飞机结构设计 第1章 绪论
空间飞行器总体设计
第一章—绪论1.各国独立发射首颗卫星时间。
表格 1 各国独立发射首颗卫星时间表2.航天器的分类？答：航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类。
其中，无人航天人按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器两大类；载人航天器可以分为载人飞船、空间站和航天飞机。
3.什么是航天器设计？答：航天器设计就是要解决每一个环节的具体设计，其中主要的几个关键内容为：航天任务分析与轨道设计、航天器构形设计、服务与支持分系统的具体设计。
4.画图说明航天器系统设计的层次关系并简述各组成部分的作用。
答：图 1 航天器系统设计的层次关系图(1).有效载荷分系统：航天器上直接完成特定任务的仪器、设备和核心部分；(2).航天器结构平台：整个航天器的结构体(3).服务和支持系统：有效载荷正常工作的必要条件。
①结构分系统：提供其他系统的安装空间；满足各设备安装方位，精度要求；确保设备安全；满足刚度，强度，热防护要求，确保完整性；提供其他特定功能②电源分系统：向航天器各系统供电③测控与通信系统：对航天器进行跟踪，测轨，定位，遥控，通信；④热控系统：对内外能量管理和控制，实现航天器上废热朝外部空间的排散，满足在飞行各阶段，星船各阶段、仪器设备、舱内壁及结构所要求的温度条件；⑤姿态与轨道控制系统：姿态控制--姿态稳定，姿态机动；轨道控制--用于保持或改变航天器的运行轨道，包括轨道确定（导航）和轨道控制（制导）两方面，使航天器遵循正确的航线飞行。
、⑥推进系统：向地球静轨道转移时的近地点与远地点点火；低轨道转移时，低轨到高轨的提升与离轨再入控制；星际航行向第二宇宙速度的加速过程；在轨运行⑦数据管理系统：将航天器遥控管理等综合在微机系统中⑧环境控制与生命保障：维持密闭舱内大气环境，保证航天员生命安全5.航天器的特点及其设计的特点？答：航天器的特点有5个，(1).系统整体性；(2).系统层次性；(3).航天器经受的环境条件：运载器环境、外层空间环境、返回环境；(4).航天器的高度自动化性质；(5).航天器长寿面高可靠性。
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。
第一章 飞机结构
第一章- 飞机结构摘要：飞机结构是第一章，主要讲述了飞机的机身，机翼，尾翼，起落架，和发动机这几个主要结构部分。
根据美国联邦法规全书(CFR)第14篇第一部分的定义和缩写，飞行器(Aircraft)是一种用于或者可用于飞行的设备。
飞行员执照的飞行器分类包括飞机(Airplane)，直升机，气球类(lighter-than-air)，动力升力类(powered-lift)，以及滑翔机。
还定义了飞机(Airplane)是由引擎驱动的，比空气重的固定翼飞行器，在飞行中由作用于机翼上的空气动态反作用力支持。
本章简单介绍飞机和它的主要组成部分。
主要组成部分尽管飞机可以设计用于很多不同的目的，大多数还是有相同的主要结构。
它的总体特性大部分由最初的设计目标确定。
大部分飞机结构包含机身，机翼，尾翼，起落架和发动机。
机身机身包含驾驶舱和/或客舱，其中有供乘客使用的坐位和飞机的控制装置。
另外，机身可能也提供货舱和其他主要飞机部件的挂载点。
一些飞行器使用开放的桁架结构。
桁架型机身用钢或者铝质管子构造。
通过把这些管子焊接成一系列三角形来获得强度和刚性，成为桁架结构。
图1-2就是华伦桁架。
华伦桁架结构中有纵梁，斜管子和竖直的管子单元。
为降低重量，小飞机一般使用铝合金管子，可能是用螺钉或者铆钉通过连接件铆成一个整体。
随着技术进步，飞行器设计人员开始把桁架单元弄成流线型的飞机以改进性能。
在最初使用布料织物来实现的，最终让位于轻金属比如铝。
在某些情况下，外壳可以支持所有或者一主要部分的飞行载荷。
大多数现代飞机使用称为单体横造或者半单体构造的加强型外壳结构。
单体横造设计使用加强的外壳来支持几乎全部的载荷。
这种结构非常结识，但是表面不能有凹痕或者变形。
这种特性可以很容易的通过一个铝的饮料罐来演示。
你可以对饮料罐的两头施加相当的力量管子不受什么损坏。
然而，如果罐壁上只有一点凹痕，那么这个罐子就很容易的被扭曲变形。
实际的单体造型结构主要由外壳，隔框，防水壁组成。
第一章飞机结构
单块式机翼：梁弱，多长 桁、厚蒙皮
• 由蒙皮、桁条和缘条组 成一整块构件。现代飞 机多采用单块式机翼。
桁条
蒙皮
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
一、蒙皮：蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。 蒙皮受到垂直于其表面的局部气动载荷；
蒙皮还参与机翼的总体受力—— 它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起， 形成封闭的盒式薄壁梁承受机翼的扭矩
飞
机
结
构航 空
工 程 学
孟 令
院兵
第0章 授课计划
授课内容 第一章 飞机结构 第二章 重量与平衡 第三章 液压系统 第四章 起落架系统 第五章 飞机飞行操纵系统 第六章 座舱环境控制系统 第七章 防水排雨系统 第八章 飞机燃油系统 第九章 飞机防火系统 第十章 飞机电子系统
课时 12 8 8 8 6 6 4 4 4 4
• 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。
翼肋RIB
形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体； 把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。
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蒙皮
• 承受空气动力，形成和维持机翼外形，并承受扭矩，有 些机翼蒙皮还承受弯矩。
接头
• 特点：蒙皮较厚；桁条 较多而且较强；弯曲引 起的轴向力由蒙皮、桁 条和缘条组成的整体壁 板承受。
• 优点：能较好的保持翼 形；抗弯、扭刚度较大； 受力构件分散；
西工大飞行器结构力学电子教案
西工大飞行器结构力学电子教案第一章：绪论1.1 课程简介1.2 飞行器结构力学的研究对象和内容1.3 飞行器结构力学的应用领域1.4 学习方法和教学要求第二章：飞行器结构的基本受力分析2.1 概述2.2 飞行器结构的受力分析方法2.3 飞行器结构的受力类型及特点2.4 飞行器结构的基本受力分析实例第三章：飞行器结构的弹性稳定性分析3.1 概述3.2 弹性稳定性的判别准则3.3 飞行器结构弹性稳定性分析方法3.4 飞行器结构弹性稳定性分析实例第四章：飞行器结构的强度分析4.1 概述4.2 飞行器结构强度计算方法4.3 飞行器结构材料的力学性能4.4 飞行器结构强度分析实例第五章：飞行器结构的刚度分析5.1 概述5.2 飞行器结构刚度计算方法5.3 飞行器结构刚度分析实例5.4 飞行器结构刚度优化设计第六章：飞行器结构的疲劳分析6.1 概述6.2 疲劳寿命的计算方法6.3 疲劳裂纹扩展规律6.4 飞行器结构疲劳分析实例第七章：飞行器结构的断裂力学分析7.1 概述7.2 断裂力学的基本概念7.3 断裂判据和裂纹扩展规律7.4 飞行器结构断裂力学分析实例第八章：飞行器结构的动力学分析8.1 概述8.2 飞行器结构动力学的基本方程8.3 飞行器结构的动力响应分析8.4 飞行器结构动力学分析实例第九章：飞行器结构复合材料分析9.1 概述9.2 复合材料的力学性能9.3 复合材料结构分析方法9.4 飞行器结构复合材料分析实例第十章：飞行器结构力学工程应用案例分析10.1 概述10.2 飞行器结构力学在飞机设计中的应用10.3 飞行器结构力学在航天器设计中的应用10.4 飞行器结构力学在其他工程领域的应用重点和难点解析重点环节一：飞行器结构的基本受力分析补充和说明：飞行器结构的基本受力分析是理解飞行器结构力学的基础，需要掌握各种受力类型的特点和分析方法，并通过实例加深理解。
重点环节二：飞行器结构的弹性稳定性分析补充和说明：弹性稳定性是飞行器结构设计中的关键问题，需要理解判别准则，掌握分析方法，并通过实例了解实际应用。
飞机结构设计-N第23讲_总复习
•
• 结构设计的成果：
• 完成结构(含各部件)装配图，
• 零、构件生产图，
• 以及相应的技术文件。
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第一章：绪论及基本概念
5.飞机结构设计的基本内容
1. 了解结构的使用条件、生产条件和协调关系，以及总体 设计对结构的设计要求(即结构外形尺寸、重量、结构型 式等要求)。
2. 根据强度规范确定外载荷、载荷分布、安全系数。 3. 进行结构方案比较，初步选定结构方案后进行结构布局
表
动力装置产生的推力 T 面
起飞着陆时作用在前、主起 力
落架的地面反力 Pn 、 Pm
质量力
与飞机的质量m有关的力，其中包括飞机总重G和惯 性力N。
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第三章：外载荷
◣飞机在空中飞行时的受力情况可简化成图
Pf Pn Pm
此时飞机既有平移运动，又有旋转运动，总的平衡关系为
∑Fx = 0, T - X = max = Nx ∑Fy = 0, Yw - Yt = m ( g+ ay ) = G +Ny
12
第二章：设计方法
6.飞机结构设计方法
• 主要介绍几种以计算机技术为基础的重要的设计方法和
技术
1. 有限元素法 2. 结构优化设计 3. 计算机辅助设计（含计算机辅助制造） 4. 并行工程方法 5. 主动控制技术及自适应结构与智能结构
13
第三章：外载荷
外界作用在飞机上的外力有：
升力 Y
阻力 X
3.结构的使用条件
环境条件
结构的使用条件
起飞着陆条件
气象条件：飞行领域和停机时的温度和湿度 周围介质条件：所处环境的周围介质状态， 如海水腐蚀等
地面起飞：飞机受载及起落架设计要求不同
飞行器结构动力学_第1章_2014版 [兼容模式]
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– 第四章：连续系统
• 杆的振动 轴的振动 • 梁的振动 薄板振动
– 第五章：结构动力学建模
• 有限元模型建立（第6章） • 结构模态分析（第7章）
第1章 概 论
第1章 概 论
现代有限元分析——结果
第1章 概 论
实验手段
地面静力实验
第1章 概 论
地面振动实验（Ground Vibration Test，GVT）
• 确保边界条件 • 激励方式
第1章 概 论
• 传感器布置 • 信号处理
F-16 GVT悬吊
第1章 概 论
风洞实验——颤振
第1章 概 论
NASA兰利
第1章 概 论
结构动力学建模（2）
• 原则 – 保持原有系统的动力学特性（或近似） – 必须和观察到的实际模型尽可能相似
• 初步设计阶段可采用一定简化，详细设计阶段 尽可能细化
• 方法 – 1.集中参数描述的离散系统 – 2.分布参数描述 – 3.两种方法的混合
• 例子： – 导弹在空中飞行；飞机在空中飞行
• 量子场理论（quantum field theory，QFT）：具有很多自由度的量子一级
的问题 第1章 概 论
背景知识（续）
牛顿
• 牛顿三定律
– 奠定了经典力学基础 • 《自然哲学的数学原理》
– 对第2、3定律给出了合理的科学和数学描述 – 阐述了动量守恒和角动量守恒原理 • 万有引力定律 – 最先给出引力的科学、准确的表达式 • 牛顿运动定律和万有引力定律 – 对经典力学进行了最完整和最准确的描述 – 适用于日常物体和天体 • 发明了微积分 – 莱布尼茨发明了现在常用的求导和积分符号
飞机结构—第一章 绪论
《飞机结构》
第一章 绪论：飞机结构设计概述 ——§2 飞机的研制
二、飞机设计过程
2. 结构设计 1）结构 本课程中，结构指：能承受和传递载荷的系统，即受力结构。 一架飞机的整个结构，包含：机翼、尾翼、机身、发动机短舱、 起落架、操纵系统（机械操纵系统部分）及其他受力结构等部件或 组件结构。 • 部件结构：机翼、机身。 • 组件结构：组成部件的大段结构。 • 构件：很少零件装配而成。 • 元件：零件或构件作为具有一定功用的基本单元。
飞机结构
刘晖
明故宫校区科学馆 302室 Tel：84890755 Email：Liuhui@
飞机结构
飞机的基本组成
1. 飞机结构：
• 机体： －机身（装载、连接） －机翼（产生升力） －尾翼（使飞机具有操纵性与稳定性） • 起落架（起飞、着陆、滑跑） • 发动机（产生推力）
2. 操纵系统 （保证操纵性与稳定性） 3. 机载设备等 （保证飞机可靠控制 与飞行安全）
《飞机结构》
第一章 绪论：飞机结构设计概述 ——§2 飞机的研制
二、飞机设计过程
2. 结构设计 2）结构设计的含义 根据结构设计的原始条件和基本要求，提出方案及进行具 体的部件和零构件设计，进行强度计算和必要的试验，最后绘 出结构图纸，完成相应的技术文件，以使生产单位能根据这些 图纸和技术文件进行生产。
－军用飞机和民用飞机
2. 民用飞机
1） 航线飞机/民用运输机 （用于商业飞行的客机和货机） ①按功能分： 客机 、 货机、客货两用机。 ②按巡航速度： 低（M<0.4） 亚（M=0.4~0.6） 高亚（M=0.6~1） 超（M>1） ③按动力装臵： 活塞、涡桨、涡扇、涡喷 ④按航程： 短（＜2500km）、中（2500~4500km）、远（4500~8000km）、 洲际（>8000km）
第一章 绪论
主要内容： 机器的作用，组成机器的基本要素，零 件的概括分类；零件与机器的关系；本课程的内容、 性质与任务。 基本要求： 明确机械设计在现代化建设中的重要作 用；明白零件设计在机械设计中的地位；了解课程的 内容、性质与特点、与先修课程和后续课程的关系。 重 点： 组成机器的基本要素和机械零件的分 类，零件与机器的关系；本课程的内容、性质与任务。
第一章 绪论
八、参考资料
《机械设计》 孔志礼、马星国主编 科学出版社
《机械设计习题与解析》 修世超、李庆林主编 科学出版社 《机械设计》 邱宣怀主编 高等教育出版社 高等教育出版社
《机械设计课程设计手册》 吴宗泽主编
第一章 绪论
三、本课程的任务
1）培养学生掌握通用零件的设计原理、方法 和机械设计的一般规律； 2）树立正确的设计思想，了解国家当前的有 关技术经济政策； 3）具有使用标准、规范、手册、图册及查阅 资料的能力； 4）掌握典型零件的实验方法，获得实验技能 的基本训练； 5）了解机械设计的新发展。培养创新能力。
情 报 学
工 程 力 学
数学
机 构 学
流
方 辩 体 法 证 力 论 法 学
化学
电 磁 学
热 力 学
基 础 工 程 学
物理学
泉水
基 础 科 学
第一章 绪论
第二节 机器的基本组成要素
一、机器的基本组成要素
静联结 动联结 与动力 源组合
零件
构件
机构
机器
机器的基本组成要素就是机械零件 。
第一章 绪论
任何机械设计都是由若干个零件组成，机器的 性能好坏就取决于它的主要零件和关键零 件的性能好坏。要想设计出好 的机器，必须首先设计好它的 零件。因此，机械零件的设计 是机械设计的基础，是机械设 计的重要组成部分。
飞机结构设计 第1章 绪论
1932年，英国空海军飞机设计要求《AP970》中已有防颤振要求 1975年出现了ACT技术，从原理上讲可以 放宽这一要求
三、静强度、刚度和安全寿命设计 设计准则 Ne≤Ns=Nex/nf Ne— 飞机的使用寿命； Ns— 飞机结构的安全寿命； Nex—结构的疲劳试验寿命； nf —疲劳分散系数。 50年代中期起重视安全寿命设计（彗星号客 机失事） 安全寿命设计准则美国使用到70年代初，其 它国家至今仍不同程度地沿用。
注意：
①内部装置与结构之间应有一定的间隙; ②根据具体情况设计出的结构不一定占据整 个最大高度和空间; ③某些协调关系在设计过程中可作一些调整。
1.2.2 结构的外载荷 及对结构受力特性的要求
飞机结构应满足基本要求，结构强度/刚度/寿命/ 可靠性设计与外载直接有关。 外载是结构布局与设计结构尺寸的主要依据。 飞机的外载应按照飞机强度规范要求，通过风洞 实验和分析计算给出。结构零部件的载荷主要由 分析得到。 飞机结构的载荷特性主要取决于飞机的机种、总 重、外形尺寸、使用要求等。 在结构设计时必须明确所设计结构的受力特性。
二、静强度和刚度设计 气动弹性问题：速度和战术技术性能要求 的提高，采用阻力系数较小的薄翼型 设计准则 ： δ≤[δ] ； f Vmax≤Vcr 。 式中： δ—结构在设计载荷下的变形量； [δ]—结构容许的变形量； Vcr=max(ffVf ，fsVs ， faVa) Vf , Vs , Va— 颤振速度、机翼发散 速度与副翼失效速度。
1.3.2 对基本要求分析
上述基本要求是相互关系、相互制约 的，有的是相互矛盾的。
气动要求是一种前提性的要求，即设计出 的结构必须满足。
图1.2 翼面前缘变形
使用要求也是一种前提性要求，即根据飞 机的机种、使用特点规定了使用、维护要 求。因此，要求结构有与之相应的“开敞 性”，即在结构上必须有相应的设计分离 面和开口，以保证维护人员有接近内部的 装载或内部结构的通道，并使相应结构的 拆装迅速可靠。
飞行器结构设计绪论资料
反馈；综合性、权衡性
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1.3飞机设计方法与内容
3. 飞机制造过程 工艺设计、机械加工、部件/全机装配。
首批试制出来的新飞机即可投入全机强度、疲劳寿命 试验和试飞。
4. 飞机的试飞、定型过程 地面滑跑试验；起、降性能试验； 飞行包线中各飞行科目试飞试验；
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飞机设计方法与内容
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飞机设计方法与内容
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飞机设计方法与内容
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1.3飞机设计方法与内容
二、飞机设计过程概述
1、设计的内涵：
① 创造性的思维过程；
② 全面、综合的辨证过程（抓主要矛盾）；
③ 设计的不唯一性；
④ 设计的反复性；
⑤ 设计与科学实验
⑥ 设计的继承性；的关系。
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1.3飞机设计方法与内容
2、飞机设计的主要阶段概述(三个主要阶段) ①总体设计阶段：主要解决飞机的构形布局、 参数、重量以及性能方面的问题。 ② 飞机结构的打样设计：结构受力形式选择、受力 构件布置、开口布置、分离面及其连接形式等计。 ③ 飞机结构的详细设计（结构件连接设计、细节设 计、工程制图）。
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1.3飞机设计方法与内容
3、结构的使用条件
（1）环境条件：指气象条件或周围介质条件（温度、 湿度、腐蚀、有害介质等）。
（2）起降场所条件：水、陆两栖；陆地：水泥、 土跑道。
（3）维修条件：外场维修；场站或基地维修。
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1.3飞机设计方法与内容
4、生产条件
（1）工艺条件（热加工、冷加工、少量或批量， 加工精度与性能的保障性）；
【课件】飞机结构与强度_第1章
重点
基本概念；
基本原则和基本假设
第1章 绪 论
❖ 1.1飞机结构设计思想的演变 ❖ 1.2飞机结构与强度的任务 ❖ 1.3飞机结构力学的研究对象 ❖ 1.4飞机结构力学的基本原则和基本假设
1.1飞机结构设计思想的演变
❖ 飞机结构是体现飞机总体布局、气动外形的技术 载体，是飞机各系统实现预定功能的物理平台， 是制约飞机使用可靠❖飞机结构力学
▪ 飞机结构力学研究飞机受力结构的组成规律及其 在载荷作用下所表现的力学性能——强度、刚度 和稳定性。
❖飞机结构力学有着不同于一般结构力学的两个 显著特点：
▪ 飞机结构力学所采用的计算原理和计算方法应该 是有效的、先进的。
▪ 薄壁结构的组成分析、内力变形计算及稳定性计 算是飞机结构力学的重要内容之一。
❖ 连续性假设
▪ 认为变形固体在其整个体积内都毫无空隙地充满了物 质。
❖ 均匀性假设
▪ 认为在变形固体的体积内，各点处的力学性质完全相 同。
❖ 各向同性假设
▪ 认为构件在各个方向上的力学性质完全相同。
飞机结构力学基本假设
（1）小变形假设
结构在外载荷作用下的变形与几何尺寸 相比很小。建立力的平衡方程时，可以 不考虑变形对结构几何关系的影响根据 变形前的几何形状建立平衡方程。
❖ 结构
▪ 由结构元件或构件（如杆、梁、板等）通过某些连接 方式（如螺接、铆接、焊接、胶接等）组合起来的可 以承受载荷和传递载荷的受力系统。
▪ 基本要求：
• 能承受任意形式的外力； • 各元件之间不会发生相对的机械运动。
1.2.1 飞机结构力学
❖结构力学： 研究工程结构在外界因素作用下的力学行为及 其组成规律。
基本关系
（1）平衡关系
飞行器总体设计课件一
第1章 绪 论
1.1 飞机研制的一般过程 1.2 飞机设计要求 1.3 喷气式战斗机的发展
1.4 喷气干线运输机的发展
1.5 支线飞机、通用航空
1.6 无人飞行器
1.7 飞机总体设计的特点 1.8 飞机总体设计框架
1.1 飞机研制的一般过程
1995年，总参谋部、国防科工委（现总装备部）
术方案及研制经费、保障条件和对研制周期的预测，
在这一阶段为了验证技术方案的可行性，必要时 还要对所用的关键新技术进行试验验证（如气动布 局方案的风洞实验），以使方案的可行性论证有坚 实的技术基础。
1.1.2 方案阶段
任务： 根据批准的《某型飞机战术技术要求》设计出可 行的飞机总体技术方案。 主要工作内容：
在放飞前还应进行充分的地面滑行试验，以进一 步验证在动态过程中机上各系统的工作情况，同时 进一步对试飞测试系统作一定的检验。 工程研制阶段的最终成果是试制出供地面和飞行 试验用的原型机4~10架，并制定试飞大纲和准备好 空、地勤人员使用原型机所需的技术文件，具有进 行试飞所必需的外场保障设备。
1.1.4 设计定型阶段
大部分空战仍是双方在目视的近距离范围进行的， 而且航炮在空战中也发挥了重要的作用； 大多数战斗机还是编队空战。
根据越战等的经验，研制了第3代战斗机： 强调格斗空战能力和全天候作战能力； 十分重视飞机在亚跨音速范围内的机动； 机载电子设备和武器系统的性能水平有突破性的 提高。 实践证明，第3代战斗机的设计是比较成功的。
新飞机首飞成功后即应按试飞大纲要求，进行 定型试飞。 在开始定型试飞前应由研制单位负责，进行调整
试飞（工厂试飞），以排除新飞机的一些初始性的
重大故障，大致要飞到原设计飞行范围的80%左右，
飞机部件与系统设计-课件-第1讲-绪论
本课程将介绍飞机部件与系统设计的基础知识、设计原则和过程。通过这门 课程，学生将了解飞机部件和系统的分类、功能，以及飞机设计的目标和阶 段。
飞机部件概述
分类
了解飞机部件的不同分类，如机翼、发动机、 起落架等。
功能
探索飞机部件的各项功能和作用，如提供升 力、推动力和降落支撑等。
飞机系统概述
分类
了解飞机系统的不同分类，如动力系统、控制系统和通信系统等。
功能
探索飞机系统的各项功能和作用，如提供动力、控制机动和通信导航等。
飞机设计的基本原理
1 目标
2 原则
了解飞机设计追求的目标，如安全性、经 济性和环境友好性等。
探索飞机设计的基本原则，如重量优化、 结构强度和气动性能等。
飞机设计的过程
1
阶段
了解飞机设计的不同阶段，如概念设计、详细设计和验证验证等。
2
流程
探索飞机设计的典型流程，如需求分析、概念选择和工程实施等。
总结
1 重要概念回顾
2 局限性与出路
回顾本课程中涉及到的一些重要概念和关 键信息。
讨论飞机设计中的局限性，并探讨未来的 发展出路。
参考资料
• XXX教材 • YYY文献 • ZZZ网络资源
第一章 飞机结构概论
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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
20
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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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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1、总空气动力的大小和方向
飞行中，机翼上作用有升力和阻力，由图可以看出，机 翼上总的空气动力大小为：
Pa = Yw cos θ
C x,w θ = arctan C y ,w
= Y w ≈ Y w ≈ Y = ny,ser G f Pa cosθ
N ≈ Pa ≈ ny,ser G f
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、刚度是否满足要求
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（二）飞机各部位的局部过载
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。
第1章 绪论(哈工大飞行器控制课件)
6 DOF
1.1 飞行器简介
• a) b) • a) b) c) 飞行器的特点： 人造的； 离开地面运动，而且具有6个运动自由度。 飞行器的分类(何庆芝)： 航空器：大气层内飞行； 航天器：大气层外飞行； 导弹和火箭：能够自主或半自主地飞向目 标。
1.1.1 航空器
航空器----飞机，特点： a) 气动流形，有较大的翼面和舵面(结构上) b) 飞行速度较低 (1Mach) c) 飞行高度较低 (10km)
1.4 参考书目-1
• [1] 钱杏芳，导弹飞行力学，北京理工大学 出版社，2000 • [2] 邓正隆，惯性技术，哈尔滨工业大学出 版社，2006 • [3] 孟秀云，导弹制导与控制系统原理，北 京理工大学出版社，2003 • [4] 秦永元，惯性导航，科学出版社，2006
1.4 参考书目-2
1.2 飞行器的基本结构
导弹为例： • 整流罩 • 导引头 • 战斗部 • 仪器舱 • 发动机 • 机翼 • 舵面
1.3 课程主要内容-1
制导控制系统基本组成原理：
1.3 课程主要内容-2
惯性器件(陀螺仪、加速度计) 惯性导航原理(平台式、捷联式) 飞行器运动方程组(16个方程式、线性化) 舵系统(电动、液压、气动、直接力) 飞行稳定控制系统(侧向回路、滚转回路) 制导方式(遥控、雷达、红外、电视、激光、 复合) 导引规律(追踪、平行接近、比例)
飞行器制导与控制
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1932年，英国空海军飞机设计要求《AP970》中已有防颤振要求 1975年出现了ACT技术，从原理上讲可以 放宽这一要求
三、静强度、刚度和安全寿命设计 设计准则 Ne≤Ns=Nex/nf Ne— 飞机的使用寿命； Ns— 飞机结构的安全寿命； Nex—结构的疲劳试验寿命； nf —疲劳分散系数。 50年代中期起重视安全ห้องสมุดไป่ตู้命设计（彗星号客 机失事） 安全寿命设计准则美国使用到70年代初，其 它国家至今仍不同程度地沿用。
2 初步设计阶段（主要属于总体设计）
修改完善飞机的几何外形设计，给出完整的 飞机三面图、理论外形； 全面布置安排各种机载设备、系统和有效载 荷； 初步布置飞机结构的承力系统和主要的承力 构件； 进行较为详细的重量计算和重心定位； 进行比较精确的气动力性能计算和操纵性、 稳定性计算； 给出详细的飞机总体布置图。
由于各种飞机的用途和设计要求不同，会 带来飞机气动布局和结构设计上的差别； 飞机设计的基本概念、设计原理和设计方 法是一致的； 本课程将对典型结构型式进行分析的基础 上，将主要介绍飞机设计的基本概念、设 计原理和方法。
1.1.1飞机研制过程
技术要求
飞机设计过程
飞机制造过程
试飞定型
1．拟订技术要求 通常可由飞机设计单位和订货单位协商后 共同拟订出新飞机的战术技术要求或使用 技术要求。 2．飞机设计过程 飞机设计单位根据拟订好的飞机技术要求 进行飞机设计。飞机设计一般分为两大部 分：总体设计和结构设计。
1.3.2 对基本要求分析
上述基本要求是相互关系、相互制约 的，有的是相互矛盾的。
气动要求是一种前提性的要求，即设计出 的结构必须满足。
图1.2 翼面前缘变形
使用要求也是一种前提性要求，即根据飞 机的机种、使用特点规定了使用、维护要 求。因此，要求结构有与之相应的“开敞 性”，即在结构上必须有相应的设计分离 面和开口，以保证维护人员有接近内部的 装载或内部结构的通道，并使相应结构的 拆装迅速可靠。
飞机研制的特点
性能良好的飞机是先进科学技术和创造性 劳动的产物 飞机研制工作是一个反复迭代、逐步逼近 的过程 研制成功的飞机是多种专业综合和协调的 最终结果
飞机结构设计具体内容
飞机部件的结构打样设计（结构初步设计） 零构件设计 部件的结构图纸
飞机部件
设计师素质
设计师的第一要务是彻底熟悉飞机设计所 依据的规则; 其次，设计师应熟悉每一代飞机的型号。
1.2.3 结构的使用条件
气象条件（温度和湿度）、介质条件（海 水、水汽等）； 机场条件（主要是跑道品质）； 维修条件（周期、次数、速度、能力）。
1.2.4 结构的生产条件
生产产量——决定工艺方案，是决定设 计方案的重要依据之一 加工设备——现有设备，一般不考虑引 进贵重设备和专用设备 人员素质 生产成本
原因分析： 因为它没有考虑到实际上结构在使用之 前，由于材料、生产制造和装配过程中 已存在有不可避免的漏检的初始缺陷和 损伤 当时使用的高强度或超高强度合金的断 裂韧性降低等原因 这些缺陷、损伤于使用过程中在重复载 荷作用下将不断扩展，直至扩展失控造 成结构破坏和灾难性事故。
解决措施 美国空军于1971年提出了安全寿命／破 损安全设计思想作为过渡性措施，曾得 到广泛应用。 1974～1975年美国颁布了第一部损伤容 限设计规范。
1.1.2 飞机结构设计的地位
图1.1 飞机研制的一般过程
1. 概念性设计阶段（总体设计）
根据设计要求，全面构思，形成粗略的关 于飞机设计方案的基本概念，并草拟一个 或几个能满足设计要求的初步设计方案
工作内容：
初步选定飞机的形式，进行气动外形布局 初步选择飞机的基本参数 选定发动机和主要的机载设备 初步选择各主要部件的主要几何参数 粗略绘制飞机的三面草图 初步考虑飞机的总体布置方案，初步的性能估 算，检查是否符合飞机设计所要求的性能指标 ∗ 方案要具有足够的先进性且实际可行 ∗ 花钱和耗时不多，但非常重要
1.3 飞机结构设计的 基本要求及其分析
一、气动要求 二、重量要求 三、使用维护要求 四、工艺要求
1.3.1 飞机结构设计的基本要求 一、气动要求 外形准确度—升力 表面质量—阻力 操纵面、翼尖等的变形量—操纵性、操纵 效率、气动弹性
随着飞机设计向综合性和一体化发展，对 结构设计提出了新的要求 ： 隐身—结构一体化 （F117） 翼—身融合技术 (Su-27) 飞机—发动机一体化设计 飞控—火控—结构一体化设计
3 详细设计阶段（结构设计）
结构设计（部件设计和零构件设计） 给出各个部件和各个系统的总图、装配图、 零件图，详细的重量计算和强度计算报告 静强度试验、动强度试验、寿命试验和各 系统的台架试验
试制原型机和进行地面试验，包括全机静、 动力试验和各系统的地面试验 试飞 修改 设计定型 获得型号合格证书 批量生产
二、结构完整性及最小重量要求 结构完整性是指关系到飞机安全使用、 使用费用和功能的机体结构的强度、刚度、 损伤容限及耐久性(或疲劳安全寿命)等飞机 所要求的结构特性的总称。 本要求就是指 结构设计应保证结构在承受各种规定的载荷 和环境条件下：
具有足够的强度； 不产生不能容许的残余变形； 具有足够的刚度，或采取其他措施以避 免出现不能容许的气动弹性问题与振动 问题； 具有足够的寿命和损伤容限，以及高的 可靠性； 在保证上述条件得到满足的前提下；使 结构的重量尽可能轻。
工艺要求是一种“条件性和发展性”要求， “条件性”是说结构的工艺性好坏要结合飞 机生产的条件，如产品数量、产品工期、 加工条件等，“发展性”是针对产品数量和 加工条件而言的。
重量要求是飞机结构设计的主要要求。
例：一架民用飞机总重100吨，结构重约30 吨，如果减轻结构重量100kg(只占结构 重量的0.33%），则可获收益： 60,000×900×0.1×0.5=2,700,000(元） 其中：60,000 — 20年寿命60000飞行小时 900 — 巡航速度900km/hour 0.1 — 减重100kg 0.5 — 费用/吨公里
1.4 飞机结构设计思想
1.4.1 飞机结构设计思想的演变 飞机结构设计思想的演变跟随科学技术的 发展 飞机结构设计思想的演变来源于飞机使用 的实践 随着航空科技的发展，才形成完整的飞机 结构设计准则
一、静强度设计
σ sj = fσ sy ≤ [σ ]
30年代初以前（仅按静强度设计）： 设计准则的表达式 Pu≥Pd Pd=f Pe 安全系数f 由强度规范给出，飞机结 构设计必须通过整机静强度试验。
技术要求
技术要求：Vmax，升限，航程/作战半 径，起飞着陆距离， 载重/起飞重量，机 动性指标（加速，最小盘旋，爬升）， 使用寿命； 非定量要求：全天候，机场要求，维护 要求； 趋势：V ，Hmax ， 载重 ，航程 ；
苏-30
阵风
F－117
第四代战斗机(俄罗斯称之为第五代战斗 机)更着重强调同时具备隐身技术、超音 速巡航、过失速机动和推力矢量控制、近 距起落和良好的维修性等性能 。
三、使用维修要求 维修要求 开敞性——便于检查、维修作业 维修性——合理布置和设计各种分离面、 开口、锁等
四、工艺要求 加工快、成本低 结合产品的产量、机种、需要的迫切性 与加工条件等综合考虑 复合材料等新材料，还应对材料、结构的 制作和结构修理的工艺性予以重视。
五、经济性要求 全寿命周期费用(LCC)概念(也称全寿命成 本) ： 指飞机的概念设计、方案论证、全面研制、 生产、使用与保障五个阶段直到退役或报 废期间所付出的一切费用之和。
二、基本内容和基本要求
内容： 飞机的外载荷； 飞机结构分析与设计基础 不同类型飞机结构的分析； 飞机结构的传力分析； 飞机结构主要元构件设计原则。
内容要求：
①掌握飞机结构分析和设计的基本手 段——传力分析与结构设计准则； ②能够正确解释飞机结构元件的布置； ③能够正确地分析和设计飞机结构的 主要元件。
结构件的受力特性： 动载/刚度——有气动弹性要求的地方，如： 操纵面、翼尖 静载/强度——飞机中最不重要的元件，如： 普通长肋 静载/刚度——有变形要求的地方，如：普 通肋、机翼后缘
寿命——飞机结构中的主要受力构件。如： 主梁、下壁板、接头、气密舱 热强度——高温处，如：后机身、尾喷 口、 激波产生处 破损安全结构——重要部件设计成多路传力 结构，如：中翼受力盒段 缓慢裂纹扩展结构——不可检处按安全寿命 设计
损伤容限设计概念
承认结构在使用前就带有初始缺陷； 但必须把这些缺陷或损伤在规定的未修使用期 内的增长控制在一定的范围内； 在此期间，受损结构应满足规定的剩余强度要 求，以保证飞机结构的安全性和可靠性，同时 不致使飞机结构过重； 在规定的未修理使用周期内，抵抗由缺陷、裂 纹、其他损伤而导致破坏的能力； 通过分析/试验，对于不可检结构给出最大允许 的初始缺陷尺寸，对于可检结构给出检查周期。
四、静强度/刚度/损伤容限和耐久性设计
年份 1969 1970 1973 飞机 F-111 F-5A F-4 破坏情况 机翼枢轴接头板断裂 机翼中部切面断裂 机翼机身接合处机翼 下耳片断裂 使用到 破坏时间 ~100小时 ~1000小时 1200小时 疲劳验证 试验寿命 >40000小时 ~16000小时 >11800小时
注意：
①内部装置与结构之间应有一定的间隙; ②根据具体情况设计出的结构不一定占据整 个最大高度和空间; ③某些协调关系在设计过程中可作一些调整。
1.2.2 结构的外载荷 及对结构受力特性的要求
飞机结构应满足基本要求，结构强度/刚度/寿命/ 可靠性设计与外载直接有关。 外载是结构布局与设计结构尺寸的主要依据。 飞机的外载应按照飞机强度规范要求，通过风洞 实验和分析计算给出。结构零部件的载荷主要由 分析得到。 飞机结构的载荷特性主要取决于飞机的机种、总 重、外形尺寸、使用要求等。 在结构设计时必须明确所设计结构的受力特性。