第一章 飞机结构概论

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5、纵墙（包含腹板）
纵墙的缘条比梁缘条弱得多，但大多强于一般长桁，纵 墙与机身的连接为铰接。 机翼的特点是薄壁结构，大多采用分散连接。 构成机翼结构的除以上基本元件外，还有机翼——机身 连接接头，它是重要的受力件。
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四、机翼结构的典型受力形式
机翼的典型受力形式有：梁式、单块式、多腹板式或混 合式等薄壁结构，此外还有一些厚壁结构的机翼。
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飞 机 过 载
正 最大正过载 限 制 当 量 速 度 压 速 许 允 大 最
最大
过载
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机动飞行包线
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（二）突风过载飞行包线
突风过载飞行包线与机动飞行包线一样，也是以飞机过 载ny、速压q和升力系数Cy为基本参数，画出的一条封闭曲线 ，将飞机在不稳定气流中可能出现的飞行情况包围起来。与 机动飞行包线不同的是，此时飞机的过载ny是由于飞行中遇 到不稳定气流而形成的。 我国民用航空条例第25部，关于运输类飞机适航标准规 定了三种突风速度：
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２、飞机的最大允许速压
速压： q =
ρV 2
2
飞机平飞时，可以根据飞 机在不同高度时的需用推力和 发动机的可用推力之间的关系， 确定出各个高度上的最大平飞 速度vH,max。
不同高度上最大平飞速度的确定
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飞机在各个高度上的最大速压
qH ,max =
ρH V 2 ,max H
2
VH,max随高度的变化情况
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3、机动飞行包线
根据空气动力学原理，在一定的飞行速度下，同一翼型 的机翼，气动载荷沿机翼弦向的分布规律主要取决于机翼的 迎角，而机翼的迎角又与升力系数Cy一一对应，所以，升力 系数Cy的大小反映了气动载荷沿弦向的分布。 飞行包线： 横坐标：飞行速度； 纵坐标：飞机过载； 基本参数：飞机过载、速压、升力系数
向心加速度 切向加速度
at = dV dt
an = V 2 r
mV 2 Nn = r mdV Nt = dt
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由于沿飞行曲线的切线方向的切线速度变化很小，即
dV dt ≈ 0
根据达朗贝尔原理，作用力与惯性力是相平衡的，即
G V2 Y − G cosθ − ⋅ =0 g r
V Y = G(cosθ + ) gr
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（一）飞机水平直线飞行时的外载荷
飞机做等速直线水平飞行时的，作用在飞机上的外载荷 有：升力Y０、阻力X ０、重力G和发动机的推力P０，如图所 示：
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（二）飞机作机动飞行时的外载荷
飞机在飞行过程中，经常需要在不同平面内做曲线飞行， 这样的飞行称为机动飞行。 １、飞机在垂直平面内作机动飞行时的外载荷
在海平面和6,100米(20,000英尺) 在海平面和6,100米(20,000英尺)之间 6,100 英尺 Wd = ±20.10 米/秒 Wd = ±15.25 米/秒 Wd = ±7.60 米/秒 6,100米和15,200米(50,000英尺 之间， 米和15,200 英尺) 在6,100米和15,200米(50,000英尺)之间，突风速度可以线性减到 Wd = ±11.60 米/秒 Wd = ±7.60 米/秒 Wd = ±3.80 米/秒
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Y 1 S α n y = = 1 ± KC y ρ 0 vdWd G 2 G
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突风过载飞行包线
一、机翼的外载荷 （一）空气动力
第二节 机翼结构的传力分析
飞机在飞行中，作用在机翼上的外载荷有：空气动力、 机翼结构质量力、部件及装载质量力。 机翼的空气动力载荷可以看成一种分布线载荷（单位长 度上的空气动力），它是飞机在飞行中作用在机翼的最主要 的外载荷。直接作用在机翼和各操纵面的表面上，可以是吸 力或压力。各操纵面上的载荷均通过接头以集中力的形式传 给机翼。
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（一）平直机翼的力图
1、剪力图和弯矩图
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2、扭矩图
机翼某横截面承受的 扭矩，等于该横截面外端 机翼上所有外力对机翼刚 心轴力矩的代数和。
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通过对剪力图、弯矩图和扭矩图的分析可以看出： (1)如果机翼上只有空气动力和机翼结构质量力，则越靠 近机翼的根部，横截面上的剪力、弯矩和扭矩越大。 (2)当机翼上同时作用有部件集中质量力时，上述力图将 在部件集中质量力作用处产生突变或发生转折。
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3、翼肋
翼肋是机翼结构的横向受力构件，分为普通翼肋和加强 翼肋两种。 其功用是构成并保持机翼的形状；把蒙皮和长桁传给他 的空气动力载荷传递给翼梁腹板，而把空气动力形成的扭矩 通过铆钉以剪流的形式传递给蒙皮；支持蒙皮、长桁和翼梁 腹板，提高他们的稳定性。
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4、翼梁
翼梁由腹板和缘条(也称凸缘)组成。 主要功用是承受机翼的剪力和部分或全部弯矩。
Pc = n y , ser G c f
部件的重心位置就是部件质量力的作用点。质量力通常 通过接头以集中力的形式传给机翼结构。由于部件质量力的 方向与气动升力的方向相反，所以部件质量力对机翼结构起 卸载的作用。
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二、机翼的力图
根据对机翼外载荷的分析，机翼主要受到两种类型的外 载荷：一种是以空气动力载荷为主，包括机翼结构本身质量 力的分布载荷；另一种是由各连接点传来的集中载荷。 当机翼分成两半与机身在其侧边相连时，可把每半个机 翼看作支持在机身上的悬臂梁； 若机翼为一整体时，则把它看作是支持在机身上的双支 点外伸梁。
飞机在飞行过程中，不稳定气流会对飞机形成所谓的突 风载荷。
1、飞机在水平突风作用下的外载荷
当飞机以平飞速度v0飞行时，作用在飞机上的升力为： Y=1/2ρv02CyS。 假设飞机在飞行过程中遇到风速为Δv的逆航向突风，如 图所示，则作用在飞机上的升力为： Y=1/2ρ(v0+Δv)2CyS
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2、飞机在垂直突风作用下的外载荷
飞机结构与系统
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第一章 飞机结构概论
第一节 飞机的外载荷与飞行包线
一、飞机的外载荷
飞机在起飞、飞行、着陆及地面停放等过程中，作用在飞机 上的外力称为飞机的外载荷。 包括空气动力、惯性力以及飞机在 着陆、地面滑行和停机时地面的反 作用力。 飞机在飞行过程中，作用在飞机上 的外载荷主要有：飞机的重力G、 升力Y、阻力X和发动机的推力P。
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1、蒙皮
蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。
2、长桁（也称桁条）
长桁是纵向骨架中的重要受力元件之一，其主要功用是 支持蒙皮，防止在空气动力作用下产生过大的局部变形，并 与蒙皮一起把空气动力传到翼肋上去；提高蒙皮的抗剪和抗 压稳定性，使蒙皮能更好地参与承受机翼的扭矩和弯矩；长 桁还能承受弯矩引起的部分轴力。
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在飞机结构设计过程中，通常规定某一高度为H0上的qH,max 作为飞机结构强度设计用的最大速压，用qmax表示。qmax的值一 旦确定，在H0高度以下各个高度上对应的VH,max就可以根据以下 公式计算出 ρH V 2 H qm = = 常数 ax 2 在H0高度以上，飞行 速度仍由各个高度上 的最大平飞速度VH,max 来限制。所以，qmax称 为使用限制速压。
ny =
Pg 1 P0,1g
=
G + N y − Y1 G
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三、飞行包线 （一）机动飞行包线 1、飞机的最大使用过载
使用过载（ny,ser ）：飞机在飞行中出现的过载值； 最大使用过载（ny,ser,max ）：设计飞机时所规定的最大 使用过载值； 各种飞机的最大使用过载ny,ser,max ，主要是由飞机的机 动飞行能力，飞行员生理上的限制，以及在飞行中因气流不 稳定而可能受到的外载荷等因素确定的。
当飞机以平飞速度v0飞行时，如果遇到速度为Ｗ的垂直 向上突风，合成气流速度ｖ不仅在数值上要增大，而且方向 也发生变化。飞机遇到上升或下降突风时的总升力为： α Y=Ｙ０±1/2Cy ρv0ＷS 突风的方向向上时，升力增量为正；突风的方向向下时， 升力增量为负。
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二、飞机的过载 （一）飞机重心的过载 １、过载的基本概念
飞机在某一飞行状态下所受的除重力以外的外载荷同飞 机重量做比较，称为过载（载荷因数）。
２、过载的定义
作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与飞机重量的 比值，称为该方向的飞机重心过载，用ｎ表示。
飞机在y轴方向的过载ny等于飞机升力Y与飞机重量G的比值， 飞机在x轴方向的过载nx等于发动机推力与飞机阻力之差与飞机重 量的比值， 飞机结构设计的主要指标之一； 飞机结构强度的主要取决因素 飞机在z轴方向的过载nz等于飞机侧向力与飞机重量的比值。
不同高度下的飞行速度限度曲线
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当飞机作下滑时，下滑终了飞机可能获得的速度显然要 比最大平飞速度大，与此相应的速压也比使用限制速压大。 飞机在下滑终了容许获得的最大速压，称为最大允许速压， 用qmax,max表示。与最大允许速压相对应的速度，称为最大允 许速度，用Vmax,max表示。 由于qmax,max>qmax，所以在强度设计中计算外载荷时， qmax,max比qmax更为重要，qmax,max也称为强度限制速压。飞机飞 行中不能超过规定的速压值，否则，飞机会由于强度、刚度 不足而使蒙皮产生过大的变形或者撕离骨架，有时还可能引 起副翼反效，机翼、尾翼颤振等现象。
Y 1 S = 1 ± Cα ρ V 0W y G 2 G
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４、过载的意义
飞机的过载值 飞机所受的实际载荷大小 ＋ 作用的方向（根据过载的正负来判断） 便于设计飞机结构，检验其强度、刚度是否部过载
飞机的局部过载沿飞机长度是按直线规律变化的 当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 εz 时，在机身上 某一点i处，就会产生一个线加速度，从而产生附加的过载。
ay,i = ε z ⋅ xi
ay,i ε z ⋅ xi ∆ ni = = g g
ni = n + ∆ ni
ε z ⋅ xi = n+