飞机结构与系统(上篇)m11精华版

第1章飞机结构

1.1飞机结构的基本概念

1.飞机结构基本元件及结构件

1)结构基本元件：杆件、梁元件、板件。

①与横截面尺寸相比长度尺寸比较大的元件称为杆件。

②梁元件有两种类型：a.外形与杆件相似，但具有比较强的弯曲或扭转刚度（闭合剖面的杆件），可以承受垂直梁轴线方向的载荷；b.具有比较强的剪切弯曲强度，机翼大梁（缘条和腹板组成）属于这种梁原件。

③厚度远小于平面内另外两个尺寸的元件称为板件。

2）飞机结构件及分类：杆系结构、平面薄壁结构、空间薄壁结构。

3）根据结构件失效后对飞机安全性造成的后果，结构件可分为主要结构项目和次要结构项目

2.飞机结构适航项要求

飞机结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并且满足疲劳性能的要求，这样飞机结构才是适航的。

1）结构的强度：结构受力时抵抗损坏的能力。

CCAR-25部要求：用真实载荷情况对飞机结构进行静力试验以确定飞机结构强度是，飞机结构必须能承受极限载荷至少3s而不受破坏。

2) 结构的刚度：结构受力时抵抗变形的能力。

CCAR-25部规定飞机结构必须能够承受限制载荷（使用中预期的最大载荷）而无有害的永久变形。在直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不妨害安全飞行。3）结构的稳定性：结构在载荷作用下保持原平衡状态的能力。

如果在载荷作用下，尽管此载荷在结构中引起的应力远小于破坏应力，结构已不能保持原平衡状态与载荷抗衡，就认为结构失稳。

4）结构的疲劳性能：结构在疲劳载荷作用下抵抗破坏的能力。

CCAR-25部规定必须表明飞机结构符合“结构的损伤容限和疲劳评定的要求”。规定中要求飞机在整个使用寿命期间将避免由于疲劳、腐蚀或意外损伤而引起的灾难性破坏。

3.飞机结构疲劳设计

为了保证飞机飞行的安全，必须对飞机结构进行疲劳设计，以确保飞机结构的抗疲劳性能。

1）安全寿命设计思想：一架机体结构不存在缺陷的新飞机从投入使用到出现可检裂纹这一段时间就是飞机结构的安全寿命。

2）损伤容限设计

①概念：承认结构在使用前就带有初始缺陷，并认为有初始缺陷到形成临界裂纹的扩展寿命即是结构的总寿命。

②思想：承认结构在使用前就带有初始缺陷，但必须把这些缺陷在规定的维修使用期限内的增长控制在一定范围内，使结构满足规定的剩余强度要求，以保证飞机的安全性和可靠性。

③适用范围：缓慢裂纹扩展结构或破损安全结构，或者是这两种类型的结合。破损安全结构又分为破损安全多路传力结构和破损安全止裂结构。

3）耐久性设计

①概念：飞机在规定的经济寿命期间内，抵抗疲劳开裂、腐蚀、热退化、剥离、磨损和外来物偶然损伤作用的一种固有能力。

②基本要求：a.飞机结构经济寿命必须超过设计使用寿命；b.在低于一个设计使用寿命期内不允许出现功能性损伤；c.飞机经济寿命必须通过分析和试验验证。

4.飞机机体站位编号和飞机机体区域划分

1)机体站位编号

①沿机身纵向各点的站位编号是此点到基准面的水平距离的英寸数。基准面是飞机型号合格证数据单给定的假想垂直面，它的机身站位编号为零。位于基准面之前各站点的机身站位编号为负值，位于基准面之后各点机身站位编号为正值。②机翼站位是以机身中心线为基准进行编号。机身中心线是站位编号为零的纵剖线（BL）。机翼站位编号是以机身中心线为基准向左右测量的距离英寸数。

③水线是为了确定机体结构部件垂直方位位置而设立的一条水平参考线。起落架、垂尾等部件上的一些站位编号可以用这些部件上的点到水线垂直的距离英寸数来表示（WL）。

④纵剖线（BL）机身中心线是编号为零的纵剖线，由中心线向左（或右）一定距离英寸数的位置则是站位编号为此距离英寸数的纵剖线。水平安定面和升降舵的站位编号可以用所在纵剖线编号表示。

2)机体区域划分

先将机体进行大范围划分，划分得出的每个区域称为主区；每个主区再进一步划分成较小的区域，每个区域称为分区；再将分区进一步划分成更小的区域。机体

区域编号用三个数字表示，第一个数字表示主区编号，第二个数字表示分区编号，最后一位数字表示区域编号。

1.2飞机结构

1.固定翼飞机的机体结构由机身、机翼、尾翼、发动机吊舱、起落架、操纵系统和其他系统的受力结构组成。

2..对飞机结构的基本要求

1）强度和刚度要求；

2）气动性能要求；

3）耐久性和可靠性要求；

4）重量要求尽可能轻；

5）使用维护要求：结构布局合理，增加开敞性和可达性；

6）工艺和经济要求。

3.机身结构

1）机身结构主要构件

机身属于薄壁结构，由一些受力构件组成受力骨架，外面再蒙以蒙皮而形成。这些受力构件分为①雏形件：如普通框、蒙皮等：②承力件：如加强框、桁梁等。机身结构形式的发展经历了雏形件与承力件分开到逐渐合并的过程。

2）机身结构形式

①构架式：制造简单、方便；但气动外形不理想，抗扭刚度差，生存力差。

②半硬壳式

a.桁梁式机身：强而有力的桁梁成为承受弯矩的主要构件，而桁条较弱；蒙皮较薄，除承受气动载荷外，还要以剪切形式承受剪切力和扭矩。

特点：构造简单，机身上易实现开口，结构对接也容易实现；但结构重量较大，而且抗扭刚度较小，适合于小型飞机，或机身上开口较多的飞机。

b.桁条式机身：纵向没有桁梁，全部是较强、布置较密的桁条。蒙皮较厚，桁条于蒙皮铆接成壁板，成为承受弯矩的重要构件。

特点：充分发挥了桁条和蒙皮的承载能力，使结构重量减轻；机身抗扭刚度高，生存力强；但构造较复杂，结构对接困难，也不易在机身上开口。比较适合高速飞机。

③硬壳式

采用框架、隔框、蒙皮形成机身的外形，蒙皮承受主要的应力。由于没有纵向加强件，因而蒙皮必须足够强，以维持机身的刚性。

3）现代飞机机身的结构形式主要是半硬壳式。机身较多采用了桁梁式和桁条式组成的混合式结构。一般在前机身采用桁梁式；而机身中后段采用桁条式。

4.机翼构造

1）机翼主要功用：a.提供升力；b.安装飞机起飞、着陆时所必须的増升装置和飞机进行横向操纵的操纵面；c.安装发动机、起落架等部件，内部装有燃油及其他设备。

2）机翼结构组成