，以集中力形式传给机翼主要结构的，其中有些力的数值 可能很大。
图4-2 机翼的总体内力
不考虑Qh和 Mh，只考虑Qn, Mn
和Mt ，并且将它们简写为 Q、
M 和 Mt 。
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❖ 机翼任一剖面中的分布载荷所引起的剪力和弯矩为
Qlz/2qdzPi Mlz/2Qdz
式中 q = qa - qc l / 2 —机翼半展长
❖ 分布载荷引起的剖面扭矩
Mt lz/2mtdz
金属蒙皮
整体蒙皮
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2、翼肋 普通翼肋的直接功用是形成机翼剖面所需的形状。它与长桁、蒙皮 相连，并以自身平面内的刚度给长桁、蒙皮提供垂直方向的支持。
加强翼肋也具有上述作用，但其主要是用来承受自身平面内的较大 集中载荷，或由于结构不连续（如大开口）引起的附加剪流。
3、翼梁 由腹板和缘条组成。是单纯的受 力件，承受剪力Q和弯矩M。 翼梁大多数在根部与机身固接。
机翼的主要要求：气动、强度、刚度、寿命、重量要求是主要要 求。这是由机翼的功用、载荷和外形特征因素所 决定的。
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机翼的主要要求（1）
1) 气动要求：机翼主要用于产生升力，因此主要是空气动力 方面的要求。机翼的气动特性由其外形参数（展弦比λ、相 对厚度c、后掠角χ等）来保证，这些参数在总体设计时已 经确定。结构设计时，则从强度、刚度、表面光滑度等各 方面保证机翼气动外形要求。
如何通过理论力学分析机翼的受力情况？
如何通过理论力学分析机翼的受力情况？在航空领域中，机翼是飞机产生升力的关键部件。
要确保飞机的安全飞行，深入理解机翼的受力情况至关重要。
理论力学为我们提供了有力的工具，帮助我们分析机翼在不同飞行条件下所承受的各种力。
首先，我们来了解一下机翼的基本结构和形状。
机翼通常呈现出流线型，上表面较为弯曲，下表面相对平坦。
这种特殊的形状是为了有效地产生升力。
当飞机在空气中运动时，机翼会受到空气动力的作用。
其中，最重要的两个力是升力和阻力。
升力是垂直于飞行方向向上的力，它使得飞机能够克服重力而升空飞行。
阻力则是与飞行方向相反的力，会阻碍飞机的前进。
从理论力学的角度来看，升力的产生可以用伯努利原理来解释。
根据伯努利原理，在流速快的地方压力低，流速慢的地方压力高。
当气流流经机翼时，由于上表面的弯曲程度较大，气流流速加快，压力降低；而下表面相对平坦，气流流速较慢，压力较高。
这样就形成了上下表面的压力差，从而产生了升力。
为了更精确地分析机翼的受力情况，我们需要引入一些力学概念和公式。
例如，通过计算空气的动量变化，可以得出作用在机翼上的力。
在理论力学中，我们可以将机翼看作一个有限的控制体，空气在流经这个控制体时会发生动量和能量的变化。
此外，机翼还会受到重力的作用。
重力始终垂直向下，其大小等于机翼的质量乘以重力加速度。
在分析机翼的受力平衡时，必须要考虑重力的影响。
除了升力、阻力和重力，机翼在飞行中还可能受到其他力的作用。
例如，由于飞机的姿态变化，机翼可能会受到侧力。
当飞机进行转弯或受到侧风影响时，就会产生侧力。
在实际的飞行中，机翼的受力情况是非常复杂的，会受到飞行速度、飞行高度、机翼的姿态、空气的密度和温度等多种因素的影响。
为了全面分析机翼的受力，我们需要运用理论力学中的多个原理和方法。
例如，在研究机翼的颤振问题时，就需要用到结构动力学的知识。
颤振是一种可能导致机翼结构破坏的危险现象，它与机翼的固有频率、空气动力特性以及结构的阻尼等因素密切相关。
飞机部件传力分析
• 机翼分布载荷引起的剪力和弯矩
• 在上面剪力弯矩扭矩分布图中可以清楚地看到发动机集中 力对机翼的卸载作用。发动机的卸载考虑发动机的质量和 推力的作用。
• 气动载荷作用在压心，质量分布力作用在重心，压心、重 心与刚心不重合则引起分布扭矩。
• 机翼结构形式 不管机翼的平面形状如何，按抗弯材料的配置可 分为梁式、单块式和多墙式。
• 与一般工程梁的特殊性 机翼展长与弦长是同一数量级，研究载荷的弦向 分布。
机翼与机身连接复杂，考虑机身支承的弹性效应。
• 载荷由机翼向机身传递，在机翼中引起内力的有： 垂直剪力 垂直弯矩
水平剪力 水平弯矩
扭矩
• 水平剪力 水平弯矩相对于垂直剪力 垂直弯矩是 较小的，而机翼弦向宽度和惯性矩较大，水平剪 力和水平弯矩引起的剪应力和正应力较小，在结 构分析是可以忽略，故机翼的内力可用垂直剪力、 垂直弯矩和扭矩表示。
优点 蒙皮在气动载荷的作用下变形小。材料向剖 面外缘分散，抗弯、抗扭强度、刚度好。安全可 靠性好。
缺点 结构相对复杂，对接接头多，大开口需要较 强的加强件以补偿承弯能力。
• 多墙式 厚蒙皮 多纵墙 无桁条 少翼肋 厚蒙皮承受全部 弯矩
优点 很好的解决高速薄翼型一面的强度刚度与结 构重量的矛盾。刚度大，受力分散，破损安全性 好。
工艺性、使用性、经济性好。
充分利用内部空间装载燃油和设备。
• 机翼的外载荷 空气动力载荷 （只示出展向力，） 机翼结构的质量力 其它部件和装载传来的集中载荷
• 机翼的内力 机翼与机身相连，并相互支持。
当机翼在机身外侧与机身相连时，可将外翼视为 在机身上有固定支持或弹性支持的悬臂梁。
若左右机翼是一个整体则可看作是支持在机身ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的双支点的外伸梁。
3.2 机翼典型受力型式的传力分析
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多腹板机翼的启发问题
1、 无肋时，气动载荷是怎麽传的？ 2、 是否还有扭矩（或扭转变形引起的剪流） 3、如无中央翼会怎样？
四.综述三个典型受力型式:
1.受Q 的形式没有改变;
2.不同之处主要是受M的元件分布由 集中(梁式)分散(单块式)更分散(多腹板式)
并由此还将影响到翼肋和蒙皮的受载情况有所差异
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剪力传递： 因长桁、蒙皮较强，承轴向正应力能力大， 梁腹板受剪时，产生的轴向剪流（将形成弯矩） 由梁橼条，长绗、蒙皮组成的壁板承受。
传递过程： 腹板剪流
梁橼条 蒙皮（受剪）
第一长桁
假定承受正应力能力折算到长桁
第二长桁 蒙皮
蒙皮
橼条、长桁分担轴力大小 与他们的拉压刚度成正比例
内力N沿展向分布按斜折线规律分布，同梁式。
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3.2 机翼典型受力型式的传力分析
压心：空气动力R与机翼弦线的交点，即空气动力合力 作用点。它的位置随着α角（Cy ）而变化。 α →Cy →压心前移，接近焦点。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
分布气动力作用在蒙皮上 谁支持蒙皮？
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
2. 总体剪力在梁式机翼的上的传递
（受力元件的力平衡图）
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
3. 总体弯矩在梁式机翼的上的传递 由翼梁承担。
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递 4. 总体扭矩在梁式机翼的上的传递 由翼盒承担。
飞机结构受力分析和抗疲劳设计思想PPT课件
☺支持蒙皮，防止在空气动力作
用下产生过大的局部变形，并
与蒙皮一起把空气动力传到翼 肋上去；
?
☺提高蒙皮的抗剪和抗压稳定性，
使蒙皮能更好地参与承受机翼
的扭矩和弯矩；
☺长桁还能承受由弯矩引起的部
分轴力。
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蒙皮 传来的力
蒙皮 传来的力
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桁条
翼肋
蒙皮 传来的力
翼肋 传来的力
如果外力不通过这一点，机翼 的横截面就会绕该点转动，这 个特殊的点称为该横截面的刚心
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刚心轴的定义?
机翼的每个横截面上，都有一个 特殊的点，当外力通过这一点时， 不会使横截面转动，这个特殊的 点称为该横截面的刚心。机翼各 横截面刚心的连线称为机翼的刚 心轴。
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剪力图
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• 梁式机翼的受力特点是：弯曲引起的轴向 力主要由翼梁的缘条承受。剪力由翼梁的 腹板承受。
• 对双梁式机翼的扭矩可由前后梁腹板与上 下蒙皮组成的盒段（合围框）、前梁腹板 与前缘蒙皮组成的盒段承受。
• 梁式机翼的主要受力构件是翼梁，因此， 它具有便于开口、与机身 (或机翼中段) 连 接较简便等优点。
些外载荷在机身与机翼的连接处，由机身 提供的支反力取得平衡。
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机翼重力 分布载荷
剪力图
弯矩图
扭矩图
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空气动力分布载荷
P部件
一、平直机翼各截面的
剪力、弯矩和扭矩图
①如果机翼上只有空气动 力和机翼结构质量力，则 越靠近机翼根部，横载面 上的剪力、弯矩和扭矩越 大。 ②当机翼上同时作用有部 件集中质量力时，上述力 图会在集中质量力作用处 产生突变或转折。
机翼、尾翼结构分析
机翼、尾翼结构分析
机翼布置
机翼的外载特点
• 气动载荷 • 其它部件的集中载荷 • 结构的质量力
机翼的总体受力
机翼结构的典型元件
梁和纵墙
蒙皮和长桁
翼肋
机翼盒段、扭矩
封闭薄壁筒扭转刚度大 开口薄壁筒扭转刚度很差
机翼结构的典型受力型式
1 梁式
机翼结构的典型受力型式
2 单块式 （整体壁板）
• 多腹板式 上、下厚蒙皮受弯矩，刚度更
大；存在类似单块式问题
气动弹性问题
气动力和弹性力相互作用而引起 的飞机部件可能破坏或失效的各种 典型问题
• 扭转扩大 • 操纵反效 • 颤振
机翼的扭转扩大
超音速飞行一般不会出 现扭转扩大，因为 此时焦点显著后移
操纵反效
颤振
• 颤振是一种振动发散，需考虑变形 引起的加速度（惯性力），所以重 心位置起很大作用
1.升降舵 2.水平安定面 3.方向舵 4. 垂直安定面上部 5.升降舵调整片 6.水平安定面梁 7.水平安定面肋 8.水平安定面桁条 9.水平安定面后纵墙 10.蒙皮 11.垂直安定面梁 12. 垂 直 安 定 面 加 强 肋 13. 垂 直 安 定 面 肋 14.垂直安定面桁条 15.尾部整流罩 16.阻力板（减速板）
• 隔框 • 长桁与桁梁 • 蒙皮
某旅客机机身框
机身结构的典型受力型式
桁梁式 ； 桁条式(半硬壳式) ； 硬壳式
机身结构受力分析
旅客机地板结构
机身开口
• 1、口盖பைடு நூலகம்2、舱门
典型开口与口盖
大开口的受力特性
尾翼的功用
• 平衡 纵向(俯仰) 、 方向(偏航) • 稳定 • 操纵
尾翼的组成和构造
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。
初三物理飞机机翼原理分析
初三物理飞机机翼原理分析机翼是飞机的重要组成部分，它承担着提供升力的关键任务。
本文将对初三物理课程中涉及的飞机机翼原理进行分析。
一、机翼的作用机翼是飞机的升力产生器，其作用是在飞行时产生升力，帮助飞机保持平衡和稳定。
机翼的设计与构造直接影响着飞机的性能和飞行特性。
二、机翼结构1. 机翼的主要结构包括上表面、下表面、前缘和后缘。
它通过气动力学原理来产生升力。
2. 上表面相对平坦，下表面略微凸起。
这种造型能够使气流在上表面流动更快，下表面压强减小，从而产生向上的力。
三、升力产生原理1. 机翼上方气流速度快于下方气流的原因：a. 机翼的前缘设计成圆润的形状，在机翼前缘处空气受到阻挡，形成气流加速区。
b. 根据伯努利原理，气流通过前缘时，流速加快，压强降低。
c. 加速的气流在上表面流动，速度更快。
2. 机翼上的气流速度增加导致的效果：a. 当气流通过机翼上的曲率时，流动速度加快，气压减小。
b. 根据杨氏模式，速度快的气流对应着较低的气压。
c. 由于上表面的气压低，下表面的气压相对较高，产生升力。
3. 升力与机翼表面积的关系：a. 机翼面积越大，所产生的升力也就越大。
b. 机翼面积的大小取决于飞机的尺寸和设计要求。
四、机翼的改变和调整1. 通过改变机翼的前缘和后缘的形状，可以调整飞机的升力和阻力。
2. 前缘蒙皮采用凹形结构可以减小升力，适用于起飞和降落等低速飞行。
3. 后缘蒙皮采用凸形结构可以增加升力，适用于高速飞行。
五、机翼的应用与发展1. 各种类型的飞机都使用机翼作为升力产生器，包括客机、直升机和无人机等。
2. 随着科技的发展，飞机机翼的设计逐渐趋于合理化和集约化，旨在提高飞行效率和节能减排。
六、总结机翼作为飞机的重要组成部分，通过利用气流原理产生升力，帮助飞机保持平衡和稳定。
通过调整机翼的形状，可以改变升力和阻力的大小。
随着科技的进步，飞机机翼的设计也在不断发展，以提高飞行效率和降低能源消耗。
通过以上分析，我们对初三物理课程中涉及的飞机机翼原理有了更深入的了解。
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4) 依次选取元件为分离体，按静力平衡条件逐步分析，这样才 能反映出正确的传力路线。
5) 分析传力时，还须具备刚度概念。对静不定系统
a) 载荷分配与元件刚度有关。刚度大，分配到的载荷大；
b) 载荷分配与支持刚度有关。刚性支持分配到的载荷大， 弹性支持分配到的载荷小；
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（3）平面板杆结构
它由位于同一平面内的板、杆组成，适宜 受作用在该平面内的载荷。因为杆宜于受轴 向力，因此，可沿板杆结构中的任何杆件加 以沿杆轴方向的力。
板杆结构中的矩形板（或梯形板）则有两 种受载情况：
板、杆之间只能相互传递剪流。如 果板将拉伸应力传给杆时，则从右图可 知，必定会使杆受到一横向载荷而引起 弯矩，这将与杆不能受弯的假设相矛盾。 三角形板杆结构因为力矩不能平衡， 其中的板不能受剪力。
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(4) 翼梁将载荷向根部传递
翼梁腹板受到由翼肋 传来的剪力，使腹板 受剪。由于腹板与很 多翼肋相连，翼肋传 给腹板的剪力也就一 个一个叠加上去，所 以从翼尖至翼根，梁 腹板上的剪力成阶梯 形增加。
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(4) 翼梁将载荷向根部传递
腹板上所有剪力的总和最终 在机身侧边接头上得到平衡。
这种横向剪力还会引起弯矩， 这些剪力在向根部传递时引起 的弯矩，依靠梁的上、下缘条 提供一对沿着翼展方向相反的 支反剪流所形成的支反力矩来 平衡。
传力分析的目的：了解结构受力的物理本质，并弄清楚每个 主要受力元件在结构中的作用和地位。
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2、实际结构传力分析的基本方法 从受力的角度看，机翼结构有
主要部分：如主要受力翼盒 主要构件元件：如翼梁、肋、长桁、蒙皮、接头等
次要部分：如机翼后缘
次要元件：如连接角片、垫片等
传力分析中，着重研究参加承受机翼总体力的主要结构元件、 主要部分的传力情况。
即可承受平面内的弯矩。
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（5）空间薄壁结构与厚壁筒
（5）空间薄壁结构与厚壁筒 厚壁筒与空间薄壁结构经过合理的安排，可承受空间任意方向的力。
例题： 右图为两端铰支的高强铝合
金圆杆AB。已知杆剖面面积 F= 40
mm2，l = 80 mm，E = 7200 kg/mm，
σb = 42 kg/mm2。
P
腹板也就将弯矩以轴向剪流 的形式传给了翼梁的上、下缘 条。最后在机翼根部通过与机 身的固接接头传给机身。
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基本结构元件的传力特性
（2）薄板
在垂直于板中面方向：根本不能承受横向集中载荷，只能承受 横向分布载荷，如气动载荷、增压舱的压力载荷、燃油舱燃油质量 载荷和气压载荷等。
在平行于板中面方 向：如果直接承受集 中力，薄板将被局部 撕裂或压塌；能够承 受板平面内的拉应力、 压应力和剪应力。抗 拉能力强，抗剪次之， 抗压能力最低。
B
在 轴力P 作用下，有P/F = σ，
则Pmax = F σb = 1680 kg。
max
ห้องสมุดไป่ตู้
QL3 48EI
Q
P
C
A
L/2
L
现在若在杆中点C处单独作用一横向集中力Q，并取σmax = σb ，则可 求得此杆所能承受的最大横向力仅为 Q max = 75 kg。Q = 4.5% Pmax， 若受横向载荷，以增加重量为代价。
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重点以平直机翼为例，详细分析载荷在结构中的传力过程。
伊 尔 28
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二、梁式机翼的传力分析
1、气动载荷的传递 (1) 蒙皮把气动载荷分别传给桁条和翼肋 蒙皮受气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支 反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，此时铆 钉不受力。
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(2) 桁条又把自身承担的那部分气动载荷传给翼肋 桁条与翼肋直接用角片或间接通过蒙皮与翼肋相连，因此，
飞机结构分析与设计
第六讲 1
§4.5 平直机翼的传力分析
一、传力分析的一般原理
1、传力分析的概念、目的
“传力分析”的一般含义：当支承在某基础上的一个结构受
有某种外载，分析这些外载如何通过结构的各个元件逐步向 支承它的基础传递，则称此过程为结构的传力分析。 传力分析不可能给出 精确的量的概念，而只是通过定性的或 粗定量的分析来研究结构的传力特性，并进而研究结构的受 力形式和主要受力构件的布置等问题。
对实际结构进行传力分析的基本方法：
1) 弄清楚结构所受的载荷最后应传向何处。通常分析机翼时，以 机身为支持基础；分析机身时，以机翼作为支持基础。
2) 分清结构的主要和次要受力部分，主要和次要受力元件。首先 着重研究在总体受力中占主导地位的受力部分和元件的受力传 力作用，次要元件和次要部分通常可以略去。
M
荷板
，、
则杆
杆传
将递
受法
弯向
矩载
荷板 ，、 则杆 杆传 将递 受剪 轴切 力载
构三 板角 不形 受板 载杆
结
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（4）平面梁
整体梁的构造
可以是薄壁结构组合梁，也可以是整体梁，它适于受梁平面内
的载荷。在传力分析中，可近似认为腹板只受分布剪流形式的剪
力，而缘条作为杆元受轴向力，上、下两缘条分别受拉和受压，
c) 传力多少与传力路线的长度有关，传力路线短的元件，传 走的力多。
（刚度概念对分辨主、次受力元件，选取计算模型，对静不定结 构作近似设计计算，布置受力元件时有意识地分配载荷，控制 传力路线等都很有用。）
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3、基本结构元件的传力特性
飞机机体结构大多是薄壁结构，基本上由板、杆组成。 各构件在结构中应根据它们的传力特性进行最佳组合，使它们 分别承担最符合各自受力特点的载荷，这样才能使设计出来的结 构重量轻。
桁条可以看成支持在翼肋上的多点连续梁受横向弯曲。
至此，作用在蒙皮上的气动载荷全部传给了翼肋：一部分是 直接传给翼肋的，另一部分是通过桁条间接传给翼肋的。
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(3) 翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮 翼肋的受载形式是一根梁，其支持
是分散的、弹性的。翼肋上的载荷有 蒙皮传来初始局部气动载荷，以及由 桁条传来的小集中力形式的载荷。
判断一个构件或元件能否传递某种载荷，就要看它在此种载荷下 是否满足强度要求，或是否会产生过大的变形（超过容许的变形 量）。
（1） 杆 只能承受（或传递）沿杆轴向的分散力或集中力。机翼中的长 桁、翼梁缘条就属此类元件。因为杆的抗弯能力很小，故认为它不 能受弯矩，或只能受很小的弯矩（如长桁上局部气动载荷引起的弯 矩）。