飞机结构概述

负载
▪ 飞机主要受到的两种外部负载是飞行负载和 地面负载，可以用负载因数来表示这两种负 载的作用。无量纲负载因数是惯性加速度因 数，表示飞机加速度与重力加速度的比例关 系，在飞机结构设计和分析中起重要作用。
▪ 负载因数（N）=飞机加速度（a）/重力加速 度（g）+1
▪ 飞行负载分机动负载和突风负载；地面负载 分着陆负载，运载和地面支撑负载。
安全
▪ 飞机在它的整个使用时间内要承受各种负载， 负载严重影响飞机安全，因此在设计时首先 考虑。飞机承受的负载分为：a.地面负载 b. 飞行负载 c.不确定损伤 d.冲击损伤。
长的使用寿命
▪ 飞机被设计的经济使用寿命是20年，飞机的 使用寿命是维护和操作过程的复合结果。
最小的重量
▪ 为使飞机拥有很好的经济性，必须使飞机有 最小的重量。飞机的结构重量相当可观，大 约占空载重量的60%，设计者采用高强度的 材料来降低结构重量，并使结构设计满足：a. 静强度的要求b.疲劳强度的要求 c.损伤容限 的要求 d.抗腐蚀的要求。
▪ 主要接头 ▪ 失效模式 ▪ 紧固件选用 ▪ 紧固件安装
接头
主要接头
▪ 机身蒙皮与长绗接头—由指型板，外搭接带， 内I型绗条。指型板降低末端紧固件的峰值负 载，使尖端紧固件易于检查，并提高接头的 耐久性。外搭接带形成双剪载荷，受力均匀。
主要接头
▪ 隔框角片—是隔框和机身蒙皮、长绗、搭接 带之间的剪切带，承受剪力。
负载—外部负载
▪ 飞机的外部负载确定后，工程师通过飞机负 载图设计飞机的结构。飞机结构受到轴向负 载、剪切负载、弯距。机身结构、地板梁、 机翼梁、机翼和机身蒙皮承受飞机所受到的 各种负载，因此为保证安全，在飞机设计和 修理时必须详细计算结构部件所受到的力。
负载—典型结构
▪ 飞机结构被分为四个基本的组成部分：机翼、 机身、尾翼、起落架。
飞机结构概述
结构修理
▪ 金属结构的高级修理 ▪ 复合材料结构修理
金属结构的高级修理
▪ 设计 ▪ 负载 ▪ 材料 ▪ 紧固件 ▪ 接头 ▪ 耐久性 ▪ 修理方案
设计—设计目标
设计飞机的基本原则就是用最好的材料、设计和生 产技术造出高品质的飞机。因此飞机设计者设计飞 机的目标是： ▪ —安全 ▪ —长的使用寿命 ▪ —最小的重量 ▪ —易于维护 ▪ 飞机设计者的主要也是最重要的工作就是使飞机拥 有最小的重量，最大的安全。
飞机的失效模式被分为5类： ▪ 净拉伸失效—沿受力的垂直方向，板在连接紧固
件之间失效。 ▪ 剪切失效—沿传力的方向，两平行的板其中之一
发生失效。 ▪ 承载失效—在板的最大负载作用下紧固件孔变形。 ▪ 紧固件剪切失效—在负载作用下紧固件杆被剪断。 ▪ 传递失效—所有其它的失效。
紧固件
▪ 对飞机设计者和结构修理工程师来说，正确 的选择紧固件和应用正确的锁紧方式是一向 非常重要的工作。紧固件得选用和安装应遵 守结构修理手册和飞机生产厂文件，而且不 能违反飞机管理部门意见(FAA 、DOT 、 CAA etc.)。
紧固件
紧固件分为两类： ▪ 永久性紧固件 ▪ 可拆除紧固件
永久性紧固件
任何材料 钛合金，不锈钢
复合材料/铝
紧固件材料 合金钢 不锈钢 钛合金 合金钢 不锈钢 钛合金 铝合金 合金钢 不锈钢 钛合金
5052铝合金 H-11合金钢
不锈钢 钛合金 钛合金 不锈钢
紧固件要求 镀镉或渗铝
镀镉 渗铝 渗铝 渗铝 渗铝 阳极化 镀镉或渗铝 镀镉或渗铝 渗铝 阳极化 镀镍—镉并湿装 或渗铝 钝化 氟化或渗铝 渗铝
易于维护
▪ 飞机的利用率指飞机每天在空中的时间，利 用率是飞机经济性的重要因素，而提高飞机 利用率的关键就是维护。飞机易于维护应考 虑的因素有：a.服务 b.部件接近 c.适于维护 d.维护成本e.检查 f.修理。
设计—设计标准
▪ 飞机的最主要的结构设计标准就是美国政府 颁布的FAR 第25 部，这是制造商必须遵守的 文件。其它还要考虑外国飞机制造管理部门 的要求，航空公司的要求，波音/空客的要求。
材料—钛合金的应用
▪ 钛合金即作为结构材料又用作非结构材料， 钛合金被应用主要因为以下原因：
▪ —优良的抗腐蚀性 ▪ —高强度 ▪ —小密度 ▪ —高温稳定性 ▪ —缓解空间限制 ▪ —与其它材料相适应
材料—钛合金的应用
钛合金具有非常好的抗腐蚀性能，并且密度 比钢小大约40%，同样强度条件下钛合金更 轻，因此通常情况下应用钛合金而不用钢。 在下列情况下钛合金被用来代替铝合金： ▪ —高温稳定性被要求 ▪ —铝合金结构件太大而钛合金结构件合适 ▪ —因为腐蚀原因铝合金不能和其它材料相接 触
材料—钛合金的应用
钛合金在飞机上主要被用作 ▪ a.液压管 ▪ b.弹簧 ▪ c.导流班（结构和非结构） ▪ d.高压管 ▪ e.紧固件。
材料—钢应用
▪ 飞机上大约12—16%的基本结构使用合金钢 和不锈钢，高的强度和弹性模量是高强度钢 的主要优点。
▪ 通常被用在 起落架， 发动机架接头， 襟翼划轨等部位。
▪ 是指不损坏一个或几个紧固件单元就不能拆 除的紧固件
▪ 包括：铆钉、锁螺栓、锁钉、盲螺栓和特 殊用途紧固件
可拆除紧固件
▪ 是指不损坏一个或几个紧固件单元就可以拆 除的紧固件
▪ 包括：螺栓、螺杆、螺帽、垫片和特殊用途 紧固件。
表二 紧固件应用
结构材料 合金钢， 铝合金+钢
铝合金+钛合金
铝合金
镁合金 除钛合金外的
主要接头
▪ 隔框与地板梁接头—通过地板梁支架将负载 传递到隔框，承受地板梁传来的拉力和垂直 剪力。
主要接头
▪ 机翼与机身接头—是飞机上承载最高的接头， 因为安全原因不是单一构件的接头而是有多 个角片和接头复合而成。其传递的两种主要 负载是：翼梁传递的剪切负载，机翼蒙皮传 递的翼展负载。
接头—失效模式
材料
▪ 铝合金的应用 ▪ 钛合金的应用 ▪ 钢应用
材料—铝合金的应用
▪ 铝合金大约占飞机基本结构重量的80%。
▪ 铝合金同钢和钛合金相比具有易于加工和成 型的特点，但被应用到飞机上需要进行防腐 处理，a.阿洛酊或进行化学阳极化处理产生 氧化物保护层，b.应用防腐涂层。
▪ 为了提高铝合金的强度和刚度，使其能作为 受力结构材料应用，在铝中加入一定量的合 金元素使其合金化，这样就可以得到一系列 性能各异的合金。