第3章飞机结构分析与设计基础
(完整版)飞机制造工艺基础3
一.整体壁板毛坯 主要为铝合金，另有钛合金、镁合金。整体壁板毛坯的主要制造方法： 热摸锻、挤压、自由锻板坯、热轧平板毛坯和特种铸造。
1.大吨位液压机和锻模生产壁板毛坯 优点：生产率高、锻件纤维组织连续，晶粒致密，强度高，可制造复杂 形状筋肋和对接接头。
热模锻毛坯接近于成品尺寸，厚度和桁 条间距误差小于0.6mm，锻造斜度小锻需要吨位极大的机床，铝合金壁 板每平方米投影面积约需3万吨压力， 精锻时要5～6万吨。且锻模制造困难、 周期长、劳动量大。如某飞机整体壁板 的锻模重量达50～60吨。 这些问题限制了热模锻方法的广泛应用。
Most authors used in their experimental study on incremental forming regular 3 axis milling machine. Figure 7 presents the incremental forming process.
characteristics of the incremental forming process are pointed out:
- the sheet is formed according to a given locus - the deformation of the sheet is point-by-point - the deformation of every step is small.
Figure 8 The control system of Dieless NC Forming machine.
Figure 9 Equipment for Dieless NC Forming process
The blank sheet is attached to a blank holder. The blank holder moves in vertical direction according to descending of Ztool and along X- and Y-planes.
飞行器结构力学电子教案PPT课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器结构力学概述 • 飞行器结构力学基础知识 • 飞行器结构静力学分析 • 飞行器结构动力学分析 • 飞行器结构疲劳与损伤容限分析 • 飞行器结构优化设计
01
飞行器结构力学概述
定义与特点
定义
飞行器结构力学是研究飞行器结构强度、刚度和稳定性的学科， 主要关注飞行器在各种载荷作用下的响应和行为。
迭代算法
通过不断迭代更新解，逐步逼近最优解，常用的 算法包括梯度下降法、牛顿法等。
飞行器结构优化设计方法
尺寸优化
通过改变结构件的尺寸，以达到最优化的结构性 能。
拓扑优化
在给定的设计区域内，寻找最优的材料分布和连 接方式。
形状优化
通过改变结构的形状，以实现最优的结构性能。
多学科优化
综合考虑多种学科因素，如气动、热、强度等， 进行多学科协同优化。
技术发展
飞行器结构力学的发展推动了航空航天技术的进步 ，为新型飞行器的设计和研发提供了技术支持。
飞行器结构力学的历史与发展
历史
飞行器结构力学的发展可以追溯到20世纪初期，随着航空工 业的快速发展，结构力学逐渐成为飞行器设计的重要学科。
发展
近年来，随着新材料、新工艺和计算技术的不断发展，飞行 器结构力学在理论和实践方面都取得了重要进展。未来，随 着环保要求的提高和新能源的应用，飞行器结构力学将面临 新的挑战和机遇。
损伤容限
指材料或结构在受到损伤后仍能保持一定承载能力的程度，是评估结构剩余寿命的重要 指标。
疲劳与损伤容限分析的必要性
飞行器在服役过程中受到各种复杂载荷的作用，结构疲劳与损伤是不可避免的现象，因 此进行疲劳与损伤容限分析是确保飞行器安全的重要手段。
飞机原理与构造课程设计
飞机原理与构造课程设计一、课程设计背景随着社会的不断发展，飞机作为一种重要的交通工具，已经成为人们出行的主要选择之一。
了解飞机的原理与构造不仅是对技术人员的要求，也是对广大群众科学素质的要求。
本课程设计旨在帮助学生深入了解飞机的原理与构造，提升学生对航空技术的理解和掌握，为未来的工作和研究打下坚实基础。
通过设计实践以增强学生的动手能力和实际应用水平。
二、课程设计目标2.1 知识目标1.掌握飞机构造，包括机翼、机身、发动机、起落架等；2.熟悉飞机的三轴，包括横滚轴、俯仰轴和偏航轴的原理和作用；3.熟悉飞行主要指标，包括速度、高度、迎角、滑行角等；4.熟悉飞机飞行原理，包括升力、阻力、推力、重力等；5.了解飞机的控制原理，包括副翼、升降舵、方向舵等。
2.2 技能目标1.能够绘制飞机结构草图；2.能够模拟飞机飞行；3.能够根据要求设计并制作小型飞机模型；4.能够设计飞机试飞方案。
2.3 态度目标1.具备项目合作精神，能够与团队成员协作完成任务；2.具备创新思维，能够从不同角度考虑问题；3.具备实践动手能力和解决问题的能力。
三、课程设计内容3.1 飞机构造与原理1.飞机结构图解2.飞机种类及特点3.飞机三轴原理及作用4.飞机航空力学原理5.飞机控制原理与方法3.2 飞机模拟与设计1.飞行主要指标计算2.飞行试飞方法与方案设计3.飞机模拟仿真实验4.飞机模型设计与制作3.3 课程设计实践1.飞机试飞实践2.飞机模型制作实践3.飞机模拟仿真实践四、课程评价根据学生的课程设计报告、设计方案及实践成果进行评价，具体评价标准如下：1.课程设计分组、合作能力与领导能力；2.课程设计报告的完成度和质量；3.设计方案的可行性和完整性；4.实践成果的创新性、完整性和可行性。
五、参考文献1.高速气动力学与航空飞行（第5版）2.飞行器设计（第2版）3.航空发动机原理及发展4.飞机设计基础（第2版）以上是本次飞机原理与构造课程设计的内容，希望能够对学生在航空领域有更深入的认识，增强实践动手能力和解决问题的能力，提高对航空技术的理解和掌握，为未来的工作和研究打下坚实基础。
飞机设计知识点
飞机设计知识点飞机设计是航空工程中的重要环节，涉及到飞机的结构、材料、气动性能等多个方面。
在本文中，将介绍一些与飞机设计相关的基本知识点。
一、飞机结构飞机结构是指飞机的组成部分和它们之间的连接方式。
常见的飞机结构包括机翼、机身、机尾和机翼等。
机翼是飞机承载飞行荷载的主要部分，通常采用翼梁结构来支撑。
机身是飞机的主要载体，用于容纳乘客和货物。
机尾包括垂直尾翼和水平尾翼，用于控制和稳定飞机。
二、材料选择飞机设计中材料的选择至关重要，因为它直接影响到飞机的性能和安全性。
常见的飞机材料包括金属、复合材料和塑料等。
金属材料通常用于飞机的结构件，如铝合金和钛合金。
复合材料由纤维增强材料和基质组成，具有轻质、高强度和抗腐蚀性能优异的特点，广泛应用于现代飞机机翼等结构件。
塑料材料常用于飞机的内饰和覆盖件。
三、气动性能飞机的气动性能是指飞机在飞行中的空气动力学行为。
其中包括气动力、气动性能和气动外形等方面。
气动力是指飞机在空气中运动时所受到的力，包括升力、阻力和推力等。
气动性能是指飞机在不同空速、攻角等条件下的飞行性能，如爬升率、最大速度和航程等。
气动外形是指飞机的外形设计，对飞机的气动性能和飞行稳定性有着重大影响。
四、控制系统飞机设计中的控制系统用于控制飞机的飞行姿态和运动状态。
常见的控制系统包括操纵系统、液压系统和电气系统等。
操纵系统用于操纵飞机的运动，包括行星齿轮系统、电传操纵系统和液压操纵系统等。
液压系统用于提供操纵力，实现飞机各部件的运动。
电气系统则用于控制飞机的电子设备和系统。
五、安全性设计飞机设计的一个重要考虑因素是安全性。
飞机设计师需要考虑飞机在不同飞行阶段的安全性要求，如起飞、爬升、巡航、下降和着陆等。
安全性设计包括结构强度计算、燃油系统设计、避雷系统设计等。
同时，飞机设计中还需考虑飞机的防火性能、应急撤离和飞机失速等问题。
六、人机工程学人机工程学是一门研究人与机器之间交互作用的学科，也是飞机设计中的重要领域。
第三章-飞行理论
第三章-飞行理论第三章：飞行理论1. 引言飞行是一项人类梦寐以求的技术和运动，飞行理论是研究飞行的基础。
本章将介绍飞行的基本原理、飞行力学和飞行稳定性的相关知识。
2. 飞行的基本原理飞行的基本原理是依靠气流对物体的支持力。
根据等速飞行原理，当飞机的前进速度恒定时，飞机所受合外力为零，飞机将保持飞行状态。
飞机的支持力、阻力、重力和动力之间存在着复杂的相互作用关系。
其中，支持力是飞机产生升力的力量，也是飞机保持飞行的关键。
阻力是空气阻力对飞机运动的阻碍，必须通过动力来克服。
重力是飞机受到的地心引力，必须通过升力来平衡。
动力是飞机产生推力的力量。
3. 飞行力学飞行力学是研究飞机在飞行过程中力的作用和变化的科学。
它主要包括静力学和动力学两个方面。
静力学研究静止或匀速直线飞行时的力学现象。
由于静态平衡，飞机在水平飞行或急流中飞行时，支持力等于重力，推力等于阻力。
动力学研究飞机在加速、转弯、起降等动态过程中的力学现象。
由于动态平衡，飞机在这些过程中需要调整支持力、阻力和推力的分配。
飞行稳定性是指飞机在各种飞行状态下维持平衡的能力。
飞行稳定性与飞机的稳定性设计密切相关，包括静态稳定性和动态稳定性。
静态稳定性是指当飞机受到外界干扰时，回到平衡飞行状态的能力。
动态稳定性是指当飞机在飞行姿态变化时，能够平稳地恢复到稳定飞行状态。
4. 飞行稳定性的保持为了保持飞行稳定性，飞机采用了多种设计和控制手段。
飞机的稳定性设计包括飞机的几何形状、重心位置和机翼安装角度等因素。
合适的几何形状和重心位置可以使飞机具有良好的静态稳定性。
机翼安装角度的调整可以改变飞机的升力和阻力特性，从而调整飞机的动态稳定性。
飞机控制系统通过控制飞机的姿态和飞行状态来维持飞行稳定性。
常见的控制系统包括方向舵、升降舵、副翼和扰流板等。
这些控制面可以通过飞行员的操纵来调整飞机的姿态和飞行状态，并保持飞行稳定性。
5. 飞行稳定性的挑战尽管飞行稳定性的设计和控制手段已经非常成熟，但飞行稳定性依然是飞行的永恒挑战。
飞机结构仿真分析及其优化设计
飞机结构仿真分析及其优化设计近年来，随着飞机制造技术的发展和飞机性能要求的提高，飞机结构仿真分析成为飞机结构设计和制造中的必要环节。
通过仿真分析，可以评估飞机结构的强度、疲劳寿命和耐损性等重要性能指标，从而指导优化设计。
本文将介绍飞机结构仿真分析的方法和优化设计的思路。
一. 飞机结构分析的方法飞机结构分析是通过计算机数值模拟方法，分析对结构的应力、位移、变形、振动、疲劳寿命等现象进行分析，并在此基础上对结构进行设计和优化。
具体来说，飞机结构分析可以分为以下几个步骤：1. 建立数值模型建立数值模型是飞机结构分析的第一步，其目的是将实际飞机结构抽象成数学模型，以便进行计算机仿真。
建立数值模型时，需要考虑飞机结构的各种几何和材料特性，如外形、结构布局、材料类型、初始条件等。
2. 网格划分飞机结构分析需要将结构抽象成一系列的单元，这些单元之间通过节点相互连接。
这种单元与节点的网格化可以大大简化计算负荷，减少计算时间。
在进行网格化时，需要根据飞机结构的几何和物理特性，选择适宜的单元尺寸和节点数量。
3. 边界条件设定在进行结构分析时，需要设定结构的边界条件，包括支撑、加载等信息。
这些边界条件需要准确地反映实际情况，以便保证分析的准确性。
4. 应力计算应力计算是飞机结构分析的重要环节，其目的是计算每个单元上的应力值。
应力计算需要考虑各种载荷因素，如自重、飞行荷载、风载等，以及外部因素，如温度、湿度、压力等。
为了提高计算精度，应该选用合适的应力计算方法，如有限元分析算法、热损伤感应算法等。
5. 变形和振动分析变形和振动分析是飞机结构仿真中的重要环节。
变形和振动分析旨在评估飞机结构在各种载荷情况下产生的位移和振动情况，以便检查结构是否满足性能要求。
变形和振动分析需要考虑不同载荷下结构的动态响应特性，对于不同类型的飞机，需要采用不同的分析方法。
6. 疲劳寿命评估疲劳寿命评估是飞机结构分析中的关键环节。
在飞机服役期间，受到载荷作用的飞机结构会出现疲劳损伤，从而导致安全隐患。
空客A350飞机的材料及构造设计分析
空客A350飞机的材料及构造设计分析空客A350飞机作为空中客车公司最新推出的长途宽体飞机，其材料及构造设计是其卓越性能和功能的基础。
本文将对A350飞机的材料和构造设计进行全面分析。
首先，材料的选择是飞机设计中的重要环节。
A350采用了大量轻质高强度复合材料，如碳纤维增强复合材料。
它们的密度相对较低，却能提供出色的强度和刚度，使得A350飞机在飞行过程中能够承受大气压力、重力和气动力等力量的挑战。
使用复合材料还可以减轻飞机的重量，提高燃油效率和航程。
其次，A350的机身结构设计理念是基于轻量化和优化载荷传输。
机身采用整体突厚减薄设计，在关键位置增加材料厚度，提高强度。
此外，结构采用先进的铆接和粘合技术，以确保飞机整体结构的坚固性，并减少结构疲劳和裂纹的风险。
机翼和尾翼采用了一体化设计，减少了连接处的重量和风阻。
在机翼设计方面，A350选用了梁箱结构。
梁箱主要由上下翼面、前后翼壁和前后纵梁组成，其结构紧凑且刚性好。
这种设计使得机翼能够承受飞行过程中的强大气动力和重力，提高了飞机的稳定性和机动性能。
另外，机翼还配备了高效的襟翼和缝翼，以提高飞机的低速性能和起降性能。
机身的驾驶舱采用了先进的座舱设计和弧形玻璃舱盖。
座舱设计旨在提供舒适的乘坐体验，优化操纵员的使用空间。
弧形玻璃舱盖则提供了更好的视野，并减少了驾驶员眩光和反射的可能性，有助于提高飞行安全性。
飞机起落架的设计也是A350构造设计的重要部分。
A350采用了先进的碳纤维复合材料制造起落架，使其具备更高的强度和更轻的重量。
起落架设计考虑到了减少冲击负荷和提高防滑性能，以及可靠的系统来控制起落架的伸缩和导向。
最后，A350的电气系统设计采用了先进的集成电气架构，通过数据管理、保护和控制系统来提高飞机的可靠性和效率。
航电系统还包括先进的飞行控制系统、导航系统和通信系统，以实现飞机的高度自动化和精确导航能力。
总的来说，空客A350飞机的材料及构造设计是基于轻量化、优化载荷传输和先进的技术应用。
航模飞机设计基本知识分析
航模飞机设计基本知识分析航模飞机设计基本知识分析由于航天模型多呈火箭状，故通称模型火箭。
换句话说，模型火箭是指不利用气动升力去克服重力，而是靠模型火箭发动机推进升空的一种航空模型。
那么，下文是由店铺为大家提供的航模飞机设计基本知识分析，欢迎大家阅读浏览。
第一步，整体设计1、确定翼型我们要根据模型飞机的不同用途去选择不同的翼型。
翼型很多，好几千种。
但归纳起来，飞机的翼型大致分为三种。
一是平凸翼型，这种翼型的特点是升力大，尤其是低速飞行时。
不过，阻力中庸，且不太适合倒飞。
这种翼型主要应用在练习机和像真机上。
二是双凸翼型。
其中双凸对称翼型的特点是在有一定迎角下产生升力，零度迎角时不产生升力。
飞机在正飞和到飞时的机头俯仰变化不大。
这种翼型主要应用在特技机上。
三是凹凸翼型。
这种翼型升力较大，尤其是在慢速时升力表现较其它翼型优异，但阻力也较大。
这种翼型主要应用在滑翔机上和特种飞机上。
另外，机翼的厚度也是有讲究的。
同一个翼型，厚度大的低速升力大，不过阻力也较大。
厚度小的低速升力小，不过阻力也较小。
实际上就选用翼型而言，它是一个比较复杂、技术含量较高的问题。
其基本确定思路是：根据飞行高度、翼弦、飞行速度等参数来确定该飞机所需的雷诺数，再根据相应的雷诺数和您的机型找出合适的翼型。
还有，很多真飞机的翼型并不能直接用于模型飞机，等等。
这个问题在这就不详述了。
机翼常见的形状又分为：矩形翼、后掠翼、三角翼和纺锤翼(椭圆翼)。
矩形翼结构简单，制作容易，但是重量较大，适合于低速飞行。
后掠翼从翼根到翼梢有渐变，结构复杂，制作也有一定难度。
后掠的另一个作用是能在机翼安装角为0度时，产生上反1-2度的上反效果。
三角翼制作复杂，翼尖的攻角不好做准确，翼根受力大，根部要做特别加强。
这种机翼主要用在高速飞机上。
纺锤翼的受力比较均匀，制作难度也不小，这种机翼主要用在像真机上。
翼梢的处理。
由于机翼下面的压力大于机翼上面的压力，在翼梢处，从下到上就形成了涡流，这种涡流在翼梢处产生诱导阻力，使升力和发动机功率都会受到损失。
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3.1.3基本元构件传力的充分条件II力的作用点
力的作用位置应该是传力元构件能接受的地方。
对于构架，力必须作用在节点上；
图3.12 桁架结构中力的作用点
对于板元，只能承受分散的剪流和正应力。
前面讲到杆元不能承受垂直杆轴线的垂直力；板 元不能承受垂直板平面的力等，都是相对概念，不能 绝对化。比如，由桁条(杆元)、肋(杆元)和蒙皮组成 的构件，受到局部气动载荷时，它们是能传递这部分 垂直力的(后面课程内容还要具体分析)。但是，局部 气动载荷均较小，引起的变形不超过允许值，并且不 影响主要受力情况。
图3.4 板杆结构中的三角形板不受载
厚板是可以承受正应力的。此时，虽然板能直接受 拉，但并不把此力以横向载荷形式传给杆(图3.5)。为 了计算方便，往往把板的抗拉能力折算到杆上去，结 构仍然简化成受剪板和受轴力杆。
图3.5 AB、CD、EF杆不受板内的法向载荷
（2) 平面梁 平面梁可以是薄壁结构组合梁，也可以是整体
3.2结构传力分析的基本方法
3.2.1传力分析的目的 “传力分析”的一般含义如下：当支承在某基础
上的一个结构受有某种外载荷，分析这些外载荷如何 通过结构的各个元件逐步向支承它的基础传递，此过 程称为结构的传力分析。
3.2.2对实际结构进行传力分析的基本方法
（1）对实际结构进行合理简化，略去次要元件和 次要部分； （2）对简化了的具体结构和各元件之间的连接关 系进行分析简化； （3）依次选取结构的各个部分为分离体进行受力 平衡分析。
受力特性都是相对于结构所能够受力的大小和变形 要求而言的。即在通常所需承受的载荷数值下，构件 不破坏或变形不超过允许值时就认为它能传递此力， 反之就认为不能传递。
图3.8 双支点圆杆的受载 图3.8 双支点圆杆的受载
已 知 杆 的 剖 面 面 积 F=40mm2 ， 长 度 l=80mm ， 拉 力 P=16000kN，材料的弹性模量E=72000MPa，破坏强度
3.2.3结构的传力特性
一、静定结构的传力特性 静定结构中力的分配是确定的，只与结构的
几何尺寸和力的作用位置有关，与元件本身的刚 度(几何剖面大小、物理性能)无关。
图3.14 静定结构中的载荷分配
二、超静定结构中，支持条件对传力的影响 规律1：其他条件相同时，力向限制变形多(支持
刚度大)的支点传得多。
RA
11 P 16
0.69P
RB
5 16
P
0.31P
规律2：力的传递与支持点的刚度有关，向刚度大 的支持点传递得多。
(b) ：
RB
5P 16(1 3EJ
C)
5 16
P
L3
(c) ：当A、B两点支持刚度一样时，RA= RB；MA = MB； 当A点刚度比B点刚度大时，因为D点要求位移同样多
，才能使DA与DB在D点保持连续。因此，向A边传递的
b =420MPa
在P力作用下，可求得=P/F=400kN，b，强度
足够。若在杆中点C处单独作用一横向集中力Q，并
取max＝b，则可求出此杆所能承受的最大横向力
仅为750N。
结构设计:尽量使构件按各自的受力特性来 受载，“扬长避短”，才能充分发挥材料的 潜力
传力分析：按各自的传力特性合理简化各构 件、元件(如对梁的缘条可简化为杆元处理， 忽略其承弯能力)，这样既可使分析工作大 大简化，又不致引起太大的误差。
飞机结构设计
第3章 飞机结构分析与设计基础
3.1基本元件的承力特性
尽管一架飞机的机体是由成千上万个零件组 成，其构造相当复杂，但仍然可以认为它是由一 些最基本的元构件组成的。
3.1.1基本元构件及其受力特性
一、紧固件 常用的紧固件有铆钉、螺栓和螺钉。 (1)铆钉：通常把它设计成传剪的受力状态
(2) 螺栓：螺栓既可受剪也能受拉，视具体情况而定.
(3) 螺钉主要用于压紧被连接的零构件，螺钉本身主 要处于受拉状态
二、受力元件 (1)杆——只能承受(或传递)沿杆轴向的分散力或
集中力。 如：长行、翼梁缘条等
(2) 薄板——适合承受在板平面内的分布载荷 如：机翼的墙、翼梁和翼肋的腹板
(a)薄板受剪 (剪切、稳定性）
(b) 薄板受拉；
(c) 薄板受集中力 （附加构件扩散 为分布力）
K=EF/L，
P1 K1 P2 K2
在各种形式载荷作用下，静不定结构中各元件分担的 载荷均可按下式计算：
Pi
KiKBiblioteka iP3.16(b)，广义力为弯矩，广义位移为转角:
K
EJ l
3.16(c)，广义力为剪力，广义位移为挠度:
K
3EJ l3
3.16(d)，广义力为扭矩，广义位移为扭角:
K GJt l
注意：刚度分配法要满足“平剖面 ”假 设
(3) 厚板 各种力（分布、集中，剪力、拉压力）
三、受力构件 (1) 平面板杆结构 它由位于同一平面内的板、杆组成，适合 受作用在该平面内的载荷。因杆宜于受轴向力， 因此可沿板杆结构上的任何杆件加以沿杆轴线 方向的力。四边形薄板受剪。
图3.3板、杆间只传递剪流
由薄板与杆组成的板杆结构中，三角形板不 受载 。
力较多。
三、静不定结构中力的刚度分配法
静不定结构 中，力在各元件中的分配除了与各 元件(或支座)的几何尺寸及作用力的相对几何位置 有关外，还与各元件本身的刚度和支持刚度有关 。
静不定结构中力按刚度分配
拉伸变形协调条件为： l1 l2
P1l1 P2l2 E1F1 E2F2
P1 P2 K1 K2
梁，它适合于承受梁平面内的载荷。
(a)－平面薄壁梁；(b)－框；(c)－整体翼梁:
(3) 空间薄壁结构与厚壁筒
厚壁筒与空间 薄壁结构(如带腹板 的封闭周缘的薄壁 梁、盒式结构等)经 过合理的安排，可 承受空间任意方向 的力。
图3.7 空间薄壁结构和厚壁筒 (a)－空间盒式结构；
(b)－周缘封闭的薄壁梁
3.1.2基本元构件传力的充分条件I边界条 件
一、杆元件的传力条件 杆元传力的充分条件是杆端头或者杆边有支
持。
(a) 杆元不能承力，也不能传力 (b)、(c)、(d)的杆元能受力和传力。
二、板元的传力条件 板元要能传递剪力，必须四边支持。
图3.10 板元的传力条件
三、平面薄壁梁的传力条件
平面薄壁梁受力的边界条件是至少应有不在一条直线 上的三个约束。而且三个约束(点)的相互位置要合理。