飞机结构分析与设计讲稿
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梁缘条的剖面面积不大，有时只布置纵墙而不采用缘条面积较大
的翼梁。
优 点： 蒙皮在气动载荷作用下变形较小，气流质量高。材料向
外缘分散，抗弯、抗扭强度及刚度均有所提高。安全可靠性好。
缺 点： 结构复杂，对开口敏感。与中翼或机身接合点多，连接
复杂。
6
多腹板式机翼的结构特点
多腹板式
主要结构特点是：这类机翼布置了较多的纵墙，蒙皮较厚。厚蒙
打样设计
机翼结构设计 工作设计
机翼结构设计的具体步骤：
外载和内 力计算 内部安排，确定结构型 式、设计分离面、对接 方式，布置主要受力构 件，绘制打样图 设计计算， 对各元件 的强度进 行设计 绘制机 翼理论 图 打样 设计 阶段
4
机翼结构形式的确定
工作设 计阶段
机翼结 构元件 设计
结构强度、 刚度校核 计算
（2）有效高度比
He He H
He —有效高度，上、下缘条的形心间距。 讨 论
当相对载荷很小时 a) 采用分散受力型式，根据b决定的蒙皮与桁条的面积可
能很小，而其失稳临界应力cr 就可能大大低于b 。因
此，如果按cr确定构件尺寸， 从b来看，材料利用就 不充分。
11
讨 论
b) 如果采用梁式，由于受正应力的面积集中在梁缘条， 其截面积就较大，不易失稳。虽然缘条形心离蒙皮 内表面的距离较大，而使He 有所降低，但总的说来 可能还是有利的。
举 例
机 种 F-86D 后掠 11.5% 4.70 米格15 后掠 10.4% 3.62 F-104 平直 3.36% 5.85 91 波音707 后掠 12% 19.3 90.5 L-29 平直 17% 2.12 幻影-Ⅲ 三角形 4% 0.82
绘制生产图纸
给出疲劳寿命 和检查周期
四、机翼结构型式的选择(属打样设计阶段)
机翼的结构型式在总体设计阶段就已进行了初步考虑。总体 方案确定后，各部件的结构受力型式和主要受力构件的布置也就 基本确定，在结构设计中只是根据协调需要作小的更改。
1、各种受力结构型式的特点及其材料分布
梁式
主要结构特点是: 纵向有很强的翼梁，蒙皮较薄，长桁较弱，梁
皮单独承受全部弯矩。
优 点：抗弯材料分散在剖面上下缘，结构效率高；局部刚度及
总体刚度大；受力高度分散，破损安全特性好，生存性高。
缺 点：不宜大开口；与机身连接点多。
梁式、单块式、多腹wenku.baidu.com式三种机翼受力型式的主要区别在于
承受弯矩引起的正应力元件面积的分散度不同，因而当元件总面
积相同时，通常是后者的形心距较高，结构效率可能较高，重量 可能较轻。 但对于具体情况有待进一步分析。
飞机结构分析与设计
第十讲
1
§3.8 机翼结构形式确定与结构布置
一、机翼结构设计的内容
外形设计 机翼设计 结构设计 根据飞机的战术、技术要求或使用要 求、性能指标等，设计机翼的外形， 确定机翼的主要几何参数。
根据飞机总体设计阶段所提供的依据 （其中包括外形设计），设计出能够 满足各项要求的具体机翼结构。
总 结
仅就相对载荷和有效高度比这两个参数来分析（对于 梯形比在1-4之间的平直机翼和后掠机翼），一般说来
当 M/HaB 较大、相对厚度c较小时，宜采用多腹板式 结构；
当 M/HaB 较大、相对厚度c较大时，宜采用单块式结 构； 当 M/HaB 较小、相对厚度c较大时，宜采用梁式结构。
13
强度刚度规范 及设计参数
展弦比 λ 机翼展长 l
后掠角 χ 梯形比 η
翼型相对厚度C 上、中、下单翼 分开 或 贯穿机身
机翼内部布置
机翼-机身连接方式
机翼整体油箱、安装起落架等
3
三、机翼结构设计的步骤
机翼内部安排、确定设计分离面、 选择结构型式、布置主要受力构 件、绘制机翼理论图及打样图。 完成机翼零、构件设计，画出从 零件、构件、组件到部件的全套 生产图纸，并完成机翼强度、刚 度、寿命的全部计算。
8
3、相对载荷、有效高度比 （1）机翼的相对载荷 M/HaB B — 受力翼盒的弦长（近似取为60%的弦长） Ha 翼盒的平均高度（近似取为80%翼型最大高度）
相对载荷的意义：
代表壁板以宽柱 型式受力时，单位宽 度壁板上所受的轴向 力。
9
假设略去后掠角和梯形比的影响，估算时近似地把后掠机翼 简化为平直矩形机翼，同时略去机身段的影响，后掠、平直机翼 相对载荷估算公式为 （主要从受压区的情况进行分析）
机翼对称面上的最大弯矩为
M 1G l 1 nG Sn lS 2S 4 8 S
相对载荷为
1 nG 1 Gl l G l M / Ha B lS 0.26n 0.26n 8 S S bC S C 0.8Cb0.6b
可见 G/S、λ、l、n 等参数愈大，C 愈小，则相对载荷愈大。
10
的缘条剖面与长桁剖面相比要大得多。
优 点: 结构简单，蒙皮上打开口方便，开口对结构承弯能力影
响很小；连接简单，对接点少。
5
单块式机翼的结构特点
缺 点: 蒙皮未能发挥承弯作用，材料利用不充分；蒙皮易失稳，
影响气流质量，增大阻力，并易导致早期疲劳损坏；生存性低。
单块式
主要结构特点是： 长桁较多较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般
特别当C 较大时， He 也没有明显降低。 当相对载荷愈大时 采用分散受力型式，其长桁、蒙皮在各切面处的面积 不致太小，不易失稳，也即cr 不致很小。
分散受力型式，上、下纵向元件的形心间距大，结构效率
高些，总的来说是有利的。
12
总结 多腹板式相对于单块式结构，因材料的分散度更大， 有效高度比更大，因而更有利。
具体地说，机翼的结构设计是指，根据给出的原始依据，合理 地选择机翼的受力形式，布置机翼的主要受力构件，确定沿展 向各剖面处纵向元件的尺寸，并对各主要受力构件进行设计。
2
二、机翼结构设计的原始依据
全机参数
翼载 p=Y/S 或 G/S
机翼面积 S 机翼最大过载系数 n
机翼外形参数 机翼结构设计 的原始依据 机翼的位置
7
2、翼型厚度和扭转刚度 梁式机翼蒙皮薄，在翼盒闭室面积相同情况下，扭转刚
度小，一般翼面相对厚度较大的低速飞机较多采用。
单块式机翼蒙皮较厚，扭转刚度也较好，对提高颤振临
界速度很有利，一般被小、中、大展弦比，速度较高的
飞机采用。 多墙式机翼蒙皮很厚，并以多个腹板形成的翼盒多闭室 受扭，提高了扭转刚度，刚度最好，一般中、小展弦比， 相对厚度小的高速飞机采用。
的翼梁。
优 点： 蒙皮在气动载荷作用下变形较小，气流质量高。材料向
外缘分散，抗弯、抗扭强度及刚度均有所提高。安全可靠性好。
缺 点： 结构复杂，对开口敏感。与中翼或机身接合点多，连接
复杂。
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多腹板式机翼的结构特点
多腹板式
主要结构特点是：这类机翼布置了较多的纵墙，蒙皮较厚。厚蒙
打样设计
机翼结构设计 工作设计
机翼结构设计的具体步骤：
外载和内 力计算 内部安排，确定结构型 式、设计分离面、对接 方式，布置主要受力构 件，绘制打样图 设计计算， 对各元件 的强度进 行设计 绘制机 翼理论 图 打样 设计 阶段
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机翼结构形式的确定
工作设 计阶段
机翼结 构元件 设计
结构强度、 刚度校核 计算
（2）有效高度比
He He H
He —有效高度，上、下缘条的形心间距。 讨 论
当相对载荷很小时 a) 采用分散受力型式，根据b决定的蒙皮与桁条的面积可
能很小，而其失稳临界应力cr 就可能大大低于b 。因
此，如果按cr确定构件尺寸， 从b来看，材料利用就 不充分。
11
讨 论
b) 如果采用梁式，由于受正应力的面积集中在梁缘条， 其截面积就较大，不易失稳。虽然缘条形心离蒙皮 内表面的距离较大，而使He 有所降低，但总的说来 可能还是有利的。
举 例
机 种 F-86D 后掠 11.5% 4.70 米格15 后掠 10.4% 3.62 F-104 平直 3.36% 5.85 91 波音707 后掠 12% 19.3 90.5 L-29 平直 17% 2.12 幻影-Ⅲ 三角形 4% 0.82
绘制生产图纸
给出疲劳寿命 和检查周期
四、机翼结构型式的选择(属打样设计阶段)
机翼的结构型式在总体设计阶段就已进行了初步考虑。总体 方案确定后，各部件的结构受力型式和主要受力构件的布置也就 基本确定，在结构设计中只是根据协调需要作小的更改。
1、各种受力结构型式的特点及其材料分布
梁式
主要结构特点是: 纵向有很强的翼梁，蒙皮较薄，长桁较弱，梁
皮单独承受全部弯矩。
优 点：抗弯材料分散在剖面上下缘，结构效率高；局部刚度及
总体刚度大；受力高度分散，破损安全特性好，生存性高。
缺 点：不宜大开口；与机身连接点多。
梁式、单块式、多腹wenku.baidu.com式三种机翼受力型式的主要区别在于
承受弯矩引起的正应力元件面积的分散度不同，因而当元件总面
积相同时，通常是后者的形心距较高，结构效率可能较高，重量 可能较轻。 但对于具体情况有待进一步分析。
飞机结构分析与设计
第十讲
1
§3.8 机翼结构形式确定与结构布置
一、机翼结构设计的内容
外形设计 机翼设计 结构设计 根据飞机的战术、技术要求或使用要 求、性能指标等，设计机翼的外形， 确定机翼的主要几何参数。
根据飞机总体设计阶段所提供的依据 （其中包括外形设计），设计出能够 满足各项要求的具体机翼结构。
总 结
仅就相对载荷和有效高度比这两个参数来分析（对于 梯形比在1-4之间的平直机翼和后掠机翼），一般说来
当 M/HaB 较大、相对厚度c较小时，宜采用多腹板式 结构；
当 M/HaB 较大、相对厚度c较大时，宜采用单块式结 构； 当 M/HaB 较小、相对厚度c较大时，宜采用梁式结构。
13
强度刚度规范 及设计参数
展弦比 λ 机翼展长 l
后掠角 χ 梯形比 η
翼型相对厚度C 上、中、下单翼 分开 或 贯穿机身
机翼内部布置
机翼-机身连接方式
机翼整体油箱、安装起落架等
3
三、机翼结构设计的步骤
机翼内部安排、确定设计分离面、 选择结构型式、布置主要受力构 件、绘制机翼理论图及打样图。 完成机翼零、构件设计，画出从 零件、构件、组件到部件的全套 生产图纸，并完成机翼强度、刚 度、寿命的全部计算。
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3、相对载荷、有效高度比 （1）机翼的相对载荷 M/HaB B — 受力翼盒的弦长（近似取为60%的弦长） Ha 翼盒的平均高度（近似取为80%翼型最大高度）
相对载荷的意义：
代表壁板以宽柱 型式受力时，单位宽 度壁板上所受的轴向 力。
9
假设略去后掠角和梯形比的影响，估算时近似地把后掠机翼 简化为平直矩形机翼，同时略去机身段的影响，后掠、平直机翼 相对载荷估算公式为 （主要从受压区的情况进行分析）
机翼对称面上的最大弯矩为
M 1G l 1 nG Sn lS 2S 4 8 S
相对载荷为
1 nG 1 Gl l G l M / Ha B lS 0.26n 0.26n 8 S S bC S C 0.8Cb0.6b
可见 G/S、λ、l、n 等参数愈大，C 愈小，则相对载荷愈大。
10
的缘条剖面与长桁剖面相比要大得多。
优 点: 结构简单，蒙皮上打开口方便，开口对结构承弯能力影
响很小；连接简单，对接点少。
5
单块式机翼的结构特点
缺 点: 蒙皮未能发挥承弯作用，材料利用不充分；蒙皮易失稳，
影响气流质量，增大阻力，并易导致早期疲劳损坏；生存性低。
单块式
主要结构特点是： 长桁较多较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般
特别当C 较大时， He 也没有明显降低。 当相对载荷愈大时 采用分散受力型式，其长桁、蒙皮在各切面处的面积 不致太小，不易失稳，也即cr 不致很小。
分散受力型式，上、下纵向元件的形心间距大，结构效率
高些，总的来说是有利的。
12
总结 多腹板式相对于单块式结构，因材料的分散度更大， 有效高度比更大，因而更有利。
具体地说，机翼的结构设计是指，根据给出的原始依据，合理 地选择机翼的受力形式，布置机翼的主要受力构件，确定沿展 向各剖面处纵向元件的尺寸，并对各主要受力构件进行设计。
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二、机翼结构设计的原始依据
全机参数
翼载 p=Y/S 或 G/S
机翼面积 S 机翼最大过载系数 n
机翼外形参数 机翼结构设计 的原始依据 机翼的位置
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2、翼型厚度和扭转刚度 梁式机翼蒙皮薄，在翼盒闭室面积相同情况下，扭转刚
度小，一般翼面相对厚度较大的低速飞机较多采用。
单块式机翼蒙皮较厚，扭转刚度也较好，对提高颤振临
界速度很有利，一般被小、中、大展弦比，速度较高的
飞机采用。 多墙式机翼蒙皮很厚，并以多个腹板形成的翼盒多闭室 受扭，提高了扭转刚度，刚度最好，一般中、小展弦比， 相对厚度小的高速飞机采用。