第4章航空器机体结构

1、南京航空航天大学南京航空航天大学航空宇航学院航空宇航学院航空航天概论航空航天概论气动外形气动外形 表面质量表面质量气动弹性发散：气动弹性发散：前掠翼的翼尖位于机翼根部之前，在气动载荷作用下，翼尖相对翼根产生的扭转变形，使翼尖的局部迎角增大，迎角增大又引起气动载荷的进一步增加。这种恶性循环的发展将使机翼结构破坏。 在满足在满足强度强度、刚度刚度和和寿命寿命的条件下，的条件下，结构质量尽可能轻结构质量尽可能轻使用、检查、维护和修理方便使用、检查、维护和修理方便200h55h10h便于生产加工、成本低便于生产加工、成本低木质材料金属材料复合材料容克斯的第一架全金属客机容克斯的第一架全金属客机F13（

2、1919）钛合金约39%复合材料约25%铝合金约16%钢约6%其它约14%钛合金约15%复合材料约50%铝合金约20%钢约10%其它约5%1.铝合金铝合金2.镁合金镁合金3.合金钢合金钢4.钛合金钛合金 5.复合材料复合材料比强度比强度=抗拉强度抗拉强度/密度密度比刚度比刚度=弹性模量弹性模量/密度密度波音波音787Q 大多采用薄壁结构大多采用薄壁结构Q 尺寸大而刚度小尺寸大而刚度小Q 零件数量多，装配工作量大零件数量多，装配工作量大起落架起落架机翼机翼机身机身尾翼尾翼操纵面操纵面 机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力产生升力。同时。同时机翼

3、内部可以用来机翼内部可以用来装置油箱和设备装置油箱和设备等；在机翼上还等；在机翼上还安装有改善起降性安装有改善起降性能的增升装置能的增升装置和用于飞机和用于飞机侧向操纵的副翼侧向操纵的副翼；很多飞机的；很多飞机的起落架和动力起落架和动力装置装置也固定在机翼上。也固定在机翼上。剪切力剪切力弯矩弯矩扭扭矩矩机翼的主承力部件机翼的主承力部件翼梁翼梁是最强有力的纵向构件，是最强有力的纵向构件，承受全部或大承受全部或大部分的弯矩和剪力部分的弯矩和剪力。翼梁由缘条、腹板和支柱等组。翼梁由缘条、腹板和支柱等组成，剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。成，剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。上缘条上缘条腹板腹板下缘

4、条下缘条支柱支柱很弱的缘条很弱的缘条腹板腹板纵墙纵墙与翼梁的与翼梁的区别在于其缘条很弱区别在于其缘条很弱通常不与机身相连接。通常不与机身相连接。纵墙通常布置在机翼纵墙通常布置在机翼的前后缘处，的前后缘处，与机翼与机翼的上下蒙皮相连，形的上下蒙皮相连，形成封闭的盒段以承受成封闭的盒段以承受扭矩扭矩。桁条桁条用用铝合金型材或铝合金型材或板弯件制成，板弯件制成，铆接在蒙皮内铆接在蒙皮内表面，表面，支撑蒙支撑蒙皮，将气动载皮，将气动载荷传给翼肋荷传给翼肋 。桁条桁条翼肋翼肋形成并维持翼剖面之形状形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动

5、把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁力载荷传递给翼梁。如果是加强翼肋，则还要承受和传递集中载如果是加强翼肋，则还要承受和传递集中载荷荷。腹板腹板弯边弯边翼肋前段翼肋前段翼肋中段翼肋中段翼肋后段翼肋后段蒙皮蒙皮通常用硬铝板材制成，用铆钉或通常用硬铝板材制成，用铆钉或粘接剂固定于纵横向骨架上，形成光滑的表粘接剂固定于纵横向骨架上，形成光滑的表面，从而面，从而维持气动外形维持气动外形。此外，蒙皮。此外，蒙皮承受气承受气动载荷，并承受部分扭矩、弯矩和剪力动载荷，并承受部分扭矩、弯矩和剪力。 机翼破坏试验机翼破坏试验构架式机翼构架式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 受力件与维形件完受力件与维形件完

6、全分工并分段承受载荷。全分工并分段承受载荷。构架式机翼的受力骨架构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支是由翼梁、张线、横支柱等组成的空间柱等组成的空间骨架骨架系系统，它统，它承受所有的弯矩、承受所有的弯矩、剪力和扭矩剪力和扭矩；其；其蒙皮蒙皮是是用亚麻布制成，用亚麻布制成，只起维只起维形作用形作用，不参与受力。，不参与受力。 梁式机翼梁式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 梁式机翼的特点梁式机翼的特点是布置有强有力的翼是布置有强有力的翼梁、较少且较弱的桁梁、较少且较弱的桁条并采用较薄的硬质条并采用较薄的硬质蒙皮，常用金属铆接蒙皮，常用金属铆接结构，为现今飞机所结构，为现今飞机所广泛采用。广泛采

7、用。 纵向骨架纵向骨架：翼梁、纵：翼梁、纵樯、桁条樯、桁条横向骨架横向骨架：翼肋：翼肋 梁式机翼梁式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式 单块式机翼的特单块式机翼的特点是蒙皮较厚，桁条较点是蒙皮较厚，桁条较多也较强，翼梁的缘条多也较强，翼梁的缘条很弱，甚至没有翼梁而很弱，甚至没有翼梁而只有纵樯。只有纵樯。单块式机翼单块式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式整体壁板式机翼整体壁板式机翼机翼的结构形式机翼的结构形式将蒙皮和纵、横向骨架将蒙皮和纵、横向骨架合并成上下两块整体壁板合并成上下两块整体壁板，之后用铆接或螺栓连接。这种机翼强度大，刚性好；之后用铆接或螺栓连接。这种机翼强度大，刚性好；表面光滑，气动外

8、形好；零件数目少，装配容易。表面光滑，气动外形好；零件数目少，装配容易。v装载乘员和货物；装载乘员和货物；v安置各种系统设备；安置各种系统设备；v连接机翼和尾翼等部件；连接机翼和尾翼等部件；v有的还固定动力装置和起落架。有的还固定动力装置和起落架。机身的结构形式机身的结构形式u构架式机身由受力空间桁架系统和不参与总体受力的构架式机身由受力空间桁架系统和不参与总体受力的蒙皮构成。蒙皮构成。u桁梁式薄壁结构机身的受力构件包括桁梁、桁条、隔框桁梁式薄壁结构机身的受力构件包括桁梁、桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。（普通框、加强框）、蒙皮和接头。u桁梁式机身的特点是布置有剖面较大的桁梁、桁条较

9、少桁梁式机身的特点是布置有剖面较大的桁梁、桁条较少且较弱、蒙皮较薄。且较弱、蒙皮较薄。隔隔框框桁桁条条桁桁梁梁u桁条式机身的受力构件包括桁条、隔框（普通框、加桁条式机身的受力构件包括桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。其特点是蒙皮较厚，桁条较多也强框）、蒙皮和接头。其特点是蒙皮较厚，桁条较多也较强。较强。隔框隔框桁条桁条u如果机身蒙皮进一步加厚，直至完全代替桁梁和桁条，如果机身蒙皮进一步加厚，直至完全代替桁梁和桁条，使整个机身仅由蒙皮和隔框构成，则成为硬壳式机身。使整个机身仅由蒙皮和隔框构成，则成为硬壳式机身。u硬壳式机身不便于开口，在飞机上应用较少。硬壳式机身不便于开口，在飞机上应用较

10、少。u大型民用客机的机身结构大多是以桁条式为基础，增加大型民用客机的机身结构大多是以桁条式为基础，增加承载能力很强的地板结构。承载能力很强的地板结构。u地板结构一般包括隔框、地板横梁、纵梁（龙骨梁）以地板结构一般包括隔框、地板横梁、纵梁（龙骨梁）以及地板块。及地板块。u机身空间因此被地板分为上、下两部分。机身空间因此被地板分为上、下两部分。纵梁纵梁横横梁梁横梁横梁滑轨滑轨地板块地板块大型民用客机机身一般分为：大型民用客机机身一般分为：机鼻机鼻机身前段机身前段机身中段机身中段机身后段机身后段尾锥尾锥尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和航向的平衡，并使飞机在纵尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和航向的平衡

11、，并使飞机在纵向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。水平尾翼：水平尾翼：水平安定面水平安定面 + + 升降舵升降舵垂直尾翼：垂直尾翼：垂直安定面垂直安定面 + + 方向舵方向舵稳定稳定操纵操纵（纵向）（纵向）（航向）（航向）垂直安定面垂直安定面方向方向舵舵水平安定面水平安定面升降舵升降舵用于控制飞机飞行状态的舵面）用于控制飞机飞行状态的舵面）u 方向舵方向舵u 升降舵升降舵u 副翼副翼 增升装置、扰流片、减速板等增升装置、扰流片、减速板等飞机具有三个主操纵面，即飞机具有三个主操纵面，即、和和。通过。通过操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞机的操纵这三个主操

12、纵面的偏转，就可以实现对飞机的俯仰俯仰、方向方向和和横侧姿态横侧姿态的控制。的控制。l主操纵面主操纵面u副翼副翼主操纵面的构造通常为由梁、肋、主操纵面的构造通常为由梁、肋、蒙皮、接头以及后缘型材组成的蒙皮、接头以及后缘型材组成的无桁条单梁无桁条单梁式式。副翼的构造副翼的构造u升降舵升降舵安装在水平安定面的后缘，由驾驶安装在水平安定面的后缘，由驾驶员推、拉驾驶杆员推、拉驾驶杆盘进行操纵，以供飞机作俯仰盘进行操纵，以供飞机作俯仰运动之用。运动之用。u方向舵方向舵位于垂直安定面的后缘，由位于垂直安定面的后缘，由驾驶员踩动脚蹬控制，以供飞机作偏航运驾驶员踩动脚蹬控制，以供飞机作偏航运动之用。动之用。副

13、翼副翼方向舵方向舵升降舵升降舵副翼副翼副翼副翼方向舵方向舵升降舵升降舵副翼副翼辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的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：性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：l辅助操纵面辅助操纵面增升装置的主要功用是在增升装置的主要功用是在起飞降落起飞降落时增加机翼的升力，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。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。p辅助操纵面之辅助操纵面之增升装置增升装置目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：增

14、大翼型弯度；增大翼型弯度； 增大机翼面积；增大机翼面积；控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离。增升装置的主要种类增升装置的主要种类 一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力。巡航时巡航时起飞时起飞时降落时降落时增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -襟翼襟翼增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -襟翼襟翼简单襟翼简单襟翼的形状与副翼相似，用铰链连接于机翼后的形状与副翼相似，用铰链连接于机翼后缘，其

15、构造比较简单，不偏转时形成机翼后缘的一部分。缘，其构造比较简单，不偏转时形成机翼后缘的一部分。分裂襟翼分裂襟翼（也称开裂襟翼）象一块薄板，用铰链安（也称开裂襟翼）象一块薄板，用铰链安装于机翼后缘下表面并成为机翼的一部分。装于机翼后缘下表面并成为机翼的一部分。开缝襟翼开缝襟翼是在简单襟翼的基础上改进而成的，当开是在简单襟翼的基础上改进而成的，当开缝襟翼放下时，其前缘与机翼之间形成一条缝隙。缝襟翼放下时，其前缘与机翼之间形成一条缝隙。后退襟翼后退襟翼工作时，既向下偏转同时又沿滑轨向后移工作时，既向下偏转同时又沿滑轨向后移动，也即既增大翼型弯度又增加机翼面积。动，也即既增大翼型弯度又增加机翼面积。复

16、合襟翼复合襟翼由后退襟翼和开缝襟翼合并设计而成，其增由后退襟翼和开缝襟翼合并设计而成，其增升效果更好，为现代飞机所广泛采用，但其结构相应地也升效果更好，为现代飞机所广泛采用，但其结构相应地也更复杂。更复杂。前缘缝翼是安装在机翼前缘的一段或几段狭长的小翼面，当前前缘缝翼是安装在机翼前缘的一段或几段狭长的小翼面，当前缘缝翼打开时，它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙，前缘缝翼的缘缝翼打开时，它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙，前缘缝翼的作用相当于附面层控制。作用相当于附面层控制。通常，前缘缝翼在大迎角，特别是接近或超过基本机翼临界迎通常，前缘缝翼在大迎角，特别是接近或超过基本机翼临界迎角时才使用。角时才

17、使用。增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -前缘缝翼前缘缝翼前缘襟翼就是可偏转的机翼前缘。前缘襟翼就是可偏转的机翼前缘。在大迎角下，前缘襟翼向下在大迎角下，前缘襟翼向下偏转，使前缘与来流之间的角度减小，气流沿上翼面的流动比较光偏转，使前缘与来流之间的角度减小，气流沿上翼面的流动比较光滑，避免发生局部气流分离，同时也增大了翼型的弯度。前缘襟翼滑，避免发生局部气流分离，同时也增大了翼型的弯度。前缘襟翼与襟翼配合使用可进一步提高增升效果。与襟翼配合使用可进一步提高增升效果。增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -前缘襟翼前缘襟翼克鲁格襟翼的作用与前缘襟翼相同。它一般位于机翼根部的前克鲁格襟翼的作用

18、与前缘襟翼相同。它一般位于机翼根部的前缘，靠作动筒收放。打开时，伸向机翼前下方，既增加机翼面积，缘，靠作动筒收放。打开时，伸向机翼前下方，既增加机翼面积，又增加翼型弯度，具有较好的增升效果，但其结构相当复杂，故实又增加翼型弯度，具有较好的增升效果，但其结构相当复杂，故实际应用的不多。际应用的不多。打开位置打开位置闭合位置闭合位置收放作动筒收放作动筒机翼前缘机翼前缘增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -克鲁格襟翼克鲁格襟翼附面层控制系统的增升作用主要是利用发动机引气吹除或利用附面层控制系统的增升作用主要是利用发动机引气吹除或利用泵吸取机翼上的附面层，以防止气流分离。泵吸取机翼上的附面层，以防止

19、气流分离。附面层控制的增升效果比一般的增升装置的效果要大得多。附面层控制的增升效果比一般的增升装置的效果要大得多。增升装置的主要种类增升装置的主要种类 -附面层控制系统附面层控制系统 扰流片会扰乱流经机翼上扰流片会扰乱流经机翼上表面的气流，使得气流速度表面的气流，使得气流速度降低、涡流增加，从而导致降低、涡流增加，从而导致机翼上的升力下降、阻力增机翼上的升力下降、阻力增加。加。 目前大型飞机的扰流片大目前大型飞机的扰流片大多是安装在机翼上表面襟翼多是安装在机翼上表面襟翼之前的可偏转小片。之前的可偏转小片。p辅助操纵面之辅助操纵面之扰流片扰流片p辅助操纵面之辅助操纵面之减速板减速板调整片的主要功

20、用是抵消飞行中由各种原因引起的不调整片的主要功用是抵消飞行中由各种原因引起的不平衡力，使飞机保持一定的飞行姿态（平飞、上升或下平衡力，使飞机保持一定的飞行姿态（平飞、上升或下降）。降）。p辅助操纵面之辅助操纵面之调整片调整片/配平片配平片 起落架是供飞机在起降滑跑、地面滑行、停放和移动时支持飞机重量、起落架是供飞机在起降滑跑、地面滑行、停放和移动时支持飞机重量、承受相应载荷、吸收和消耗着陆时的撞击能量的装置。承受相应载荷、吸收和消耗着陆时的撞击能量的装置。 承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆时的重力；承受飞机在地面停放、滑行、起飞着陆时的重力； 承受、吸收并消耗飞机在着陆以及在地面运动时的撞击

21、和承受、吸收并消耗飞机在着陆以及在地面运动时的撞击和颠簸能量；颠簸能量； 起飞和着陆滑跑、地面滑行和移动时飞机在地面上的运动起飞和着陆滑跑、地面滑行和移动时飞机在地面上的运动任务；任务； 滑跑和滑行以及地面停放时的制动滑跑和滑行以及地面停放时的制动； 通常起落架由承力结构通常起落架由承力结构(支柱支柱等等)、带充气轮胎的机轮、减震器、带充气轮胎的机轮、减震器、刹车及转弯操纵机构、减摆器、刹车及转弯操纵机构、减摆器、收放机构等装置组成。收放机构等装置组成。 对于在雪地和冰面上起降的飞对于在雪地和冰面上起降的飞机，起落架的机轮用滑橇取代之；机，起落架的机轮用滑橇取代之；在水面上起降的水上飞机，起落

22、在水面上起降的水上飞机，起落架则用浮筒代替或直接采用按水架则用浮筒代替或直接采用按水面滑行要求设计的特殊机身。面滑行要求设计的特殊机身。 起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机起落架的配置型式指的是飞机在地面上支持点的数目及其相对于机身重心的位置。身重心的位置。 常见的配置型式有：常见的配置型式有： 后三点式起落架的两个后三点式起落架的两个( (组组) )主轮位于飞机重心之前且主轮位于飞机重心之前且靠近重心，尾轮则位于飞机的尾部。靠近重心，尾轮则位于飞机的尾部。 后三点式起落架主要适用于机身前部装有活塞式发动后三点式起落架主要适用于机身前部装有活塞式发动机的轻型、低速飞机上

23、。机的轻型、低速飞机上。安装空间容易保证；安装空间容易保证；尾轮受力较小，因而结构简单，重量尾轮受力较小，因而结构简单，重量较小；较小；地面滑跑时迎角较大，降落时阻力较地面滑跑时迎角较大，降落时阻力较大；大；对着陆技术要求高，容易发生对着陆技术要求高，容易发生“跳跃跳跃”现象；现象；大速度滑跑时，不允许强烈制动；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；地面滑跑时的方向稳定性较差；驾驶员视界不佳。驾驶员视界不佳。 前三点式起落架的两个前三点式起落架的两个( (组组) )主轮位于飞机重心之后，前轮则位于主轮位于飞机重心之后，前轮则位于飞机的头部。飞机的头部。 前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。前三点式起落架是现代飞机应用最广泛起落架配置型式。 着陆简单且安全可靠着陆简单且安全可靠,不易产生