机翼尾翼的结构分析详解
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
1-2 机翼载荷与机翼、尾翼结构
§1-2 机翼载荷与结构形式
航空器系统与动力装置
1.2.2 机翼载荷、变形及结构布置特点 翼剖面的三心及机翼的压力中心线、 重心线及刚心线
§1-2 机翼载荷与结构形式
航空器系统与动力装置
1.2.2 机翼载荷、变形及结构布置特点 机翼外载荷及总体结构布置特点： 机翼气动载荷、机翼结构质量力从翼尖到翼根逐渐 增大。 在有集中力作用的剖面，结构进行了加强。 在机翼上安装部件、设备等，在飞行中有减小机翼 根部内力的作用，即“卸载作用”。
§1-2 机翼载荷与结构形式 航空器系统与动力装置
水平安定面与升 降舵合二为一的 尾翼。 作用：提高飞机 的俯仰操纵效率
§1-2 机翼载荷与结构形式
航空器系统与动力装置
本节小结
基本概念：
内外混合副翼、襟副翼、副翼反操纵、全动平尾
主要问题：
●飞机机体结构组成部件及总体结构特点。 ●机翼的功用，机翼外载荷的种类、机翼结构总 体布置特点。 ●机翼基本组成构件和金属蒙皮机翼典型结构型 式。 ●民用飞机副翼、增升装置的型式。 ●尾翼的功用、组成、民用飞机尾翼的典型配置。
增升装置包括：
前缘襟翼（leading edge flaps） 前缘缝翼（leading edge slats） 后缘襟翼（trailing edge flaps）
后缘襟翼典型型式：
简单式襟翼 富勒式襟翼 分裂式襟翼 开缝式襟翼
§1-2 机翼载荷与结构形式
航空器系统与动力装置
1.2.5 增升装置布置
§1-2 机翼载荷与结构形式
航空器系统与动力装置
1.2.3 机翼基本组成构件、机翼结构型式
（一）基本组成构件
翼梁、桁条、翼助、蒙皮
§1-2 机翼载荷与结构形式 航空器系统与动力装置
飞机尾翼原理
飞机尾翼原理
飞机尾翼原理是飞机起飞、飞行和着陆过程中的重要组成部分。
尾翼由垂直安定面和水平升降舵组成。
尾翼的主要功能是控制飞机的稳定性和操纵性。
通过改变尾翼的姿态，可以调整飞机的姿态和飞行方向。
垂直安定面使飞机保持稳定的航向，防止飞机偏离飞行路径。
水平升降舵则用于控制飞机的上升、下降和俯仰。
尾翼的工作原理是基于气动力学的。
当飞机飞行时，空气流经尾翼表面，产生了升力和阻力。
通过调整尾翼的姿态角度，可以改变这些力的大小和方向。
例如，将尾翼向上倾斜可以产生向下的升力，使飞机向下倾斜。
将尾翼向下倾斜则产生向上的升力，使飞机上升。
此外，尾翼还可以通过改变两个部分的协调运动来改变飞机的横滚和俯仰。
例如，当水平升降舵向上抬起，而垂直安定面向右倾斜，飞机将向右滚动。
当水平升降舵向上抬起，而垂直安定面向前倾斜，飞机将向上升。
总的来说，飞机尾翼通过调整姿态角度来产生气动力，控制飞机的稳定性和操纵性。
正确使用尾翼可以使飞机保持平稳的飞行和安全的着陆。
尾翼 航天航空
尾翼航天航空飞机的机翼是必不可少的组成部件，它负责给飞机提供升力让飞机能够在天空翱翔，没了机翼的飞机就不叫飞机了。
相比之下，位于机尾的尾翼，虽然飞机飞翔并不靠它实现，但没了尾翼的飞机依旧无法自由翱翔。
因此尾翼和机翼在功能上同等重要。
那么今天的内容，就和大家一起聊聊飞机尾翼的组成和功能。
飞机的尾翼由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）两部分组成。
先来说说水平尾翼。
平尾由水平安定面和升降舵两部分组成，其中前面面积较大的翼面叫做水平安定面，后面面积稍小的翼面叫做升降舵（如下图）。
它俩的主要功能是控制飞机的俯仰角度，确保飞机处于最佳飞行姿态。
一般情况下，飞机的重心和机翼受到的升力中心并不会重合，重心位于升力中心的前面，因此这两个力会对飞机产生力矩使飞机低头。
而飞机的水平尾翼其实是一个倒置的小机翼，它在飞行时能产生向下的升力，为飞机提供一个反向的力矩，使飞机能够保持水平飞行。
假设一架飞机如果在飞行时突然失去了平尾，就会一头栽向地面。
水平安定面可上下小幅度偏转，它的作用面积大，升力也大，反应时间较慢，它的主要作用是配平飞机，通俗点说就是提供一个和重力相反的力矩，使飞机在飞行时具有水平静稳定性。
每次飞行前，签派员会根据航班的机型、旅客数量、货物装载情况、载油量等因素计算出飞机的重心位置以及所需要的载重平衡，然后飞行员会根据签派计算好的载重平衡数据，通过转动驾驶舱内的配平手轮，来把水平安定面调整到合适的角度，确保飞机配平。
正确的载重平衡对飞行安全至关重要，不正确的配平会影响驾驶杆的杆力，严重时会造成飞机起飞擦尾、抬轮时间过早过晚、爬升率降低甚至是失速坠毁。
2013年4月29日，美国国家货运航空的一架波音747全货机由阿富汗巴格拉姆空军基地飞往阿联酋阿勒马克图姆国际机场，飞机内装载了5辆重型装甲车。
由于装卸人员未按规定对这5辆重型装甲车进行正确的固定，导致装甲车在飞机起飞过程中后移，使飞机失去了原有的载重平衡。
更要命的是，失去了固定的装甲车撞坏了位于机尾的两套液压系统和千斤顶螺杆，使飞机平尾失效，最终导致了飞机在起飞不久后便失控坠毁，机上七名机组员全部罹难。
第一章 飞机尾翼结构知识点总结
飞机尾翼图1.248尾翼的组成1 安定面的构造图1.249水平安定面结构1—玻璃纤维蜂窝结构；2—升降舵铰链；3—内侧升降舵；4—玻璃纤维蜂窝结构后缘；5—水平安定面中央段；6—蒙皮接合板；7—铰接翼肋；8—固定后缘；9—铝合金梁和翼肋；10—可拆卸板；11—铝蜂窝结构；12—加强条；13—铰链；14—翼肋；15—后梁；16—蒙皮板件；17—前梁；18—作动筒接头；19—开式接近孔；20—可拆卸前缘；21—辅助梁；22—钣金件翼肋；23—水平安定面外侧段2 舵面的构造和连接图1.250某型飞机升降舵构造1—翼肋；2—加强片；3—蜂窝夹芯；4—升降舵调整片；5—梁；6—配重；7—带齿加强片；8—接近舱口盖；9—后缘3 舵面与安定面连接1.2.4 飞机结构装配1 机翼与机身连接1) 有中央翼的机翼连接(1) 机翼和机身框各自独立结构的连接。
(2) 中央翼梁与机身对接框为整体结构时的连接。
图1.251机翼与机身隔框独立时的连接形式图1.252中央翼梁与机身隔框为一整体时的连接形式2) 无中央翼的机翼连接(1) 集中式连接。
图1.253集中式连接(a) 铰接接头；(b) 固接接头(2) 分散式对接。
①梳状型材接头围框对接。
图1.254梳状型材接头围框对接②多个单接头围框对接。
2 尾翼与机身连接3 起落架连接1) 前起落架连接图1.255为某型飞机前起落架与机身连接处机身的结构布置。
它是由相互连接的两个纵梁、梁两端的两个加强框以及加强板组成的。
纵梁由上下冲压缘条、腹板、垂直支柱、斜向型材和垂直型材组成。
纵梁通过型材固定在机身加强隔框上。
纵梁上固定有前起落架支柱和撑杆的固定接头。
图1.255前起落架与机身连接2) 主起落架连接主起落架通常安装在机翼靠近翼根的部位。
位于机翼的主起落架是通过其减震支柱上的前/后轴颈、侧撑杆和阻力撑杆与机翼和机身相连接，如图1.256所示。
【内部教材】飞机结构与修理_第三章_副翼及尾翼结构和受力分析解读
图3-2所示为副翼与机翼的典型的连接型式。 在机翼加强肋的后部与机翼后梁（或墙）的连 接处，安装有若干个支臂，每个支臂上装有一个 过渡接头。 在副翼的大梁上装有相应个数的双耳片接头。 副翼通过这些耳片接头将其悬挂到机翼的支臂上。 注意:每个操纵面除一个接头完全固定外，其余 接头都有设计补偿，以便于安装和保证运动协调。 操纵副翼偏转的作动筒，其作动杆与副翼耳片接 头的下耳片连接固定。当副翼操纵作动筒动作时 就使副翼绕轴心N偏转。
四、副翼结构中力的传递 空气动力在副翼结构中的传递情况与在机翼结构 中的传递情况相似： 空气动力→蒙皮→翼肋→翼梁腹板 机翼 剪力由梁腹板承受； 弯矩由梁缘条和有效宽度的蒙皮承受； 扭矩由闭周缘蒙皮承受。
5
五、副翼的剪力、弯矩和扭矩图 图3－6给出了三支点情况下副翼结构的剪力、弯 矩和扭矩图。 副翼在装有支点的横截面上承受的剪力、弯矩最 大；在操纵摇臂部位扭矩最大。
图3-8(a)
前缘缝翼的结构由大梁、桁条、肋和隔板、 蒙皮、导轨和带滑轮的滑板、固定螺杆收放装置、 支臂等组成，如图3－8（b）。 当收放装置工作时，螺旋收放装置使前缘缝翼 沿滑板的导轨移动。在收起和放下状态时，用传 动机构的制动装置使前缘缝翼固定。
图3-8(b)
在某些飞机上，前缘缝翼可以是整体结构或由蒙 皮、桁条和翼肋、导轨—滑板系统、作动筒拉杆 等组成的结构，如图3－8（c）所示。
式中
§3－2 襟翼、缝翼和减速板的结构
襟翼和缝翼是附于机翼的增升装置； 减速板和扰流板为附于机翼的阻力装置。 它们主要用于改善飞机的起飞和着陆性能。
一、襟翼 普通襟翼 开缝襟翼 克鲁格襟翼
襟翼
下面介绍典型的开缝襟翼的构造。 如图3－7所示为带有导流板的开缝式襟翼的 结构。其主要构件包括襟翼、导流板、滑板和收 放机构。导流板是固定在襟翼前面，并在此形成 特形缝隙。 当襟翼偏转时，在机翼后部、导流板和襟翼之 间可形成特形双缝隙，从而能获得较大的升力。
飞机尾翼结构教学资料
飞机尾翼结构教学资料1尾翼结构概述尾翼用于保证飞机的纵向和航向的平衡与安定性，以及实施对飞机的纵向、俯仰和航向的操纵。
—般常规飞机的尾翼由水平尾翼和垂直尾翼两部分组成。
水平尾翼由水平安定面和升降舵组成；垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。
升降舵和方向舵统称为舵面。
从本质上说尾翼的直接功用也是产生升力，因而尾翼的设计要求和构造与机翼十分类似，通常都是由骨架和蒙皮构成，但它们的表面尺寸—般较小，厚度较薄，在构造形式上有—些特点。
随着飞机的不断发展，为了改善跨声速和超声速飞行器在高速飞行中的纵向操纵性，如今许多超音速飞机(尤其是高性能的战斗机，如俄罗斯的苏-27、美国的F-15“鹰”战斗机等)都将水平尾翼设计成可偏转的整体，称为全动平尾。
(a)晋通尾翼布局 (b)T形尾布局图1-31 尾翼的典型布局2安定面的结构特点及布局安定面的结构和翼面基本相同，受力特性也相同。
但安定面不同于机翼结构设计的特点是安定而内很少有装载，故安定面完全可以按受力要求进行结构设计。
安定面的结构布局及承力系统的安排是否合适，对结构效率有重要影响。
同时尾翼的气动布局形式不同，安定面的结构布局与承力系统安排也有所不同。
普通尾翼与T形尾翼的典型布局如图1-31所示。
安定面常采用的结构布局形式有梁式、单块式、多墙式、整体式、全蜂窝式或混合式等。
轻型飞机的安定而大多采用双梁式（后梁为主)或一粱(后)一墙(前)式结构。
现代速度较高的飞机一般采用双梁(或多梁)、壁板和多肋的单块式结构。
使用多梁的目的是增大结构刚度，提高防颤振特性，例如，波音-747和波音-767的水平安定面和垂直安定而都是双梁加—辅助前梁(前墙)的双闭室结构。
现代的高速运输机还有采用由数根梁、密排翼肋和变厚度蒙皮组成的结构，其翼面不用桁条，这种形式的制造成本低、抗扭刚度高，尤其对防颤振有较好的效果。
这种设计已用于波音-707和波音-727的水平安定面上。
安定面通常将后梁设计成主梁，且在悬挂接头处布置有加强肋，如图1-32所示。
机翼尾翼设计
少阻力。图如下：
9．内翼后缘扩展：可以增加根部弦长，便于起落架布置，降低根 部弦剖面升力系数，便于气动设计。如下图：
10．增升装置选择：
=
= 可以选择三缝襟翼和前缘缝翼结合。 11.副翼选择： 根据统计，可取如下数据： S 副/S=0.05 c 副/c=0.20 L 副/L=0.25 偏角=30°
12．扰流片布置在后缘襟翼前面 13．燃油容积计算，根据公式： =22914.8kg 符合要求。
14．机翼到机身前头距离: X.25 m.a.c=46%xLFus=18.34m
三．尾翼 1．平尾外形参数： 纵向机身容量参数：
=0.925
其中：
由纵向机身容量参数与平尾容量的关系：
可以得到：平尾容量 VH=3.5*32%=1.12
3．后掠角：Λ =25° 后掠角不能太多太小，变化如下图：.405 时阻力发散 M 大约是 0.81>0.8。
5．机翼参数如下： 面积 S=147.6m2 展长 L= AR ∗ S=37.45m 弦长 =2.25m 气动弦长： 前缘后掠角： 平均气动弦长到翼根距离为 8.25m 机翼平面图如下： =4.18m =0.511 =5.63m
其中：c 为平尾弦长，t 为厚度
所以平尾图如下：
2．垂尾尾外形参数： 航向机身容量参数：
=0.218
其中：
由航向机身容量参数与垂尾容量的关系：
可以得到：垂尾容量Vv=0.105 取尾臂力LV=50%LFUS=19.9m，AR=2.2，λ =0.7，χ =40° 由公式：
其中：机翼面积S=147.6M ，机翼展长bw=37.45m
2
可得： Sv/S=19.7%,垂尾面积 Sv=29.16m2,展长 l=8m， c 根=4.28m， c 尖=3m，垂尾 MAC=3.67m
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局部气动载荷传给长桁和翼肋，近似按 对角线划分分配
4.2.2桁条将载荷传到翼肋上
桁条支持在翼肋上 承受蒙皮传递过来的 气动载荷。 桁条受弯
1－补偿片； 2－梁； 3－壁板筋条； 4－整体壁板； 5－角撑； 6－翼肋缘条； 7－翼肋腹板； 8－对接接头。
图4.13 蒙 皮、翼肋 和桁条之 间的互相 连接型式
式中： ci剖面上刚心和压心之间的距离。
刚心位置
xg B (EJ )2 (EJ )1(EJ )2
翼肋传递到蒙皮上的载荷qti为 ：
qti
M ti 2Fcont i
Qici 2Fcont i
式中：Fcont闭室面积；
问题：
– 扭矩可以由两个梁承担吗？
4.2.4 翼梁的受力
4.2.5蒙皮的总体受载
l/2
机翼上的展向分布载荷 近似为：
q
qb
qw
G
Gw S
nb
nG S
(1 mw )b
图4.8 转直后的后掠机翼各剖面上的Q和 M(近似值)
三、机翼剖面上的Q和M值的近似求法
如果载荷沿机翼翼展与翼弦长成比例，则在z剖 面处 ：
Q
(l
/
z
qdz
2) 0
nG(1 S
mw
)
Ssec
而弯矩M=Qc，式中
qb≈(nG/S)b
压力中心在翼弦上的位置：
xp b
( mz c y
mz0 cy
) sec
式中mz0是零升力矩系数。对于对称翼型，mz0=0， 并且机翼的压力中心与焦点重合，即хp=хF。
图4.4机翼焦点位置与飞行M数的变化关系
机翼结构的质量力为空气动力的8～15%， 它们按与空气动力同样的规律分配：
机翼尾翼的结构分析ppt课件
第4章 机翼尾翼的结构分析
4.1 机翼的功用、设计要求和受载特点 4.1.1机翼的功用和设计要求 一、机翼的用途 气动作
安装起落架、发动机、贮放燃油、武器等。
图4.1现代旅客机的机翼
机翼的结构重量占全机结构重量的 30%~50%，占全机重量的8%~15%。由它产 生的阻力是全机阻力的30%~50%。
4.2.3翼肋将载荷传到蒙皮和翼梁腹板上
支持在翼梁、蒙皮上 承受蒙皮、桁条传递 过来的气动载荷。 受弯
剪力Q由两个翼梁共同承受，按刚度分配：
Q1i
Qi
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
Q2 Q
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
剖面上相对于刚心的扭矩Mt为：
M ti Qi (xp xg ) Qic
性？ ✓ 分离体是否平衡？ ✓ 所有的力都传递到基础上吗？
4.3 机翼主要受力构件的用途和结构型式
β角很小，取cosβ=1，升力由机翼产生
qbl ndGKs
Ks为气动力沿机翼展向的分布不均匀系数
假定气动力分布沿机翼翼展不变(Ks＝1)，于是
qb
ndG S
b
图4.3 三角机 翼上的气动力
分布
对于三角形机翼
在M<１时，当cysecb=cywbav时，系数Ks等于１ qb=nG/l=常数
当M>1时:
二、设计要求
总体要求（4点） 气动要求：保证一定的升阻比K＝cy/cx；由
机翼增升装置产生的升力系数增量△cymax 值要尽可能地大；从亚音速飞行转到超音 速飞行时飞机的稳定性、操纵性和气动性 能的变化要尽可能地小，
热量要尽可能少地传入结构 放置各种装载物的容积要尽量大。
4.1.2机翼的受载
分布气动力：以吸力和压力形式直接作用 在蒙皮上；
机翼结构的质量力：分布在机翼整个体积 上；
集中力：与机翼连接的其它部件(如起落架 发动机)、装载物(油箱、炸弹)以及各类增 升翼面从它们的连接接头上传给机翼。
各种受载情况下气动载荷的弦向分布
•亚音速气动力沿机翼弦向分布如图所示
•副翼不偏转时的超音速飞行时可以认为载荷沿翼弦为均 匀分布
Rt M tr / B Mt的作用使机翼蒙皮如同翼梁腹板一样受剪。
蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。为使扭矩能以闭 环剪流qt的形式沿蒙皮传递，必须满足以下条件：
(1)蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向应力 沿闭室周边传递。
(2) 在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上， 该翼肋能将Mtr转换为力偶Rt；
得到Mz和Q图以后，可以对任一剖面求出力Q作 用点到Z轴的距离：(图4.10)。若已知刚性轴的位置 (距离d)，对它的扭转为Mt=dQ。
图4.10 扭矩Mt
4.2典型受力型式机翼的气动载荷传力分析
4.2.1 蒙皮的初始受力
蒙皮支持在桁条和翼 肋上 以压力和吸力形式直 接承受气动载荷。 蒙皮受拉伸（如果是 厚蒙皮—它也受横向 弯曲)。
图4.5 气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布
在a-a切面上产生了限 制位移的内力—剪力Q 和弯矩M
相对于z-z轴，产生了 扭矩Mt
剪力Q使翼梁腹 板或墙腹板受剪；
弯矩M作用下机 翼承受弯曲变形
扭矩Mt的作用下 机翼承受总体扭 转变形
机翼的Q 和M图
z
Q qdz Pp
l/2
z
M Qdz
(3) 在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳； (4) 蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由于 机翼扭转变形。
双梁机翼传力分析综述
蒙皮
长桁
蒙皮
?
蒙皮
翼肋
梁
剪力
局部气动力
扭矩
长桁
蒙皮
弯矩 剪力
接头
机身
一对剪力（形成力偶）
扭矩
根部加强肋
两个重要概念：
✓ 剪流反传 ✓ 参与区
参与区
传力分析总结：
✓ 受到什么载荷（谁传递过来的）？ ✓ 如何被支撑（约束）？ ✓ 约束力到哪里去了？ ✓ 支撑能提高正确的约束力吗？是否符合传力特
c (l / 2) 0 z b 2bt
3
b bt
四、扭矩Mt
z
M z mz dz M z p
l/2
分布力qb和qw相对于Z轴
产生的分布扭矩 mz qb (xz xp ) qw (xm xz )
部件的集中力产生的 相对于Z轴的力矩
M z P PP xP Ph
图4.9 计算机翼的M图
qw
nd Gw S
b
质量力qw的作用点xm就是剖面的质心，一般位 于距前缘4050%的弦长处。
q q b qw qb (1 mw )
它距前缘的距离为： xeqi (qb xp qw xm ) / q
装在机翼内或悬挂在其上的各部件和装载 物的质量力Pp作用在部件或装载物的质心 上。
二、机翼在外载荷作用下的受载情况