飞机结构与强度-4.1.4-4.1.7

飞机结构与强度航空学院孙长江教授新舟60飞机

第四章机翼尾翼的结构分析

第四章机翼尾翼的结构分析QnQhMtMhMn机翼在外载荷作用下的承载情况

第四章机翼尾翼的结构分析1.气动载荷的传递机翼在空气动力载荷作用下的变形

4.2典型受力形式机翼的载荷传力分析

第四章机翼尾翼的结构分析2.1.4机翼在载荷作用下的承载情况1.气动载荷的传递(1)蒙皮将气动载荷分别传给桁条和翼肋机翼在空气动力载荷作用下的变形海鸥300飞机机翼

第四章机翼尾翼的结构分析1.气动载荷的传递海鸥300飞机机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2典型受力形式机翼的气动载荷传力分析(1)蒙皮将气动载荷分别传给桁条和翼肋蒙皮——支持在桁条和翼肋上，以压力和吸力形式直接承受气动载荷。此时，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮—它也受横向弯曲)。如果蒙皮受气动压力时，则蒙皮直接压在翼肋和桁条上，并将载荷传给桁条和翼肋，而铆钉不受力。

第四章机翼尾翼的结构分析(1)蒙皮将气动载荷分别传给桁条和翼肋1－补偿片2－梁3－壁板筋条4－整体壁板5－角撑6－翼肋缘条7－翼肋腹板8－对接接头

第四章机翼尾翼的结构分析(2)桁条将其自身承担的那部分气动载荷传给翼肋作用在桁条上的分布载荷由翼肋提供支反力来平衡。此时，蒙皮上的气动载荷已全部传给了翼肋。

第四章机翼尾翼的结构分析(2)桁条将其自身承担的那部分气动载荷传给翼肋在刚心上作用剪力只引起机翼弯曲。剖面的位移产生机翼挠度，但剖面相对刚性轴不转动，则两个翼梁的挠度相同，故两个梁承受剪力按其抗弯刚度成正比例分配。

第四章机翼尾翼的结构分析(3)翼梁将载荷向根部传递

第四章机翼尾翼的结构分析(3)翼梁将载荷向根部传递

第四章机翼尾翼的结构分析(4)周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递

第四章机翼尾翼的结构分析(4)周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。为使扭矩能以闭环剪流Δqti的形式沿蒙皮传递，必须满足以下条件：1)蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向应力沿闭室周边传递；2)在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上，该翼肋能将Mti转换为力偶Rt；3)在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳；4)蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由于机翼扭转变形。

第四章机翼尾翼的结构分析(4)周缘闭室将力矩以剪流形式向根部传递加强肋将分散剪流转变成一对力偶传给接头。

第四章机翼尾翼的结构分析2.集中载荷的传递机翼结构要承受副翼、襟翼、发动机、起落架等部件通过固定接头传来的集中力，这种集中力都相当大；对于位于翼肋平面内的集中力，需要在集中力作用处布置加强肋并将它转化成分散力传给翼梁腹板和蒙皮；在集中力作用下加强肋中有相当大的剪力Q和弯矩M，因此翼肋的腹板和上、下缘条，以及它们与翼梁腹板和蒙皮的连接也很强。

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2典型受力形式机翼的载荷传力分析2.集中载荷的传递加强肋的结构受载和平衡

第四章机翼尾翼的结构分析总体弯矩M是机翼横剖面上的主要载荷。根据承受弯矩的结构不同，把机翼分为：梁式机翼（集中式）；整体式机翼（分散式）：单块式、多腹板式。能承受剖面上总体载荷(剪力、弯矩和扭矩)的机翼构件的总和形成了机翼的基本承力系统。

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析主要特点：蒙皮较薄，长桁较少且弱，有时有纵墙；弯矩主要由翼梁缘条承受；剪力由翼梁腹板承受；扭矩由蒙皮和翼梁腹板形成的闭室承受。梁式机翼：纵向的梁很强（单梁、双梁、多梁）；

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析单块式机翼：腹板较弱，且腹板缘条承受弯矩的能力较弱。长桁较多且强；蒙皮较厚；纵梁较弱；有时无纵梁而只有纵墙。多腹板式机翼：有较多的纵向梁和墙（一般多于5个）；厚蒙皮；无长桁；少翼肋，弯矩由缘条和蒙皮共同承受。多用于小展弦比的高速薄翼飞机。整体式机翼：弯矩主要由蒙皮及其加强桁条或波纹形壁板承受。这种机翼的蒙皮较厚、桁条较强，而梁(墙)较弱。

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析这些结构形式在同一机翼上混合存在；从现代飞机的翼面结构来看，薄蒙皮粱式结构已很少采用；大型高亚音速的现代运输机采用多梁单块式翼面结构。注意：

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析（1）单梁式机翼1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)翼梁布置在翼剖面结构高度最大的部位的刚心处；为形成具有抗扭刚度的闭室，在单梁机翼上布置一个或两个纵墙；在加强肋(它们与后墙的对接处)上固定有悬挂襟翼和副翼的连接支臂。

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析（1）单梁式机翼1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)

第四章机翼尾翼的结构分析（2）双梁式机翼1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)前梁布置在20∼30%弦长处；后梁布置在60∼70%弦长处；相对于后梁，前梁的横截面面积、剖面高度和惯性矩要大些，它分担大部分的剪力Q和弯矩M。

4.2.1直机翼的结构受力形式及其分析

第四章机翼尾翼的结构分析（2）双梁式机翼1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)

第四章机翼尾翼的结构分析（3）多梁(多墙)式机翼1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)当蒙皮有足够的刚度时，这样的结构中可以不用翼肋；将蒙皮厚度减小，可用较密的翼梁或纵墙(或两者)来加强蒙皮；机翼不仅刚度大，生存力强，而且重量也轻，因为蒙皮薄，且无普通翼肋；多梁式机翼(在小后掠角时)扭矩的传递可以近似地认为与双梁式机翼相似。

第四章机翼尾翼的结构分析（3）多梁(多墙)式机翼瑞典鹰狮飞机结构1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)

第四章机翼尾翼的结构分析（3）多梁(多墙)式机翼多梁式机翼结构1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)

第四章机翼尾翼的结构分析经常有中央翼，也有采用围框式连接。2.单块式机翼一、单块式机翼结构实例1.梁式机翼(单梁、双梁和多梁机翼)

第四章机翼尾翼的结构分析1－中央翼壁板2－对接型材3－整流翼尖；4－普通肋机翼前缘机翼后缘梁梁支柱接头

第四章机翼尾翼的结构分析接头角撑（托架）连接接头加强肋机身加强框加强肋飞机主起落架支柱接头17-锻造丁字形材飞机主起落架支柱接头

第四章机翼尾翼的结构分析2.单块式机翼二、单块式机翼传力分析弯矩主要由长桁和蒙皮组成的壁板来承受；一般都将蒙皮承受正应力的能力折算到桁条上；机翼、机身由集中连接变为分散连接；参与区很小——重量轻。

第四章机翼尾翼的结构分析机翼壁板总体受弯和载荷在元件中的传递1－梁腹板传给缘条的剪流；2－缘条传给蒙皮的剪流；3－蒙皮对梁缘条的支反力；4－梁缘条内的轴向力；5－长桁内的轴向力；6－蒙皮上的剪流。

第四章机翼尾翼的结构分析3.多腹板式机翼多用于小展弦比的高速薄翼飞机上

第四章机翼尾翼的结构分析蒙皮翼梁翼梁腹板襟翼副翼多腹板式机翼的受载

第四章机翼尾翼的结构分析1.后掠机翼的结构受力型式和根部受载特点（1）后掠机翼根部的结构受力型式梁式机翼整体式机翼后掠机翼的载荷传递特点取决于与机身直接相连的机翼根部区域的结构型式

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析1.后掠机翼的结构受力型式和根部受载特点（1）后掠机翼根部的结构受力型式后掠机翼结构特点：刚度特点后掠效应

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析(a)单梁机翼(b)双梁机翼(c、d)多梁机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

第四章机翼尾翼的结构分析1.后掠机翼的结构受力型式和根部受载特点（2）后掠翼根部的受力特点(1)必须布置能传递弯矩M的受力构件：纵向受力构件轴线转折处的加强侧肋；纵向构件轴线不转折时的机翼内撑梁。

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析

第四章机翼尾翼的结构分析（2）后掠翼根部的受力特点(3)梁式机翼中由于翼梁长度不同，翼梁的刚度也不一样；整体式机翼的前、后墙腹板上壁板的长度也不同，在翼梁之间沿壁板上单位宽度的正应力要重新分配。

第四章机翼尾翼的结构分析1.后掠机翼的结构受力型式和根部受载特点

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（3）后掠翼中翼肋的布置顺气流方向布置垂直于某一翼梁或刚性轴布置垂直于机翼中线布置

第四章机翼尾翼的结构分析（3）后掠翼中翼肋的布置受力特点：无太大的影响；翼肋顺气流方向布置，较易维持机翼外形，但因为有斜角，翼肋较长、较重，翼肋与梁腹板和蒙皮的连接工艺较复杂；在翼肋间距相同的情况下，顺气流翼肋和桁条之间的蒙皮对角线较长，蒙皮的失稳临界应力值较小，但数量少。

第四章机翼尾翼的结构分析2.纵向受力构件轴线转折的后掠机翼一、单梁机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析一、单梁机翼梁1-3-5，后墙2-6，机翼根部区域加强肋（侧肋1-2、根肋2-3-4和根肋1-7），桁条支持的蒙皮，外翼段的一系列普通肋和加强肋等构件组成。根部剖面2－3－4之前的外翼部分，载荷的传递与单梁直机翼一样。2.纵向受力构件轴线转折的后掠机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（2）双梁机翼1－前梁接头；2－侧肋上缘条；3－侧肋下缘条；4－侧肋腹板；5－支柱；6－后梁接头；7－前、后梁；8－加强垫板

第四章机翼尾翼的结构分析二、双梁机翼两个翼梁：1-5和2-6侧肋1-2在点1和点2处与翼梁固接(在缘条上用连接板)根肋2-3-4铰接在点2和点3处的翼梁上(侧肋腹板与翼梁腹板是连接的)。2.纵向受力构件轴线转折的后掠机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（3）多梁机翼2.纵向受力构件轴线转折的后掠机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（3）多梁机翼多梁式后掠机翼结构；侧肋受载情况2.纵向受力构件轴线转折的后掠机翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（4）单块式机翼这种机翼通常将每个中央翼翼梁连接在机身加强框1-1和2-2上。然而，它的中央翼可以嵌入机身中，这时，中央翼的壁板和腹板利用接头和加强带板同机身侧边(框)连接起来。外翼沿翼盒周缘和翼梁缘条同中央翼相连。

第四章机翼尾翼的结构分析3.带内撑梁的后掠翼（1）带内撑梁的单梁式后掠翼特点：梁与机身铰支，不传弯矩给机身，不存在由于梁转折引起的分弯矩。内撑梁/主梁与机身垂直，承受弯矩，用很强的侧边肋。

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析优点：可以取消侧加强肋，有利于改善根部受力情况，提高结构刚度，便于布置起落架的支点和收藏起落架。3.带内撑梁的后掠翼（1）带内撑梁的单梁式后掠翼

第四章机翼尾翼的结构分析

4.2.2后掠机翼结构特点和受力分析（1）带内撑梁的单梁式后掠翼内撑梁和根肋的对接接头结构

第四章机翼尾翼的结构分析（1）带内撑梁的单梁式后掠翼带内撑梁的后掠机翼结构简图

第四章机翼尾翼的结构分析（2）混合结构受力型式的多梁后掠翼5－加强翼肋；6－支座；7－内撑梁；8－梳状固接接头；9－加强框；10翼梁

第四章机翼尾翼的结构分析飞机速度的提高→更大的后掠角、更薄的翼型（小）；气动性能要求→结构强度和刚度矛盾更突出；很自然地发展三角翼飞机结构。

4.2.3三角机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析

第四章机翼尾翼的结构分析三角机翼的传力分析1.后掠角大，约在55~75之间，小展弦比=1.5~2.5，长根弦，尽管相对厚度小，大部分机翼面积靠近机身，压心中心离机身较近，机翼根部的弯矩小；2.根梢比大，翼尖和前后缘薄；3.根部结构高度大，一般采用梁式结构，因根弦长，一般采用多点连接多接头如何协调；4.由于根弦长，机身遮挡部分占整个机翼的比例较大，为提高飞机的性能，应设计成翼身融合体。

4.2.3三角机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析三角机翼的传力分析前缘增升装置效率降低；而机翼后缘的翼展不大，限制了机翼后缘增升装置的能力。三角机翼的结构受力型式

4.2.3三角机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析带平行翼梁的多梁三角翼结构组成：若干个翼梁，前梁、侧肋以及蒙皮和支持蒙皮并将气动载荷从蒙皮传到翼肋，再传给翼梁。

4.2.3三角机翼结构特点和受力分析

第四章机翼尾翼的结构分析带平行翼梁的多梁三角翼特点：1)梁在机身侧边处缘条面积最大；2)梁腹板较薄（多梁）；3)侧肋有实心梁腹板，蒙皮薄；4