第二讲飞机结构设计思想和方法
飞机结构设计思想变迁_二_王辰
飞机结构设计思想变迁（二）文/图 王辰 胡丹1903年莱特兄弟的“飞行者一号”使人类第一次乘坐有动力的飞机翱翔蓝天时，还没有飞机结构设计这个概念。
2O世纪初，飞机的飞行速度和飞行高度很低、续航时间也较短，有效载荷更是小到除了飞行员和燃料以外几乎无法携带多余的和物品，飞机结构设计的概念还不清晰，当时的结构设计只需满足重量轻、静强度大的要求就可以了，由于材料和工艺水平的限制，所使用的材料主要为木材、航空层板和亚麻布。
这一时期指导飞机结构设计的主要是静强度设计，而静强度主导飞机结构设计一直持续到二战结束以后，直至今天，静强度设计一直是飞机结构设计所必须遵守的所有准则的基础。
静强度设计思想可以表达为飞机在受到静力载荷时，其结构的强度必须大于结构所受的载荷，并达到一定的倍数，否则结构就可能工作在不安全的情况下，甚至出现变形或破坏。
也就是说，当结构所能够承受的最大载荷要大于飞机实际受到的载荷达一定倍数时，此结构就是安全的。
这个“倍数”就是所谓的“安全系数”，对于飞机结构各零部件，其安全系数都是技术解密2012.9 AVIATION WORLD 71设计与其他民用结构设计一样，还处于采用静强度分析、并进行定性设计的阶段。
由于当时的飞机中虽然有很大的进步，但终究不具有较高的性能水准（相对于今天），加上当时的飞机主要是以军用飞机为主，在战时军用飞机的寿命通常都很短，因为绝大多数的飞机在结构用到足够的寿命前就被击落了。
而当时的民用飞机的性能仍然较为低下，以当时使用最广的DC-3为例，其最大飞行速度只有370千米/小时左右，升限也只有7000多米，此时飞机的结构受到的应力并不算很大，因此采用静强度设计也是可以接受的。
但是这一切随着喷气时代的到来而结束了，当然当时的人们并没有意识到这一点。
在1949年，英国德·哈唯兰公司的喷气式客机DH106“慧星”（Comet）首飞成功，标示着人类的航空旅行进入一个新时代。
飞行器结构设计与分析
飞行器结构设计与分析从古至今，人类一直向往飞翔的自由。
在现代科技的发展下，人们终于可以驾驭驾机飞翔。
而飞机的设计和结构是实现这个愿望的重要关键。
一、飞机的基本结构飞机是一个巨大而复杂的系统。
一个飞机通常由机翼、机身、尾部和发动机组成。
机翼是飞机承受飞行重力，并产生升力的部分。
机身是飞机的主体组成部分。
尾部包括尾翼和尾旋翼，它们控制着飞机的方向和平衡。
发动机提供推力，使得飞机向前运动。
二、飞机结构设计中的考虑因素设计师在设计飞机的结构和布局时，必须考虑到许多因素。
一些主要因素包括：机翼升力、阻力、质量、失速和安全等方面。
为了达到飞行的目的，飞机的机翼必须能够产生升力和阻力。
通常情况下，翼展越长，机翼面积越大，所能产生的升力也会越大。
不过，同时也会增加飞机的质量。
而当飞机不能在给定的速度和升力下飞行时，就会发生失速。
因此，在设计机身和机翼时，必须确保足够的升力和控制面积，以避免飞机失速。
三、飞机结构设计的工程手段飞机结构设计和分析是一项非常复杂的工程。
设计和分析涉及到机械工程、工程力学、材料和制造。
在设计和分析的过程中，工程师需要使用一些高级的软件工具，如有限元分析和计算流体力学。
有限元分析用于评估和优化飞机结构的力学特性，包括重量、强度和刚度等。
而计算流体力学则可以帮助工程师模拟飞机的运动和飞行特性。
四、飞机结构材料强度和刚度是飞机结构设计的重要考虑因素之一。
传统上，飞机的结构使用铝合金制成。
不过，近年来，碳纤维和复合材料也开始被广泛使用。
复合材料由两种或多种不同材料组成，具有超强的弹性、刚度和重量比。
此外，复合材料还有防腐蚀性能好、使用寿命长等优点，因此，在现代飞机制造中正变得越来越流行。
五、结语总之，飞机结构设计是一项非常复杂的工程。
设计师必须考虑各种因素，并使用各种工具和技术来设计合适的飞机结构。
在不断的试验和优化中，设计出一个成功的结构，才能使得飞机能够稳定、安全地飞行。
飞机结构设计(第2章)2012讲解
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
1-弹簧，2-重块，3-指针，4-阻尼器
过载表
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
二、其他飞行姿态的载荷系数计算:
1. 进入俯冲情况：
Y
G
cos
ma y
G g
v2 r
ny
cos
v2 gr
视v与r的不同情况，ny可能为正， 也可能为负，还有可能为零
一、等速直线平飞时的受载情况：
升力Y
阻力X
发动机推力T
等速直线平飞
飞机的重力G
Y G TX
Y G 1
（牛顿第一定律）
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2.1 飞机结构的主要载荷
飞机的外载图像演示
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2.1 飞机结构的主要载荷
二、俯冲后拉起时的受载情况：
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俯冲拉起
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2.1 飞机结构的主要载荷
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
④ 飞机中的某集中质量GI=mig，作用在结构上的质量力 为： Pi nGi 或分量 Piy nyGi
⑤ 当飞机沿x方向有变速运动时，x向惯性力：
Nx
ma
G g
dv dt
若俯冲拉起中的曲线运动中，切向是加速运动，则：
nx
(T
X)/G
Nx
G sin
G
1 g
dv sin
dt
⑥ nz= 0（飞机展向变速平移难）；az一般较小，在大机 动飞行中可能出现。
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
飞机结构的设计和优化
飞机结构的设计和优化一、飞机结构的概述飞机是一种靠空气支撑的飞行器，设计和制造一架安全可靠的飞机的首要任务是确保其结构的安全性和强度。
由于飞机的空间复杂性和多变的运动状态，对其结构设计和优化提出了更高的要求，使得现代飞机结构设计已与传统航空工程设计存在较大差别。
二、飞机结构设计的基本原则1.安全性优先在飞机结构设计中，不管是材料、加工、还是结构设计、构建等环节，都必须始终以安全为前提。
一旦发现设计中存在不符合要求的结构缺陷，必须及时修正，同时采取相应的措施，以保障人员安全。
2.材料选择要符合需要为了使飞机结构能够具备轻量化、高强度等性能，设计者在材料选择上必须考虑多方面的因素。
例如，全金属结构相对钢材结构优势显著，但导热性能强，易在夏季挤出氧化物，因此在材料选择时应选择耐高温、不易腐蚀的合金，以便在未来的飞行中发挥最佳效果。
3.设计合理性在飞机结构设计过程中，设计人员要深入了解飞机的空气动力学和机械结构性能，并尽可能地遵循简洁、清晰的设计原则。
在材料选择、构造设计和优化等环节上采用与极高标准，更加科学和合理的工程思维。
4.节省空间随着现代飞机的改进，越来越多的零件和设备将被设计在飞机结构中，这就要求设计人员采取更加紧凑、合理的设计思路，以便在有限空间内充分利用结构中的每个零件。
三、飞机结构设计的流程1.确定设计要求已知飞机的任务以及其运行和使用的特定环境，在设计过程中，需要对图纸、技术规范、标准和设计大纲等进行细致的分析和研究，以便进一步确定设计要求。
2.制定设计方案在目标要求的基础上，设计人员制定针对设计参数的具体方案，并根据系统优化的原则来选择最佳方案。
同时，对已有的方案进行评估，并对其先进性和可靠性进行检验，以便不断提高方案的完善性。
3.进行分析和检验制定初步方案之后，飞机结构设计人员必须在理论和实践两个方面进行分析和检验。
其中，理论方面的分析包括材料强度、承载能力，不同工况下的应力状态分析等；而实践方面的检验则包括材料强度、机械性能和可靠性等方面的现场测试和实验。
飞机总体设计课件(2)
④ 鸭翼宜先失速(保证纵向稳定性)，即鸭翼迎角 应大于机翼迎角。 ⑤ 鸭翼的下洗对机翼的影响必须考虑。亚音速 飞行时，鸭翼下洗所引起的机翼升力增量(方向向 下)与鸭翼的升力大致相当。近距耦合鸭式布局可
明显改善起降性能，对飞行性能的提高也是有利的。
(3) 无尾式 ① 浸湿面积小，阻力小，结构重量轻，比较适 合于以超音速飞行为主的飞机。 ② 纵向配平和操纵均靠升降副翼，升降副翼既 是横向操纵面又是纵向操纵面。为使布置在机翼后 缘的升降副翼获得尽可能大的纵向操纵力臂，同时
直机翼。
小展弦比直机翼与三角翼和后掠翼相比，当M数 较大时，其零升阻力系数CD0 较小，升阻比较大； 单纯的小展弦比直机翼的缺点是跨音速气动特性 较差，焦点变化剧烈，因此在超音速飞机上较少采 用。
其刚度、强度及重量特性介于三角翼和后掠翼之间。
(2) 后掠翼
对亚音速飞机而言，后掠翼能有效提高临界马赫数，延 缓局部激波的产生，避免过早出现波阻。 对超音速飞机而言，后掠翼可改善其跨音速气动性能： 后掠翼的CD0~ M 变化较缓，升力线斜率虽然小于直机翼 但比三角翼大。
翼面，前翼、平尾等是辅助承力翼面。
平尾(或辅助翼面)与机翼的前后相对位置是代表
不同飞机型式的显著的标志。
根据平尾(或辅助翼面)与机翼的前后位置关系， 可以将飞机型式分为4种： 正常式：水平尾翼位于机翼之后 鸭 式：水平前翼/鸭翼位于机翼之前
无尾式：没有水平尾翼 三翼面布局：机翼之前有水平前翼，机翼之后有
2.1 飞机型式的选择
2.1.1 概 述
所谓飞机型式，是指飞机几何外形的主要特征及
各种装载布置方案的统称。而飞机外形主要特征大
致是指飞机各部件(机翼、机身、尾翼、动力装置、
起落架等)的数目、外形和相对位置的统称。
飞机结构设计(第3章-3.1)
载荷分析是机身结构设计的重要环节， 通过对各种载荷进行计算、分析和评 估，确保机身结构满足强度、刚度等 方面的要求。
机身结构的优化设计
机身结构的优化设计是在满足强度、刚度等要求的前提下，对机身结构进行改进和优化，以提高飞机 的性能和降低制造成本。
优化设计可采用多种方法和技术，如有限元分析、拓扑优化、形状优化等，通过对机身结构的材料分布、 结构形式等进行调整和改进，实现结构的最优设计。
集中载荷包括起落架、油箱和武器挂 载等引起的局部载荷。
机翼结构的优化设计
机翼结构的优化设计旨在实现强 度、刚度、疲劳和损伤容限等要
求的最优化。
优化设计方法包括有限元分析、 多目标优化和遗传算法等。
优化设计过程中需考虑材料、工 艺和制造成本等因素，以实现经 济性、可行性和可持续性的平衡。
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第3章-3.3：尾翼结构设计
荷，并将其传递给骨架。
骨架用于支撑机身结构，承受 内部压力和其他内部载荷，并
保持机身的形状和尺寸。
连接件用于将蒙皮和骨架连接 在一起，传递载荷并保持结构
的完整性。
机身结构的载荷分析
机身结构的载荷主要包括气动载荷、 重力载荷、惯性载荷等，这些载荷在 机身结构中产生应力、应变等效应。
载荷分析还需考虑不同飞行状态下 （如起飞、巡航、着陆等）的载荷变 化，以确保机身结构在不同飞行状态 下都能保持安全和可靠。
桁条用于支撑蒙皮，提高其承载能力和刚 度。
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接头用于将机翼与机身连接起来，传递力 和扭矩。
机翼结构的载荷分析
机翼结构的载荷主要包括气动载荷、 惯性载荷和集中载荷等。
惯性载荷由飞机的加速度和角加速度 引起，包括机翼弯曲、扭转和平移等 惯性力。
飞机机身结构设计与分析研究
飞机机身结构设计与分析研究飞机的机身结构是支撑整架飞机的主要构件，它的设计与分析直接关系到整架飞机的综合性能和安全系数。
因此，飞机机身结构的设计与分析是航空学科中极其重要而又复杂的一个领域。
在本文中，我们将详细讨论飞机机身结构的设计与分析，并介绍若干常见的设计方法和分析技术。
一、飞机机身结构的设计方法1.1 材料选择飞机机身的支撑结构通常由金属材料和复合材料构成。
金属材料的优点是韧性好、容易制造和维修；而复合材料则具有重量轻、强度高、抗腐蚀和耐疲劳等特点。
因此，在机身结构设计中，需要根据具体的使用要求和性能要求选择适当的材料。
1.2 结构布局飞机机身的结构布局是指机身的整体设计和构造形式，包括机身的形状、大小、结构细节和系统支撑等。
在设计中，需要考虑机身的翼展、载荷、材料、空气流动和其他重要因素，以确保整架飞机的飞行性能和安全性。
1.3 系统设计飞机机身的系统设计是指飞机各种机械、电子和液压系统的集成和布置。
在设计中，需要考虑这些系统的重量、尺寸、功率、电源和信号传输等因素，以确保整架飞机的可靠性、安全性和效益性。
二、飞机机身结构分析技术2.1 有限元分析有限元分析是一种基于数学原理和计算机技术的现代分析方法，它可以模拟飞机机身结构在受载情况下的应力、形变和变形等情况。
该方法具有高精度、高效率和广泛适用性等特点，已经成为飞机机身结构分析中不可或缺的技术手段。
2.2 结构强度分析结构强度分析是对飞机机身结构在各种不同负载条件下的强度性能进行评估和优化的过程。
该分析方法主要涉及静力学、动力学和疲劳强度等方面，它的结果能够为机身结构的设计和优化提供重要的依据。
2.3 疲劳寿命评估疲劳寿命评估是对飞机机身结构在循环加载和频繁运转条件下的损伤和寿命进行评估和预测的过程。
该评估方法主要涉及疲劳强度、应力分析和损伤评估等方面，可以为机身结构的使用寿命提供科学的依据。
三、飞机机身结构设计与分析的发展趋势未来，随着科技的不断发展和航空工业的不断壮大，飞机机身结构设计与分析也将会迎来更加广阔的发展空间和更多的机遇。
飞机结构设计
飞机结构设计•相关推荐飞机结构设计飞机结构设计南京航空航天大学飞机设计技术研究所2005.9一、本课程的特点注重基础理论概念的实用化、感性化以及工程化注重综合运用知识概念权衡复杂问题分析，抓住主要矛盾寻找解决问题途径的基本设计理念大量工程结构实例的剖析注重培养自行分析、动手设计的主观能力以及工程实用化的实践能力具体要求：注意定性分析，要求概念清楚；实践性强，要求常去机库观察实物；理性推理较差，要求认真上课。
二、基本内容和基本要求内容：飞机的外载荷；飞机结构分析与设计基础不同类型飞机结构的分析；飞机结构的传力分析；飞机结构主要元构件设计原则；内容要求：①掌握飞机结构分析和设计的基本手段——传力分析；②能够正确解释飞机结构元件的布置；③能够正确地分析和设计飞机结构的主要元件。
第1章绪论飞机结构设计将飞机构思变为飞机的技术过程；成功的结构设计离不开科学性与创造性；结构设计有其自身的原理和规律，不存在唯一正确答案，需要不断的探索和完善。
1.1 飞机结构设计在飞机设计中的位置飞机功用及技术要求空-空：军用空-地：截击、强击、轰炸. 战术技术要求运输：客运民用货运使用技术要求运动，……技术要求技术要求：Vmax，升限，航程/作战半径，起飞着陆距离，载重/起飞重量，机动性指标（加速，最小盘旋，爬升），使用寿命；非定量要求：全天候，机场要求，维护要求；趋势：V ，Hmax ，载重，航程；苏-30阵风F－117第四代战斗机(俄罗斯称之为第五代战斗机)更着重强调同时具备隐身技术、超音速巡航、过失速机动和推力矢量控制、近距起落和良好的维修性等性能。
由于各种飞机的用途和设计要求不同，会带来飞机气动布局和结构设计上的差别；飞机设计的基本概念、设计原理和设计方法是一致的；本课程将对典型结构型式进行分析的基础上，将主要介绍飞机设计的基本概念、设计原理和方法。
1.1.1飞机研制过程技术要求飞机设计过程飞机制造过程试飞定型1．拟订技术要求通常可由飞机设计单位和订货单位协商后共同拟订出新飞机的战术技术要求或使用技术要求。
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第二讲飞机结构设计思想和方法
飞机结构设计是指在航空工程领域中，按照一定的设计思想和方法，
设计出满足飞机设计要求的结构。
飞机结构设计的过程包括结构布局设计、载荷分析、结构材料选用、结构参数设计、结构优化等阶段。
本文将介绍
飞机结构设计的基本思想和常用方法。
飞机结构设计的基本思想是在满足强度、刚度、稳定性等安全性要求
的基础上，尽可能减少结构重量，提高飞机的性能和经济性。
为了实现这
一目标，飞机结构设计需要综合考虑以下几个方面的因素：
1.载荷特性：对于不同类型的飞机，其载荷特性会有所不同，例如商
用飞机主要受到飞行载荷和地面载荷的作用，军用飞机还会承受额外的战
斗载荷。
在设计中需要根据实际情况合理选择载荷、确定载荷分布和载荷
时程。
2.结构材料：飞机结构设计需要选择合适的材料来满足强度、刚度和
轻量化的要求。
常用的材料包括金属材料（如铝合金、钛合金）、复合材
料（如复合纤维增强塑料、复合层板）等。
选择合理的材料能够提高结构
的强度，降低结构重量。
3.结构参数设计：飞机结构设计需要确定结构的几何形状和尺寸。
对
于主要受力构件，需要合理选择断面形状和尺寸来满足设计要求；对于非
受力构件，需要考虑其功能和集成性，设计合理的连接方式和安装方式。
4.结构优化：飞机结构设计中常采用结构优化方法，通过数值模拟和
分析的手段，优化设计参数以达到最优的结构性能。
常用的结构优化方法
有拓扑优化、尺寸优化、材料优化等。
结构优化可以提高结构的强度、刚
度和轻量化水平。
常用的飞机结构设计方法包括经验设计法、传统设计法和计算机辅助设计法。
1.经验设计法：通过以往的经验和实际应用中的成功案例，总结出一些经验法则和设计准则，作为设计的基础。
这种方法具有简单、快捷的特点，但在设计创新性和设计效果上有一定局限性。
2.传统设计法：传统设计法采用一些经典的设计方法和理论，在满足结构强度、刚度和稳定性要求的前提下，通过手工计算和分析，给出结构的几何形状和尺寸。
这种方法需要设计师具备较强的数学和力学知识，设计过程相对繁琐，但能够提供较为可靠的设计结果。
3.计算机辅助设计法：随着计算机技术的发展，飞机结构设计逐渐借助计算机进行，利用计算机辅助设计软件进行结构布局设计、载荷分析、结构材料选用、结构参数设计等。
计算机辅助设计法具有设计效率高、设计结果准确可靠等优点。
总而言之，飞机结构设计是一项复杂而关键的工作，其设计思想和方法直接决定了飞机的性能和安全。
设计人员需要全面考虑载荷特性、结构材料、结构参数等因素，并结合经验、传统设计法和计算机辅助设计法进行综合设计，以满足飞机设计要求并达到最优的结构性能。