机身结构分析
第一章 飞机机身结构知识点
机身结构1 机身的结构类型1)构架式机身隔框立柱图1.225构架式机身2)半硬壳式机身(2)桁条式机身。
ill'亦质慕皮(1)桁梁式机身。
图1.226桁梁式机身2 机身主要构件机身主要部件包括蒙皮、桁条、桁梁和隔框。
1) 蒙皮机身蒙皮的作用与机翼蒙皮的作用一样，用来维持机身外形；同时蒙皮与支撑它的构件一起承受和传递局部气动载荷和弯矩。
2) 桁条和桁梁桁条和桁梁都是机身结构的纵向构件 3) 龙骨梁龙骨梁是机身的一个主要纵向部件，它由上、下两个受压的弦杆和一个带有加强筋的承剪腹板结构件组成。
龙骨梁位于中央翼下方、两主轮舱之间的机身中心线上，如图1.229所示。
3)硬壳式机身桁条式机身结构图1.227 ■罐皮隔梃-图1.228硬壳式机身阻力揑杆连播到孙梁中删严捲头/也机纵轴缄惦流也皮茧捽框一龙骨陀支傑枇一刖图1.229机身龙骨梁4)隔框机身隔框可分为普通隔框和加强隔框两种。
(1)普通隔框。
(a)(b)图1.230普通隔框(2)加强隔框。
图1.231壁板板式加强隔框5)机身上骨架元件与蒙皮的连接机身蒙皮同骨架元件的连接有两种方式：第一种：蒙皮只与桁条相连，如图1.232(a)所示；第二种，蒙皮既与框相连，又与桁条相连，如图1.232(b)所示。
(a)⑹(c)图1.232蒙皮与骨架元件的连接方式1—蒙皮；2—桁条；3—框；4—补偿片(a)(b)图1.233框与桁条的连接1—蒙皮；2—桁条；3—框；4—弯边；5—角片3 增压密封现代飞机大都在空气稀薄的高空中飞行，为了保证空勤人员和旅客在高空飞行时的正常工作条件和生理要求，以及保证仪表、设备可靠地工作，都采用了增压气密座舱。
图1.234所示为波音B737飞机的增压气密座舱区域。
STA｛站位)^TA17K1016ISTAS'fASTASTASiA227.S294.5540663727匚二|增压区墜非增压区图1.234B737飞机增压区增压气密舱内需要密封的地方有：各骨架构件与蒙皮的对接处(铆接和螺栓连接);蒙皮与壁板之间；飞机和发动机操纵系统的拉杆和钢索在座舱内增压区和非增压区交界面的进出口处；飞机液压系统、引气系统、空调系统的导管、电缆束进出口；座舱盖口和应急出口；舱口和窗口等。
机身结构
小开口加强 小开口 ---- 口框（刚框、围框）式加强。 这类开口，对机身纵向构件一般没有影响，为传剪，一般在 开口周围加上一圈截面具有抗弯能力的口框（可以是组合式，也 可以是整体刚框）
小开口刚框受力分析
1）利用对称原理： 结构对称，载荷为反对称时，在对称轴处只有反对称 内力Q, 而M, N=0 2）根据分离体平衡图，可求出
2） 受轴力口盖：
（1）口盖既能受剪、又能受轴力，所以 口盖上一般布置有加强型材(方向与 原有长桁方向、位置一致)，它完全 能替代原结构受力。 受剪口盖上也可能布置有加强型材，但其作用主要是保证 口盖刚度，型材方向可能与长桁不一致
（2）连接：不仅要有连接基体蒙皮与口盖板的螺栓，
而且应有直接把承受轴向力的构件连接的螺栓。
（一）开口 大、中、小（相对部件尺寸而言） 对机身：D 对机翼：B
小开口：可能在两长桁之间，不打断长桁，或只打断 个别长桁；
中开口： 可能打断几根长桁； 大开口：可能整个翼箱宽度壁板或很大比例宽度的壁板 被开口。
（二）口盖： 1. 受力口盖 受剪口盖； 受轴力口盖。 1） 受剪口盖： （1）口盖本身能受剪（有足够的强度、刚度)； （2）且在连接处应能把剪力扩散成分布剪流 , 一般用为数较多的托板螺帽、螺栓连； （3）它能取代原有基体受剪。
三．基体结构受剪时 如蒙皮受Mt qt，梁腹板受Q qQ 时开口区的加强。 传力路线有何变化？ 即研究开口对传力的影响 需加什么构件？ 原有元件受力情况变化？ 启发问题：在受力分析中我们曾用的几种方法？ （1） 传力路线：一个个分离体画，作用M,Q,N三种内力 ---把小开口的分析结果和方法延伸一下。 （2） 直接用数值解 （3） 用加自身平衡力系的方法，使两种典型情况的叠加符合 实际情况，考虑开口后相当于那一块蒙皮上剪流应为0。
机身结构 典型连接 形式
机身结构典型连接形式机身结构典型连接形式：一、机身结构机身是一架飞机的主体部分，承担着飞行中的载荷和各种系统的安装。
机身的结构通常由机翼、机尾和机身段组成，并采用不同的连接形式来确保结构的稳定性和强度。
二、机身连接形式1. 螺栓连接螺栓连接是一种常见的连接形式，通过将机身段之间的连接面用螺栓固定，以实现刚性连接。
螺栓连接具有拆卸方便、可靠性高、承载能力强的优点，常用于连接机身段和机翼之间的连接面。
2. 焊接连接焊接连接是将机身段之间的连接面通过焊接工艺进行连接的方式。
焊接连接具有连接牢固、重量轻、结构简单的特点，常用于连接机身段内部的构件和系统。
3. 铆接连接铆接连接是利用铆钉将机身段之间的连接面连接起来的方式。
铆接连接具有连接可靠、结构轻量化的特点，常用于连接机身段和机身外壳。
4. 粘接连接粘接连接是利用胶粘剂将机身段之间的连接面粘接在一起的方式。
粘接连接具有重量轻、连接牢固、防腐蚀的特点，常用于连接复合材料结构。
5. 插销连接插销连接是通过插销将机身段之间的连接面固定在一起的方式。
插销连接具有拆卸方便、重复使用的特点，常用于连接机身内部的构件和系统。
三、不同连接形式的适用场景1. 螺栓连接适用于需要经常拆卸和更换的连接部位，如飞机机翼和机身的连接面，以便进行维护和更换。
2. 焊接连接适用于需要连接牢固、重量轻的部位，如机身段内部的构件和系统，以提高整体结构的强度和稳定性。
3. 铆接连接适用于需要连接可靠、结构轻量化的部位，如机身段和机身外壳的连接面，以确保机身的整体强度和刚性。
4. 粘接连接适用于需要重量轻、连接牢固的部位，如复合材料结构的连接面，以提高机身的整体性能和耐久性。
5. 插销连接适用于需要拆卸方便、重复使用的部位，如机身内部的构件和系统，以便进行维护和更换。
四、总结机身结构的典型连接形式包括螺栓连接、焊接连接、铆接连接、粘接连接和插销连接。
不同的连接形式适用于不同的场景，根据连接部位的需求选择合适的连接方式，可以确保机身结构的稳定性和强度，提高飞机的性能和安全性。
飞机的基本构造
飞机的基本构造飞机是一种能够在大气中飞行的航空器，它是人类工程师多年来对飞行原理的深入研究和技术发展的结晶，能够在空中快速、高效地进行航空运输和军事任务。
飞机的基本构造包括机身、机翼、发动机、弹射椅和座舱等组成部分。
1. 机身：机身是飞机的主要承载结构，由舱段和连接这些舱段的框架组成。
它通常由轻质且高强度的材料，如铝合金或复合材料制成。
机身的前部通常包含座舱和驾驶舱，以及飞机操纵系统的控制装置。
机身的中部通常是客舱或货舱，用于载人或载货。
机身的后部通常包含燃油箱、发动机和尾部组件。
2. 机翼：机翼是产生升力的关键部件。
它通常采用翼型外形，其上面凸起，下面平坦，其特殊弯曲形状使得气流在上表面的流速变快、压强变小，从而产生向上的升力。
机翼还具有翼尖、翼根和副翼等构件。
机翼通常由铝合金或者复合材料制成，可以通过支柱或滑轨与机身连接。
3. 发动机：发动机是飞机的动力装置，通常由一台或多台燃气涡轮发动机组成。
发动机通过燃烧燃料来产生高温高压的气体，并通过喷口将这些气体向后排出，推动飞机前进。
发动机通常位于机翼下方的机身后部，有专门的机翼瘤或吊舱容纳。
4. 弹射椅：弹射椅是飞机上必不可少的安全装备之一。
它通常安装在座舱内，用于紧急情况下飞行员或乘客迅速逃生。
当飞机遭遇危险状况时，弹射椅会通过瞬间推力将乘员弹射出机舱，以确保乘员的生命安全。
5. 座舱：座舱是乘客和机组人员的区域。
它通常位于机身的前部，提供舒适的座位和必要的设施，如气候控制、娱乐设施、厕所等。
座舱还包括乘员的舱门和逃生装置，以确保乘客的安全。
除了这些基本构造外，飞机还包括许多其他部件，如起落架、翼舱、机身结构支撑等。
飞机的设计和构造是多学科交叉融合的产物，涵盖了力学、材料科学、航空学、空气动力学等多个领域的知识。
飞机的构造和设计的不断发展和创新，使得现代飞机具有更好的性能、更高的安全性和更大的便利性。
飞机机体结构组成部分和作用
飞机机体结构组成部分和作用
飞机机体结构由机翼、机头、机尾和机身4部分组成，这些部件具有不同的结构特征
和功能，在飞行中发挥着不同的作用，保证飞机飞行中的正常工作。
一、机翼：机翼是飞机机体的主要部分，也是浮力、翼型面积、机翼形状定位和机头
形状和机尾形状有关系的主要位置，它将空气分割为上下两部分，自上而下分别形成了上
流和下流，机翼可以生成提供正向推力的升力，也可以通过改变机翼表面的形状来调整飞
机的航向。
二、机头：机头是飞机机身的前端部分，主要起到阻力的作用，较高的阻力可降低飞
机的飞行特性，较低的阻力可提高飞机的加速度，同时也是改变飞机行进方向的关键部分，一般采用较窄、较短的结构。
三、机尾：机尾位于飞机机身的后部，由机叶、垂尾及垂尾减流装置组成，主要调节
飞机的姿态、控制飞机行进方向和稳定空气流。
四、机身：机身是飞机重要的结构，是飞机飞行的主要部分，机身包括主翼梁、机翼梁、分量、驾驶舱、燃料筒以及许多连接机翼、机头、机尾的部件，它不仅负责连接各个
结构部分，主要用作空气流动和阻力的传输，也是飞机携带燃料、装备和乘员的地方。
飞机的基本结构
文字来表达事物的内涵。
升降舵
29
第四部分 起落架
PART FOUR
30
四、起落架
起落架是飞机在地面停放、滑行、起飞着陆滑跑时用于支
撑飞机重力，承受相应载荷的装置。
输入题
这个页面适合放置对立 关系的两个事物，内部 的数据同样可以编辑为 文字来表达事物的内涵。
垂直尾翼
垂直安定面：
78 1、提供飞机横向静稳定性；
2、提供飞机横向动稳定性
%
-52 方向舵：
是对飞机进行偏航操纵
%
垂直安定面输入题 方向舵
28
三、尾 翼
2. 尾翼的组成 水平尾翼
水平安定面
输入题
水平安定面：
78 使飞机在俯仰方向上（即
飞机抬头或低头）具有静稳定 %
性。
-52 这个升页面降适舵合放：置对立
13 20
第三部分 尾 翼
PART THREE
25
三、尾 翼
1. 尾翼的功用
输入题
保证飞机三个轴的方向稳定性和操作性
78 控制飞机的俯仰、偏航和倾斜% 以改变其飞行姿态
尾翼是飞行控制系统的重要组成部分
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-52%
05
餐厅、厨房 驾驶舱
进出口 过道
客舱
洗手间
06
一、机 身
2. 机身的作用 连接机翼、尾翼、起落架及其它部件为一整体。 装载人员、货物。 安装飞机设备
07
一、机 身
3. 机身的结构形式 —机身结构由蒙皮、纵向和横向骨架组成
飞机机身结构的模态分析与优化设计
飞机机身结构的模态分析与优化设计随着民用航空业的飞速发展，航空器的结构设计也得到了极大的改善。
飞机机身结构作为飞机重要的组成部分，其优化设计与模态分析对于飞机的安全性、舒适度、减少疲劳损伤以及航空器加速度降低等方面都有极为重要的影响。
因此，这篇文章将介绍飞机机身结构的模态分析与优化设计，以促进航空器的发展。
一、机身结构的模态分析在机身结构设计中，模态分析是非常重要的步骤。
模态分析是指对一种结构在一定的边界条件和外荷载作用下，研究其自由振动频率、振型以及对外部激励的响应情况。
模态分析的结果可以用来指导设计工作和预测结构运行和安全。
1、有限元法在模态分析中，有限元法是一种广泛使用的方法。
它可以将结构离散化成各种复杂的形式，如单元板、单元梁、单元壳体等，用矩阵方法求解复杂结构的振动特性。
有限元法具有计算精度高、处理能力强和适用范围广等优点，在机身结构的模态分析中的使用也是十分广泛。
2、振型及频率分析模态分析时，振型及频率是求得的主要指标之一。
振型是指结构在自由振动时的振动状态。
在模态分析中，振型可以描述结构运动的特点，用于确定结构的刚度和几何形状，通过振型的分析可以了解结构的哪些部位较为关键，以便进行后续的优化设计。
频率是指结构在自由振动状态下所具有的振动周期。
在模态分析中，频率越高，表示结构越容易发生共振或者很容易出现破坏，因此，频率的分析为航空器的设计提供了参考和依据。
3、模态优化模态优化是指通过对机身结构进行振动模态分析，找到机身结构的主要振动模态和对应频率，从而进行优化设计。
模态优化设计可以减少机身结构共振的可能性，从而避免机身结构发生破坏，保证飞机安全飞行。
二、机身结构的优化设计机身结构的优化设计是对航空器机身设计的一个重要环节。
通过对机身结构的优化设计，可以提高航空器的性能和安全水平。
具体的优化设计包括如下方面。
1、结构的减重结构的减重是对机身结构的安全性能、效率和可靠性都有极高的要求。
在设计机身结构时，减轻重量可以增加载荷能力、降低阻力、减轻燃料消耗等。
飞机机身结构强度与刚度分析
飞机机身结构强度与刚度分析近年来，随着航空业的高速发展，飞机设计与制造技术也不断进步。
飞机机身结构是飞行安全的关键因素之一，它需要具备足够的强度和刚度来承受各种力和振动，保证飞行过程的稳定和安全。
因此，对飞机机身结构的强度与刚度进行详细分析和研究，对于飞行器的设计和改进具有非常重要的意义。
首先，我们来分析机身结构的强度。
强度是指材料能够承受应力而不发生破坏的能力。
在飞机机身结构中，承受最大应力的部位一般是机身的关键连接点，例如机翼和机身连接处。
这些部位需要使用高强度的材料，以保证在各种外力的作用下，机身不会发生断裂或失去形状，从而保证机身的整体稳定。
此外，在设计机身结构时，还需要进行强度分析，确定最大应力的作用位置和大小，以及合理选择材料和结构设计，使得机身可以在不同应力条件下保持合理的安全裕度。
针对机身结构的强度问题，研究者们进行了大量的实验和模拟分析。
通过对不同材料和构造的机身进行加载测试，可以得到机身的应力分布状况，并获得强度分析结果。
这些研究成果有助于优化机身结构设计和材料选择，进一步提高飞行安全性能。
除了强度分析，机身结构的刚度也是非常重要的。
刚度是指材料在受力作用下抵抗形变的能力。
在飞机机身结构中，刚度主要体现在机身的稳定性和阻尼性能上。
机身结构刚度较高可以减小机身在飞行过程中的振动幅度，提高飞行的平稳性和舒适性。
此外，机身结构的刚度还会对飞行性能产生重要影响，包括飞行速度、操纵性以及对气流的稳定反应性等。
为了分析机身结构的刚度，研究者们使用了计算机模拟技术和实验测试相结合的方法。
通过有限元分析，可以对机身结构的刚度进行详细计算和模拟。
同时，还可以通过实验测试来验证模拟分析的结果，确保其准确性和可靠性。
这些研究成果有助于改进机身结构设计和材料选择，提高飞机的飞行品质和安全性。
最后，机身结构的强度和刚度分析也涉及到材料的研究和选择。
材料是机身结构的基础，不同材料的特性将直接影响到机身的强度和刚度。
飞机机身结构特点
飞机机身结构特点
飞机机身结构是指组成飞机机身的各种零部件和材料，在航空工程中具有非常重要的作用。
下面是飞机机身结构的特点：
1.轻质高强：飞机机身需要具备足够的刚度、强度和稳定性，同时又要尽可能地减轻重量，以便于提高飞行性能和经济性。
因此，采用的材料一般为轻质高强的航空铝合金、复合材料等。
2.复杂形状：飞机机身需要具备复杂的形状和结构，以保证飞行时的气动性能和空气动力学特性。
如机身外形通常为流线型或扁平型，内部还包括各种管线、电缆等部件。
3.多层结构：飞机机身采用多层结构，以增加强度和稳定性。
一般分为外皮、骨架和隔间三层结构，其中骨架由长桁、横桁、肋条和蒙皮板等构成。
4.模块化设计：为了提高生产效率和维护效率，现代飞机机身采用模块化设计，即将整个机身分为多个模块，每个模块独立生产和维修，并可根据需要更换。
5.安全性高：飞机机身需要具备足够的安全性，能够承受各种极端气候和飞行条件下的载荷和冲击。
同时，也需要考虑到火灾、撞击等情况下的安全性能，保障飞行员
和乘客的生命安全。
航空知识分享-机身
②半硬壳式机身： 没有强的桁梁。密布的桁条与蒙皮一起承受弯曲正
应力。这种结构重量较轻，机身上凡是开口较少的 部位大多采用这种结构型式。
③硬壳式机身： 没有桁梁和桁条。为了改善蒙皮的支持情况，沿机
身长度方向布置有较密的普通框，有时也称密框结 构。一般用在弯矩很小而又无大开口的部位。有些 轻型飞机为便于制造而采用硬壳式机身。
机身可按其结构元件的受力特点分为几种型式： ①梁式机身:由4根桁梁承受机身的全部或大部分弯曲
正应力。蒙皮较薄，只承受扭矩和横向剪切力。桁条 较少，用于支持蒙皮或承受少量轴向力。这种结构型 式多用于机身口盖较多的部位。如歼击机的前机身有 较多的大开口（座舱盖、前起落架舱盖、电子设备舱 和武器舱口盖等），蒙皮不可能 受力，宜用梁式结构。
飞行中主要的载荷是机身内各装载物的惯性力和机 翼、尾翼接头传来的力。从结构上看，机身好像一 根中部支持在机翼上的悬臂梁，在装载物惯性力和 尾翼集中力作用下两端向下弯曲。
在垂直尾翼侧力作用下，机身在水平方向也产生弯 曲，但比垂直方向小得多。垂直尾翼侧力对后机身 有较大的扭转作用。飞机在地面滑行和着陆时，地 面的撞击也会使机身受载，如前轮受到侧向撞击就 会使前机身受扭。
飞机上用来装载人员、货物、武器和机载设备的部 件。
它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。
正常式机身：它是一个中间大，向两头缓慢收缩的 流线体（纺锤形）。机身头部略下垂以扩大驾驶员 的视界，尾部略上翘以避免飞机着陆时机身尾部触 地。
细腰形机身：在一些超音速飞机上，为了减小跨音 速飞行时部常有很大的上翘，并开有后 门，便于大型武器装备和车辆的装卸。但是由于机 身流线型不好，阻力大，以及细的尾撑刚度较差等 原因而较少采用。
在一些喷气式歼击机上，发动机装在机身后部，进 气口在机身头部，机身成为两头略小的圆筒形，常 称为雪茄形机身。
飞机结构—机身结构分析
一、机身结构组成元件
1. 隔框 3）构造型式
① 环形刚框 由内、外缘条，框缘腹板，腹板
上的小支柱构成。
整体框： 模锻毛胚或厚板加工而成。
环形整体式加强框
1，6－上下框段；2－框缘连接接头；3， 4－机翼机身对接耳片接头及其加强筋； 5，6－两侧框段；8－小支柱
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§2 机身典型结构型式的传力分析
矩、剪力和绕机身轴线的扭矩 。
受力和机翼相似，但对于机 身垂直方向和水平方向的载荷 基本为同一数量级。
机身垂直面内剪力图及弯矩图
《机身典型结构型式的传力分析
§2 机身典型结构型式的传力分析 一、机身结构组成元件
机身主要构件： • 蒙皮 • 纵向骨架:长桁、桁梁 • 横向骨架：隔框
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§2 机身典型结构型式的传力分析
一、机身结构组成元件
2. 长桁与桁梁
1）功用：
长桁： • 承受和传递机身弯矩引起的轴力； • 与蒙皮组成承力壁板； • 承受部分作用在蒙皮上的气动力并传给隔框。
桁梁的截面积大于长桁，功用类似。
2）构造型式 简单式：从横剖面看只有一个结构元件； 组合式：从横剖面看有几个结构元件。
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§2 机身典型结构型式的传力分析
一、机身结构组成元件
机身主要构件： • 蒙皮 • 纵向骨架:长桁、桁梁 • 横向骨架：隔框
《飞机结构》
第四章 机身结构分析 ——§2 机身典型结构型式的传力分析
一、机身结构组成元件
1. 隔框
1）分类
普通框： • 维持机身的截面形状； • 对蒙皮和长桁起支撑作用。 通常设计为环形框。
第六章机身结构分析
4. 增加垂尾高度会使 Mt 增大。
图6.3 机身的受载，Qv、Qh、Mz、My、Mt内力图
与机翼比较
■ 载荷： ■ 基本种类相同； ■ 集中载荷、质量力是主要载荷； ■ 水平和垂直方向载荷是同一数量级。
■ 几何（刚度）： ■ 机身水平、垂直方向尺寸接近，刚度接近。
结构特点： 1）有几根桁梁（如4根），桁梁的
截面积很大，承弯能力较强。桁 梁没有腹板，是用模压和锻造方 法制造的横截面相当大的桁条。 桁梁多半是T型截面。 2）长桁的数量较少而且较弱，甚至 可以不连续。 3）蒙皮较薄。
受力特点
弯矩Mz和My引起的轴向力主要由桁梁承担，蒙皮与桁条 几乎不承受 正应力。
前机身和后机身是均匀收敛的，轴对称形式的机 身符合最小阻力的要求。
长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。
此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之 增加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移 到后机身。
受力特点：
蒙皮与桁条一起承受弯矩Mz和My引起的轴向力(拉-压)； 承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt时，蒙皮受剪切。
优点： 机身大
1)弯、扭刚度比桁梁式
2）蒙皮较厚，其局部变形小，有利 于改善气动性能
缺点： 蒙皮上桁不条宜式大和开桁口梁。式机身统称为半硬壳式机身
桁条式机身加强框，与水平尾翼的某接头 相连接，受到接头 传来的集中载荷。
机身参数： lf, df, lff, laf, Sfmax, 细长比：
f=lf/df, ff=lff/df, af=laf/df,
机身结构分析与设计.
二、机身总体受力特点 机身的边界条件：可把机身看成支
持在机翼上的双支点或多支点外伸
梁。（支点数以及支点提供的支反 力性质视机身-机翼的连接接头的具
体情况而定）
载荷性质和方向： 剪ຫໍສະໝຸດ ，作用在 Y、Z轴方向上 弯矩，作用在 Y、Z轴方向上
扭矩，作用在 X 轴方向上
§5.3 典型机身结构形式和传力分 析
翼某接头连接，受到由接头传来的 Py 力。
假设：蒙皮只受剪切力，桁条承受正应力。 机身可以看成一个空间薄壁盒式梁
桁梁式机身
剪力的传递： 加强框——蒙皮与框的连接铆钉——机身蒙皮 剪力的分布： 剪流沿X轴向按阶梯形分布
弯矩的传递和弯矩的分布：
由以上的分析可知：在框平面内作用有集中力时， ①由加强框承受该集中载荷； ②框将集中力扩散，以剪流形式传给蒙皮； ③剪流在蒙皮中向机身支承处（此处是向前）传递时，其 剪切内力Q通过蒙皮连续向前传递；而弯矩内力M则以 桁条的轴向拉、压力形式向前传递。 2、桁梁式机身
二、机身结构的设计要求 必须满足各种装载的特殊需要及所提出的 众多的使用要求，并应与机翼、尾翼等连 接部件的主要受力构件的布置、连接点位 置进行总体协调，以减轻飞机总重量。 机身结构 设计要求 在保证机身结构完整性的前提下，结构重 量尽可能小。 机身应有足够的开敞性以便于维修。 有良好的工艺性，生产成本要低。 机身基本不产生升力，所以机身气动力要 求主要是阻力小。为此机身一般做成细长 的流线体，希望外形光滑，突出物少等。 使用要求是机身设计要求中的重要要求。比如座舱盖、开口 等就是必须满足使用要求。
第五章 机身结构分析与设计 §5.1 机身的功用与设计要求
一、机身的功用 把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一 起，形成一架完整的飞机 机身用途 安置空勤组人员、旅客，装载燃油、武 器、设备和货物等
737 结构设计
737 结构设计
737结构设计是指波音737系列飞机的整体结构设计。
对于波
音737飞机来说，其结构设计包括机身结构、翼结构、尾翼结构、起落架结构等多个部分。
1. 机身结构：波音737飞机的机身采用了全铝合金结构，由前机身、中机身和后机身三部分组成。
前机身连接机头和机翼，中机身连接前后机身，并且起到支撑整个飞机结构的作用，后机身连接了机翼和垂直尾翼。
2. 翼结构：波音737飞机的翼结构采用了全铝合金结构，翼梁由前缘梁和后缘梁组成，起到支撑翼面、承担飞机受力的作用。
翼上还有各种副翼、襟翼等用于飞行控制的设备。
3. 尾翼结构：波音737飞机的尾翼结构由水平安定面和垂直安定面组成。
水平安定面在飞行中产生升力以平衡飞机的重心位置，垂直安定面用于控制飞机的偏航运动。
4. 起落架结构：波音737飞机的起落架起到支撑飞机在地面行驶和起降的作用。
起落架结构包括前起落架和主起落架，前起落架位于机头下方，主起落架位于机身下方。
总的来说，波音737飞机的结构设计注重轻量化、强度高、安全可靠等特点，以保证飞机在各种飞行状态和应力下都能保持良好的结构性能。
同时还考虑了机上系统的布局和安装要求，以适应不同的飞行任务和客户需求。
机身结构分析
6.3.1 构架式结构的机身
桁架一般是静定的 在空间飞行器上也采用桁架式箭体，因为桁架接 头采用铰接，使得结构在受热状态下能保持良好 的工作状态。 桁架的质量、整流罩的质量、受力蒙皮的质量和 固定接头的质量累加起来，使它重量特性已经不 如薄壁梁式机身；
桁架式机身在利用内部空间方面潜力较差 桁架式机身的战斗生存力也差； 弯矩产生的轴向力(受Mz和My的作用)基本上靠大 梁的缘条来承受； 剪力Qv和Qh由垂直(侧向)和水平(上和下)的桁架构 件来承受，这些构件是支柱、横撑杆和斜撑杆； 扭矩Mt由4个平面桁架形成的闭合的空间构架来承 受。
二、桁条式机身 由桁条、隔框和蒙皮组成 蒙皮与桁条一起承受弯矩Mz和My引起的轴向力(拉 -压)； 承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt时，蒙皮受剪切(图 6.4(a))。
图6.6桁条式客机机身结构 桁条式客机机身结构
图6.7 前、后机身的对接结构
6.3.3 硬壳式机身 式机身 由普通框和加强框支持的蒙皮组成 ； 蒙皮承受所有形式的剪力和弯矩，所以，它既 承受正应力，又承受剪应力； 很强的战斗生存性 ； 重量特性不好 。
图6.11 框和翼肋的受载和剖面形状
图6.12 机身框典型剖面形状
图6.13 典型环形和腹板式加强框的结构方案 1－连接框上下部分的接头；2－连接机翼的接头；3－加强筋； 4－斜撑杆；5－横撑杆；6－支柱；7－框腹板。
图6.14 与垂尾相连的腹板式及环形加强框 1－垂直安定面固定接头；2－支柱；3－接头；4－垫板 －垂直安定面固定接头； －支柱； －接头； －
6.7机身舱段主要结构的受力分析 机身舱段主要结构的受力分析
乘员舱、客舱和货舱。 密封舱段 ，都承受附加的压差载荷∆p。
6.7.1 气密舱
现代飞机机身常用的结构形式
现代飞机机身常用的结构形式
现代飞机机身常用的结构形式有三种，分别是全金属结构、复合材料结构和金属-复合材料混合结构。
1. 全金属结构
全金属结构是指使用金属材料作为机身主要结构材料，常用的金属材料有铝合金、钛合金、不锈钢等。
全金属结构具有高强度、耐腐蚀、易于加工、维修等优点，在航空工业中应用广泛。
但是，全金属结构的密度相对较大，会影响飞机的燃油消耗和运载能力。
2. 复合材料结构
复合材料结构是指使用复合材料作为机身主要结构材料，常用的复合材料有碳纤维、玻璃纤维、有机玻璃等。
复合材料结构具有高强度、低密度、抗腐蚀、疲劳寿命长等优点，可以有效减轻飞机自重，提高燃油效率和运载能力。
但是，复合材料结构的维修难度较大，成本也较高。
3. 金属-复合材料混合结构
金属-复合材料混合结构是指使用金属材料和复合材料相结合的方式来构成机身
结构。
这种结构形式可以综合利用金属和复合材料的各自优势，从而达到减轻飞机自重、提高强度和耐久性等多种目的。
然而，金属-复合材料混合结构的设计和制造难度较大，需要采用特殊的加工工艺和技术。
飞行器机身结构的疲劳与断裂行为分析
飞行器机身结构的疲劳与断裂行为分析飞行器的机身结构是其重要组成部分，承载着飞行过程中的各种载荷。
疲劳与断裂是机身结构可能面临的重要问题之一，本文将对飞行器机身结构的疲劳与断裂行为进行分析，并探讨相关的应对措施。
一、疲劳与断裂分析背景飞行器飞行过程中，机身结构会受到重复的载荷作用，例如气动载荷、重力载荷、惯性载荷等。
这些重复载荷会导致材料内部应力集中，从而引发疲劳损伤。
此外，机身结构还可能受到意外载荷、腐蚀、温度变化等因素的影响，引发断裂问题。
二、疲劳行为分析疲劳是机身结构可能面临的主要问题之一，其破坏形式主要表现为裂纹扩展导致的局部断裂。
机身结构的疲劳寿命与材料本身的疲劳性能、载荷的幅度和频率等因素密切相关。
疲劳寿命的预测是飞行器结构设计中的重要任务之一。
疲劳寿命的预测可以通过疲劳试验和建立数学模型来实现。
疲劳试验是通过对材料进行不同载荷下的反复加载，观察材料的疲劳断裂寿命。
数学模型则是通过建立与实际情况相符的载荷模型，利用疲劳损伤理论和材料力学原理，计算预测结构的疲劳寿命。
针对不同的材料和结构形式，可以采用不同的疲劳寿命预测方法。
例如对于金属材料，可以使用疲劳强度估算方法；对于复合材料，可以采用基于损伤机理的寿命预测方法。
另外，为了延长机身结构的疲劳寿命，可以采取一些应对措施。
例如，通过合理设计和优化结构，减少应力集中区域；采用合适的材料，提高结构的疲劳性能；定期进行结构健康监测，及时发现并修复裂纹等。
三、断裂行为分析断裂是指材料在受到外部载荷作用下发生裂纹扩展并最终破裂的过程。
机身结构的断裂行为也是一个重要的研究内容。
断裂行为的分析通常包括断裂韧性、裂纹扩展速率和临界裂纹长度等参数的确定。
断裂韧性是一个材料抵御裂纹扩展的能力，可以通过断裂韧性试验来测定。
裂纹扩展速率则是指材料中裂纹扩展的速度，受到载荷强度、环境温度等因素的影响。
临界裂纹长度是指裂纹扩展到一定长度时会导致结构失效的临界点。
断裂行为的研究可以帮助了解材料和结构的破坏机制，为结构设计和材料选择提供依据。
飞行器机身结构的疲劳与断裂行为分析方法
飞行器机身结构的疲劳与断裂行为分析方法飞行器机身结构是整个飞行器系统中最关键的组成部分之一。
由于长期的运行和外界环境的影响，机身结构的疲劳与断裂问题可能会导致严重的安全事故。
因此，对于飞行器机身结构疲劳与断裂行为的分析方法具有重要的意义。
本文将介绍飞行器机身结构疲劳与断裂行为的分析方法，主要包括负载谱法、应力范围法、裂纹扩展法和有限元法。
1. 负载谱法负载谱法是一种通过对机身结构的负载进行统计和分析得出的疲劳寿命预测方法。
通过监测和记录机身结构在实际飞行中所受到的压力、力矩和振动等负载情况，建立负载谱。
然后，根据疲劳试验结果建立的S-N曲线，结合负载谱，可以推算出机身结构的疲劳寿命。
2. 应力范围法应力范围法是一种通过对机身结构中应力范围进行分析得出的疲劳寿命预测方法。
应力范围是指机身结构在一个完整的负荷周期内，应力的最大值和最小值之差。
通过对机身结构的应力范围进行测量和分析，对其进行统计性处理，可以得到疲劳寿命预测结果。
3. 裂纹扩展法裂纹扩展法是一种通过对机身结构中裂纹扩展的分析得出的疲劳寿命预测方法。
通过在机身结构中制造一定长度的初始裂纹，并以一定的载荷条件下进行疲劳试验，测量和记录裂纹扩展的速率，然后推算出机身结构的疲劳寿命。
4. 有限元法有限元法是一种通过使用数值计算方法对机身结构进行分析的方法。
该方法基于有限元理论，在计算机上建立机身结构的有限元模型，并通过应用适当的加载条件进行仿真分析。
通过分析机身结构在不同加载条件下的应力和变形分布，可以得出机身结构的疲劳寿命。
综上所述，飞行器机身结构的疲劳与断裂行为分析方法主要包括负载谱法、应力范围法、裂纹扩展法和有限元法。
这些方法可以帮助工程师预测和评估机身结构的疲劳性能，提前采取措施避免机身结构的疲劳破坏，确保飞行器的安全运行。
在实际应用中，可以根据具体情况结合使用这些方法，以获得更准确可靠的分析结果。
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6.1.3 机身的外形和参数
三、机身参数
l f—长度 df—直径 lff—前机身长度 laf—后机身长度 Sfmax —最大横截面面积
f=lf/df_ —机身长细比
ff =lff/df —前机身长细比 af =laf/df —后机身长细比
6.2 机身上的载荷及其平衡
6.2.1 机身上的主要载荷
6.4.1机身蒙皮
维持机身外形 蒙皮和加强它的桁条共同承受由于弯矩引起的
拉—压(法向应力)应力，还承受由于横向力和扭矩 作用而引起的剪力(切向应力)。机身蒙皮因密封舱 (座舱)还要承受相当大的压差 。
图6.8 板材蒙皮的对接
6.1.2 对机身结构的基本要求
(3) 合理使用机身的有效容积，就要布局紧凑， 将货物尽量靠重心附近布置，这能够降低 惯性矩并改善飞机的机动特性；在各种装 载情况、燃油和弹药消耗的情况下，减少 重心的变化范围，可保证飞机具有更理想 的稳定性和操纵性；
6.1.2 对机身结构的基本要求
(4) 使机身结构受力型式和与之相连的部 件的结构受力型式相协调。必须保证 连接的可靠，将来自机翼、尾翼、起 落架、动力装置的载荷传递到机身的 承 力构件上。能承受有效装载、设备 和机身结构的质量力以及作用在机身 上的气动载荷和密封舱内的压差载荷。
三种：构架式、薄壁式、硬壳式
机身结构可看作闭合的空间薄壁梁 组成元件： 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁)； 横向受力构件(普通框和加强框)； 外部壳体(蒙皮)；
图6.4 机身的结构受力型式
(a)薄壁梁式 (b) 构架式 1－纵梁；2－支柱；3－横撑杆；4－斜撑杆；5－拉索
6.3.1 构架式结构的机身
；(b)桁梁和桁条的混合式
随着载荷的增大(主要是弯矩增大)，机翼的结构受 力型式由梁式改成了整体式，机身上出现混合式 结构。
桁梁只布置在机身上有开口的那些(座舱盖开口、 密封舱开口、设备舱开口、起落架舱开口、油箱 开口、发动机舱开口等)部位
6.1.3 机身的外形和参数
一、机身的横剖面形状 取决于飞机的功用、使用条件和飞机的总体
布局。 二、机身的侧面形状
与飞机用途、最小阻力要求、机身中乘员、 设备和有效装载的具体布置以及机翼平面形状、 尾翼、动力装置的形状和位置等有关。
6.1.3 机身的外形和参数
图6.2 机身的横剖面形状。前、后机身的参数和形状
图6.7 前、后机身的对接结构
6.3.3 硬壳式机身
由普通框和加强框支持的蒙皮组成 ； 蒙皮承受所有形式的剪力和弯矩，所以，它既
承受正应力，又承受剪应力； 很强的战斗生存性 ； 重量特性不好 。
6.4 机身基本承力构件用途和构造型式
机身上基本受力构件的用途与机翼上相对应的受 力构件的用途是类似的
6.1.2 对机身结构的基本要求
(5) 应保证能方便地接近布置在机身内的各 种部件，以便进行检查和维护。乘员和 乘客能自由进出，空降人员和武器装备 能容易跳伞和投放，对运输的货物能方 便地装载、系留和卸载。在高空飞行时 能保证乘客和乘员具有必要的生活条件。 要具备一定的舒适标准，并保证能迅速 安全地应急撤离，对机组人员要有良好 的视野。
对机身进行受力补强的部位
或者是用桁梁(纵向梁)来承受纵向集中力(来自发 动机推力、武器反作用力等)。
二、桁条式机身
由桁条、隔框和蒙皮组成 蒙皮与桁条一起承受弯矩Mz和My引起的轴向力(拉
-压)； 承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt时，蒙皮受剪切(图
6.4(a))。
图6.6桁条式客机机身结构
桁架一般是静定的 在空间飞行器上也采用桁架式箭体，因为桁架接
头采用铰接，使得结构在受热状态下能保持良好 的工作状态。 桁架的质量、整流罩的质量、受力蒙皮的质量和 固定接头的质量累加起来，使它重量特性已经不 如薄壁梁式机身；
桁架式机身在利用内部空间方面潜力较差
桁架式机身的战斗生存力也差；
飞机结构设计
第6章 机身结构分析
6.1 机身的功用、对机身的要求 和机身的外形参数
6.1.1飞机机身的功用
装载乘员、设备和有效载荷 机身内还可装载燃油 布置起落架 放置发动机 机身作为飞机结构的基础，通过能承受载荷
的各种连接接头，把飞机的所有部件联成一 个整体。 机身的相对质量(与飞机质量相比)为 mf=0.08~0.15。
弯矩产生的轴向力(受Mz和My的作用)基本上靠大 梁的缘条来承受；
剪力Qv和Qh由垂直(侧向)和水平(上和下)的桁架构 件来承受，这些构件是支柱、横撑杆和斜撑杆；
扭矩Mt由4个平面桁架形成的闭合的空间构架来承 受。
6.3.2 薄壁梁式机身
桁梁式 桁条式
一、桁梁式机身
较强承弯能力的桁梁：没有腹板，是用模压和锻 造方法制造的横截面相当大的桁条。桁梁多半是T 型截面
图6.1 机身的结构和布局
6.1.2 对机身结构的基本要求
总的要求：
以最小的结构重量和最好的工艺性实现 飞机的功能。
6.1.2 对机身结构的基本要求
具体要求：
(1) 合理选择机身的外形和参数，使其在给 定 的外形尺寸下迎面阻力最小，有效容 积最大；
(2) 在翼身融合的飞机上采用能产生较大部 分升力的升力机身，这样可减小机翼面 积，降低机翼重量；
一、飞机其它部件传给机身的力 二、机身受到的质量力(如何计算？) 三、分布在机身表面上的气动力(局部) 四、机身密封舱、进气道和专用舱内的压差(民机) 五、特殊情况下机身上的载荷(规范)
图6.3 机身的受载，Qv、Qh、Mz、My、Mt内力图 (a)全机身；(b)后机身
6.2.2 机身的内力图(图6.3)
特点: 1. 机身在连接接头处对机翼和尾翼的支反力的值可
能比机翼升力（yw)和尾翼升力（yht和yvt)本身要 大； 2. 当发动机布置在后机身上时会使Mz明显增大； 3. 当质量沿X轴分散较大时或机身较长时，也会使 Mz 增大； 4. 增加垂尾高度会使Mt 增大。
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况