飞机结构—第四章 机身结构分析

1、飞机结构第四章第四章 机身结构分析机身结构分析第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构一、机身功用一、机身功用 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和货物； 将机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成一架完整的飞机。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构二、结构设计要求二、结构设计要求需满足众多使用要求（最主要）总体协调性要好，这样有利于飞机减重 保证结构完整性前提下的最小重量要求。合理使用

2、机身的有效容积，保证飞机性能气动力要求主要是减小阻力。装载多，本身结构复杂，故对开敞性（便于维修）要求更高良好的工艺性、经济性要求 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 1. 1. 外载类型外载类型 1 1）装载加给机身的力）装载加给机身的力装载引起的质量力（集中、分布） 机身结构的质量力（分布）质量力大小与载荷系数成正比（沿机身轴线各处载荷系数大小方向可能不同）第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 1.

3、 1. 外载类型外载类型 2）其他部件传来的力）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑跑过程中，机翼、尾翼或起落架上传来的力。 若发动机安装在机身上，还有发动机推力和陀螺效应产生的集中力。飞机两点接地时机身的载荷飞机两点接地时机身的载荷第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 1. 1. 外载类型外载类型 2）其他部件传来的力）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑跑过程中，机翼、尾翼或起落架上传来的力。 若发动机安装在机身上，还有发动机推力和陀螺效应产生的集中力。作用在机身上的不对称载荷作用在

4、机身上的不对称载荷 M扭扭 = Y c Y c M扭扭 = P h P h 水平尾翼不对称载荷水平尾翼不对称载荷 垂尾侧向水平载荷垂尾侧向水平载荷 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 1. 1. 外载类型外载类型 3）增压载荷（）增压载荷（p255） 大气压力和温度随飞行高度的增大而下降，超过2500m将使人无法正常工作，继续增大会使人不能生存。 解决办法：座舱增压、加温。 气密增压座舱，从发动机压气机引入并通过自动调节装置进入座舱。 增压载荷：增压舱内的空气压力与周围大气空气压力之差。各类飞机增

5、压座舱分布各类飞机增压座舱分布第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载3）增压载荷）增压载荷 在机身增压舱部分基本自身平衡，对机身的总体内力影响很小。 在机身增压舱结构内产生轴向正应力和机身横截面内的环向正应力，前后端框产生侧压力。 对于旅客机而言，是重要的疲劳载荷。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 1. 1. 外载类型外载类型 4）气动载荷）气动载荷 只在机身局部区域（如机身头部和座舱盖等）局部载荷较大

6、，对机身的总体内力基本没有什么影响。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 1 机身结构的设计要求和受载特点机身结构的设计要求和受载特点飞机结构三、机身外载三、机身外载 2. 2. 机身总体受力特点机身总体受力特点 机身可看作支持在机翼上的双支点或多支点外伸梁。 总体内力：两个平面内的弯矩、剪力和绕机身轴线的扭矩 。 受力和机翼相似，但对于机身垂直方向和水平方向的载荷基本为同一数量级。机身垂直面内剪力图及弯矩图机身垂直面内剪力图及弯矩图第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构

7、一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身主要构件：机身主要构件： 蒙皮 纵向骨架:长桁、桁梁 横向骨架：隔框第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身主要构件：机身主要构件： 蒙皮 纵向骨架:长桁、桁梁 横向骨架：隔框第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框1）分类）分类普通框：普通框：维持机身的截面形状；对蒙皮和长桁起支撑作用。通常设计为环形框。加强框：加强框：普通框功能将

8、装载的质量力和其他部件上的载荷经接头传到机身结构上的集中力加以扩散，以剪流形式传给蒙皮。机身大开口两端第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框2）布置）布置（见书P246）歼击机框距： 300mm左右；大型运输机框距： 300500mm左右。框的总重占机身结构重量的20%27%。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框3）构造型式）构造型式环形刚框环形刚框腹板框腹板框构架式

9、框构架式框（很少采用）第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框3）构造型式）构造型式环形刚框环形刚框 由内、外缘条，框缘腹板，腹板上的小支柱构成。 整体框：整体框： 模锻毛胚或厚板加工而成。环形整体式加强框环形整体式加强框1，6上下框段；2框缘连接接头；3，4机翼机身对接耳片接头及其加强筋；5，6两侧框段；8小支柱第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框3）构造型式）构造型

10、式环形刚框环形刚框 组合式刚框：组合式刚框： 型材、薄板经铆接组合而成。 内外缘条：弯矩和轴力； 腹板：剪力 支柱：将集中力扩散成腹板上剪流。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件隔框隔框3）构造型式）构造型式腹板框腹板框 相当于平面板杆结构。 加强型材的作用：将集中力扩散成剪流传给腹板；提高腹板的剪切稳定性；受侧压时与腹板一起承弯；无侧压时只受轴力。 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组

11、成元件长桁与桁梁长桁与桁梁1）功用：）功用：长桁：长桁：承受和传递机身弯矩引起的轴力；与蒙皮组成承力壁板；承受部分作用在蒙皮上的气动力并传给隔框。 桁梁桁梁的截面积大于长桁，功用类似。2）构造型式）构造型式 简单式简单式：从横剖面看只有一个结构元件； 组合式：组合式：从横剖面看有几个结构元件。 长桁多为简单式，桁梁有时采用组合式。桁梁剖面第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身蒙皮机身蒙皮1）功用：）功用：构成机身气动外形，保持表面光滑，承受局部空气动力；承受xoy,xoz两个平面内的剪

12、力和绕x轴扭矩；和长桁一起组成壁板承 受两个平面内弯矩引起 的轴力；气密增压座舱部位的蒙 皮还要承受环向和轴向 的张应力。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身蒙皮机身蒙皮2）材料及布置：）材料及布置： 蒙皮材料蒙皮材料（p242） 一般采用铝合金，如LY12，2024-T4； Ma3的飞机，受热影响大的区域采用钛合金或不锈钢。 蒙皮厚度：蒙皮厚度： 载荷、工艺性、经济性 要求的综合考虑第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机

13、结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身骨架元件与蒙皮机身骨架元件与蒙皮之间的连接之间的连接 纵、横构件交叉时，一般弱的让强的；蒙皮可以只与桁条相连，也可以与桁条、隔框都相连。1）普通框、长桁、蒙皮）普通框、长桁、蒙皮间的连接间的连接(见书P254)第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件机身骨架元件与蒙皮机身骨架元件与蒙皮之间的连接之间的连接2）加强框、长桁、蒙皮）加强框、长桁、蒙皮间的连接间的连接(见书P254)第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分

14、析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件地板结构地板结构结构组成： 横梁横梁纵梁纵梁地板块地板块横梁：横梁： 截面通常为槽形或工字形。纵梁：纵梁： 数目与座椅滑轨相对应（往往做成同一构件）。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构一、机身结构组成元件一、机身结构组成元件地板结构地板结构横梁与纵梁的连接：横梁与纵梁的连接：地板块结构：地板块结构： 上下面板、轻质芯材、边条。 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受

15、力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析典型受力型式典型受力型式1）桁梁式：）桁梁式： 结构特点：结构特点：有若干桁梁(如四根)，桁梁强；长桁少且弱，甚至可以不连续；蒙皮薄。 受力特点：受力特点：机身弯曲引起的轴向力主要由桁梁承担；剪力由蒙皮承担。 在桁梁间可布置大开口而不会显著影响机身抗弯强度和刚度。 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析典型受力型式典型受力型式2）桁条式：）桁条式： 结构特点：结构特点：无桁梁；长桁密且强；蒙皮较厚。 受力特点：受力特点：机

16、身弯曲引起的轴向力主要由桁条和较厚蒙皮组成的壁板承担；剪力由蒙皮承担。 不宜大开口，抗弯、扭刚度大；蒙皮局部变形小，有利于改善气动性能。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析典型受力型式典型受力型式3）硬壳式：）硬壳式： 结构特点：结构特点：无桁梁，无桁条；蒙皮厚，与少数隔框组成机身。 受力特点：受力特点：机身总体弯、剪、扭引起的全部轴力和剪力由厚蒙皮承担；隔框用于维持机身截面形状，支持蒙皮、承担框平面内的集中力。 不宜大开口，机身实际应用很少，只适于局部气动载荷较

17、大，要求蒙皮局部刚度大的部位，如机头、尾锥等。第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析机身受力分析机身受力分析1）集中载荷在机身中的传递）集中载荷在机身中的传递 a) 桁条式桁条式剪力弯矩第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析机身受力分析机身受力分析1）集中载荷在机身中的传递）集中载荷在机身中的传递 b) 桁梁式桁梁式剪力弯矩第四章第四章

18、机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析机身受力分析机身受力分析1）集中载荷在机身中的传递）集中载荷在机身中的传递 c) 多闭室硬壳式多闭室硬壳式 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 2 机身典型结构型式的传力分析机身典型结构型式的传力分析飞机结构二、机身结构的典型受力型式及分析二、机身结构的典型受力型式及分析机身受力分析机身受力分析2）运输机有效载重引起的地板载荷的传）运输机有效载重引起的地板载荷的传力分析力分析地板垂直载荷纵梁横梁隔框蒙皮 第四章第四章 机身结构分析机身结构

19、分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接机翼不通过机身(连接于机身两侧)整个中央翼盒贯通机翼通过机身几根翼梁通过3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接机翼机身对接形式（机翼机身对接形式（p260）双框式多框式第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构机翼连接于机身两侧机翼连接于机身两侧1）接头数量一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动

20、机的连接飞机结构机翼连接于机身两侧机翼连接于机身两侧2）对接框一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构机翼连接于机身两侧机翼连接于机身两侧3）接头型式一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构中央翼通过机身中央翼通过机身1）机翼、机身框各自独立（见书P265）一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机

21、身与其他部件及发动机的连接飞机结构中央翼通过机身中央翼通过机身2）中央翼梁与机身对接框为整体结构 主要目的是减轻重量。（见书P266）一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构尾翼与机身对接尾翼与机身对接 尾翼与机身的连接，机翼与机身的连接，两者没有根本区别。一、机翼一、机翼(尾翼尾翼)机身对接机身对接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 前起落架（前三点布置）均连接在机身上，主起落架一般布置在机翼上居多，当机翼较

22、高时也可布置在机身上。 起落架通常固定在机身加强框和纵梁上。二、起落架与机身的连接二、起落架与机身的连接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 前起落架（前三点布置）均连接在机身上，主起落架一般布置在机翼上居多，当机翼较高时也可布置在机身上。 起落架通常固定在机身加强框和纵梁上。二、起落架与机身的连接二、起落架与机身的连接第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 某些飞机在机身布置可拆卸的设计分离面，将机身分成前后两段，便于对发动机等进行检查维修。三、机身设

23、计分离面处的对接三、机身设计分离面处的对接 通常采用沿对接框四周均布对接螺栓：第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 1. 机身内发动机的安装机身内发动机的安装 一般置于机身内的机身后段，要求：安装方便；避免机身变形对发动机的影响；允许发动机轴向、径向的热膨胀。四、发动机在机身上的安装四、发动机在机身上的安装第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 1. 机身内发动机的安装机身内发动机的安装 另一种典型的发动机安装形式。四、发动机在机身上的安装四、发动机在机

24、身上的安装第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 3 机身与其他部件及发动机的连接机身与其他部件及发动机的连接飞机结构 2. 机身外挂发动机的安装机身外挂发动机的安装 四、发动机在机身上的安装四、发动机在机身上的安装第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞机结构一、开口与口盖的分类一、开口与口盖的分类开口的分类开口的分类 通常按尺寸分为：大开口、中开口和小开口。 （大小是相对于开口所在部件的基准尺寸而言）2. 口盖的分类口盖的分类按使用特性： 快卸口盖 一般口盖第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口

25、区结构设计机身开口区结构设计飞机结构一、开口与口盖的分类一、开口与口盖的分类2. 口盖的分类口盖的分类(2) 按受力特性：按受力特性： 口盖的受力特性及开口区加强与基体结构基体结构的受力特性有关。 开口的基体结构基体结构：开口附近的原结构。可分为： 不受力基体结构： 不参与整体受力，如：机身头部处蒙皮。 受剪基体结构： 只承受剪流，不承受轴向力，如：薄蒙皮强梁(桁) 结构的蒙皮。 受轴向力基体结构。 能承受剪流，也能承受轴向力，如壁板。（开口将切断其长桁或厚蒙皮） 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞机结构一、开口与口盖的分类一、开口与口盖的分类2

26、. 口盖的分类口盖的分类(2) 按受力特性：按受力特性： 不受力口盖 只承受口盖上局部气动载荷。并传给基体结构。受剪口盖受轴向力口盖传剪加强传剪加强轴向力加强轴向力加强第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞机结构一、开口与口盖的分类一、开口与口盖的分类3. 飞机上的典型开口、口盖布置飞机上的典型开口、口盖布置 (见书P98)第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞机结构二、开口补强设计二、开口补强设计小开口结构补强小开口结构补强 小开口在机体内部，一般没有口盖；在蒙皮上，则大多为不受力口盖。1）小开口去掉受剪

27、板时的补强（无口盖）小开口去掉受剪板时的补强（无口盖）开口尽量设计成圆形，降低应力 集中系数；口框加强。口框：绕开口周围布置一圈截面具有 抗弯能力的加强结构，类似刚 框。法兰盘式口框组合式口框第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞机结构二、开口补强设计二、开口补强设计小开口结构补强小开口结构补强2）蒙皮同时承受剪应力和正应力（有口盖）蒙皮同时承受剪应力和正应力（有口盖）合理选择开口形状和相对于正应力作用方向的位置 ；当有很多小开口时，应尽量 排在同一轴线上；在正应力方向布置加强筋。 第四章第四章 机身结构分析机身结构分析 4 机身开口区结构设计机身开口区结构设计飞