现代飞机结构综合设计 ——机身及开口区结构设计
飞机结构设计报告——北航程小全
飞机结构设计报告39051210齐士杰本学期上了2节飞机结构设计设计现场课，我从中学到了很多知识。
在现场课上我们近距离接触了许多飞机结构，下面我对我们接触的飞机结构进行简单的分析。
1右图所示为梁式翼面结构主要的构造特点是蒙皮很薄，常用轻质铝合金制作，纵向翼梁很强(有单梁、双梁或多梁等布置)．纵向长桁较少且弱，梁缘条的剖面与长桁相比要大得多，当布置有一根纵梁时同时还要布置有一根以上的纵墙。
该型式的机翼通常不作为一个整体，而是分成左、右两个机翼，用几个梁、墙根部传集中载荷的对接接头与机身连接。
薄蒙皮梁式翼面结构常用于早期的低速飞机或现代农用飞机、运动飞机中，这些飞机的翼面结构高度较大，梁作为惟一传递总体弯矩的构件，在截面高度较大处布置较强的梁。
2右图所示为翼肋普通翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状。
一般它与蒙皮、长桁相连，机翼受气动载荷时，它以自身平面内的刚度向蒙皮、长桁提供垂直方向的支持。
同时翼肋又沿周边支持在蒙皮和梁(或墙)的腹板上，在翼肋受载时，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面内的支承剪流。
加强翼肋虽也有上述作用，但其主要是用于承受并传递自身平面内的较大的集中载荷或由于结构不连续(如大开口处)引起的附加载荷。
3右图所示为铝蜂窝蒙皮机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑，所以它承受局部空气动力。
蒙皮在机身总体受载中起很重要的作用。
它承受两个平面内的剪力和扭矩；同时和长桁等一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力，只是随构造型式的不同，机身承弯时它的作用大小不同。
4右图所示为机体结构机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备；还可将飞机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。
桁梁式机身结构特点是有几根(如四根)桁梁，桁梁的截面面积很大。
在这类机身结构上长桁的数量较少而且较弱，甚至长桁可以不连续。
蒙皮较薄。
这种结构的机身，由弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮和长桁只承受很小部分的轴力。
第三节 飞机的基本结构PPT课件
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
4.收放机构
收放动作筒——液压动作筒 收放位置锁 舱门机构及协调机构 收放信号装置 地面安全装置 应急放下装置
5.减震装置
轮胎
低压、中压、高压
减震器
弹簧减震器 油气减震器
油气减震器
冲击能量－转换为－热能
6.制动装置
刹车片 “点刹”－防抱死（ABS）
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
增升装置
3.后缘
副翼
用来操纵飞机侧倾，偏转较大
襟翼
增升作用
4.翼尖
扰流板
机翼的结构
二、机身
两头小中间大的流线体 驾驶舱、客舱/货舱 连接机翼、尾翼
三、尾翼
1.水平尾翼 2.垂直尾翼
作用：保证飞机在三个轴的方向稳定性和操纵性
1.水平尾翼
水平安定面 升降舵
第三节 飞机的基本结构 －机体
机体
机身 机翼 尾翼 起落架
一、机翼
翼根 前缘 后缘 翼尖
1.翼根
机翼和机身结合部分 机翼受力最大的部位（结构强度最强）
机翼升力vs机身重力
1）机翼在机身的位置
上单翼 中单翼 下单翼
上单翼
优点
干扰阻力小 向下视野好 发动机离地高 侧向稳定性好
第16讲—机身结构(3)
结构特点：
可以在机身左、右两侧各布置一根纵梁， 可以在机身左、右两侧各布置一根纵梁，纵梁两端与框的 腹板连接，靠蒙皮的一边与蒙皮铆在一起。 腹板连接，靠蒙皮的一边与蒙皮铆在一起。
四、战斗机增压舱的设计特点 战斗机驾驶员增压舱一般空间小、形状复杂。 战斗机驾驶员增压舱一般空间小、形状复杂。
这里主要对机头进 这里主要对机头进 气喷气式歼击机增 压舱侧壁进行分析 压舱侧壁进行分析 侧壁的结构： 侧壁的结构：由蒙 皮、加强筋和桁梁 组成。 组成。
总
结 （ 1）
机翼机身对接处的结构特点
机身与其他部件对 接处或集中力作用 处的结构布置
机身与垂尾连接处的结构特点 前起落架载荷作用下机身结构 的受力分析 机身设计分离面的对接型式
总
结 （ 2）
增压舱的载荷特点 增压舱的形状、 增压舱的形状、位置等
增压舱的设计特点
战斗机增压舱设计 旅客机增压舱结构设计
（4）当机身截面为非圆形时增压舱段机身的结构特点
机身为圆截面时，增压舱的受力情况最好； 机身为圆截面时，增压舱的受力情况最好； 为椭圆形截面时，框内会产生弯曲内力； 为椭圆形截面时，框内会产生弯曲内力； 如果是双圆截面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力F 如果是双圆截面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力 n。
第十六 第十六讲结束
谢谢
机翼与机身的连接配置 V-22飞机 飞机
V-22飞机结构图 飞机结构图
垂尾载荷在机身上传递过程动画
返 回
起落架受载时机身受力动画
返 回
机身设计分离面正应力的传递
增压座舱的压力调节曲线 各类飞机增压座舱分布与形状
DCDC-8机身的设计
Fn→纵梁→框腹板 纵梁→ →地板横梁（左、 地板横梁（ 右两个F 平衡） 右两个Fn平衡）
飞机的基本结构机体PPT课件
• 对着陆技术要求高，容易发生“跳跃”现象；
• 大速度滑跑时，不允许强烈制动；
• 地面滑跑时的方向稳定性较差；
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主要有三种：
4.起落架的构造形式
• 构 架 式
• 支 柱 式
• 摇 臂 式
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构架式
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支柱式
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二、机 翼
A、机 翼的组成
翼尖
前缘Leabharlann 翼根后缘第14页/共51页
1.翼根
• 机翼和机身结合部分
• 机翼受力最大的部位（结构强
度最强）
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2.前 缘
襟翼
增
升装置
缝翼
增升装置
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3.后缘
• 副翼
• 用来操纵飞机侧倾，偏转较大
• 襟翼
• 增升作用
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三、尾翼
1.组成
水平尾翼
尾翼
垂直尾翼
2.作用： 保证飞机的纵向和方向的平衡，并使飞机在纵向和方向上
具有必要的稳定性和操纵性。
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1.水平尾翼
• 水平安定面
• 升降舵
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4.垂直尾翼
• 垂直安定面
• 方向舵
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四、起落架
•尾
翼
功用再细论
• 起落架
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作
业：
1.飞机和机体各由哪几部分组成？
2. 机翼有什么组成？其结构如何？
3.机翼的安装位置有哪几种？
飞机结构及其特点ppt课件
（2）整体壁板式 （3）夹层结构
25
机翼的受力分析
机翼主要受：剪力、弯矩、扭矩 剪力主要是由翼梁腹板承受的。 弯矩要使机翼产生弯曲变形， 弯矩引起的轴向力
是由翼梁缘条、桁条和蒙皮共同承受的。 机翼受扭矩作用时，翼梁缘条和桁条都很容易变
形，而金属蒙皮和翼梁腹板所组成的合围框，却 能很好地反抗扭转变形。
26
（1）蒙皮骨架式
按照抗弯材料的配置，蒙皮骨架式翼面可分为梁式、单块式 和多墙式三种结构形式。
最初的薄壁结构翼面蒙皮很薄，只承担扭矩，不能承受弯 矩，称为梁式结构。
以后蒙皮不断加厚，支持蒙皮的桁条相应加强。蒙皮不仅 承扭，还参与承弯，并且承弯程度越来越高，以至蒙皮与 桁条一起组成的加强壁板成为主要的承弯构件，此时结构 便发展成单块式结构。
3
§1.1 飞机结构及组成
波音747宽体客机
4
§1.2 机翼结构形式
机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过 机翼上表面的气流流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反。 根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大 气压强较小，这样机翼下表 面的压强就比上表面的压强 高，换一句话说，就是大气 施加与机翼下表面的压力(方 向向上)比施加于机翼上表面 的压力(方向向下)大，二者 的压力差便形成了飞机的升 力。
双梁式：翼面内部空间合理利用较有利，两梁之间结构高 度较大的部位可用来收藏起落架或放置燃油箱，但梁的高 度降低，结构较重。
多梁式：多用于弦长较大的小展弦比机翼，安全性较高， 可以设计成多通道传力。
29
①梁式结构
30
单梁式结构
31
1－前梁；2－后梁；3－后墙；4－桁条；5－普通翼肋；6－蒙皮；7－梁 缘条；8－立柱；9－接头；10－加强翼肋
飞机构造概要
二、飞机设计阶段
飞机设计单位根据拟订好的飞机技 术要求进行飞机设计。飞机设计一般分 为两大部分：总体设计和结构设计。
总体设计
总体设计主要工作是确定全机主要参数， 即全机重量 G，发动机推力P和翼载 G／S(S 为机翼面积)；确定飞机的基本外形，如机翼、 尾翼平面形状、大致尺寸和气动布局；选择 发动机；然后进行飞行性能的初步估算。如 满足要求，则画出飞机的三面图；进行飞机 的部位安排；确定结构型式和主要受力构件 布置，并给出飞机各部件的重量控制指标。
辅助操纵面的作用主要是为了 改善飞机的某一方面的性能。现代 飞机上的辅助操纵面主要包括：
?增升装置 ?扰流片 ?减速板 ?调整片
增升装置 (1)
?增升装置的功用 增升装置的主要功用是在起飞降
落时增加机翼的升力，从而降低飞机 的离地和接地速度，缩短起飞和降落 滑跑距离。
增升装置 (2)
?增升装置的增升原理 目前所使用的增升装置的增升原
2、初步设计过程 ：包括方案设计和打样 设计。 3、详细设计过程。其主要任务是：
（1）结构和系统的详细设计和分析。 （2）根据初步设计中总体设计参数的调整， 进行新一轮的风洞试验和气动力计算。 （3）进行飞机维修性、生存力分析和研制费 用、经济性评估。最终发出生产图纸和资料。
方案设计
首先根据设计要求在概念设计的基 础上，进行多种气动布局方案的对比和 研究，以及机翼、机身、尾翼的形状、 设计参数的确定。飞机的内部布置要同 时进行。这时，各个专业都要介入，如 结构的传力路线设计、新材料新工艺的 选用、各系统的原理设计、全机重量重 心估计、飞机性能计算和飞行品质分析， 检查设计方案能否满足设计要求。
现代飞机结构综合设计 ——机翼、尾翼设计共25页文档
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
飞机结构ppt课件
后机身
通常包含货舱门、尾翼和起落架安装 位置，要求具备足够的结构强度和刚 度。
机身的结构形式
金属半硬式机体
01
采用金属材料制成，结构形式为半硬式，具有较好的刚度和稳
定性。
复合材料机体
02
采用复合材料制成，具有较高的比强度和比刚度，可减轻机身
重量。
混合式机体
03
采用金属和复合材料混合制成，结合了金属和复合材料的优点
转向装置
协助飞行员控制飞机滑行方向。
刹车装置
使飞机在地面滑行时能够减速。
轮毂和轮胎
支撑飞机重量，吸收地面摩擦力。
THANKS
感谢观看
，具有较高的结构性能。
机身的结构特点
材料
机身通常采用高强度铝合金、钛合金和复合材料 等轻质材料，以减轻机身重量。
结构形式
机身的结构形式根据受力特点进行设计，常见的 有梁式、板式和整体式等结构形式。
连接方式
机身各部分之间的连接方式根据材料和结构形式 选择，常见的有焊接、铆接和胶接等连接方式。
05
起落架结构
率。
高强度材料
尾翼结构需要采用高强度材料，以 承受飞行中的各种载荷和应力。
抗疲劳性能
尾翼结构需要具有良好的抗疲劳性 能，以确保长期使用的可靠性和安 全性。
04
机身结构
机身的功用和要求
概述
机身是飞机的主体结构，承载着乘客、货物和机组人员，并维持 其在空中的稳定性和安全性。
功用
机身主要承受飞行中的气动力、发动机推力和其他附加载荷，同时 作为其他飞机部件的安装基础。
尾翼的要求
尾翼的设计和制造需要满足强度 、刚度、耐久性和轻量化的要求 ，以确保飞行的安全性和经济性 。
飞机结构飞机结构与系统PPT课件
1
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2
飞机外载荷
❖ 按作用形式分为
集中载荷
分布载荷
3
飞机外载荷
❖ 按作用性质分为
静载荷 动载荷
4
飞机外载荷
❖ 按飞机所处的状态分为
飞行时 起飞、着陆、地面运动时
5
21
影响起落架侧向载荷的因素
❖ 飞机侧滑着陆。 ❖ 地面滑行转弯。 ❖ 单主轮先着陆。 ❖ 在滑行中使飞机有侧向运动趋势的各种原因。
22
飞机结构承载能力
❖ 飞机结构承载能力表现在对飞机使用限制和 飞机结构承载余量两个方面。
23
飞机使用限制
ny使用最小 ny ny使用最大 q q最大最大 ny使用最小 为 预 期 的 最 大 负 过 载 ； ny使用最大 为 预 期 的 最 大 正 过 载 ； q最大最大 为 预 期 的 最 大 速 压 。
❖ 起落架受载的特殊性：多数受载情况为垂直 载荷、水平载荷和侧向载荷的不同组合。
❖ CCAR-25部对各种组合和相应的限制载荷系数 都有具体规定。
30
飞机结构承载余量
❖ 安全系数
设计载荷与使用载荷之比。表示飞机在使用中结构不会 破坏而又有一定强度储备的的系数。
CCAR-25部规定：除非另有规定，必须采用安全系数1.5。
36
飞机结构件的分类
❖ 重要结构项目 ❖ 一般结构项目
37
飞机结构受力基本概念
❖ 变形
38
飞机结构受力基本概念
❖ 内力
内力的基本形式有：拉力、压力、剪力、弯矩和 扭矩。
民用飞机机身舱门开口区刚度设计研究
—117—《装备维修技术》2021年第3期摘 要：本文对飞机初始设计阶段开口刚度设计指标不完善的特点，提出与完整机身结构等刚度设计理念，给出加强边梁面积的设计方法，并明确开口区刚度的影响因素，为后期机身舱门开口区详细设计提供依据。
关键词：舱门开口；初步设计；等刚度民用飞机机身舱门开口区刚度设计研究雷江龙（中航西飞民用飞机有限责任公司，陕西 西安710089）民用飞机由于适航安全性的要求，一般需要在机身上布置较多的舱门，比如登机门、货舱门、应急门和服务门等等，因此在机身形成多个大开口区域，导致结构以及传力发生很大变化。
其具体表现为：(1)结构的刚度发生突变，变形不连续；(2)破坏了机身结构的连续性以及原有结构的传力路线，载荷的传递发生变化；(3)加强开口区域结构以承受原开口处壁板所承受的载荷以及载荷的重新分布而引起的附加载荷。
而通常舱门开口区大小的选择以及边梁加强结构尺寸的确定成为了舱门开口区设计的重点和难点。
目前工程上多采用有限元分析的方法，但由于前期结构参数的不确定性，对有限元建模方法造成了很大的局限。
本文从工程算法的角度出发，在设计初期就提出等垂向弯曲刚度（由于机身门区开口的严酷工况多为机身俯仰工况）的方法来确定开口区边梁的结构尺寸。
同时通过对开口区结构刚度与其相关影响因素的变化规律研究，为后续结构详细设计提供理论依据。
1.舱门开口区设计要求对于机身舱门区开口结构的设计，最基本的要求就是保证载荷的传递，刚度应尽量连续，变形协调，在增压舱载荷的作用下满足一定的变形要求下保证不漏气，且还要有足够的刚度保证各舱门能在空中顺利打开和关闭。
然而这些要求只是一些定性的设计指标，在本文我们要求在机身半径、蒙皮厚度等参数确定的情况下开口区刚度需与完整机身结构刚度相等。
2.舱门开口区等刚度设计典型的机身舱门区开口结构如图1(a)所示；为了简化计算，可以把长桁的面积折算到蒙皮厚度中去，简化后的计算模型如图1(b)所示.图1(b)中R 为机身半径，α为开口区上部点A 与圆心连线与y 轴夹角，β为开口区下部点B 与圆心连线与y 轴夹角，ψ为开口角度。
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1 机身的内部布置与结构型式选择
一、机身的内部布置 1.机身与机翼、尾翼、起落架等部件布置的协调 2.全机重心的控制 3.有效载重的布置的适合本身技术和使用要求 4.开口的布置
装载（紧急疏散），检修
B-52飞机的乘员布置
正副驾驶 领航员 雷达操作员
6 结构的细节设计
一架飞机结构寿命的长短主要取决于重要结构细节的抗疲劳开裂能力．这种 能力依赖于结构细节的几何形状、连接方法、材料和加工工艺。
1.合理地、有区别地选择有关结构材料 2.结构布局和传力路线的恰当设计 3.消除因偏心传载和强迫装配引起的附加应力
对称结构 垫片
4.降低应力集中 5.连接接头和连接结构的抗疲劳设计
尾炮手
1 机身的内部布置与结构型式选择
二、机身结构型式的选择 半硬壳式机身通过适当的布置能承受各种载荷，而且结构效率高。 而硬壳式机身反而会因机身上的开口多，而大大影响厚蒙皮的利用 率，开口补强的增重也将增大，进而影响机身的结构效率。因此硬 壳式往往只在某些局部部位采用，如头部、尾锥部等。
提供构型
为整星提供构造外形，运载火箭连接接口，伸展附件接口，地 面操作设备的安装接口等。
设计特点
突出刚度设计/尽量减少重量/利用有限容积/适应空间环境/满 足一次性使用
卫星结构简介
卫星结构的类型
框架或支架式 箱板式结构 中心承力筒式
二.按结构完整性要求进行结构选型，试验结构件研制试验
2．全尺寸部件验证试验
静强度验证试验 全尺寸疲劳(或耐久性)验证试验 全尺寸结构损伤容限 验证试验
3．复合材料结构完整性的积木式设计验证试验方法
第八章 起落架设计
8．7 前起落架的设计特点 摆振和减摆
接头避免偏心/传剪接头加预紧力/紧固件有适当的边距/铆钉连接尽量采用 对接，避免搭接引起的偏心/螺栓的预紧力和铆钉的干涉配合可以降低循环 载荷的Smax
对结构进行变形和刚度控制 (提高刚度或降低刚度) 7.工艺方法的选择
7 飞机结构试验简介
一、飞机试验的作用和内容 检验理论分析和设计是否合理、正确的手段；其次，通过试验发现 未知的规律或设计与理论分析中存在的一些问题，甚至可以从而促 进新的理论的建立或已有理论的补充和修正。
5 开口区的结构设计
三、大开口区的设计
5 开口区的结构设计
舱门与窗口开口的特点（P259）
旅客机的舱门一般设计成介于“受力口盖”和“非受力口盖”之间。 由增压载荷引起的周向张应力可由舱门承受；但由于要求舱门能迅 速打开，机身结构上的其他载荷、内力由舱门周围的加强结构，包 括门框来承受．窗口则多为不受力“口盖”(即窗玻璃)式小开口
一、机翼－－机身的对接设计 二、尾翼与机身的对接 三、起落架与机身的连接
前三点式起落架布置，前起落架都在机身上，主起落架一般布置在机 翼上
四、机身设计分离面处的对接 五、发动机在机身上的安装
5 开口区的结构设计
一、小开口结构补强设计 口框补强
5 开口区的结构设计
二、中开口加强设计
2 机身结构元件的设计与布置
一、机身蒙皮设计 二、机身纵向构件的设计和布置 三、机身加强框和普通框的设计与布置 四、框、长桁、蒙皮之间的连接 五．地板结构
承受9g的纵向过载
3 增压座舱的结构设计
一、座舱的增压载荷 二、旅客机增压舱的结构设计
4 机身与其他部件以及发动机的连接设计
起落架设计
7 前起落架的设计特点 二、前轮纠偏装置(中立机构)
卫星结构简介
卫星结构的功能
承受载荷
发射过程中产生的过载、振动、冲击和噪声载荷，卫星在轨运 行时由于温度交变、真空状态和变轨运动，卫星再入返回时的 气动力和气动热以及着陆冲击载荷，强度和刚度的要求
安装设备
提供安装界面、设备防护