3.2 机翼典型受力型式的传力分析
如何通过理论力学分析机翼的受力情况?
如何通过理论力学分析机翼的受力情况?在航空领域中,机翼是飞机产生升力的关键部件。
要确保飞机的安全飞行,深入理解机翼的受力情况至关重要。
理论力学为我们提供了有力的工具,帮助我们分析机翼在不同飞行条件下所承受的各种力。
首先,我们来了解一下机翼的基本结构和形状。
机翼通常呈现出流线型,上表面较为弯曲,下表面相对平坦。
这种特殊的形状是为了有效地产生升力。
当飞机在空气中运动时,机翼会受到空气动力的作用。
其中,最重要的两个力是升力和阻力。
升力是垂直于飞行方向向上的力,它使得飞机能够克服重力而升空飞行。
阻力则是与飞行方向相反的力,会阻碍飞机的前进。
从理论力学的角度来看,升力的产生可以用伯努利原理来解释。
根据伯努利原理,在流速快的地方压力低,流速慢的地方压力高。
当气流流经机翼时,由于上表面的弯曲程度较大,气流流速加快,压力降低;而下表面相对平坦,气流流速较慢,压力较高。
这样就形成了上下表面的压力差,从而产生了升力。
为了更精确地分析机翼的受力情况,我们需要引入一些力学概念和公式。
例如,通过计算空气的动量变化,可以得出作用在机翼上的力。
在理论力学中,我们可以将机翼看作一个有限的控制体,空气在流经这个控制体时会发生动量和能量的变化。
此外,机翼还会受到重力的作用。
重力始终垂直向下,其大小等于机翼的质量乘以重力加速度。
在分析机翼的受力平衡时,必须要考虑重力的影响。
除了升力、阻力和重力,机翼在飞行中还可能受到其他力的作用。
例如,由于飞机的姿态变化,机翼可能会受到侧力。
当飞机进行转弯或受到侧风影响时,就会产生侧力。
在实际的飞行中,机翼的受力情况是非常复杂的,会受到飞行速度、飞行高度、机翼的姿态、空气的密度和温度等多种因素的影响。
为了全面分析机翼的受力,我们需要运用理论力学中的多个原理和方法。
例如,在研究机翼的颤振问题时,就需要用到结构动力学的知识。
颤振是一种可能导致机翼结构破坏的危险现象,它与机翼的固有频率、空气动力特性以及结构的阻尼等因素密切相关。
飞机部件传力分析
• 机翼分布载荷引起的剪力和弯矩
• 在上面剪力弯矩扭矩分布图中可以清楚地看到发动机集中 力对机翼的卸载作用。发动机的卸载考虑发动机的质量和 推力的作用。
• 气动载荷作用在压心,质量分布力作用在重心,压心、重 心与刚心不重合则引起分布扭矩。
• 机翼结构形式 不管机翼的平面形状如何,按抗弯材料的配置可 分为梁式、单块式和多墙式。
• 与一般工程梁的特殊性 机翼展长与弦长是同一数量级,研究载荷的弦向 分布。
机翼与机身连接复杂,考虑机身支承的弹性效应。
• 载荷由机翼向机身传递,在机翼中引起内力的有: 垂直剪力 垂直弯矩
水平剪力 水平弯矩
扭矩
• 水平剪力 水平弯矩相对于垂直剪力 垂直弯矩是 较小的,而机翼弦向宽度和惯性矩较大,水平剪 力和水平弯矩引起的剪应力和正应力较小,在结 构分析是可以忽略,故机翼的内力可用垂直剪力、 垂直弯矩和扭矩表示。
优点 蒙皮在气动载荷的作用下变形小。材料向剖 面外缘分散,抗弯、抗扭强度、刚度好。安全可 靠性好。
缺点 结构相对复杂,对接接头多,大开口需要较 强的加强件以补偿承弯能力。
• 多墙式 厚蒙皮 多纵墙 无桁条 少翼肋 厚蒙皮承受全部 弯矩
优点 很好的解决高速薄翼型一面的强度刚度与结 构重量的矛盾。刚度大,受力分散,破损安全性 好。
工艺性、使用性、经济性好。
充分利用内部空间装载燃油和设备。
• 机翼的外载荷 空气动力载荷 (只示出展向力,) 机翼结构的质量力 其它部件和装载传来的集中载荷
• 机翼的内力 机翼与机身相连,并相互支持。
当机翼在机身外侧与机身相连时,可将外翼视为 在机身上有固定支持或弹性支持的悬臂梁。
若左右机翼是一个整体则可看作是支持在机身ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的双支点的外伸梁。
机翼、尾翼结构分析
机翼、尾翼结构分析
机翼布置
机翼的外载特点
• 气动载荷 • 其它部件的集中载荷 • 结构的质量力
机翼的总体受力
机翼结构的典型元件
梁和纵墙
蒙皮和长桁
翼肋
机翼盒段、扭矩
封闭薄壁筒扭转刚度大 开口薄壁筒扭转刚度很差
机翼结构的典型受力型式
1 梁式
机翼结构的典型受力型式
2 单块式 (整体壁板)
• 多腹板式 上、下厚蒙皮受弯矩,刚度更
大;存在类似单块式问题
气动弹性问题
气动力和弹性力相互作用而引起 的飞机部件可能破坏或失效的各种 典型问题
• 扭转扩大 • 操纵反效 • 颤振
机翼的扭转扩大
超音速飞行一般不会出 现扭转扩大,因为 此时焦点显著后移
操纵反效
颤振
• 颤振是一种振动发散,需考虑变形 引起的加速度(惯性力),所以重 心位置起很大作用
1.升降舵 2.水平安定面 3.方向舵 4. 垂直安定面上部 5.升降舵调整片 6.水平安定面梁 7.水平安定面肋 8.水平安定面桁条 9.水平安定面后纵墙 10.蒙皮 11.垂直安定面梁 12. 垂 直 安 定 面 加 强 肋 13. 垂 直 安 定 面 肋 14.垂直安定面桁条 15.尾部整流罩 16.阻力板(减速板)
• 隔框 • 长桁与桁梁 • 蒙皮
某旅客机机身框
机身结构的典型受力型式
桁梁式 ; 桁条式(半硬壳式) ; 硬壳式
机身结构受力分析
旅客机地板结构
机身开口
• 1、口盖பைடு நூலகம்2、舱门
典型开口与口盖
大开口的受力特性
尾翼的功用
• 平衡 纵向(俯仰) 、 方向(偏航) • 稳定 • 操纵
尾翼的组成和构造
机翼结构
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三、机翼在载荷作用下的承载情况
机翼剖面的“三心”和一点 重心:机翼剖面上,重力与弦线交点。 刚心:当剪力作用于该点时,机翼只弯不扭,或机翼 受扭时,将绕其旋转。刚心位置约在38-40%b。 焦点:也称为空气动力中心,焦点可看为在迎角变化 时,升力增量的作用点。约在28%b处。 压心:空气动力R与机翼弦线的交点,即空气动力合力 作用点。它的位置随着α角而变化。
作用在机翼横剖面上的分布空气动力可简 化为作用在压力中心处的一个合力,并且和作 用的集中力一起等效为作用在刚心上的一个集 中剪力、一个扭矩和一个 弯矩。
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弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受? 如何传递?
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剪力: 由承剪力元件翼梁承担。
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扭矩:由承扭矩元件翼盒承担。
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弯矩:机翼结构不同承载元件不同。
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四、 梁式机翼结构上的总体力传递
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长桁:其主要功用是:第一是支持蒙皮,防止蒙皮因受局 部空气动力而产生变形过大;第二是把蒙皮传来的气 动力传给翼肋:第三是同蒙皮一起承受由弯矩而产生 的拉、压力。
翼肋:翼肋,分为普通翼肋和加强翼肋。普通翼肋用来维 持翼剖面形状,将蒙皮上的空气动力传到其它承力构 件上去,并支持桁条和蒙皮。加强翼肋除具有普通翼 肋的功用外,还作为机翼结构的局部加强件,承受较 大的集中载荷或悬挂部件。
应用,为合理进行飞机结构设计打下基础。
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第2章 飞机结构基本传力系统
➢机翼结构分析 ➢机身结构分析
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2.1 机翼结构分析
机翼翼面结构分析
• 4.传力分析方法
从结构的外载荷作用处(已知载荷 处)开始,依次取出各个构件部分或元 件为分离体,按它们各自的受力特性合 理简化成典型的受力构件,并根据与该 部分结构相连的其他构件的受力特性及 它们相互间的连接,由静力平衡条件, 确定出各级分离体上的作用力和支承力 ,并画出各构件的内力图。
二、翼面结构的典型受力型式
二、翼面结构的典型受力型式 2.多墙式
较多的纵墙(一般多于5个);蒙皮厚(可从几mm到十几mm),无长 桁
薄机翼,用梁有何弊端?
3.3 翼面典型结构型式及其传力分析
• 三、典型翼面结构型式的传力分析 – 构件在传递局部外载与总体内力时的不同受力 特性; – 不同结构型式中,构件传递总体内力的功用及 区别; – 不同结构型式传递总体内力的基本特征; – 构件在外力作用下的内力分布特征;
2. 各典型型式受力特点的比较 (1)单纯的梁式机翼,薄蒙皮和弱长桁均不参加机翼总体弯矩的传递, 只有的缘条承受弯矩引起时轴力。 (2)在单块式,多墙式机翼中,蒙皮、长桁,乃至主要是蒙皮发展成为 主要的承弯构件,机翼结构一般说材料利用率较高 (3)在承受总体力中的剪力和扭矩时,几种形式中各元件的作用基本相 同。
• 所谓翼面结构的受力型式是指结构中起主要作用的受力构 件的组成形式.各种不同的受力型式表征了翼面结构不同 的总体受力特点。
二、翼面结构的典型受力型式 1.薄蒙皮梁式机翼:梁强,少长桁,薄蒙皮
二、翼面结构的典型受力型式
2.多梁单块式
蒙皮较厚,与长桁、翼梁绦条组成可受轴力的壁板承受总体弯矩 ;纵向长桁布置较密,长桁截面积与梁的横截面比较接近或略小:粱 或墙与壁板形成封闭的盒段,增强了翼面结构的抗扭刚度
3.3 翼面典型结构型式及其传力分析
【内部教材】飞机结构与修理 第二章 机翼结构和受力分析
者在腹板上用支柱加强(图2-12(b))。
翼肋的选用: 相对载荷大,采用构架式; 相对载荷小,采用腹板式。 普通肋较多采用腹板式。 加强肋承受较大的载荷,当翼型较厚时,采用
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§2-2 机翼结构的外载荷
一、机翼的外部载荷 (一)机翼的外部载荷及其大小 1.飞行中,作用于机翼的外部载荷有: (1)空气动力q气动 (2)机翼结构的质量力q机翼 (3)部件的质量力P部件 (见图2-17)
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2.外部载荷的大小 飞行中,作用于机翼的各种载荷的大小是经常
是承受机翼的弯矩和剪力。
翼梁由梁的腹板和缘条(或称凸缘)组成,见图2 -8 。
腹板式翼梁 翼梁主要有 整体式翼梁 桁架式翼梁 (现代飞机的机翼,一般都采用腹板式金属翼梁
(图2-8)。)
1.腹板式翼梁 翼梁由缘条和腹板铆接而成。 缘条用硬铝或合金钢的厚壁型材制成,截面形状多为
“T”或“L”形。
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吊架的上连杆和斜支撑杆与机翼连接的接头处 采用结构保险销连接;
中梁与机翼连接的接头处采用结构保险螺栓连 接。
这些接头处的结构保险销或保险螺栓的作用是: 当发动机遭到严重损坏而导致剧烈振动或巨大阻 力时,该保险销或保险螺栓被剪断使发动机及其 吊架脱离机翼,防止损坏机翼而避免出现更大的 灾难性的破坏。
腹板用硬铝板制成。薄壁腹板上往往还铆接了许多硬 铝支柱,以增强其抗剪稳定性和连接翼肋。
为了合理地利用材料和减轻机翼的结构重量,缘条和 腹板的截面积,一般都是沿翼展方向改变的,即翼根部 分的截面积较大,翼尖部分的截面积较小。
飞机机翼力学分析报告
飞机机翼力学分析报告分析对象:飞机机翼1. 引言这份报告旨在对飞机机翼的力学性能进行分析。
飞机机翼作为飞行器的重要部件,其设计和性能直接影响飞机的飞行稳定性和操纵性。
通过对机翼的力学分析,我们可以了解其受力特点、承受载荷的能力以及变形行为等关键信息,为机翼的设计和优化提供理论基础。
2. 飞机机翼的结构和受力特点飞机机翼一般由前缘、后缘、翼型、翼剖面、副翼等组成。
机翼在飞行过程中受到多种力的作用,主要包括升力、阻力、重力和扭矩等。
升力是机翼最重要的力,其大小取决于机翼的形状、攻角和气动特性。
阻力是飞机抵抗空气流动阻力的力,其大小与机翼的形状和飞机速度等因素有关。
重力是机翼受到的向下拉的力,需通过升力来平衡。
扭矩是由于升力和重力的不对称而产生的力矩。
3. 机翼的载荷和应力分析在飞行过程中,机翼承受着各种载荷,如静载荷、动载荷和翼尖效应等。
静载荷主要由于飞机的重量和加速度产生,通过结构强度的设计要求来确定最大静载荷。
动载荷则主要由风荷载、机体振动和机动态飞行产生,需要对机翼进行动力学分析,并考虑疲劳寿命。
翼尖效应是指机翼尖部产生的较大气动力和涡流,需要进行有限元分析和实验验证。
对于以上载荷,机翼应力分析可以通过数值模拟和试验方法进行。
4. 机翼的结构变形分析在受到外力作用下,机翼会发生一定的弯曲和扭转变形。
这些变形会对机翼的性能产生直接影响。
通过数值模拟和实验手段,可以分析机翼的刚度和变形情况,进而评估其设计质量。
此外,机翼的变形还与材料的选择和加工工艺等因素相关。
5. 结论飞机机翼作为飞行器的关键部件,在飞行过程中承受着重要的力学载荷。
对机翼的力学分析有助于了解其受力特点、承受载荷的能力以及变形行为等关键信息。
通过合理的分析和优化设计,可以提高机翼的性能和飞行安全性。
因此,在飞机机翼设计和改进过程中,力学分析是一项必不可少的工作。
(注:此报告内容仅供参考,具体分析和结论需根据实际情况进行补充和调整。
飞机机翼力学分析报告
飞机机翼⼒学分析报告飞机机翼⼒学分析报告飞⾏器制造083614 孙诚骁⼀概述机翼的主要功⽤是产⽣升⼒,以⽀持飞机在空中飞⾏;同时也起⼀定的稳定和操纵作⽤。
是飞机必不可少的部件,在机翼上⼀般安装有飞机的主操作舵⾯:副翼,还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。
另外,机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备,机翼的主要内部空间经密封后,作为存储燃油的油箱之⽤。
1.受⼒形式机翼主要受两种类型的外载荷:⼀种是以空⽓动⼒载荷为主,包括机翼结构质量⼒的分布载荷;另⼀种是由各连接点传来的集中载荷。
这些外载荷在机⾝与机翼的连接处,由机⾝提供的⽀反⼒取得平衡。
2.主要单元纵向元件有翼梁、长桁、墙(腹板)横向元件有翼肋(普通翼肋和加强翼肋)以及包在纵、横元件组成的⾻架外⾯的蒙⽪⼆建⽴实体模型机翼型号:NACA 2414;矩形翼共5根肋,间距100mm,弦长550mm,梯形翼共12根肋(包括与矩形翼重复的翼肋),间距100mm,翼梢弦长318mm,前缘直径8mm,厚度1mm通过向patran软件导⼊翼型初始模型,运⽤patran的3d建模功能,对初始模型添加后墙,前缘和主梁,最后得到3d机翼模型三有限元划分对已经建⽴好的机翼模型进⾏⽹格划分,后墙及翼肋后半部分采⽤粗粒度三⾓单元⽹格,value值采⽤15 。
翼肋前半部分、前缘采⽤细粒度三⾓单元⽹格,value值采⽤10。
主梁采⽤实体⽹格,采⽤⾃动⽣成的value。
划分成功后删除重复节点就得到了分析模型。
四加载⽹格划分完成之后对其进⾏加载:⽀撑条件为翼根固结,受⼒形式为翼肋和梁交线中点处受到Z轴⽅向升⼒。
机翼上⽓动载荷分布表(表中编号X的意义为翼根处翼肋的右边第X根翼肋)五材料性能及属性单元类型材料属性表运⽤配套的nastran软件对机翼进⾏计算,主要计算量有总体应⼒,主梁应变,翼肋的⾯应⼒(机翼应变图)(主梁应⼒)(翼肋应⼒)经计算后发现机翼主梁根部受⼒最⼤,打到51.3MPa,翼肋也是根部受⼒最⼤,打到5.17MPa,总体变形的最⼤量在翼梢处,为2.66mm。
飞机结构基本传力系统和结构分析
第2章 飞机结构基本传力系统
➢机翼结构分析 ➢机身结构分析
2.1 机翼结构分析
0、引言 一、机翼构造元件 二、机翼构造型式(受力型式)
三、机翼在载荷作用下的承载情况
四、梁式机翼结构上的总体力传递
五、单块式机翼的传力分析 六、后掠机翼的传力分析 七、三角机翼的传力分析
0、引言
机翼是一个薄壁盒段,即当机翼受载时,一般Y不在其刚心 上,所以有垂直向上的趋势,且有弯和转动的趋势。其所以 没有动,是因为机身限制了它,也即提供了约束(提供了支 反力)。所以可认为机身是机翼的支持,机翼把载荷传给机 身,最后达到总体平衡。
总体力
Y方向: Qy Mx Mt
X方向: Qx My Mt
但Mx>> My ,所以一般只讨论Q(Qy)、M(Mx)、 Mt,在承受和传递Q(Qy)、M(Mx)、Mt中起作用 的受力的元件叫做参加总体受力(研究重点);只 承受局部气动载荷的为非主要构件。
一、机翼构造元件
纵向构件:梁,桁条,纵墙
横向构件:普通翼肋,加强翼肋
纵墙(腹板):纵墙,相当于翼梁,但缘条很弱,甚至没有 缘条.因此纵墙能承受剪力,还可和蒙皮组成封闭盒 段承受扭矩。
接头:用来连接机翼与机身,把机翼上的力传递到机身 隔框上。接头分为固接和铰接两种,固接的接头,接 点既不可移动,也不可转动;因此,它既能传递剪力 又能传递弯矩。铰接不可移动、但可以旋转,只传剪 力,不传弯矩。
三、机翼在载荷作用下的承载情况
机翼剖面的“三心”和一点 重心:机翼剖面上,重力与弦线交点。 刚心:当剪力作用于该点时,机翼只弯不扭,或机翼 受扭时,将绕其旋转。刚心位置约在38-40%b。 焦点:也称为空气动力中心,焦点可看为在迎角变化 时,升力增量的作用点。约在28%b处。 压心:空气动力R与机翼弦线的交点,即空气动力合力 作用点。它的位置随着α角而变化。
飞机副翼及尾翼结构和受力分析
蒙皮- 现代高速b) )。
后缘型材
通常在接头开口部位装有斜翼肋 (图3-1(c)), 用斜翼肋、加强板和翼梁组成的盒形结构来承受 开口部位的扭矩。
2.副翼与机翼连接
通常采用两个以上的副翼接头与机翼相连。连 接的副翼接头中,至少应有一个接头是沿展向固 定的,其余的接头沿展向应是可移动的。
2. 机动载荷 操纵升降舵使飞机作机动飞行时,水平尾翼
承受的载荷,称为机动载荷。 平衡载荷
机动载荷 为了破坏原有的力矩平衡而偏 转舵面时,所产生的载荷。
机动载荷随飞行速度的增大而增大,当飞行M数 较大时,会达到相当大的数值,对于水平尾翼结 构强度来说,它是一种主要的受力情况。
3.不对称载荷 水平尾翼的不对称载荷,主要是在侧滑或横滚 中产生的(图3-15)。
尾翼
垂直尾翼 垂直安定面
方向舵
1. 对尾翼的主要要求: 保证飞机平衡和具有必要的安定性及操纵性; 强度、刚度足够而重量轻; 尾翼载荷对机身的扭矩应尽可能小。
2.功用 使飞机能保持俯仰和方向平衡,并使飞机具有俯仰和
方向安定性、操纵性。
3.配置方式 尾翼在飞机上的配置方式有多种。它们是根据空气动
力性能和结构受力等方面的要求确定的。 最普通的配置方式是将水平尾翼和垂直尾翼分别安排 在机身尾部,如图3-10所示。
四、副翼结构中力的传递 空气动力在副翼结构中的传递情况与在机翼结构 中的传递情况相似: 空气动力→蒙皮→翼肋→翼梁腹板 机翼 剪力由梁腹板承受; 弯矩由梁缘条和有效宽度的蒙皮承受; 扭矩由闭周缘蒙皮承受。
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五、副翼的剪力、弯矩和扭矩图
图3-6给出了三支点情况下副翼结构的剪力、弯 矩和扭矩图。
【精品】飞机结构受力分析和抗疲劳设计思想
• 作用在机身上的外载荷, 通常可以分为对称载荷和 不对称载荷两种。与机身 对称面对称的外载荷,称 为对称载荷,反之称为不 对称载荷。
一、对称载荷
• 与机身对称面对称的载荷称为对称载荷。 飞机平飞和在垂直平面内作曲线飞行时, 由机翼和水平尾翼的固定接头传给机身的 载荷,以及当飞机以三点或两点(两主轮) 接地时,传到机身上的地面撞击力等,都 属于对称载荷。 • 在对称载荷作用下,机身要受到对称面内 的剪切和弯曲作用。一般在机身与机翼联 接点处,机身承受的剪力和弯矩最大。
2.1.3 机翼的受力图
• 机翼主要受两种类型的外载荷: • 一种是以空气动力载荷为主,包括机翼结 构质量力的分布载荷; • 另一种是由各连接点传来的集中载荷。这 些外载荷在机身与机翼的连接处,由机身 提供的支反力取得平衡。
空气动力分布载荷
机翼重力 分布载荷
P部件
一、平直机翼各截面的 剪力、弯矩和扭矩图
• 机翼在外部载荷作用下,象一根固定在机 身上的悬臂梁一样,要产生弯曲和扭转变 形,因此,在这些外载荷作用下,机翼各 截面要承受剪力、弯矩和扭矩。
机翼上所受的剪力、弯矩、扭矩
垂直剪力
垂直弯矩
水平弯矩
水平剪力
扭矩
•由于机翼结构沿水平方向尺寸较大,因而水平剪力和水平弯矩对飞机结构受 力影响较小,在受力分析时只分析垂直剪力、扭矩和垂直弯矩。
弱,少,有时断开 多,强
梁式、单块式机翼的结构特点
剪 机翼型式
力
弯
矩
扭
矩
翼梁腹板 梁式机翼
翼梁缘条 蒙皮与翼梁腹板的盒段 翼梁缘条、桁条、蒙皮 组成壁板
单 块 式
翼梁腹板
蒙皮与翼梁腹板的合段
梁式、单块式机翼的受力特点
无人机维护与维修-无人机结构受力特点
皮及桁条承受; ➢ 剪力、扭矩全部由蒙皮承受。 使用特点: ➢ 适于大开口。
机身结构形式
半硬壳式机身
2.桁条式机身
结构特点: ➢ 局部弱梁或无梁; ➢ 桁条多而强; ➢ 蒙皮比较厚, 受力特点: ➢ 弯矩轴向力全部由壁板承受; ➢ 剪力、扭矩全部由蒙皮承受。 使用特点: ➢ 适用于高速飞机; ➢ 不宜开大口。
和张线组成的桁架承受。 ➢ 只适用于低速飞机
机翼结构形式
1.布质蒙皮机翼
机翼结构受力分析
机翼结构形式
机翼结构受力分析
2.金属蒙皮机翼 1)梁式机翼(单梁式、双梁式)
机翼结构形式
机翼结构受力分析
2.金属蒙皮机翼
1)梁式机翼(单梁式、 双梁式)
机翼结构受力分析
机翼结构形式
2.金属蒙皮机翼
1)梁式机翼(单梁式、双梁式)
垂直弯 矩
水平弯 矩
水平剪力
扭矩
机翼结构形式
回顾:机翼的典型受力
飞机结构
机翼结构形式
飞机结构
机翼结构受力
飞机结构
机翼结构形式
1.布质蒙皮机翼
机翼结构受力分析
➢ 布质的蒙皮不能承受弯矩、 扭矩,只能承受张力。
➢ 弯矩主要由翼梁缘条承受。 ➢ 剪力主要由翼梁腹板承受。 ➢ 扭矩主要由翼梁、加强翼肋
; ➢ 隔框承受、传递集中力并维
持机身剖面形状。 使用特点: ➢ 强度、刚度大; ➢ 机身重量大; ➢ 不适于大开口。
机身结构形式
机身结构形式
半硬壳式机身
将金属蒙皮与隔框、大梁、桁条牢固地铆接起来,成为一个受力的整体,就称为半 硬壳式机身。
飞机结构与系统(第三章 飞机翼面结构)
一些力学基本概念
内力、截面法和应力的概念 2.截面法: 主要步骤: 2)用作用于截面上的内力代替代替弃去部分对留 下部分的作用; 3)对留下部分,列平衡平衡方程求出内力。
南京航空航天大学民航学院
一些力学基本概念
内力、截面法和应力的概念 3.应力: 为了表示内力在一点处的 强度,引入内力集度,即应 力的概念。
三、机翼的外载特点 4)机翼的扭矩:
压心(压力中心):翼剖面上气动载荷的合力与翼弦的交点, 也称焦点。 q气动大小同该处翼弦长成 正比,沿展向近似线 性分 布作用在压力中心线上, 方向近似垂直翼弦。
南京航空航天大学民航学院
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
三、机翼的外载特点 4)机翼的扭矩:
质心:机翼结构质量力与翼弦的交点。 亚音速飞行时:通常压心在弦长28%处;刚心在弦长38%~ 40%处;质心在弦长42%~45%处。 扭矩产生原因: 三心(压心、刚心 、质心)不重合
保证飞机纵向气动力矩平衡的平尾上的载荷。此时水平安 定面上的载荷往往与升降舵的载荷方向相反,平尾受到较大 扭矩。
2) 机动载荷: 在不平静气流或机动飞行时偏转升降舵或方向舵产生的载 荷,是尾翼的主要受力情况。
南京航空航天大学民航学院
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
四、尾翼的外载特点
尾翼上的气动力外载: 3)不对称载荷:
(机翼的内力图) 南京航空航天大学民航学院
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
四、尾翼的外载特点
安定面: 气动力、质量力、舵面 悬挂接头传来的集中力。 舵面: 气动力、质量力 安定面的受力情 况与机翼类似。
南京航空航天大学民航学院
机翼、尾翼功用、设计要求及外载特点
四、尾翼的外载特点
某机翼部件巡航状态下的受力分析
目录1 绪论 (1)1.1 机翼受力分析的目的和意义 (1)1.2 机翼受力分析要解决的问题 (1)1.3 对机翼结构进行传力分析的基本方法 (2)2气动升力的计算 (2)2.1 机翼的功用与要求 (2)2.1.1 机翼的功用 (2)2.1.2 机翼的设计要求 (2)2.2机翼的外载特点 (3)2.2.1机翼的外载有以下三类 (3)2.2.2机翼的总体受力 (4)2.3机翼结构的典型元件与典型受力型式 (6)2.4机翼的外形参数 (9)2.4.1 翼型的几何参数 (9)2.4.2 机翼的几何特性 (11)2.5翼型气动力的基本计算理论 (13)2.5.1 气动特性公式 (15)2.6对于具体弹翼的气动力的计算 (19)3有限元分析 (26)3.1有限元的发展史 (26)3.2有限元的概述 (26)3.3有限元的基本思想与特点 (27)3.3.1 有限元分析的特点 (27)3.3.2 有限元分析的基本思想 (28)3.4有限元法的基本步骤 (28)3.5对机翼进行具体的分析 (31)4结论 (37)参考文献 (38)致谢 (40)1 绪论1.1 机翼受力分析的目的和意义机翼主要用于产生升力,因此满足空气动力方面的要求是首要的。
机翼除保证升力外,还要求阻力尽量小。
机翼的气动特性主要取决于其外形参数,这些参数在总体设计时己经确定;结构设计应从强度、刚度、表面光滑度等各方面来保证机翼气动外形要求的实现,所以机翼结构设计的一个问题就是怎么才能保证机翼在飞行过程中的气动外形[1]。
对于机翼,在外形、装载和连接情况己定的条件下,重量要求是机翼结构设计的主要要求,具体地说就是要设计出一个既能满足强度、刚度和耐久性要求,又尽可能轻的结构来。
当飞机在高速飞行时,很小的变形就可能严重恶化机翼的空气动力性能;刚度不足还会引起颤振和操纵面反效等严重问题。
值的注意的是:随着飞行速度的提高,机翼所受载荷增大;然而由于减小阻力等空气动力的需要,此时机翼的相对厚度却越来越小,再加上后掠角的影响,致使机翼结构的扭转刚度、弯曲刚度越来越难保证,这些都将引起机翼在飞行中变形的增加。
飞机机翼结构分析
飞机机翼结构分析前言飞机机翼结构分析实根据发《飞机结构强度》一书中第三章的内容,本文主要论述了飞机机翼的功用及翼面结构。
机翼由副翼前缘缝翼襟翼扰流板组成,从机翼的空气动力载荷到机翼的总体受力,能够更深入更全面的了解机翼了解航空领域所涉及学科的基础知识基础原理及发展概况,对开拓视野,扩大知识面以及今后的学习和工作都有帮助。
1.1机翼的功用机翼是飞机的一个重要部件,其主要功用是产生升力。
当它具有上反角时,可为飞机提供一定的横侧安定性。
除后缘布置有横向操纵用的副翼、扰流片、等附翼外,目前在机翼的前、后缘越来越多地装有各种形式的襟翼、缝翼、等增升装置,以提高飞机的起降或机动性能。
机翼上常安装有起落架、发动机等其它部件。
现代歼击机和歼击轰炸机往往在机翼下布置多种外挂,如副油箱和导弹、炸弹等军械设备。
机翼的内部空间常用来收藏起落架或其部分结构和储放燃油。
特别是旅客机,为了保证旅客的安全,很多飞机不在机身内贮存燃油,而全部贮存在机翼内。
为了最大限度地利用机翼容积,同时减轻重量,现代飞机的机翼油箱大多采用利用机翼结构构成的整体油箱。
此外机翼内常安装有操纵系统和一些小型设备和附件。
1.2翼面结构设计要求1.气动要求翼面是产生升力主要部件,对飞行性能有很大的影响,因此,满足空气动力方面的要求是首要的。
翼面除保证升力外,还要求阻力尽量小﹙少数特殊机动情况除外﹚。
翼面的气动特性主要取决于其外行参数﹙如展弦比、相对厚度、后掠角和翼型等﹚,这些参数在总体设计时确定;结构设计则应强度、刚度及表面光滑度等方面来保证机翼气动外形要求的实现。
2.质量要求在外形、装载和连接情况一定的条件下,质量要求时翼面结构设计的主要要求。
具体地说,就是在保证结构完整性的前提下,设计出尽可能请的结构。
结构完整性包含了强度、刚度、耐久性和损伤容限等多方面内容。
3.刚度要求随着飞机速度的提高,翼面所受载荷增大,特别对于高机动性能歼击机和高速飞行的导弹;由于减小阻力等空气动力的要求,翼面的相对厚度越来越小,再加上后掠角的影响,导致翼面结构的扭转刚度、弯曲度将越来越难保证,这些均将引起翼面在飞行中的变形增加。
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多腹板机翼的启发问题
1、 无肋时,气动载荷是怎麽传的? 2、 是否还有扭矩(或扭转变形引起的剪流) 3、如无中央翼会怎样?
四.综述三个典型受力型式:
1.受Q 的形式没有改变;
2.不同之处主要是受M的元件分布由 集中(梁式)分散(单块式)更分散(多腹板式)
并由此还将影响到翼肋和蒙皮的受载情况有所差异
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剪力传递: 因长桁、蒙皮较强,承轴向正应力能力大, 梁腹板受剪时,产生的轴向剪流(将形成弯矩) 由梁橼条,长绗、蒙皮组成的壁板承受。
传递过程: 腹板剪流
梁橼条 蒙皮(受剪)
第一长桁
假定承受正应力能力折算到长桁
第二长桁 蒙皮
蒙皮
橼条、长桁分担轴力大小 与他们的拉压刚度成正比例
内力N沿展向分布按斜折线规律分布,同梁式。
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3.2 机翼典型受力型式的传力分析
压心:空气动力R与机翼弦线的交点,即空气动力合力 作用点。它的位置随着α角(Cy )而变化。 α →Cy →压心前移,接近焦点。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
分布气动力作用在蒙皮上 谁支持蒙皮?
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4
3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
2. 总体剪力在梁式机翼的上的传递
(受力元件的力平衡图)
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
3. 总体弯矩在梁式机翼的上的传递 由翼梁承担。
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递 4. 总体扭矩在梁式机翼的上的传递 由翼盒承担。
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各基本元件(指受总体力) 可能发生什么破坏形式
1.梁缘条
拉坏
压 压坏 失稳 局部: 主要与各板的支持情况及 b/t 有关 总体: 主要与杆长L与J有关, 支持情况 ( 两个平面支持, 一般不易总体失稳)
2.桁条: 完全同上,只是因没有腹板支持易总体失稳。
3.蒙皮、腹板:剪坏,剪切失稳与a/b有关,与支持情况有关 此时翼肋长桁又是它的支持。
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下图所示两种受力模型的传力路线相同吗? P
解: 将P移到刚心得
P`=P
Mt=P*3
R前`= 3/4P
R后 =1/4P
qt= 3P
=3/8P
214
Rt前“= 3/8P1 Rt后“= 3/8P1
R前= 3/4P-3/8P=3/8P R后= 1/4P+3/8P=5/8P
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2. 翼形变薄 承弯能力要求
两者矛盾
办法: 提高有效高度,可采用后面介绍的多腹板式
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二、单块式机翼的传力分析
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单块式机翼的气动载荷是如何在翼肋上传递的?
请观看动画
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传力分析:
Q
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Q
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单块式机翼的载荷是如何传递的?
请观看动画
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
航向(X向)集中力: 由肋扩散. 向上集中力P作用下: 向上运动由梁腹板提供支反力限制;
转动由梁腹板蒙皮提供支反剪流限制。
加强肋内力图见右图
受力特点: 弯矩剪力往往较大
结构特点: 肋腹板缘条比较强;
2020/3/26 与翼梁 蒙皮的连接也比较强。
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
1. 气动力在梁式机翼的翼肋上的传递
(翼肋的力平衡图)
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
Heff 多腹板;
薄翼刚度要求
厚蒙皮 无长桁
传力特点: 若无普通肋
蒙皮气动载荷
腹板(展向一长条蒙皮上的气动载荷)
蒙皮(轴力 侧肋(剪力)
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*对多腹板小展弦比直机翼, 由于各梁刚度、载荷 不一样, 会有附加剪流
翘曲变形
弯曲刚度大
弯曲刚度小
对刚度大的梁加载,对刚度小的梁卸载
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应掌握几点:
1.蒙皮、长桁、梁上的q、N均有变化 蒙皮: 扭矩和轴向剪流——蒙皮受剪传递——肋上附加剪流 (肋上剪流分布改变,与受正应力元件面积有关) 长桁: 正应力 梁: 一部分传给长桁,故N较小。
2.如果蒙皮,长桁均受正应力,则剪流分布有何不同? —— 阶梯 —— 斜折线
翼梁承受并扩散。
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3.2.2 机翼结构上的总体力传递
机翼结构上的总体力传递 总体力:剪力、弯矩、扭矩。
作用在机翼横剖面上的分布空气动力可简化为作用在压力 中心处的一个合力,并且和作用的集中力一起等效为作用在刚心 上的一个集中剪力和一个扭矩。
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3.2.2 机翼结构上的总体力传递
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3.剪流(轴向)如何传到长桁上——蒙皮受剪,所以肋上剪流多
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应掌握几点:
4.分离面为何要这样安排? 主要使 M: 左右自身平衡(当对称时) ------机翼贯穿
Q,Mt:在直机翼中不进入中央翼
(与机身相连处根接头 肋)
但反对称Mt要在中央翼上平衡
5. 中央翼一般有些什么元件? 必需 长绗,蒙皮 翼肋主要作为支持,但在与机身连接处要
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
有关力等效的两个问题 问题1. 是否可用等效力系画内力图? 问题2. 是否可用等效力系求支反力?
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举例: 加强肋传力分析
P
前梁
后梁
B
设: H=1, B=4 , 前梁刚度为3, 后梁刚度为1
问题: 1.是否仅后梁腹板提供支反剪力? 2.加强肋是否可简化为双支点梁?
3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
梁式机翼的总体扭矩由翼盒传递到机翼根部 由机翼根肋传给机翼机身接头。
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
5. 机翼上集中力的传递
集中力来源: 副翼 襟翼 机翼挂架等连接 接解决办法: 集中力作用处布置构件扩散。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
集中力(X向、Y向、Z向) 例副翼接头载荷 :由翼肋和加强 翼梁承受并扩散。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
总结:分布气动力作用在蒙皮上(谁支持蒙皮?) 分布气动力作用在翼肋和长桁 (谁支持翼肋和长桁?)
蒙皮 :由翼肋和长桁支持。 长桁 : 由翼肋支持。 翼肋 : 由翼肋后方的机翼盒段支持。 集中力(X向、Y向、Z向) 例副翼接头载荷 :由翼肋和加强
6.如果不带中央翼:要出现参与区,影响效率
--桁梁式机翼
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3三.2、.5多多腹腹板板式式结机构翼的传力分析
结构特点: 纵墙多( >5) ;蒙皮厚(几~十几mm);
无长绗 ;有多肋和少肋 两种。 与机身连接 同单块式
同梁式(由多腹板 多梁式)
用处: 小展弦比; 高速飞机(薄翼)或后掠翼
3.2 机翼典型受力型式的传力分析
机翼剖面的“三心”和一点
重心:机翼剖面上,重力与弦线交点。
刚心:当剪力作用于该点时,机翼 只弯不扭,或机翼受扭时, 将绕其旋转。 刚心位置约在38-40%b。
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3.2 机翼典型受力型式的传力分析
焦点:也称为空气动力中心,焦点可看为在 迎角变化 时,升力增量的作用点。约在28%b处。
蒙皮 :由翼肋和长桁支持。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
分布气动力作用在翼肋和长桁 谁支持翼肋和长桁?
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
长桁 : 由翼肋支持。
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3.2.1空气动力向翼肋上的传递分析
翼肋 : 由翼肋后方的机翼盒段支持。
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3.2.4 单块式机翼结构上的总体力传递
结构特点: 梁较弱或只有墙;蒙皮较厚(t>3);长桁多且强。
受力特点: 由梁缘条、长桁和蒙皮组成的壁板承弯 其它传力路线同梁式
气动载荷传给蒙皮,蒙皮传给桁条和翼肋,翼肋传给蒙皮和腹板
用处: 从高速飞机要求看:
1. V 气动载荷 局部刚度 要求
弯矩、剪力和扭矩由那些元件承受? 如何传递?
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3.2.2 机翼结构上的总体力传递
剪力: 由承剪力元件翼梁承担。
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3.2.2 机翼结构上的总体力传递
扭矩:由承扭矩元件翼盒承担。
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3.2.2 机翼结构上的总体力传递
弯矩:机翼结构不同承载元件不同。
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3.2.3 梁式机翼结构上的总体力传递
结论: 1.前梁上有载荷,也即一般不能抵消,而是会使盒段扭!
P力不是全部由后梁传往根部,而是会在盒段上整 个加载。 2.双梁式不是双支点简支梁! 加强肋是由后盒段周缘连接的。 3.传集中力时,要通过某些加强构件把它转化为适宜于