飞行器结构设计课后答案

1、第二章习题答案飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯 冲的高度H1 = 2000 m,开始转入水干飞行的高度史=1000 m,此时飞行速度v = 720 km/h,(题图 2.3)，求飞机在2点转入水平飞行时的过载系数n；y如果最大允许过载系数为nymax=8，则 为保证攻击的突然性，可采用何种量级的大速度或大机动飞行状态？(即若 r不变，tax可达多少？如果V不变，rmin可为多大？I题囹 2. 3(1)(2)解答1000、(720 x)2I = 1 + 兰=1 +360 = 5.08G gr9.8x (H 1 - H2)rminV 2g (n -1)V(720

2、x1000、 )2 36009.8 x (8 -1)583.1mv =J(n 1).g.r = J(8 -1) x 9.8 x 1000 = 943.2km / h某飞机的战术、技术要求中规定：该机应能在高度H=1000m处，以速度V=520Km/h和V =625km/h（加力状态）作盘旋半径不小于R = 690m和R =680m（加力 状态）的正规盘旋（题图2.4）。求（1）该机的最大盘旋角和盘旋过载系数n；（2）此时机身下方全机重心处挂有炸弹求此时作用在炸弹钩y重 G =300kg, b上的载荷大小及方向（1kgf = 9.8N）。解答:(1)与得G cos &Y1 = 0V 2Y sin

3、 & = m r(520 x I000) 2珀& = V2 =360 = 3.085gr 9.8 x 690& = 72.04。（非加力）(625 x I000) 2渤=360 = 4.5239.8 x 680& = 77.5。（加力）V v 2N= m飞机处于俯冲状态，当它降到H = 2000m时（PH=0.103kg/m3。）遇到上升气 流的作用（题图2.7）,求此时飞机的气。已知飞机重量G=5000kg,机翼面积S=20 m2, C： 4,5。此时的飞行速度V=540 km/h,航迹半径r=8.00m, y轴与铅垂线 夹角中=600,上升气流速度u=10 m/s，突风缓和因子K=0.88

4、。解答:ucos 600题图 3*710 x -1000 =0,0333540 x3600 a = 1.91o1序 V Y = KCa Va -s -q KCV as pv2 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document y”= y20.88 x 4.5 x 业 x 20 x1 x 0.1035 x （540 x 1000）2=57.323600=3 0.125 KNv 2Y + G cos 60 o = ma = G gr_ v 2 一_ v 2 _ 一Y = G - Gcos60o G -Gcos60。gr= gr,540 x 1000、（）2 （迎0

5、1）x 50 x 103 = 2.37=9.8 x 8002GY 我2.37G 冬nyY V Y50 =-1.77G飞机以过载气=-3作曲线飞行，同时绕飞机重心以角加速度口Z = 3.92rad / S2转动，转动方向如（题图2.8）所示。若发动机重量GE=1000kg，发动机重心到 全机重心距离l = 3m，发动机绕本身重心的质量惯性矩IZ=1200 NmS2,求（1）发动机重心处过载系数nyE（2）若发动机悬挂在两个接头上，前（主）接头位于发动机重心处，后接头距发动机重心0.8m,求此时发动机作用于机身结构接头上的质量载荷（大小、方向）。（2）Z G前1yE题图2*8解答:（1）N ma

6、m a x 3.92 x 3 ? “yY _ 甘一G =GZ i91.n = n + n = -3 +1.2 = 1.8=1200 x (3.92) = -4704N - MN= V 队 ZvGl4704=5880N 0.8重心处（前接头）N前=n e G = -1.8 x 10KN =-18KN接头作用于发动机的力为y轴负向发动机受到的外力向下后接头N后 =+5.8KN(y轴正向)N = -5.88 KN前2N = N + N =-18 5.88 = -23.88 KN前前1前2以上为发动机接头受的力发动机作用于机身结构接头上的质量载荷应反向，N 前=23.88 KN向上N后=5.8K向下飞

7、机结构设计第三章习题解答一、一双粱机翼，外翼传到2#肋剖面处的总体内力分别力剪力Q =100 kN(作用在刚心上)，弯矩M=5Xl03Knm、扭矩Mt= 30 kNm。已知前、后粱的平均剖面抗弯刚度为EI =10i0kNmm2、前EI后= 2X10i0kN - mm2；前、后闭室平均剖面抗扭刚度为%前= 5X108 kN - mm2,K 后=109 kN mm2。求：当L前=、=1500 mm时，Q、M、M# 2#肋剖面如何分配(题图3. 2(a)?当L前= 3000 mm、L后=1500 mm时，Q、M、Mt在此剖面又如何分配(题图3.2(b)?(计算扭矩分配时，假设不考虑前、后闭室之间和1

8、#肋对前闭室的影响)。1.L前=L后2EJ(1) Q的分配 K= L2L前=、只与2EJ有关KQ2 EJ L21EJQ1K + K l 2 / EJ + EJ EJ + EJQ1= 12 =- 2 (12)Q =12=3330kg = 33.3KN=0.333QQ 2 = 6670kg = 66.7KNKJ(2) M的分配K= L .关系式仍同上MM 1 = 0.333 x 5 x 105= 1666.7 KN mM2= 0.667 x 5 x 105 = 3335 KN m(3)Mt的分配5M1-Mt1=5 +10 = 0.333 x 3 x 103 = 0.999 x 103kg.m =

9、10 KN mMt2= 0.667 x 3 x 103= 2.001x 103kg.m = 20 KNm2. L前=3000 mmL 后=1500 mm2EJ(1) Q的分配K= L21012K1= 2x(30= 2x 9x 106 = 9 x 106= 2x 106x101220.1111012K2= 2 xE = 2 x19 x 106= 2.25 x 106= 2 x 106 x 0.8891K1+ K2 = 2x 106 ( 9 + 2.25)= 2x 106( O11 +0.889)= 1 x 2x 106Q 1 = 0.111 x 10000 = 1110kg = 11.1KNQ

10、2 = 8890kg = 88.9KNKJ 1012M 的分配K1= L = 3000 = 0.333x 109Q x1012K1= 1500= 1.333 x 109K1+ K2= 1.666 x 1090.333M1= L666 x 5x 105= 0.1999x5x 105= 0.2x5x 105= 105kg m = 1000 KN mM ，、，2 = 4 x 105 kg m = 4000 KN mMt的分配5 x 101010 x 1010K1= 3000 =1.667x 107K2= 1500 =6.667 乂 107K,+ K2= 8.334 x 1071.667Mt1= &3

11、34 x 3 x 103= 0.2 x 3 x 103= 0.6 x 103kg.m = 6 KN m6.667Mt2= 8.334 x 3x 103 = 0.8x 3x 103 = 2.4x 103kg.m = 24 KN m题图3.3所示两机翼，（a）为单块式，且双梁通过机身，而长桁在机身侧边 切断；（b）为单块式，整个受力翼箱通过机身。请画出两种情况下aa、bb段长桁的内力图， 并筒要说明何以如此分布？器图 3-3（b）单块式看成两种情况的叠加移问幽W .桁梁式根部有参与问题，所以轴力可此肘有中央翼，轴力不存在转请画出以下各指定翼肋的力平衡图和内力图（题图3.4）。（1）薄蒙皮双粱式机翼

12、，I肋在气动载荷作用下：（a）前、后缘未略去，（b）若略去前、后缘的气动载荷和结构。(A)(2)该机翼前粱转折处的II助在传递总体弯矩M时所受的裁荷，画出其力平衡图和内力图：(a)剖面筒化为矩形；(b)剖面上、下为曲线。(3)薄蒙皮双梁式机翼，JH一肋后缘受有Y向集中力P。(4)机翼外段为双梁式，内侧为三梁式，W肋位于结构布置变化处，画出传总体力时，该肋的力平衡图和内力图。两闭室对称，此时q 11恃扭Mt22 BH2H2M 2 bh = qt2(1)若8不变，只是两闭室面积不同，则q仍相同，扭矩引起的剪力与弯矩同上；但刚 心位置可能变动，所以多一个扭矩(2)若8不同，也会引起两闭室扭刚不同，则

13、在分析Mt时，就会出现Q，M内力。(5)薄蒙皮双梁式机翼v肋后梁上作用有集中力Py，求该肋受P力时的平衡图 和内力图(假设前、后粱弯曲刚度相等)。P,若前后梁对称右支点:12py +、pB MH 1 q H 2 BH = 2P + 2 BH1Py+ 4 py若前后梁不对称，例如前梁刚度为后梁的2倍-B Py312BH =3H Py11刚心在 2/3B 处，则 Mt= Py*2/3*BqtPyPy一1PyPy+ 33jPy捉X- 3H Py.X.H = 0(6)薄蒙皮双粱式机翼丑肋上C点处受有集中力P时的力平衡图和内力图.m czza p pXXM = 4BH.X+ 4B.H.XP B PHt

14、= 2 4B -H- 2 +2 4B -h-AX - PX 2 -AX四 请画出题图3.5所示各机翼结构中所指定肋的力平衡图和内力图。(1)长桁在机身对称轴处对接的双梁单块式后掠翼，I肋在传递总体力弯矩的过程中所受的载荷，并画出力平衡图和内力图。4M = q *2 bh, q =生=四t 2BH BHM q * H * B q * H * B t 3 t 32 M 2 BH=M * 在3处:突变处:BH 3=0.33 M2M 1.33M = 0.67M2 M B2 M *一* H *2BH 2B= 2 M 2 M在万处：=0如果认为已扩散成水平剪流则：力平彻图此M值很小(两种方法都可以)。(2

15、) (a)请画出II肋在局部气动载荷下的力平衡团和内力图(a) n号肋(单块式普通肋)(b)请画出中央翼在作用有反对称总体弯矩时，III肋、W肋的力平衡图和内 力图。设左右机翼通过中央翼连成整体，并在A、B、C、D四点与机身铰接，接头在机翼前、 后墙腹板上。III肋和IV肋的分析机翼外段为双梁单块式，内侧改为双梁式，画出结构型式交换处的v肋在传 递总体力M、Q、Mt时的力平衡图和内力图。传M时:Q传Q时不起作用；传心,时也不起作用。多墙式机翼在根部用两个固接接头与机身相连，请画出侧肋丑在传递总体内 力的剪力Q时，其力平衡图和内力图。VI画出图示三梁式后掠翼侧肋W在传递总体弯矩时，其力平衡图和内

16、力图。如果结构弯矩完全对称，则中间支点无力；否则会有力(载荷也要对称，即M 1=M ,才可能R中=0)如果R中=0如果卜#0QQ五.下列各机翼结构蒙皮上均有开口，请画出所指定翼肋在传递总体内力时所受的载荷及它们的力平衡图和内力图。单梁单墙式机翼的I肋。在Q和M下，I肋不起作用；在Mt下，如图所示:双梁单墙式后掠翼，其中后粱在II肋处有转折，请画出II肋的力平衡图和内 力图。双粱单墙式机翼中III肋在传扭时的力平衡图、内力图。单梁双墙式机翼中W助在传扭时的力平衡图和内力图。六：现有一桁条式机身，平尾固定在垂尾上，垂尾与机身的连接如图3.7所示， 接头A在yoz平面内为固接，接头B为铰接。尺寸a

17、= 0.667m,b=2m c=4m。平尾上受有不对 称的Py力，力作用点距 y 轴 1m，P 1=100KN, P 2=50KN,求此时机身后段的弯矩图M、剪力图Q和扭矩图M。zyt桁条布置画出框B的力平衡图，并用图表示出支反剪流的大小分布规律.见图3.7Z P = P1 + P 2 = 150KNR x 2 = P x 2.667 R = 150 x 2.667 = 200.KN a ya 2R = 200. -150 = 50.KNMA =- P1 x 1 + P 2 x 1 = -50 KN mQyuMxX七：某垂尾为单梁单墙结构，后梁与机身固接，前墙与机身铰接。在机身垂尾连接处的加强

18、框有两种布置方案：两接头连接处均布置有垂直放置的加强框，沿后梁轴线方向布置一斜框，前墙处布置一垂直框(见题图3.8)。请分析当垂尾上受有侧向力Pz作用时，在两种方案情况下机身结构分别由哪些构件受载(包含加强框和其他构件)？分别画出他们的力平衡图。假设机身后段为桁条式。从后方看:上壁板:I框B上只受有Py力，方向向下。因为是桁条式机身，q按阶梯形分布方案I ：框I受有MZ和QZA，框II仅作用Qzb还有弯矩（垂尾的）分量，即MX到框I上；还有My通过加强板（水平） 转到框I和框II上。III方案II：则不需要水平加强板，M垂全部到斜框上。上、下壁板平衡时。应为梯形板平衡；另作为QZ则仍作用到框I

19、I和斜框上。Prob. 4-11.由剪力按刚度分配原理确定刚心因上下面对称，故刚心的x轴位置在对称轴上；而y轴位置由 下式计算：K + K a+bK1 a = K2 bKiaK1 = 2x20 x12.52 = 6250cm4K2= 2x15x10.02 = 3000cm4ia = 25 92、由合力矩定理，平移外载荷并计算肋的支反剪力与剪流见图1。Mn= P x (A+a) = 80 x(30+25.9)=4472 KN.cmM 44724472 】_. TOC o 1-5 h z q n 二/、1.24Q 2（25+2如0.5 3600KN/cmq1=2.164 KN/cmPxa = Q2

20、xBQ1+Q2 = PQ2= 25.9 KNQf 54.1 KN 一.3、画出肋的剪力、弯矩图（应由原肋的构件实防作触图击支反力来具体画出，双支点外伸梁！） 2Q 图：（qi+q）Hi-80=5.1 KN4、11 mil 111 iiiii i liihmfrPV（q2-q）H2=1.1 KN研板设计，四边简支）上的最大值确定肋腹板 t =5.1/H=5.1/25=:=2cI qb 23 0.9 KEycm80 KN5 公式： a/b =B/H1=80/25=3.24M=803A=8400 KN.cmK=5.6+（a /b）2K= 5.97, E=70000 MPa；0.204252 KN c

21、m _3 0.9x5.97x70000N / mm5 =3.3.899=3.4 mm5、由弯矩的最大值确定肋上下缘条的面积（上缘条受拉、下缘条受 压，且力大小相等、方向相反）：最大弯矩处的缘条内力：N = Mmax/H1 = 2400/25=96 KN上缘条面积由强度计算确定：4气=-, A*=96000（N）/420（MPa）=228.57 mm2 考虑到连接有效面积的削弱，应取A* = 228.57/0.9=253.97 mm2 下缘条面积由压杆总体稳定性公式确定：PcrK 兀 2 EI v N12（两端固支，K=4,注失稳的弯曲方向）*汕3 = 1i A*2（正方形）12 P B 2cr

22、4兀2 E12x9600080。4x3.14x70000 - 516.78 mm2 A* = 96000/280 = 342.86 mm2A* =如按题目给出的受压失稳临界应力值（偏危险），可得:c A N6、前梁腹板的厚度确定：前梁腹板的剪流：qq = q1+q = 3.404 KN/cm 由公式粗算（不考虑立柱，很大）qb 20.9 KE3.78K= 5.6 +（。/ b）2 = 5.6 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 3404 25Q今 c= 3.310 x5.6x70000mm （因厚度合适,可不考虑安装

23、立柱）如考虑立柱，其间距取a = b=250 mm,则K=9.383404 2.5 土 2 = 2.5x1.3625 = 4.641由判据：k s )(bs=80MPa)由w - a = t = 10-1.5 = 8.5知满足平面应变条件。由判据K广Kic计算爆破应力得：p = KjC/ 51.1702 = 109/51.1702 = 2.130 Mpa解2：现表面裂纹为a=1.5, 2c=36 mm。计算过程同上(2t 兀 a Y一 tanIk 兀 a2t)a/c=0.0833时的插值:(2x101血 x180V5 1 cmtan= 1.0094k 1伽2 x10 x 兀)气(0.0839=

24、1.0123pKI= 1.1102x 1.0094x2.0426x 2tx1-0123 =55.1732 p MPaWmm 计算爆破压强：1）判定满足平面应变断裂条件否？与条件1完全相同，故满足平面应变条件。2）由判据K广Kic计算爆破应力得：p = KjC/55.1732 = 109/55.1732 = 1.976 Mpa解3：现表面裂纹为a=4.5, 2c=12 mm。计算过程同上，a、2/ 4.5I = 1.0469k12 JM =1+0.121-1=1+0.12 1-f 2t 兀a2 x10 4.5x180tan _tank兀a2t4.52x10 x兀）a/c=0.75 时的值：%（0

25、.75）=L38190.5=2.3318p最后得：KI= 1.0469x2.3318x3.7599x 2tx1.3819=162.0638 p MPaWmm-a = 10-4.5 = 5.5 4.641 （见解1）知满足平面应变条件。=Kic计算爆破应力得：由 w - a = t由判据Kip = KjC/ 162.0638 = 109/162.0638 = 0.673 MpaProb.4-8解：应用公式K 2应F F = 、度因子.1.29x105 Nc = 64.5MPa 200 x10mm2兀asecW计算线弹性裂纹尖端应力强1顷 1801 “/cisec =1.00621200兀K =

26、64.5j1UTx 1.00621= 36376MPmm2）、1计算裂尖塑性修正后的应力强度因子：a = 一-一 =1= 94.3225f K顷）（363.767 k 1117.2 ）（2.5故为平面应变状态）f K I2 1 f 363.76L I =kMJ 4心1 = 0.00596mmI 1117.2) 4/2kbs=1780 Mpa, KjC=52xV1000 Mpa VmmK = 1.bJ兀 a = K n解1： 6000C回火时， 由断裂判据：K=1.b 何=KC nc2K22x10。X1000 八*广（1.1xIM兀 一（0.55x1500 兀. ms说明不同的热处理工艺，对断裂

27、韧性与材料屈服强度的改变不同，反映了如果材料为裂纹体，获得好的材料断裂韧性非常重要。Prob.4-10解：1）由平面应变判据验证：f Kr裂尖塑性区半径：裂纹塑性修正后的应力强度因子：兀虹0 + r)x 1.00621= 363.87做尸/顽K = 64.5 楠（10 + r ）说明对于平面应变条件下裂尖塑性很小，线弹性裂尖分析有足够的 精度。Prob.4-9解1： 2750C回火时，由断裂判据：c2K22x522 x1000 1 2a = c、 = - = 1.8mmc (1.1x0.5b )2兀(0.55x1780兀Sbs=1500 Mpa, KjC=100 x1000 Mpa VmmV=

28、2.5xB = 15 2.5f 竺丝2=1fm b s J450 J（本题满足）2）由判据式罕叩2苛吭计算临界裂纹长度：彳=1+0.121 -02沁L。675（裂纹形状比不变，a屁=025）气（a / c）=0（05）=1.2111 （直接查表得）p （D - 21）2x（500-2x15） = 31.3333 21=2x15Mpa因M2与裂纹长度相关，故式1为非线性方程。将以上计算数据代入式（1）得:兀a tan兀a 兀2t =云I b M ） 1f 3471W X1.2111）2 药 2XB 31.3333x1.0675 /= 158.7082a =L 89.639 丸=14.94 mm

29、c 丸180v2 =10.0719f30=158.7082兀 X14.9*同时得当时的后自由表面修正系数： 为 a 2ta兀 a2t Jc说明后表面修正系数变化较大。2）计算寿命（书中的积分显式没有考虑M2是裂纹顶点长度a的超 越函数关系，故不能用）：n=i-d=i-c AK )na0a0 cdafMM ApD-2t)12Jn a气2tJf M1 Ap D - 21)折、Q2t0na04 4t 2.0c r m Ap d - 2t y1-1f da4a tan2a0ck M Ap D - 2t)Jna彳dx4tan2 x2tdaf 2tn a Y；a一 tan一In a2t Jcn-1)x +

30、 c tan x)4n a c2121-8 x 1.21114 x 153fnrvg14.94n2n)F_ _14.94 - 2)+c tan-c tan I 2 x 10-nn 11.0675 x 2 x 470J4 153030 J-911.84262.7102 4.69835)=1812.9= 1813=(次脉仲压力)第五章习题1、由书中所给的飞机重量与过载系数等数据，可以认为：相对载荷 较大，相对厚度较小。因此，宜选用单块式monolithic）结构布 局，布置如下图：后梁都要连接前关于结构布局的说明：选用三根梁_后缘的襟副翼，如中间梁高度较低烦适吾的弱V截面尺寸小），但在开口段要加强;普通长桁在两个单闭室内等百分线布置（避免长桁装配弯曲）;横向肋顺气流布置（因后缘后掠角小,不会引起变长而增重）。选用5根加强肋，见图