第12讲—翼面结构(7)

1、1飞机结构分析与设计飞机结构分析与设计2本 讲 内 容前缘增升装置前缘增升装置后缘增升装置后缘增升装置前缘缝翼、襟翼、克鲁格前缘缝翼、襟翼、克鲁格襟翼襟翼襟片、襟翼、减速板和扰襟片、襟翼、减速板和扰流片流片平平 尾尾垂垂 尾尾 水平安定面、升降舵水平安定面、升降舵 垂直安定面、方向舵垂直安定面、方向舵全动尾翼的全动尾翼的设计特点设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴的型式和布置转轴的型式和布置34.13 机翼前、后缘增升装置简介和机翼前、后缘增升装置简介和尾翼、操纵面的结构设计特点尾翼、操纵面的结构设计特点一、机翼增升装置简

2、介前缘增升装置前缘增升装置后缘增升装置后缘增升装置前缘缝翼前缘缝翼前缘襟翼前缘襟翼克鲁格襟翼克鲁格襟翼襟襟 片片襟襟 翼翼减速板和扰流片减速板和扰流片4 各类前后缘增升装置各类前后缘增升装置5增升装置的布置增升装置的布置 前缘增升装置一般布置在弦线最前面的前缘增升装置一般布置在弦线最前面的10 % 15 %弦长区域内。弦长区域内。 后缘增升装置一般布置在后缘增升装置一般布置在65%75%弦长之后的弦长之后的25%35%弦长范围内。弦长范围内。61、机翼前缘增升装置、机翼前缘增升装置前缘增升装置的作用前缘增升装置的作用：用于延迟机翼绕流在大迎角上的分：用于延迟机翼绕流在大迎角上的分离时间，并因此

3、而增大升力系数值。离时间，并因此而增大升力系数值。作用：作用：在飞行中放下时，前缘缝翼和机翼在飞行中放下时，前缘缝翼和机翼前部间形成了特形缝，能保证在大前部间形成了特形缝，能保证在大迎角下有更稳定的绕流迎角下有更稳定的绕流位置：位置：位于机翼位于机翼前部的机翼特型活动部分前部的机翼特型活动部分结构：结构：均由大梁、桁条、肋、隔板、蒙皮、均由大梁、桁条、肋、隔板、蒙皮、导轨滑板，以及固定螺杆收放装置导轨滑板，以及固定螺杆收放装置和导轨的支臂组成和导轨的支臂组成 7作用：作用：它与后掠翼上的前缘缝翼结合使用它与后掠翼上的前缘缝翼结合使用以防止飞机进入过失速攻角以防止飞机进入过失速攻角位置：位置：安

4、装在机翼根部的前端安装在机翼根部的前端作用：作用：前缘襟翼给出的前缘襟翼给出的 Cyamax 比前缘缝翼比前缘缝翼的小的小位置：位置：应用在机翼相对厚度小、前缘薄、应用在机翼相对厚度小、前缘薄、难以布置增升机构的飞机上难以布置增升机构的飞机上2、机翼后缘增升装置、机翼后缘增升装置作用：作用：用以增加机翼的升力和阻力用以增加机翼的升力和阻力位置：位置：位于机翼后缘处机翼的下表面位于机翼后缘处机翼的下表面结构：结构：8作用：作用：改善机翼的升力特性改善机翼的升力特性 位置：位置：位于机翼后部，可向下偏转位于机翼后部，可向下偏转 分类：分类：大致分成四类大致分成四类 结构：结构： 机翼后缘增升装置机

5、翼后缘增升装置机翼后缘增升装置机翼后缘增升装置机翼后缘增升装置机翼后缘增升装置9二、尾翼、操纵面的结构设计特点二、尾翼、操纵面的结构设计特点尾翼与操纵尾翼与操纵面的结构设面的结构设计特点计特点 尾翼与操纵尾翼与操纵面的结构设面的结构设计特点计特点 全动尾翼的设全动尾翼的设计特点计特点尾翼与操纵面的功用、设尾翼与操纵面的功用、设计要求计要求尾翼与操纵面的载荷特点尾翼与操纵面的载荷特点操纵面的结构特点操纵面的结构特点安定面的结构特点安定面的结构特点操纵面的气动补偿和气动操纵面的气动补偿和气动平衡平衡全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴

6、的位置和布置转轴的位置和布置101 1、尾翼和副翼的功用和设计要求、尾翼和副翼的功用和设计要求平平 尾尾垂垂 尾尾 水平安定面水平安定面升升 降降 舵舵垂直安定面垂直安定面方方 向向 舵舵副副 翼翼操操纵纵面面平尾的功用：平尾的功用： 提供气动力，产生力矩，提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕使飞机获得绕Z轴的俯仰平衡、稳定轴的俯仰平衡、稳定和操纵性；和操纵性；立尾的功用：立尾的功用： 提供气动力，产生力矩，提供气动力，产生力矩，使飞机获得绕使飞机获得绕Y轴的航向平衡、稳定轴的航向平衡、稳定性和操纵性；性和操纵性；11尾翼和操纵面的设计主要要求尾翼和操纵面的设计主要要求（1 1）在飞行所有允许的

7、飞行状态中，均能起到足够的平衡、）在飞行所有允许的飞行状态中，均能起到足够的平衡、稳定和操纵性作用稳定和操纵性作用；（2 2）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻；（3 3）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式有害的）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式有害的振动。振动。尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷，结构的质量载荷较小。尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷，结构的质量载荷较小。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。副翼和扰流片的功用副翼和扰流片的功用：用来保证飞机绕用来保证飞机绕X X轴的横向操纵性和平轴的

8、横向操纵性和平衡作用；衡作用；横向的稳定性可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证。横向的稳定性可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证。2、尾翼和副翼的载荷特点、尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点尾翼和副翼的载荷特点12（1）：安定面无：安定面无大开口，其构造可以由翼梁、翼肋和带大开口，其构造可以由翼梁、翼肋和带长桁的壁板（或整体壁板）组成单块式长桁的壁板（或整体壁板）组成单块式翼盒结构；或多梁式翼盒结构（如现代翼盒结构；或多梁式翼盒结构（如现代喷气运输机）。喷气运输机）。（2）（3） 一般都与机身固定连接。一

9、般都与机身固定连接。3、安定面的结构特点安定面的结构特点连连接接形形式式固定式固定式：含：含分段固定分段固定和和贯穿机身贯穿机身二种二种可调式可调式：贯穿机身贯穿机身131） 构造特点构造特点：单梁或多梁结构：单梁或多梁结构 边界条件边界条件：多支点连续梁：多支点连续梁 载荷传递载荷传递：剪力：剪力Q、弯矩弯矩M 通过悬挂接头传给安定面；通过悬挂接头传给安定面； 扭矩扭矩Mt 传给操纵摇臂和悬挂接头传给操纵摇臂和悬挂接头2） 操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑：操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑： a）保证使用可靠，舵面受载时的变形不致引起与安定面相保证使用可靠

10、，舵面受载时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多；碰或突出安定面外形太多； b）保证在转动舵面时不致卡死；保证在转动舵面时不致卡死； c）操纵面梁的受力特性好一些。操纵面梁的受力特性好一些。4、操纵面的结构特点和传力分析操纵面的结构特点和传力分析143） 补强原因补强原因：悬挂点接头处的开口破坏了扭矩的传力路线：悬挂点接头处的开口破坏了扭矩的传力路线 补强措施补强措施：4、操纵面的结构特点和传力分析操纵面的结构特点和传力分析1） 原因原因：防止操纵面颤振：防止操纵面颤振 措施措施：使舵面重心位于转轴之前或转轴上，具体办法有：使舵面重心位于转轴之前或转轴上，具体办法有：尽量减轻舵面后部

11、重量；尽量减轻舵面后部重量；在前缘加配重在前缘加配重。2） 气动补偿原因气动补偿原因：为了减小操纵面的铰链力矩，从而减少驾：为了减小操纵面的铰链力矩，从而减少驾驶杆力驶杆力5、操纵面的气动补偿和气动平衡操纵面的气动补偿和气动平衡15 气动补偿方法气动补偿方法： (1)轴式补偿轴式补偿 将转轴略微靠后布置，利用转轴前后的将转轴略微靠后布置，利用转轴前后的气动力对转轴产生方向相反的力矩来抵消一部分转轴后面的气动力对转轴产生方向相反的力矩来抵消一部分转轴后面的气动力力矩，起到补偿作用。气动力力矩，起到补偿作用。 优点优点：构造简单。：构造简单。 缺点缺点：操纵面偏转时，两面的气流因：操纵面偏转时，两

12、面的气流因前缘缝隙相互沟通，压差小，影响补偿效果。前缘缝隙相互沟通，压差小，影响补偿效果。 (2)内补偿内补偿 一般用在副翼一般用在副翼上。上。 优点优点：补偿效率高，不会引：补偿效率高，不会引起气流扰动。起气流扰动。 缺点缺点：操纵面偏转角受限制，：操纵面偏转角受限制，要经常检查胶布气密性。要经常检查胶布气密性。 气动补偿的方法气动补偿的方法气动补偿的方法16 (3)浮动式内补偿浮动式内补偿 是对内补偿方法的改进。但操纵面是对内补偿方法的改进。但操纵面偏转时，用一四连杆机构使补偿板作上、下平行移动，就偏转时，用一四连杆机构使补偿板作上、下平行移动，就不会对舵面的偏转有过分的限制。不会对舵面的

13、偏转有过分的限制。3） 气动平衡装置气动平衡装置：操纵面后缘的活动调整片：操纵面后缘的活动调整片 可调平尾可调平尾 修正片（固定调整片）修正片（固定调整片）三、全动平尾的设计特点三、全动平尾的设计特点全动尾翼的全动尾翼的设计特点设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴的型式和布置转轴的型式和布置171、全动尾翼的来由、全动尾翼的来由18超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。操纵性要求操纵性要求尾翼效能低尾翼效能低机翼机翼焦点后焦点后移，要求尾移，要求尾翼

14、效能高翼效能高平衡性要求平衡性要求尾翼效尾翼效能低能低飞机飞机焦点后移，焦点后移，要求尾翼效能高要求尾翼效能高19（1）整体式平尾有）整体式平尾有 梁式结构梁式结构和和单块式结构单块式结构。 连接方式见右图连接方式见右图全动平尾全动平尾的两种结构型式的两种结构型式分段式分段式整体式整体式（2）分段式平尾）分段式平尾平尾外段有平尾外段有 梁式梁式和和多腹多腹板式板式等结构形式。等结构形式。该平尾的结构特点主要在该平尾的结构特点主要在转轴转轴和和根部结构（根部结构（见上图见上图）两方面。两方面。2、全动尾翼的结构特点20转轴型式转轴型式斜轴式斜轴式直轴式直轴式平尾后掠角较小平尾后掠角较小平尾后掠角

15、较大平尾后掠角较大根据根据尾翼尾翼平面平面形状形状3、转轴的型式和布置转轴应尽量布转轴应尽量布置在翼面沿弦置在翼面沿弦向的亚音速焦向的亚音速焦点和超音速焦点和超音速焦点之中间点之中间21转轴型式转轴型式定定 轴轴动动 轴轴按照转轴与尾翼按照转轴与尾翼的连接关系的连接关系动轴式动轴式：轴与尾翼连成一体；：轴与尾翼连成一体；缺点缺点是尾翼的扭转刚度差。是尾翼的扭转刚度差。定轴式定轴式：轴与机身相连；：轴与机身相连；缺点缺点是机身侧面开槽，削弱结构较多。是机身侧面开槽，削弱结构较多。22转轴的布置原则转轴的布置原则1）尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直径，提高承载能尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直

16、径，提高承载能力，减轻转轴重量；力，减轻转轴重量；2 2）尽量减小平尾气动合力对转轴的力臂，以减小铰链力矩；）尽量减小平尾气动合力对转轴的力臂，以减小铰链力矩；3 3）为了有利于防止颤振，转轴应放在尾翼重心附近。）为了有利于防止颤振，转轴应放在尾翼重心附近。动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的受力分析动轴式平尾动轴式平尾的受力分析的受力分析动轴式平尾动轴式平尾的结构（见的结构（见右图）右图）4、全动平尾受力分析全动平尾受力分析23总 结前缘增升装置前缘增升装置后缘增升装置后缘增升装置前缘缝翼、襟翼、克鲁格前缘缝翼、襟翼、克鲁格襟翼襟翼襟片、襟翼、减速板和扰襟片、襟翼、减速板和扰流片流片平平 尾尾垂

17、垂 尾尾 水平安定面、升降舵水平安定面、升降舵 垂直安定面、方向舵垂直安定面、方向舵全动尾翼的全动尾翼的设计特点设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析全动平尾受力分析转轴的型式和布置转轴的型式和布置24习题习题1 1：安定面一般采用什么结构型式？在操纵面悬安定面一般采用什么结构型式？在操纵面悬挂接头固定处，安定面和操纵面的构造一般如何设挂接头固定处，安定面和操纵面的构造一般如何设计？为什么？计？为什么？习题习题2 2：转轴式和定轴式两种全动平尾各有什么优、转轴式和定轴式两种全动平尾各有什么优、缺点缺点？设计上各有什么特点设计上各有什么特点？2526机翼前缘增升装置机翼前缘增升装置27机翼后缘增升装置机翼后缘增升装置28机机翼翼前前缘缘增增升升装装置置构构件件的的结结构构图图克鲁格襟翼前缘襟翼29襟襟片片的的结结构构图图襟片的结构襟片的结构固定转轴式襟片固定转轴式襟片外伸式襟片外伸式襟片30MD-82襟襟翼结构示意图翼结构示意图31操纵面的边界条件操纵面的边界条件32操纵面的边界条件操纵面的边界条件33操纵面前缘缺口补强图补强措施补强措施：(1)可加一对斜加强可加一对斜加强肋，与梁构成三角肋，与梁构成三角架。扭矩由斜肋受架。扭矩由斜肋受弯和缺口段的梁受弯和缺口段的梁受附加弯矩来传递；附加弯矩来传递；(2)加一短墙，与缺加一短