第15讲—机身结构(3)

1、12主要内容结构受轴向力时开口区受力分析结构受轴向力时开口区受力分析参与区的概念参与区的概念5.6 机身与其它部件对接处或集中力作用处结构的布置机身与其它部件对接处或集中力作用处结构的布置 一、机翼与机身对接处结构特点一、机翼与机身对接处结构特点 二、机身与垂直尾翼连接处结构特点二、机身与垂直尾翼连接处结构特点 三、前起落架载荷作用下机身结构受力分析三、前起落架载荷作用下机身结构受力分析 四、机身设计分离面的对接型式四、机身设计分离面的对接型式 五、发动机在机身上的安装五、发动机在机身上的安装5.7 增压座舱的结构设计特点增压座舱的结构设计特点 一、座舱的增压载荷一、座舱的增压载荷 二、增压舱

2、的形状和位置二、增压舱的形状和位置 三、旅客机增压舱的结构设计三、旅客机增压舱的结构设计 四、战斗机增压舱的设计特点四、战斗机增压舱的设计特点3结构受轴向力时开口区受力分析结构受轴向力时开口区受力分析参与区的概念参与区的概念参与区参与区4结构受轴向力时开口区受力分析结构受轴向力时开口区受力分析参与区的概念参与区的概念用应变能最小原理用应变能最小原理,计算得到结构中轴向力的分布为计算得到结构中轴向力的分布为5歼七机翼的参与区分析歼七机翼的参与区分析65.6 机身与其它部件对接处或集中力作用处机身与其它部件对接处或集中力作用处结构的布置结构的布置一、机翼与机身对接处结构特点一、机翼与机身对接处结构

3、特点1、机翼和机身连接处结构配置机翼和机身连接处结构配置 按机翼相对机身上下位按机翼相对机身上下位机翼机身连接配置机翼机身连接配置中单翼中单翼上、下单翼上、下单翼不贯穿机身不贯穿机身贯贯 穿穿 机机 身身置的不同有下列几种结构配置的不同有下列几种结构配置：置：7当机翼为单块式时，让中央翼翼盒贯穿机身比当机翼为单块式时，让中央翼翼盒贯穿机身比较经济。此时若机翼为上单翼或下单翼布置时较经济。此时若机翼为上单翼或下单翼布置时（运输机通常采用的机翼位置），与机身部位安（运输机通常采用的机翼位置），与机身部位安排的矛盾不大，可以让翼盒通过排的矛盾不大，可以让翼盒通过战斗机由于机身内部空间紧张，通常不能让

4、中战斗机由于机身内部空间紧张，通常不能让中央翼通过，所以一般采用中单翼布局。此时只能央翼通过，所以一般采用中单翼布局。此时只能在机身两侧用几个集中接头与机翼连接，如有可在机身两侧用几个集中接头与机翼连接，如有可能，应尽量将翼梁（或其缘条）穿过机身，或作能，应尽量将翼梁（或其缘条）穿过机身，或作为框的一部分通过。为框的一部分通过。82、民机机翼和机身连接处结构的特点民机机翼和机身连接处结构的特点民机机翼机身的连接配置民机机翼机身的连接配置：一般采用中翼穿过机身连接。一般采用中翼穿过机身连接。机翼机身的连接方式：机翼机身的连接方式：机翼的翼梁和机身隔框的下半部分机翼的翼梁和机身隔框的下半部分是一个

5、整体结构。是一个整体结构。载荷的传递：载荷的传递：机身隔框将机翼传入的剪力，不对称弯矩传机身隔框将机翼传入的剪力，不对称弯矩传给机身壳体。给机身壳体。上图为：中翼贯穿机身连接图右图为：机翼机身隔框连接方式民机机翼和机身连接处结构的特点9弯矩时隔框的作用效弯矩时隔框的作用效果果：地板梁越厚对隔地板梁越厚对隔框产生的载荷越大框产生的载荷越大龙骨架：龙骨架：中央翼盒中中央翼盒中段下方的纵梁或盒形段下方的纵梁或盒形结构结构民机机翼和机身连接处结构的特点10波音波音707707翼翼- -身对接身对接11其其他他机机身身机机翼翼对对接接形形式式12水平加强板剪力剪力P的平衡的平衡弯矩弯矩Mx的平衡的平衡加

6、强框上的加强框上的剪流平衡剪流平衡二、机身与垂直尾翼连接处结构特点二、机身与垂直尾翼连接处结构特点水平加强板水平加强板13当平尾置于垂直尾翼上时（如当平尾置于垂直尾翼上时（如T尾）尾）垂直尾翼的垂直载荷传垂直尾翼的垂直载荷传递到加强框，由加强框将载荷递到加强框，由加强框将载荷传给机身蒙皮传给机身蒙皮 垂直尾翼上载荷通过各种垂直尾翼上载荷通过各种途径传到机身壳体蒙皮中，以途径传到机身壳体蒙皮中，以蒙皮中剪流形式向机身中部传蒙皮中剪流形式向机身中部传递，达到全机受力平衡递，达到全机受力平衡。当平尾置与垂直尾翼上时14 前机身的结构前机身的结构 前起落架的布置前起落架的布置三、前起落架载荷作用下机身

7、结构受力分析三、前起落架载荷作用下机身结构受力分析挡块挡块15q轴承能够轴承能够提供除提供除 Mz 以外的所有以外的所有约束；约束；q挡块只能挡块只能提供提供x x方向的方向的约束。约束。集中力集中力 Py、 Pz、Px Py的传递与平衡的传递与平衡前起落架载荷作用下机身结构受力分析Z16Pz的传递的传递Pz与座舱地面剪与座舱地面剪流流 qPz 平衡平衡；力矩力矩Mx通过轴承通过轴承上的集中力上的集中力Pzh/b 与剪流与剪流qMt 平衡。平衡。前起落架载荷作用下机身结构受力分析17Px的传递的传递 Px由轴承上的力由轴承上的力Rdx和挡块上的力和挡块上的力 Rex 平衡平衡挡块中力的平衡挡块

8、中力的平衡轴承加强件中力的平轴承加强件中力的平衡衡可见，起落架上的力可见，起落架上的力Px、Py 、Pz通过加强框以剪流形式作用通过加强框以剪流形式作用到与加强框相连的到与加强框相连的H H型开剖面薄壁结构上，然后传到中机身。型开剖面薄壁结构上，然后传到中机身。前起落架载荷作用下机身结构受力分析18四、机身设计分离面的对接型式四、机身设计分离面的对接型式19五、发动机在机身上的安装五、发动机在机身上的安装发动机的安装主要分为：发动机的安装主要分为：1.1.内置发动机的安装内置发动机的安装2.2.外置发动机的安装外置发动机的安装3.3.背负发动机的安装背负发动机的安装20发动发动机在机在机身机身

9、上的上的安装安装内内置置发发动动机机的的安安装装21发动发动机在机在机身机身上的上的安装安装外外置置发发动动机机的的安安装装225.7 增压座舱的结构设计特点增压座舱的结构设计特点一、座舱的增压载荷一、座舱的增压载荷（1 1）增压载荷的定义：）增压载荷的定义：增压舱内的空气压力与周围大气的空气压力之差称为增压舱内的空气压力与周围大气的空气压力之差称为增压增压载荷。载荷。（2 2）增压载荷的特点）增压载荷的特点： 增压载荷增压载荷是重复性循环载荷，对增压座舱机身结构的寿是重复性循环载荷，对增压座舱机身结构的寿命和损伤容限特性影响很大，必须按损伤容限设计准则命和损伤容限特性影响很大，必须按损伤容限

10、设计准则设计。设计。 增压座舱内压力的变化规律（正压差、负压差）增压座舱内压力的变化规律（正压差、负压差） 增压舱结构也是机身受力结构的一部分，它既由增压载增压舱结构也是机身受力结构的一部分，它既由增压载荷引起的应力，又参与机身的总体受力。荷引起的应力，又参与机身的总体受力。23二、增压舱的形状和位置二、增压舱的形状和位置增压舱的形状和在机身上的部位随飞机类别的不同而不同。增压舱的形状和在机身上的部位随飞机类别的不同而不同。三、旅客机增压舱的结构设计三、旅客机增压舱的结构设计增压舱形状：增压舱形状：旅客机增压舱一般为圆筒形，或接近圆筒形。其旅客机增压舱一般为圆筒形，或接近圆筒形。其后端常为球面

11、腹板框，前端常为平面腹板框。后端常为球面腹板框，前端常为平面腹板框。（1 1）机身蒙皮的受力与设计）机身蒙皮的受力与设计在正增压载荷作用下，机身的蒙皮受双向张应力在正增压载荷作用下，机身的蒙皮受双向张应力周向张应力周向张应力 T p R / t纵向张应力纵向张应力 x p R / 2t式中式中 R机身半径；机身半径；t蒙皮厚度；蒙皮厚度； p压力差。压力差。可见，可见， T是是 x的的2倍。因此，增压舱部分的蒙皮沿纵轴方向的倍。因此，增压舱部分的蒙皮沿纵轴方向的裂纹比周向裂纹更危险。设计时应采取损伤容限设计措施。裂纹比周向裂纹更危险。设计时应采取损伤容限设计措施。24（2 2）球面框）球面框

12、球面框的结构特点：球面框的结构特点： 半球形结构受力好，但球面框一般不做成半球形；半球形结构受力好，但球面框一般不做成半球形； 一般采用球面的一部分一般采用球面的一部分球亏面作框，而且有：球亏面作框，而且有： Rs(球面半径球面半径)R(机身半径机身半径)角取为角取为60 比较经济比较经济 球面框受力分析球面框受力分析 球面周缘单位宽球面周缘单位宽度上的总拉力度上的总拉力F为为:F= p Rs / 2tF随随Rs的增大而增大。的增大而增大。25 球面框的构造及与机身的连接球面框的构造及与机身的连接 球面框的构造：球面框的构造： 球面框的连接：球面框的连接：盖板盖板如果球面框要承受如果球面框要承

13、受yozyoz平面内平面内的的集中力集中力，就需要布置一，就需要布置一平面框平面框或或局部平面框局部平面框。26c) 球面框与机身结构变形协调的内力球面框与机身结构变形协调的内力在压力作用下，如果球面框边在压力作用下，如果球面框边缘处的径向变形为缘处的径向变形为 1 1，机身壳体结，机身壳体结构的变形为构的变形为 2 2，则变形协调会使加，则变形协调会使加强框处产生强框处产生剪力剪力Q和弯矩和弯矩M。此时应注意此时应注意加强框处加强框处的加强。的加强。（3 3）平面腹板框）平面腹板框 旅客机增压舱的前端一般采用平面腹板框。旅客机增压舱的前端一般采用平面腹板框。 战斗机驾驶舱比较小，安排紧凑，故

14、前、后均采用平面框。战斗机驾驶舱比较小，安排紧凑，故前、后均采用平面框。平面端框均采用横、竖方向型材、平面端框均采用横、竖方向型材、腹板及框缘角型材铆接而成。腹板及框缘角型材铆接而成。 周缘型材与机身蒙皮周缘型材与机身蒙皮连接连接，其，其他型材两端固定在机身的纵向构件上。他型材两端固定在机身的纵向构件上。 腹板受弯。腹板受弯。27（4 4）当机身截面为非圆形时增压舱段机身的结构特点）当机身截面为非圆形时增压舱段机身的结构特点v 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；v 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；v 如果是双圆截

15、面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力如果是双圆截面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力Fn。结构特点结构特点：可以在机身左、右两侧各布置一根纵梁，纵梁两端与框的可以在机身左、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。28四、战斗机增压舱的设计特点四、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。这里主要对这里主要对机头进机头进气喷气式歼击机增气喷气式歼击机增压舱侧壁压舱侧壁进行分析进行分析侧壁的结构侧壁的结构：由蒙：由蒙皮、加强筋和桁梁皮、加强筋和桁梁组成。组成。座舱侧壁受负

16、压差时座舱侧壁受负压差时：侧壁蒙皮受轴向张力：侧壁蒙皮受轴向张力上、下桁梁，上、下桁梁，在两端传给加强框在两端传给加强框 机身机身。座舱侧壁受正压差时座舱侧壁受正压差时：侧壁蒙皮受压：侧壁蒙皮受压加强筋加强筋上、下桁梁，上、下桁梁，在两端传给加强框在两端传给加强框 机身机身。29机身与其他部件对机身与其他部件对接处或集中力作用接处或集中力作用处的结构布置处的结构布置机翼机身对接处的结构特点机翼机身对接处的结构特点机身与垂尾连接处的结构特点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前起落架载荷作用下机身结构的受力分析的受力分析机身设计分离面的对接型式机身设计分离面的对接型式30增压舱的设计特点增压舱的设计特点增压舱的载荷特点增压舱的载荷特点增压舱的形状、位置等增压舱的形状、位置等旅客机增压舱结构设计旅客机增压舱结构设计战斗机增压舱设计战斗机增压舱设计机身蒙皮的受力与设计机身蒙皮的受力与设计球面框受力与设计球面框受力与设计平面腹板框结构特点平面腹板框结构特点机身截面为非圆形时增压舱段机身的结构特点机身截面为非圆形时增压舱段机身的结构特点31某垂尾为单梁单墙结某垂尾为单梁单墙结构，后梁与机身固接，前构，后梁与机身固接，前墙与机身铰接。在机身墙与机身铰接。在机身-垂垂尾连接