第二章飞机结构受力分析和抗疲劳设计思想

五、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。有 些腹板没有缘条，有些腹板的缘条与长桁 一样强。墙和腹板一般都不能承受弯矩， 但可以与蒙皮组成封闭的盒段来承受机翼 的扭矩。后墙则还有封闭机翼内部容积的 作用。
机翼的特点是薄壁结构，因此以上各元件之间的连接大 多采用分散连接：如铆钉连接、螺栓连接、点焊、胶接 或它们的混合形式——如胶铆等。
整体式翼梁
• 翼梁由腹板和缘条(也称凸缘) 组成。缘条横剖面形状多为 “T”型材或角型材。腹板上还 铆接上许多支柱，这些支柱 起连接翼肋和提高腹板受剪 稳定性的作用。缘条和腹板 的横剖面面积，由翼尖向翼 根逐渐增大。
• 翼梁的主要功用是承受机翼 的剪力和部分或全部弯矩 。
直支柱
斜支柱 缘条
桁架式翼梁
机翼站位数是 指距离机身中心线的
英寸数
气动力分布载荷
2.1.2 机翼的外载荷
• 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，如 图所示。其中，空气动力分布载荷是机翼的主要 外载荷。
机身反作用力
机翼质量力分布载荷
发动机集中 载荷
• 机翼结构质量力是机翼结构重量和它在飞 行中产生的惯性力的总称，即机翼结构重 量和变速运动惯性力。
说明单块式机翼蒙皮在机翼受力、传力 中的作用？
• 1、形成机翼的气动外形，承受机翼表面的 气动载荷；
• 2、与翼梁腹板或墙腹板组成闭室，受剪传 递扭矩；
• 3、与长桁、梁缘条组成壁板，受拉压传递 弯矩。
机翼型式 梁式机翼 单块式
蒙皮 薄 厚
桁条
翼梁
弱，少，有时断开
强，承受剪力和弯矩
多，强
较弱，承受剪力，小部分弯矩
多腹板式(或为多梁式)：
• 这类机翼布置了较多的纵墙(一般多余5个)；蒙皮 较厚(可从几mm到十几mm)；无长桁；有少肋、多 肋两种。但由于受集中力的需要，每侧机翼上至 少要布置3～5个加强翼肋.
机翼的平面形状
• 分为：直机翼、后掠翼、三角翼、
小展弦比直机翼四种
直机翼主要用于低速飞机上。后掠翼主 要用于高亚音速和超音速飞机上。国外还有 变后掠机翼的飞机，后掠角可在20°～ 70°之间变化，以适应飞机低空低速、高 空高速、低空高速的性能变化要求。三角翼 和小展弦比直机翼用于超音速飞机上不同类 型的平面形状的机翼。
剪力、弯矩和扭矩图
①如果机翼上只有空气动 力和机翼结构质量力，则 越靠近机翼根部，横载面 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 图会在集中质量力作用处 产生突变或转折。
试说明作用在平直机翼上的集中载荷对 机翼剪力、弯矩的影响？
使机翼剪力在集中载荷作用截面发生突变； 弯矩发生转折。集中载荷作用截面以内机翼 各截面上的剪力和弯矩减少。
• 梁式机翼的桁条承受轴向力的能力极小， 其主要作用是与蒙皮一起承受局部空气动 力，并提高蒙皮的抗剪稳定性，使之能够 更好地承受扭矩。这种机翼蒙皮的抗压稳 定性很差，机翼弯曲时受压部分的蒙皮几 乎不能参与受力；而受拉部分的蒙皮，由 于截面积很小，分担的拉伸力也很小。由 此可见，弯矩引起的轴向力主要是由翼梁 缘条承受的。所以，这种机翼叫做梁式机 翼。
蒙皮和桁条传给它的局部空气动力传递给翼梁腹 板，而把局部空气动力形成的扭矩，通过铆钉以 剪流的形式传给蒙皮；支持蒙皮、桁条、翼梁腹 板，提高它们的稳定性等。
• 腹板式普通翼肋通常都用铝合金板制成，其弯边用来同蒙 皮和翼梁腹板铆接。周缘弯边和与它铆接在一起的蒙皮， 作为翼肋的缘条承受弯矩。翼肋的腹板则承受剪力。这种 翼肋的腹板，强度一般都有富裕，为了减轻重量，腹板上 往往开有大孔。利用这些大孔还可穿过副翼、襟翼等传动 构件。为了提高腹板的稳定性，开孔处往往还压成卷边， 有时腹板上还铆着加强支柱，或者压成凹槽。
（2）传到桁条上的载荷再通过 角片和铆钉传到翼肋上去；
（3）作用在翼肋上的载荷再通过角材 和铆钉传到翼梁腹板和蒙皮上去。
2.2 机身结构的传力分析
• (1)安置空勤组成员、 旅客，装载燃油、各 种系统、设备以及货 物等；
• (2)把机翼、尾翼、起 落架及发动机连接在 一起，形成一架完整 的飞机。
机身结构的外载荷
• 单块式机翼
现代飞机多采用单块式机翼。
蒙皮
单块式机翼的构造特点是：蒙皮较厚；桁条
较多而且较强；翼梁的缘条较弱，有时缘
条的横截面积和桁条差不多。
翼肋 桁条
副翼
翼梁
襟翼
• 这种机翼的蒙皮，不仅具有良好的抗剪稳 定性，而且有较好的抗压稳定性，因此， 它不仅能更好地承受机翼的扭矩，而且能 同桁条一起承受机翼的大部分弯矩。由于 这种机翼结构，是由蒙皮、桁条和缘条组 成一个整块构件来承受弯矩所引起的轴向 力，所以叫做单块式机翼。
梁式、单块式机翼的结构特点
机翼型式
剪力
弯矩
翼梁腹板 梁式机翼
翼梁缘条
翼梁缘条、桁条、蒙皮
单 块 式 翼梁腹板
组成壁板
扭矩 蒙皮与翼梁腹板的盒段 蒙皮与翼梁腹板的合段
梁式、单块式机翼的受力特点
梁式机翼和单块式机翼在构造和受力上
有什么不同？
答案要点：梁式机翼的蒙皮较薄，桁条较弱且较少。 桁条主要作用是支持蒙皮，承受局部气动力和提 高蒙皮的抗剪能力。由弯矩引起的拉力和压力主 要由翼梁缘条承受。 单块式机翼的蒙皮较厚，桁 条较多且较强。它的横截面面积与梁缘条的横截 面面积相近。上、下翼面的桁条和蒙皮通过受压、 拉承受绝大部分弯矩。
• 梁式机翼的受力特点是：弯曲引起的轴向 力主要由翼梁的缘条承受。剪力由翼梁的 腹板承受。
• 对双梁式机翼的扭矩可由前后梁腹板与上 下蒙皮组成的盒段（合围框）、前梁腹板 与前缘蒙皮组成的盒段承受。
• 梁式机翼的主要受力构件是翼梁，因此， 它具有便于开口、与机身 (或机翼中段) 连 接较简便等优点。
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
当蒙皮较厚时，它常与长桁一起 组成壁板，承受机翼弯矩引起的轴力。
二、长桁(也称桁条)
长桁的主要功用是：
☺支持蒙皮，防止在空气动力作
试说明作用在平直机翼上的集中载荷对机翼扭矩的影响？
使机翼扭矩在集中载荷作用 截面上发生突变。变化值等于 集中载荷与集中载荷作用点到 机翼刚轴距离的乘积。
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。扭矩的符号：使迎角增大为正，反之为负
刚心轴的定义是：
机翼的每个横截
机翼、尾翼、 起落架等部件 的固定接头传 来的集中载荷
机身上各 部件及装载 的质量力
.
机身结构 本身的 质量力
机身结构的 主要外载荷
.
气密wenku.baidu.com舱 的
增压载荷
飞机在飞行和着陆过程中，机身结构承 受的外载荷有哪些？
飞机在飞行和着陆过程中， 机身结构承受由机翼、尾翼、起 落架等部件的固定接头传来的集 中载荷，承受机身上各部件及装 载的质量力、机身结构本身的质 量力以及气密座舱的增压载荷。
第二章 飞机结构受力分析和 抗疲劳设计思想
2.1 机翼结构的传力分析
2.1.1 机翼的功用
产生升力。当它具有
上反角时，可为飞机提
供一定的横侧稳定性。有横向操纵用的副翼、
扰流片等。为了改善机翼 的空气动力效用
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。机翼 的内部空间常用来收藏主 起落架和贮存燃油 .
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；
☺长桁还能承受由弯矩引起的部
分轴力。
蒙皮 传来的力
蒙皮 传来的力
桁条
翼肋
蒙皮 传来的力
翼肋 传来的力
桁条
翼肋 桁条
蒙皮
翼肋
三、翼肋
• 翼肋是机翼结构的横向受力构件 • 翼肋按其功用可分为普通翼肋和加强翼肋两种。 • 普通翼肋的功用是：构成并保持规定的翼型；把
桁条
翼肋
缘条
蒙皮
腹板 翼 梁
表示铆接关系
缘条
2.1.5 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(如整体壁板式)的机翼。
• 梁式机翼通常有单梁式和双梁式两种。它 们装有一根或两根强有力的翼梁，蒙皮很 薄，桁条的数量不多而且较弱，有些机翼 的桁条还是分段断开的。
二、后掠机翼各截面的剪 力、弯矩和扭矩图
剪力图
弯矩图
扭矩图
机翼的扭矩图是如 何做出的？
扭矩图：某横截面承受的 扭矩等于该截面外端机翼 所有外载荷对刚心的力矩 代数和。
2.1.4 机翼结构的典型元件
翼肋 翼梁缘条
桁条
蒙皮
翼梁腹板
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
• 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。
• 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。
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。
机翼重力 分布载荷
剪力图
弯矩图
扭矩图
空气动力分布载荷
P部件
一、平直机翼各截面的
• 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。
• 单块式机翼的受力特点是：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。剪力由翼梁腹板承受。扭矩由蒙皮 与翼梁腹板形成的闭室承受。
• 单块式机翼的优点是：① 通较好地保持翼 型。② 抗弯、扭刚度较大。③ 受力构件 分散。
• 缺点是：①不便于开大舱口。②不便于承 受集中载荷。③接头联接复杂。
加强翼肋除具有上述作用外，还要承受和传 递较大的集中载荷。在开口端部或翼根部位的 加强翼肋，其主要功用是把机翼盒段上由一圈 闭合剪流构成的扭矩，转换成一对垂直力构成 的力偶分别传给翼梁或机身加强框。
A—A 截面 B—B 截面
四、翼梁 D—D 截面
缘条
支柱
C—C 截面
腹板 腹板式翼梁
A—A 截面
B—B 截面
• 加强翼肋除具有上述作用外，还要承受和 传递较大的集中载荷。
ΔQ
Δq1
ΔM扭
Δq扭 Δq2
刚心
• 在开口端部或翼根部位的加强翼肋，其主 要功用是把机翼盒段上由一圈闭合剪流构 成的扭矩，转换成一对垂直力构成的力偶 分别传给翼梁或机身加强框。
普通翼肋和 加强翼肋的 功用是什么？
普通翼肋的功用是：构成并保持机翼的形状 ；把蒙皮和长桁传给它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，提高它们的稳定性。
面上，都有一个 特殊的点，当外
ΔQ 刚心
ΔQ
力通过这一点时，
不会使横截面转
动，
压力中心
机翼各横截面 刚心的连线称 机翼的刚心轴。
ΔM 扭 =ΔQ·C
如果外力不通过这一点，机翼 的横截面就会绕该点转动，这 个特殊的点称为该横截面的刚心
刚心轴的定义?
机翼的每个横截面上，都有一个 特殊的点，当外力通过这一点时， 不会使横截面转动，这个特殊的 点称为该横截面的刚心。机翼各 横截面刚心的连线称为机翼的刚 心轴。
• 补充材料
机翼结构横剖面的内力有哪些？飞机在负过载 下，机翼的哪些部位受拉，哪些部位受压？
机翼结构横剖面的内力 有：剪力、弯矩和扭矩。 飞机在负过载下，机翼的 上表面受拉，下表面受压
。
作用在机翼的上翼面的空气动力载荷是如何 传到机翼翼梁上去的？
（1）气动载荷通过铆钉受拉传 到桁条和翼肋上去；