习题答案--飞行器结构设计第二章
飞行器结构力学课后答案
F2 1 P 3
3-3 平面刚架的形状、尺寸及受载情况如图所示，求刚架的弯矩和图（ｄ）的扭矩，并作出弯 矩（扭矩）图。
8
l
1 2
4 P
3
(a) (a)解：该结构为无多余约束的几何不变结构。
Px1 0 x1 l M Pl 0 x 2 l P(l x )0 x l 3 3
1
2 4 6 7 5
3 8
(f) (f)解：分别视阴影区为三个刚片。由二刚片规则，铰 2、铰 4、铰 5 与右侧刚片组成一刚片， 再由二刚片规则该刚片与左侧刚片组成一刚片， 可知为无多余约束的几何不变系， 再与下侧 刚片组成刚片，可知该系统为无多余约束的几何不变系。
1
3
2 4
(g) (g)解：该结构为 1 次封闭刚架，外部有一多余约束。 ｆ＝3＋1＝4 该结构为有 4 个多余约束的几何不变系统。
N 24 2Q
N 21 N 24 2
杆件 内力 1-2
N 21 Q
2-3 0 2-4 3-4 0
Q
2Q
3
a
45°
45°
4
Q
2 1
(f)
6
(f)解： （1） f 5 3 4 2 0 故该结构为无多余约束的几何不变结构。 （2）零力杆：杆 2-3，杆 3-4，杆 1-2。
N13 3P
3
N12 3
2
N13 0
对于结点 3：
N3-4
N3-1
N 34 N 31 3P
4
对于结点 4：
N4-6
N4-3
N 46 N 43 3P
2
对于结点 2：
飞行器结构设计_终版_
飞行器结构设计
注：题号前标★的都是老师最后一节课圈的重点。 第一次课： ★1 航空器举例：飞机，飞航式导弹，热气球等 ★2 飞行器质量为 结构质量 和 有效载荷质量 。 第二次课： 1.4—1.7 节 一、判断： 1. 铍合金即是金属材料又是功能材料。× 2. 玻璃钢之所以适合做隔热材料因线膨胀系数小。× 3. 高合金钢脆，易断裂。× 4. 材料的塑性、切削性、可焊性、热塑性、热流动性均影响材料加工性。√ 5. 结构固有频率计算属于静强度计算。× 6. 单翼是零件。× 7. 要求不失稳的元件应选用比强度大的材料。× 二、填空： ★1. 导弹弹体结构材料希望轻而强，通常用 比强度 和 比刚度 来表征这种材 料的综合性能。 ★2. 镁合金 在盐雾中易腐蚀， 高强度合金钢 易氢脆。 （钛、镁合金、合金钢、 铝） 3. 结构设计中有两种强度计算， 方案设计用 设计计算 ， 技术设计用 校核计算 。 4. 许用应力法指结构在 使用 载荷作用下不产生永久变形，破坏载荷法指结构 在设计载荷作用下P ≤ P 。 三、简答： ★断裂韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力。 结构设计中方案设计主要内容： （1）方案的内容应包括：结构形式，承力方案、 主要受力元件的布置、材料、基本剖面的形状尺寸，元件间的连接形式，内部 装置的布置，固定方法及满足各特殊要求的构造措施等。 （2）对拟定的方案是 否满足要求作相应的估计。 （3）进行方案论证 第三次： 一、判断： 1. 外载荷是指导弹从出厂到击中目标整个过程最大。错 2. 与刚性假设相比， 考虑弹翼弹性时， 由于压心是变化的会产生一种附加攻角。 对 3. 导弹总体方案设计完成了质心定位、气动计算、稳定性操纵性计算、风洞试 验。对 4. 导弹运输环节不能作为弹翼的设计情况。错 5. 导弹机动飞行时攻角大可作为弹翼设计情况。对 6 过载指作用在到导弹上可控力合力与重力之比。× 7. 波动系数反应了舵偏角与过载系数间的关系。√ 8. 过载系数是一无量纲的系数。√
飞行器结构设计
单元
有限元素法是将一个形状复杂的 连续体分解为有限个形状简单的子区 域，即将一个连续体简化为由有限个 单元组成的等效组合体，把求解连续 体的场变量（应力、位移等）问题简 化为求解有限个单元节点上的场变量 值。
全机有限元计算模型 机翼、机身计算模型
网格剖分
过 去 根据原准机、已有的 设计经验和一些简单 的分析方法进行设计
现 在：以现代力学和数学的 数值方法理论基础，以计算机 为工具，因此能够自动寻找满 足设计要求的优化设计方案
传统的飞机设计方法
初步完成设计 建模
人工多次循环
进行分析
人工修改设计 完成设计
基于优化的飞机设计方法
建模
仿真优化
基于网格和仿 真的优化设计
有限元法解题操 作的典型步骤 影响有限元法计 算精度的因素
它是一种近似数值分析方法，因 为其求解的基本方程是一个代数方程 组，而不是描述真实连续体场变量的 微分方程组。
单 元 单元的形式可以区分为
（1）按几何形状：一维、二维或三维； （2）按节点参数： Lagrange族（只包含场函数的节点值） 或Hermite族（还包含场函数导数的节点值）； （3）按插值函数：Lagrange多项式或Hermite多项式； （4）按单元坐标：笛卡儿坐标或自然坐标。 这些区分法在有限元素法的专门课程中会介绍，这里 简单介绍一下第一种分法的元素
数值求解节点位 移: {}=[K]-1{F}
实例
结构内任意点处的 应力、应变分析
单元分析、 单元刚度方程
有限元法解题的步骤和过程图
影响有限元法计算精度的因素
1. 单元模型。如杆单元与梁单元，板单元与体单元。 2. 单元的剖分数量。如 应力集中处单元剖分密度要大。 开 孔 板 网 格 剖 分 图 3. 单元插值函数的选取。
飞行器设计与工程基础知识单选题100道及答案解析
飞行器设计与工程基础知识单选题100道及答案解析1. 飞行器设计中，以下哪个参数对升力影响最大？（）A. 机翼面积B. 飞行速度C. 空气密度D. 机翼形状答案：D解析：机翼形状直接决定了气流的流动状态，从而对升力产生最大的影响。
2. 飞机的稳定性主要取决于（）A. 重心位置B. 机翼位置C. 发动机推力D. 机身长度答案：A解析：重心位置直接影响飞机的俯仰、横滚和偏航稳定性。
3. 以下哪种材料在飞行器结构中应用广泛，因为其强度高且重量轻？（）A. 铝合金B. 钢铁C. 塑料D. 木材答案：A解析：铝合金具有较高的强度和较低的密度，适合用于飞行器结构。
4. 飞行器的操纵面主要包括（）A. 升降舵、方向舵和副翼B. 机翼、尾翼和机身C. 发动机、起落架和座舱D. 雷达、导航和通信设备答案：A解析：升降舵控制俯仰，方向舵控制偏航，副翼控制滚转。
5. 飞机在飞行过程中，克服阻力的主要方式是（）A. 减小机翼面积B. 提高飞行速度C. 优化机身外形D. 增加发动机功率答案：C解析：优化机身外形可以减小阻力。
6. 以下哪种飞行原理主要应用于直升机？（）A. 伯努利原理B. 牛顿第三定律C. 浮力原理D. 相对性原理答案：B解析：直升机的升力产生主要依据牛顿第三定律，通过旋转的桨叶对空气施加向下的力，从而获得向上的反作用力。
7. 飞行器的飞行高度主要取决于（）A. 发动机性能B. 大气压力C. 飞行员技术D. 机翼载荷答案：A解析：发动机性能决定了飞行器能够达到的高度。
8. 在飞行器设计中，减小诱导阻力的方法是（）A. 增加机翼展弦比B. 减小机翼面积C. 降低飞行速度D. 增加机翼厚度答案：A解析：增加机翼展弦比可以减小诱导阻力。
9. 以下哪种飞行器的速度最快？（）A. 客机B. 战斗机C. 侦察机D. 航天飞机答案：D解析：航天飞机在太空中飞行，速度远高于其他选项中的飞行器。
10. 飞行器的翼型通常设计成（）A. 对称型B. 上凸下平型C. 上平下凸型D. 双凸型答案：B解析：上凸下平型的翼型能够产生较大的升力。
飞行器相关试题答案
飞行器相关试题答案一、选择题1. 飞行器的五个主要组成部分包括：机身、机翼、尾翼、起落架和（）。
A. 发动机B. 燃料系统C. 导航系统D. 通信设备答案：A. 发动机2. 以下哪种飞行原理是通过改变空气动力学特性来实现升力的？（）。
A. 伯努利原理B. 牛顿第三定律C. 浮力原理D. 动量守恒定律答案：A. 伯努利原理3. 飞行器在起飞和着陆时，主要依靠哪种操作来控制速度和高度？（）。
A. 油门控制B. 襟翼调节C. 起落架调整D. 飞行姿态调整答案：B. 襟翼调节4. 飞行器的航向稳定性主要由哪个部件保证？（）。
A. 机身B. 机翼C. 尾翼D. 起落架答案：C. 尾翼5. 飞行器在高空飞行时，为了维持稳定，通常需要考虑哪种效应的影响？（）。
A. 科里奥利效应B. 马格努斯效应C. 离心效应D. 升力效应答案：A. 科里奥利效应二、填空题1. 飞行器的设计需要考虑空气的______和______，以确保在各种飞行条件下的性能和安全。
答案：密度；粘度2. 飞行器在起飞过程中，随着速度的增加，机翼上的升力也会随之增加，当升力达到______的重量时，飞行器便能够离地起飞。
答案：飞行器3. 为了减少飞行中的阻力，飞行器的外形通常设计得十分______。
答案：流线型4. 在飞行器的飞行控制系统中，自动驾驶仪可以根据预设的______和______自动调整飞行器的飞行姿态。
答案：航线；高度5. 飞行器在遭遇恶劣天气时，飞行员需要依靠______和______来维持飞行器的稳定。
答案：仪表；经验三、简答题1. 请简述固定翼飞行器和旋翼飞行器的主要区别。
答：固定翼飞行器依靠固定机翼产生升力，通常需要跑道进行起飞和着陆，适用于长距离、高速飞行。
旋翼飞行器则通过旋转的旋翼产生升力，能够垂直起降，适用于低空、低速或悬停飞行。
2. 飞行器在高空飞行时会遇到哪些主要的环境挑战？答：飞行器在高空飞行时会面临低气压、低温、低氧、强风和辐射增强等环境挑战。
AOPA最新理论题库第2章系统组成
B001、描述一个多轴无人机地面遥控发射机是"日本手"是指A.右手上下动作控制油门或高度B.左手上下动作控制油门或高度C.左手左右动作控制油门或高度正确答案: A（解析：-）B002、目前主流的民用无人机所采用的动力系统通常为活塞式发动机和______两种。
A.火箭发动机B.涡扇发动机C.电动机正确答案: C（解析：p16）B003、电动动力系统主要由动力电机，动力电源和组成A.电池B.调速系统C.无刷电机正确答案: B（解析：p20）B004、从应用上说涡桨发动机适用于A.中低空、低速短程/垂直起降无人机B.高空长航时无人机/无人战斗机C.中高空长航时无人机正确答案: C（解析：p23）B005、属于无人机飞控子系统功能的是A.无人机姿态稳定与控制B.导航控制C.任务信息收集正确答案: A（解析：p27）B006、不属于无人机飞控子系统所需信息的是A.经/纬度B.姿态角C.空速正确答案: A（解析：p27）B007、不属于无人机飞控计算机任务范畴的是A.数据中继B.姿态稳定与控制C.自主飞行控制正确答案: A（解析：p29）B008、无人机通过控制舵面和发动机节风门来实现无人机控制。
A.伺服执行机构B.操纵杆C.脚蹬正确答案: A（解析：p33）B009、无人机电气系统中电源和两者组合统称为电力系统A.用电设备B.配电系统C.供电线路正确答案: B（解析：p35）B010、指挥控制与是无人机地面站的主要功能A.导航B.任务规划C.飞行视角显示正确答案: B（解析：p40）B011、无人机地面站系统不包括A.机载电台B.无人机控制站C.载荷控制站正确答案: A（解析：p41）B012、无人机地面站显示系统应能显示___信息A.无人机飞行员状态B.飞行器状态及载荷状态、链路C.飞行空域正确答案: B（解析：p42）B013、地面站地图航迹显示系统可为无人机驾驶员提供飞行器_____等信息A.飞行姿态B.位置C.飞控状态正确答案: B（解析：p43）B014、无人机增稳飞行控制模式下，飞控子系统控制A.参与B.不参C.与不稳定正确答案: A（解析：-）B015、无人机系统通讯链路主要包括：指挥与控制（C.&C.）、、感知和规避（S&A.）三种A．空中交通管制（A.TC.）B．电子干扰C．无线电侦察正确答案: A（解析：p46）B016、目前世界上无人机的频谱使用主要集中在 UHF、L 和波段A． CB． VHFC．任意正确答案: A（解析：p47）B017、以下不是导航飞控系统组成部分的是A．传感器B．电台C．执行机构正确答案: B（解析：-）B018、导航子系统功能是向无人机提供信息，引导无人机沿指定航线安全、准时、准确的飞行A．高度、速度、位置B．角速度C．角加速度正确答案: A（解析：p27）B019、是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务、返场回收等整个飞行过程的核心系统，对无人机实现全权控制与管理，因此该子系统之于无人机相当于驾驶员之于有人机，是无人机执行任务的关键。
飞行器结构设计课件
705 ~ 80， 0n y 4~ 6
2024/6/8
18
2.2典型飞行姿态和载荷系数
4、垂直突风 (在航迹运动坐标系中分析)
2024/6/8
19
2.2典型飞行姿态和载荷系数
（1）计算突风引起的升力变化:
YKC2
Y c os v2
G
gr
升力等于G乘上一个系数，该系数称为载荷系数。
2024/6/8
ny
Y cos v2
G
gr
10
2.2典型飞行姿态和载荷系数
分析该曲线运动中， 的特性：
① nym a x 1vg2r
0o
② n y ma与x 曲线航迹半径成反比，与切线运动速度
若
n
的平方成正比，这表明： y一max 定，v 一定，则运动半径就规定了；太
或客机则没有太大必要。 Ⅱ. 载荷系数又反映了对结构的载荷作用, 载荷系数越大,表明
飞机 结构的承载越大,要有足够的刚、强度，则结构重量大。
2024/6/8
29
2.2典型飞行姿态和载荷系数
Ⅲ. 载荷系数的载荷作用，不仅对结构有作用，而且 对机载设备及乘员有载荷作用。载荷系数越大，对 他们的作用越强，要视他们的承受能力而定。
飞机的外载图像演示
2024/6/8
8
2.2典型飞行姿态和载荷系数
1.俯冲拉起:对称面内作曲线机动飞行情况（纵向飞行）
飞机的升力使飞机保持向心曲线运动。
2024/6/8
9
2.2典型飞行姿态和载荷系数
动平衡关系：（机体坐标系y向）
,表现了运动的变速特征（曲线运动）
即：
Y
Gc os Ny
西工大飞行器结构力学课后答案
西工大飞行器结构力学课后答案第一题根据飞机结构力学的基本原理，飞机的结构力学可以被分解为静力学和动力学两个部分。
静力学是研究在静止或恒定速度下的力学行为，包括计算飞机各个部件的受力和应变情况。
而动力学则是研究在变化速度和加速度下的力学行为，包括计算飞机受到的各种动力荷载和振动情况。
第二题飞机的结构力学分析中，常用的方法包括有限元分析、静力学分析和动力学分析。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。
静力学分析是通过平衡方程来计算飞机结构的受力和应变情况，包括应力分析和变形分析。
动力学分析是通过力学方程来计算飞机在动态载荷下的振动响应和疲劳寿命。
第三题飞机的结构力学分析对于设计和制造过程中的决策具有重要意义。
在设计阶段，结构力学分析可以帮助工程师评估不同设计方案的有效性和可行性。
通过分析飞机的受力和应变情况，可以优化设计，并确保飞机在正常工作范围内具有足够的强度和刚度。
在制造阶段，结构力学分析可以帮助工程师确定合适的材料和加工工艺，以确保飞机结构的可靠性和安全性。
通过分析飞机的受力和应变情况，可以预测飞机在使用寿命内的疲劳寿命，并采取相应的措施延长飞机的使用寿命。
此外，结构力学分析还可以应用于飞机维修和事故调查过程中。
通过分析事故飞机的受力和应变情况，可以确定事故原因，并提出相应的维修和改进建议，以减少事故的发生对飞机结构的影响。
第四题对于飞行器结构力学的研究，需要掌握一些基本理论和方法。
首先是静力学的基本原理，包括力的平衡方程、应力和应变的定义和计算方法。
其次是动力学的基本原理，包括力的运动方程、振动的模型和计算方法。
此外，还需要了解一些基本的力学性能指标，如强度和刚度。
在进行结构力学分析时，需要掌握一些基本的计算方法。
常见的方法包括有限元法、解析法和试验法。
有限元法是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。
解析法则是通过解析计算的方法进行力学分析，主要针对简单和规则的结构。
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第二章 习题答案
2．飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r 的圆弧进入水平飞行。
若开始退出俯冲的高度H 1＝2000 m ，开始转入水平飞行的高度H 2＝1000 m ，此时飞行速度v ＝720 km/h ，(题图2.3)，求
（1）飞机在2点转入水平飞行时的载荷系数n y ；
（2） 如果最大允许载荷系数为n ymax ＝8，则为保证攻击的突然性，可采用何种
量级的大速度或大机动飞行状态?(即若r 不变，V max 可达多少? 如果V 不变，r min 可为多大
?
解答
（1） 08.5)
(8.9)
36001000720(11212
2
=-⨯⨯
+=+==H H gr v G Y n y （2） h km r g n v y /2.94310008.9)18(.).1(max =⨯⨯-=-=
m n g v r y 1.583)
18(8.9)
36001000720()1(2
2
min
-⨯⨯
=-= 3．某飞机的战术、技术要求中规定：该机应能在高度H ＝1000m 处，以速度V=520 Km/h 和V ’＝625km ／h(加力状态)作盘旋半径不小于R ＝690m 和R ‘＝680m(加力 状态)的正规盘旋(题图2.4)。
求
(1) 该机的最大盘旋角和盘旋过载系数n y ；
(2) 此时机身下方全机重心处挂有炸弹，重G b ＝300kg ，求此时作用在炸弹钩
上的载荷大小及方向(1kgf ＝9.8N)。
解答： （1）β
cos 1
=
=
G Y n y ∑=01X r
v m Y 2
sin =β ①
∑=01Y G Y =βcos ②
由
①与②得
085.3690
8.9)
36001000520(2
2
=⨯⨯
=
=gr
v tg β 04.72=β （非加力） 523.4680
8.9)
36001000625(2
=⨯⨯
=βtg 5.77=β （加力） 6.4cos 1
==
β
y n （2）F = G b *n y = 300*9.8*4.6 = 13.5KN (Y 正向)
6．飞机处于俯冲状态，当它降到H ＝2000m 时(H ρ=0.103kg ／m 3。
)遇到上升气流的作用(题图2.7)，求此时飞机的n y 。
已知飞机重量G=5000kg ，机翼面积S=20 m 2，5.4=αy C 。
此时的飞行速度V=540 km ／h ，航迹半径r=8.00m ，y 轴与铅垂线夹角=ϕ600，上升气流速度u ＝10 m ／s ,突风缓和因子K=0.88。
解答：
① 1
10cos602sin 0.033310005403600
u v α⨯
∆==
=⨯
1.91α∆= ② y
Y KC S q αα∆=∆⋅⋅=212
y KC S v α
αρ∆⋅⋅ = 021.9115401000
0.88 4.5200.1035(10sin 60)57.323600
⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯ = 3.1265 KN
③ gr
v G ma G Y 2
60cos ==+
60cos 2
G gr
v G Y -==
=37.21050)218008.9)
36001000540(
(32
=⨯⨯-⨯⨯ G
④ 2.37 3.1265
2.3062y Y Y G n G G
-∆-=-=-=-
7．飞机以过载n y ＝-3作曲线飞行，同时绕飞机重心以角加速度=Z α 3.92rad ／s 2转动,转动方向如(题图2.8)所示。
若发动机重量G E ＝1000kg ，发动机重心到全机重心距离l ＝3m ，发动机绕本身重心的质量惯性矩I Z0＝1200 N ·m ·s 2，求 (1) 发动机重心处过载系数n yE
(2) 若发动机悬挂在两个接头上，前(主)接头位于发动机重心处，后接头距发
动机重心0.8m ，求此时发动机作用于机身结构接头上的质量载荷(大小、方向)。
解答：
（1） ① 3-==G
Y
n yE ② 2.18
.93
92.3=⨯===
=
i i z i i i i i
iy yY G x m G a m G N n α ③ 8.12.13-=+-=+=yr ye yE n n n （2） 1200( 3.92)4704v i v i Z G Z G z M I N M α∆==⨯-=-⋅ 4704
58800.8
v i
Z G M N N l
∆=
=
= 重心处（前接头）
KN KN G n N i yE 18108.11-=⨯-=⋅=前
接头作用于发动机的力为y 轴负向 发动机受到的外力向下 后接头 KN N 8.5+=后 （y 轴正向） KN N 88.52-=前
KN N N N 88.2388.51821-=--=+=前前前 以上为发动机接头受的力
发动机作用于机身结构接头上的质量载荷应反向，即
KN N 88.23=前 向上 KN N 8.5=后 向下
N 前1
y E
N 前
2
N 后。