5飞机结构设计
飞机结构设计报告——北航程小全
飞机结构设计报告39051210齐士杰本学期上了2节飞机结构设计设计现场课，我从中学到了很多知识。
在现场课上我们近距离接触了许多飞机结构，下面我对我们接触的飞机结构进行简单的分析。
1右图所示为梁式翼面结构主要的构造特点是蒙皮很薄，常用轻质铝合金制作，纵向翼梁很强(有单梁、双梁或多梁等布置)．纵向长桁较少且弱，梁缘条的剖面与长桁相比要大得多，当布置有一根纵梁时同时还要布置有一根以上的纵墙。
该型式的机翼通常不作为一个整体，而是分成左、右两个机翼，用几个梁、墙根部传集中载荷的对接接头与机身连接。
薄蒙皮梁式翼面结构常用于早期的低速飞机或现代农用飞机、运动飞机中，这些飞机的翼面结构高度较大，梁作为惟一传递总体弯矩的构件，在截面高度较大处布置较强的梁。
2右图所示为翼肋普通翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状。
一般它与蒙皮、长桁相连，机翼受气动载荷时，它以自身平面内的刚度向蒙皮、长桁提供垂直方向的支持。
同时翼肋又沿周边支持在蒙皮和梁(或墙)的腹板上，在翼肋受载时，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面内的支承剪流。
加强翼肋虽也有上述作用，但其主要是用于承受并传递自身平面内的较大的集中载荷或由于结构不连续(如大开口处)引起的附加载荷。
3右图所示为铝蜂窝蒙皮机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑，所以它承受局部空气动力。
蒙皮在机身总体受载中起很重要的作用。
它承受两个平面内的剪力和扭矩；同时和长桁等一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力，只是随构造型式的不同，机身承弯时它的作用大小不同。
4右图所示为机体结构机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备；还可将飞机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。
桁梁式机身结构特点是有几根(如四根)桁梁，桁梁的截面面积很大。
在这类机身结构上长桁的数量较少而且较弱，甚至长桁可以不连续。
蒙皮较薄。
这种结构的机身，由弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮和长桁只承受很小部分的轴力。
飞机结构设计岗位职责
飞机结构设计岗位职责
飞机结构设计岗位的职责主要是负责飞机的机身结构设计和优化，包括机身外形设计、钢铝等材料的使用、零件的设计、3D模型
的制作及结构分析等方面。
具体来说，该职位的职责包含以下几个方面：
1. 编制飞机结构设计方案：根据飞机使用的需求和性能要求，
结合市场和技术情况，编制飞机结构设计方案。
这要求设计师不仅
了解飞机工业的相关技术和标准，也要熟悉飞机市场和行业的动态。
2. 完成飞机结构设计：根据飞机结构设计方案，进行具体的飞
机结构设计，包括零部件的位置、连接、安装等方面的设计，并根
据飞行器的力学性能、飞行状态和环境要求，进行合理的材料选择、合理的零部件布局及设计。
3. 进行结构分析：使用计算机辅助设计/工程软件进行结构建模、制作有限元模型、给出有限元计算结果、评估完整结构的刚度、强度等参数，并进行模拟等流场模型测试，验证设计的合理性，确
保飞机的安全可靠。
4. 与其他部门协调工作：和供应商和认证部门一起协调和解决
飞机零部件的技术问题和认证问题，同时加强与客户和其他部门的
沟通和合作，保证飞机结构设计方案和实际制造过程之间的一致性。
5. 制定配套文件：对于飞机结构设计和分析结果，需要输出配
套的技术文件，包括结构设计图纸、制造工艺流程等文件，同时进
行技术文件的维护和更新。
总之，飞机结构设计是飞机制造的核心环节之一，需要设计师具备扎实的专业知识、严谨的工作态度、优秀的沟通协调能力和较强的团队合作意识，才能确保飞机结构设计的质量和研发效率。
飞机结构设计.
图1.1 飞机研制的一般过程
1. 概念性设计阶段
根据设计要求，全面构思，形成粗略的断 语飞机设计的基本概念，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
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
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）。
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 。
飞机结构设计具体内容
飞机部件的结构打样设计（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。
现代飞机结构与总体设计ppt课件
❖ 通常垂直尾翼后缘设有方向舵，某些高速飞机，
没有独立的方向舵，整个垂尾跟着操纵而偏转， 称为全动垂尾。
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水平尾翼
飞机的结构
❖ 水平尾翼水平安装在机身尾部，主要功能为保持 俯仰平衡和俯仰操纵。
❖ 低速飞机水平尾翼前段为水平安定面，是不可操 纵的，其后缘设有升降舵，飞行员利用升降舵进行 俯仰操纵。
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什么是飞机设计
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
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什么是飞机设计
❖飞机研制过程 —五个阶段的划分方式
▪ 论证阶段 —研究设计新飞机的可行性
▪ 方案阶段 —设计出可行的飞机总体技术方案
▪ 工程研制阶段 —进行详细设计，提供图纸试制原型机
飞机结构与总体设计
蔡波
通航产品部
主要内容
❖1.现代飞机结构 ❖2.飞机总体设计
2
航空发展历程
➢第一次有动力飞行
❖ 自从1903年12月17号，莱特兄弟的“飞行者”一号离开地 面的那刻起，人类已经开始把目光投向天空，此后的一百多 年来，这片领域已经发生了翻天覆地的变化。
3
航空发展历程
4
航空发展历程
也有三、四或六叶的。
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飞机的结构
发动机的分类
二 涡轮喷气发动机： ❖ 又称空气涡轮喷气发动机，简称“涡喷” ❖ 以空气为氧化剂，靠喷管高速喷出的燃气产生反
作用推力的燃气涡轮航空发动机，。 ❖ 组成：压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。推力用
牛或千克表示。
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飞机的结构
发动机的分类
三 涡轮螺旋桨发动机： ❖从涡喷发动机派生而来 ❖涡轮螺旋桨发动机是一种由螺旋桨提供拉力和喷气
飞机结构与强度课程设计
飞机结构与强度课程设计项目背景飞机是一种高速运输工具，一旦出现结构失效或强度不足等问题，将会带来严重的后果。
因此，飞机结构设计和强度分析变得至关重要。
在飞机结构和强度课程设计中，我们将深入探究飞机的结构与强度问题，从而为未来的航空工程师提供基础知识和实践技能。
项目目标本次课程设计旨在掌握以下内容：•基本的材料力学知识•飞机结构设计原理•飞机机身的强度分析和计算项目任务我们将选取一种飞机或飞机组件进行结构和强度设计，并完成以下任务：1. 材料力学知识的学习在结构设计前，我们需要掌握基本的材料力学知识，例如：•应力、应变和模量的概念及其计算方法•不同材料在应力下的应变及其特性•材料疲劳和断裂的原因及其预测方法通过学习这些知识，我们将能够更好地理解飞机的机身材料特性，并为结构设计和强度分析提供基础。
2. 飞机结构设计原理的学习在学习材料力学知识后，我们将深入研究飞机结构设计的原理。
这包括：•各个结构件的功能和特点•不同材料对结构的属性影响•结构的应力分析和计算方法通过学习这些知识，我们将了解飞机的结构设计原理，从而为进一步的强度分析奠定基础。
3. 飞机机身的强度分析和计算在学习飞机结构设计原理之后，我们将完成飞机机身的强度分析和计算。
这包括：•负载分析•结构单位性能计算•结构疲劳分析•断裂韧性分析通过完成这些分析和计算，我们将能够评估飞机机身的强度是否足够，以及制定相应的强度改造方案。
4. 结论报告最后，我们将撰写结论报告，内容包括：•飞机结构设计的基本原理•飞机机身强度分析和计算结果•强度改造方案•未来工作的展望项目成果完成这个课程设计后，我们将掌握部分飞机结构设计和强度分析的知识和技能。
同时，我们还将收获以下成果：•组织和协调能力•创新思维和解决问题的技能•表达和沟通能力这些技能和成果将为我们的未来学习和工作提供帮助。
参考文献1.Nesbitt, Jeffery A.。
飞机结构设计(第3章-3.1)
载荷分析是机身结构设计的重要环节， 通过对各种载荷进行计算、分析和评 估，确保机身结构满足强度、刚度等 方面的要求。
机身结构的优化设计
机身结构的优化设计是在满足强度、刚度等要求的前提下，对机身结构进行改进和优化，以提高飞机 的性能和降低制造成本。
优化设计可采用多种方法和技术，如有限元分析、拓扑优化、形状优化等，通过对机身结构的材料分布、 结构形式等进行调整和改进，实现结构的最优设计。
集中载荷包括起落架、油箱和武器挂 载等引起的局部载荷。
机翼结构的优化设计
机翼结构的优化设计旨在实现强 度、刚度、疲劳和损伤容限等要
求的最优化。
优化设计方法包括有限元分析、 多目标优化和遗传算法等。
优化设计过程中需考虑材料、工 艺和制造成本等因素，以实现经 济性、可行性和可持续性的平衡。
04
第3章-3.3：尾翼结构设计
荷，并将其传递给骨架。
骨架用于支撑机身结构，承受 内部压力和其他内部载荷，并
保持机身的形状和尺寸。
连接件用于将蒙皮和骨架连接 在一起，传递载荷并保持结构
的完整性。
机身结构的载荷分析
机身结构的载荷主要包括气动载荷、 重力载荷、惯性载荷等，这些载荷在 机身结构中产生应力、应变等效应。
载荷分析还需考虑不同飞行状态下 （如起飞、巡航、着陆等）的载荷变 化，以确保机身结构在不同飞行状态 下都能保持安全和可靠。
桁条用于支撑蒙皮，提高其承载能力和刚 度。
05
06
接头用于将机翼与机身连接起来，传递力 和扭矩。
机翼结构的载荷分析
机翼结构的载荷主要包括气动载荷、 惯性载荷和集中载荷等。
惯性载荷由飞机的加速度和角加速度 引起，包括机翼弯曲、扭转和平移等 惯性力。
飞机结构分析与设计
——
—
——
1. 机翼与机身的连接形式
L-1011飞机下单翼与 机身的连接
C-141飞机上单翼与 机身连接形式
5
1. 机翼与机身的连接形式
加强框与中央 翼缘条直接连 接
6
1. 机翼与机身的连接形式
过渡接头耳片叉耳连接式
7
8
3. 单块式机翼 单块式机翼上下壁板和前后墙腹板组成的翼盒通常完整地贯穿 机身，以保证壁板连续传力。 机翼扭矩 机身侧边周 缘连接条和 腹板支柱
五、中外翼对接处的传力
1、机翼结构的分离面（补充）
分离面 设计分离面 工艺分离面
根据总体设计要求，为
工艺上制造和装配
使用、维护、运输等方
便而设置的分离面，采 用可拆卸连接。 有时设计分离面就是工艺分离面。
方便而设置的分离
面，采用不可拆连 接。
设计分离面连接处的接头一般称为对接接头。
1
2
4、梁式机翼 水平耳片接头传力 垂直剪力
耳片挤压力 水平剪力 垂直弯矩 水平弯矩 螺栓剪力 水平 翼梁缘条 力偶
机翼扭矩
根部加强肋
螺栓剪力
3
5、单块式机翼对接处的传力 分散对接接头
垫板式 栓弯 剪矩 力、 剪 力 、 扭 矩 6、多腹板式机翼多采用对孔连接给中翼传力 螺
对孔式 剪 弯 力 矩 、 扭 矩 螺 螺 栓 栓 轴 剪 力 力
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单块式机翼根部转为双梁式
12
总
结
机翼设计分离面及其传力分析
机翼与机身对接形式及其传力分析
13
第七讲结束
退 出
14
机 剪 力 前后墙腹板上的加强支柱
身
飞机结构设计(第3章-3.1)
先进轻质结构技术 先进气动力技术 先进发动机技术 先进制造加工技术
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设计是主导 材料是基础 制造是关键 检测是保障
1
第三章、现代飞机结构设计基础
本章内容 3.1 静强度与稳定性设计 3.2 刚度与气动弹性设计 3.3 安全寿命设计 3.4 损伤容限/耐久性设计 3.5 结构可靠性设计
稳定平衡
不稳定
w
9
3.1 静强度与稳定性设计
飞机结构件的失稳现象： 1）型材失稳 2）板材失稳
1）型材失稳
❖杆的总体失稳； ❖杆的板元件失稳； ❖薄壁管的失稳
a）总体失稳 b）局部失稳
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3.1 静强度与稳定性设计
2）板材失稳
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❖ 板的稳定性： ❖ 板的受压失稳； ❖ 板的受剪失稳。
防止结构在各严重载荷条件下发生强度不足而断裂破坏。
设计载荷法： Pd f Pe
Pe nyG
Pd ,结构几何/材料参数 y
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3.1 静强度与稳定性设计
与一般强度准则的区别：
y
f
采用设计载荷法能够较好 地反映飞机结构超静定及 重量轻的设计特点。
剩余强度（强度裕度） ：为构件的破坏应力/构件的工作应力；一
cr
0.9KE
b t 2
K
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2
11
3.1 静强度与稳定性设计
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3.1 静强度与稳定性设计
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3.1 静强度与稳定性设计
构件的构型 尺寸 影响因素： 边界约束 材质特性 施加载荷
飞机结构强度分析与优化设计
飞机结构强度分析与优化设计一、引言飞机是现代化高速交通工具，在航空事业的发展中发挥着核心作用。
为了确保机体在各种复杂工作条件下的安全运行，我们必须对飞机结构强度进行充分分析和设计优化。
二、飞机结构强度分析方法1. 经典强度计算法经典强度计算法是基于材料力学和强度学理论来进行飞机结构强度设计的方法。
这种方法主要适用于采用钣金和型材等薄壁材料制造的飞机结构。
该方法主要是在确定下部结构的受力情况，分析下部结构的强度、刚度、失效模式和纵横向连接方式等参数，从而确定结构的各个部分的强度和安全系数。
2. 有限元方法有限元方法是目前飞机结构强度分析的主要方法，它采用数值分析方法来研究材料的力学特性。
这种方法可以计算复杂结构的强度，如：战斗机的翼型结构、宽体机的中央主翼箱等。
该方法主要利用有限元软件对模型进行离散化，从而得到结构某一点的应力，进而得出强度分布和失效模式。
三、飞机结构强度优化设计方法1. 材料优化材料优化主要是通过控制材料的价格、强度、重量、加工成本、耐久性、可维修性、条件下特性等来达到优化设计的效果。
在设计过程中，我们应着重考虑材料选择，并在材料性质的层面上开展研究，从而在结构强度与质量之间取得平衡。
2. 结构优化结构优化的方法有很多，包括加强压剪点、改善结构设计、采用高强度材料等等。
通过结构优化，我们可以提高飞机的载荷能力和抗风险能力。
在实际的设计过程中，我们需要考虑结构的安全、重量、可靠性、维修性和经济性等因素。
四、飞机结构强度优化案例分析1. 新型客机翼结构的优化设计新型客机翼结构的优化设计是一项高难度的工程。
在设计过程中，我们主要着重考虑两个问题：首先是如何保证飞机的安全，其次是如何在不影响飞机空气动力性能的情况下减轻飞机的质量。
在这个过程中，我们采用了有限元方法对翼箱结构进行了详细的分析，从而得出了最优的结构参数并实现了优化设计。
2. 战斗机机翼结构的优化设计战斗机的机翼结构具有很高的复杂性。
典型飞机结构课程设计
典型飞机结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并描述典型飞机的主要结构组成部分及其功能。
2. 学生能够掌握飞机结构中涉及的基础物理原理，如飞行原理、材料力学等。
3. 学生能够解释不同类型飞机结构设计的优势与局限。
技能目标：1. 学生能够通过模型制作或图示分析，识别并模拟典型飞机结构的构造。
2. 学生能够运用所学的知识，分析飞机结构在特定情境下的性能表现。
3. 学生能够设计简单的飞机结构模型，并对其进行评价和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对航空科技的兴趣，激发其探索航空领域的热情。
2. 强化学生的团队合作意识，通过小组活动学会分工协作。
3. 增进学生对工程问题的解决意识，培养严谨的科学态度和创新思维。
课程性质分析：本课程旨在结合实际飞机结构，让学生在实践中学习理论知识，强调知行合一，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。
学生特点分析：考虑到学生所在年级，已具备一定的物理和工程基础知识，对新鲜事物充满好奇，动手能力强，适合开展实践性强的课程。
教学要求：1. 确保课程内容与课本知识紧密结合，通过实例分析、模型制作等活动，帮助学生深入理解飞机结构设计。
2. 教学过程中注重启发式教学，引导学生主动探究问题，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
3. 教学评估关注学生的知识掌握、技能运用和情感态度价值观的形成，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 飞机结构概述- 介绍飞机结构的基本概念、分类及发展历程。
- 教材章节：第一章 飞机结构概述2. 飞机结构主要组成部分- 详细讲解飞机的机翼、机身、尾翼、起落架等主要结构及其功能。
- 教材章节：第二章 飞机结构的主要组成部分3. 飞机结构材料- 分析飞机结构中常用的金属材料、复合材料及其性能特点。
- 教材章节：第三章 飞机结构材料4. 飞机结构力学- 探讨飞机结构在受力时的变形、应力分布等基本原理。
- 教材章节：第四章 飞机结构力学5. 飞机结构设计原理- 阐述飞机结构设计的基本原则、设计方法和设计过程。
现代飞机结构综合设计 ——机翼、尾翼设计
适应于超音速飞行的薄机翼飞机。 战斗机、攻击机。
二、机翼结构型式的选择 2．不同结构型式损伤容限特性比较 传力路线不宜过于集中．长桁—蒙皮加筋板单块式结构和厚蒙皮多墙式结构 都可看成是分散传力结构布局。此时若壁板上长桁强一些，对提高壁板的止裂 能力，并从而捉高壁板的剩余强度，延长裂纹扩展寿命均更为有利．
数量 自由度
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计
二、尾翼和副翼结构设计
4．操纵面前缘缺口的补强
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计
二、尾翼和副翼结构设计
操纵面的气动补偿和气动平衡
铰链力矩
6．尾翼的防颤振设计
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计
二、尾翼和副翼结构设计
4 机翼结构元件设计
六、结构受集中载荷处的局部设计
(4)受轴力杆当轴线不连续时要附加其他杆，必要时要局部加强 参与区内的受剪板。
4 机翼结构元件设计
六、结构受集中载荷处的局部设计
(5)一般说应不让板受垂直于板平面内的力，以防止出现平板受 弯的不合理设计
飞艇吊舱的集中载荷由悬挂屏转换为分 部载荷
一、机翼翼盒受力构件布置
1.壁板结构
壁板有长桁—蒙皮铆接组合式和整体壁板两种（在整体油箱 区大多采用机械加工的整体蒙皮或整体壁板）
按等百比线布置：此时桁条本身无 扭曲，制造方便 (等强度设计) 平行于前梁或后梁布置会使长桁扭 机翼截面的扭转 曲，影响装配
3 机翼主要受力构件布置
一、机翼翼盒受力构件布置
协调；元件的构型、尺寸、布局；结构布局主要以强度和损伤容 限准则为基础，之后进行耐久性打样设计；理论图
飞机构造概要
升降舵
水平安定面
§4.4(2)
§4.4(3)
尾翼的构造基本上与机翼的构造 相似，也由纵、横向骨架和蒙皮、接头 组成。小型飞机的安定面多采用梁式构 造，大型飞机的安定面一般都采用多纵 墙的单块式构造。
§4.5 操纵面
4.5.1 主操纵面
4.5.2 辅助操纵面
大型民用飞机的操纵面
很弱的缘条
腹板
桁条
Hale Waihona Puke 桁条用铝合金型材或板弯件制成， 铆接在蒙皮内表面，支持和加强蒙皮。
翼肋
翼肋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。 如果是加强翼肋，则还要承受和传 递集中载荷。
弯边 腹板
翼肋后段 翼肋中段
翼肋前段
蒙皮
蒙皮通常用硬铝板材制成，用铆 钉或粘接剂固定于纵横向骨架上，形 成光滑的表面。空气动力直接作用在 蒙皮上。
飞机构造概要
§4.0 §4.1 §4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7 飞机结构图例 飞机研制和设计过程 机翼 机身 尾翼 操纵面 起落架 直升机
退出
飞机结构 飞机的基本部分可以分为机身、机翼、尾翼、 起落架、动力装置和仪表设备等几个大部分 。
尾翼
操纵面
机身
机翼
起落架
下面看几例飞机的主要组成部分：
机身后段
机身后段一般不增压，主要安装 尾翼、辅助动力装置（APU）及部分 设备。
尾锥
尾锥部分主要是辅助动力装置 （APU）的排气管。
§4.4 尾翼
尾翼的主要功用是保证飞机的 纵向和方向的平衡，并使飞机在纵 向和方向上具有必要的稳定性和操 纵性。
飞机结构设计的基本原理与方法
飞机结构设计的基本原理与方法飞机结构设计是航空工程中至关重要的一部分，直接关系到飞机的飞行安全和性能。
本文将介绍飞机结构设计的基本原理与方法，以帮助读者更好地理解这一领域的知识。
一、飞机结构设计的基本原理飞机结构设计的基本原理包括以下几个方面：1. 强度与刚度：飞机的结构要具备足够的强度和刚度，以承受外部载荷和保持形状稳定，确保飞机在飞行中不会发生破坏或失稳。
2. 材料选择：飞机结构的材料选择至关重要，既要考虑其强度和刚度，又要考虑重量、耐久性和成本等因素。
常用的材料包括金属、复合材料和塑料等。
3. 受力分析：通过受力分析，确定飞机各部件所受的载荷类型和大小，以确定合适的结构形式和材料尺寸，确保飞机在不同工况下的安全性和性能。
4. 疲劳寿命评估：飞机在使用中会受到不同频率和振幅的载荷加载，疲劳寿命评估可以预测结构的使用寿命，避免由于疲劳引起的结构失效。
5. 防腐防蚀：考虑到飞机在恶劣环境中的使用，设计中需要采取措施，如防腐涂层、防蚀合金等，保证飞机结构的耐久性和可靠性。
二、飞机结构设计的基本方法在飞机结构设计中，常用的方法包括以下几种：1. 强度计算：通过数学和物理原理，计算出飞机所受载荷引起的应力和变形情况，以评估结构的强度，指导结构的设计和材料的选择。
2. 有限元分析：有限元分析是一种数值计算方法，将结构离散成有限数量的单元，通过求解单元之间的相互作用，得到结构的应力和变形情况。
3. 模型试验：通过制作飞机结构的缩比模型，进行试验加载，观察和测量结构的应力和变形情况，验证计算结果的准确性。
4. 结构优化：采用优化算法，结合有限元分析等方法，寻找最佳的结构形式和材料尺寸，以满足设计要求并提高结构的性能。
5. 数据统计与验证：通过实际飞机的运行数据，进行故障统计和分析，验证设计和计算的准确性和合理性，以优化飞机结构设计。
三、飞机结构设计的挑战与发展趋势随着航空技术的不断发展，飞机结构设计面临着越来越多的挑战和需求。
飞机结构与系统(飞机机身结构)通用课件
铝合金飞机机身结构中最常材料 之一，因其具较高比强度、耐腐
蚀性易加工等特点。
铝合金可变形铝合金铸造铝合金 ，广泛应飞机大梁、机身蒙皮、
翼肋等部件。
铝合金缺点疲劳性能较差，易发 生疲劳裂纹，因此设计时需进行
疲劳强度析试验。
复合材料
复合材料由两种或多种材料组成新型材料，具高强度、高刚性、抗疲劳等优点。
热稳定性析
评估机身高温环境稳定性，保证结构 因温度变化而发生变形或失效。
05
机身结构损伤容限与疲劳寿命
损伤容限设计
01
损伤容限设计指飞机结构受损伤后仍能保持一定承载能力设计方 法。它通过合理设计结构细节、选择适当材料工艺，提高结构抗
损伤能力。
02
损伤容限设计包括结构进行强度析、疲劳析损伤评估，确保预期 服役期内，结构能够承受各种载荷环境条件影响。
中段
包括机身中部后部，主承 载着机身纵向横向受力， 并连接机翼行稳定性，发动 机吊舱则安装固定发动机 。
机身结构设计求
01
02
03
04
强度求
机身结构必须能够承受飞行过 程中各种载荷，包括气动载荷
、惯性载荷重力载荷等。
刚度求
机身结构必须具一定刚度，确 保飞机飞行过程中稳定性舒适
焊接工艺
总结词
焊接工艺飞机机身结构制造中重连接方式，通过熔融金属将 两零件连接一起。
详细描述
焊接工艺具强度高、密封性好、重量轻等特点，广泛应飞机 机身结构制造中。焊接工艺可电弧焊、激光焊、等离子焊等 多种方式，根据同材料连接求选择合适焊接工艺。
铆接工艺
总结词
铆接工艺飞机机身结构制造中传统连 接方式，通过铆钉将两零件连接一起 。
参数优化
飞机结构设计的5个基本要求
飞机结构设计的5个基本要求以飞机结构设计的5个基本要求为标题，写一篇文章一、强度和刚度要求飞机结构设计的第一个基本要求是强度和刚度要求。
飞机在飞行过程中会受到各种外力的作用，如气动力、重力和惯性力等，因此飞机的结构必须具备足够的强度和刚度来抵御这些力的作用。
强度是指材料在受力过程中能够承受的最大应力，而刚度则是指结构在受力后不会发生过度变形的能力。
为了满足强度和刚度要求，飞机结构设计中需要考虑材料的选择和结构的布局。
常用的飞机结构材料有铝合金、钛合金和复合材料等，这些材料具有良好的强度和刚度特性。
而在结构布局方面，设计师需要合理安排构件的位置和数量，以确保整个飞机结构能够承受各种外力的作用，同时尽量减小结构的重量。
二、稳定性要求飞机结构设计的第二个基本要求是稳定性要求。
飞机在飞行过程中需要保持稳定的飞行姿态，而结构的稳定性对于飞机的飞行性能和安全性至关重要。
稳定性是指结构在受力过程中不会发生失稳或过度变形的能力。
为了满足稳定性要求，飞机结构设计中需要考虑结构的刚度和结构件之间的连接方式。
设计师需要选择合适的材料和构件尺寸，以确保结构具有足够的刚度来保持飞机的稳定飞行姿态。
同时，设计师还需要合理设计结构件之间的连接方式，以确保连接处的稳定性和刚度。
三、轻量化要求飞机结构设计的第三个基本要求是轻量化要求。
由于飞机的结构需要承受重力的作用，因此轻量化是飞机设计中的重要目标。
轻量化是指在满足强度和刚度要求的前提下，尽量减小结构的重量。
为了满足轻量化要求，飞机结构设计中需要采用轻质高强度材料，并合理设计结构的形状和布局。
常用的轻质高强度材料有铝合金、钛合金和复合材料等，这些材料具有较高的强度和较低的密度。
此外，设计师还需要合理利用结构的空间，尽量减小结构的体积和重量。
四、安全性要求飞机结构设计的第四个基本要求是安全性要求。
飞机作为一种复杂的机械设备，其结构设计必须具备良好的安全性能，以保障飞机的飞行安全。
飞机结构设计知识点
飞机结构设计知识点飞机结构设计是指对航空器的各个部分进行设计，以保证其轻巧、强度足够、安全可靠。
在飞机结构设计中，有一些重要的知识点需要掌握和应用。
本文将介绍一些常见的飞机结构设计知识点。
一、材料选择在飞机结构设计中，材料选择是一个重要的环节。
合适的材料可以保证飞机的轻量化和强度要求。
常见的飞机结构材料包括铝合金、钛合金、复合材料等。
根据不同的部位和功能需求，选择合适的材料非常关键。
二、构件设计在飞机结构设计中，各个构件的设计是一个重要的步骤。
构件设计涉及到各种零部件的尺寸、形状和连接方式等。
在设计过程中，需要考虑到飞机的载荷、速度范围、飞行姿态等因素，确保构件的合理设计。
三、强度分析飞机结构设计中的强度分析是非常重要的一环。
强度分析包括静力分析和动力分析。
静力分析主要考虑静态载荷下构件的强度情况，而动力分析则是考虑到动态载荷和振动情况下结构的强度。
四、疲劳寿命预测飞机结构在使用过程中会经历反复的载荷作用，容易出现疲劳破坏。
因此，在飞机结构设计中，需要对结构的疲劳寿命进行预测和评估。
通过疲劳寿命预测，可以保证飞机在一定使用寿命下的安全可靠运行。
五、安全性考虑飞机结构设计中的安全性是至关重要的。
设计中需要考虑到可能的事故情况，如防止燃油泄漏、避免结构破坏等。
此外，还需要考虑到飞机的航空电子设备、供氧系统等相关因素，确保整个飞机的安全性能。
六、人机工程学人机工程学是飞机结构设计中的一个重要领域。
通过合理的人机工程学设计，可以保证飞机的操作便捷性和安全性。
比如，合理设置操纵杆、控制面板等，使驾驶员能够更好地操作飞机。
七、风洞试验风洞试验是飞机结构设计的重要手段之一。
通过风洞试验，可以模拟飞机在真实飞行环境中的载荷和风阻情况，验证设计的合理性和可行性。
风洞试验是飞机结构设计不可或缺的一部分。
综上所述，飞机结构设计涉及到许多重要的知识点，包括材料选择、构件设计、强度分析、疲劳寿命预测、安全性考虑、人机工程学和风洞试验等。
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飞机总体与结构设计
飞行器工程学院 王琦
主要参考书目
❖王志瑾等. 飞机结构设计. 国防工业出版社，2007.
❖郦正能等.飞行器结构学. 北京航空航天大学出版社，2005.
1
第五讲：飞机结构设计参考题
➢ 5.1 绪论 ➢ 5.2 飞机的外载荷 ➢ 5.3 飞机结构分析与设计基础 ➢ 5.4 机翼、尾翼结构分析与设计 ➢ 5.5 机身结构分析与设计 ➢ 5.6 起落架设计
❖后掠翼结构设计的三个特点（刚度特点、 变形特点和连接特点）
12
5.4 机翼、尾翼结构分析与设计
❖后掠翼结构设计的三个特点（刚度特点、 变形特点和连接特点）
13
5.4 机翼、尾翼结构分析与设计
❖后掠翼结构设计的三个特点（刚度特点、 变形特点和连接特点）
14
5.4 机翼、尾翼结构分析与设计
❖ 机翼受力构件布置的基本原则 1. 加强件的综合利用 2. 传力路线最短原理 3. 利用静不定结构中载荷按刚度分配的原
初步设计
（Preliminary Design）
详细设计 （Detail Design）
制造 4
5.1 绪论
❖飞机结构设计的基本要求 气动、质量、使用维护和工艺
❖飞机结构设计思想演变的五个阶段 静强度→静强度和刚度→静强度、刚
度和安全寿命→静强度、刚度和损伤容限 与经济寿命设计 ❖飞机结构设计在飞机设计中的地位
7
5.2 飞机外载荷
❖过载的概念：作用在航空器上除重力以外 所有力的合力与航空器重力之比值。
❖热载荷 ：飞行中外部和内部热源会使其 加热。气动加热会使材料机械性能变坏、 出现的变形会引起材料蠕变、形状失稳、 结构刚度和承载能力下贱，甚至引起疲劳 破坏。
❖疲劳载荷 ：载荷分为静载和动载，动载 分为周期载荷和非周期载荷，动载就是疲 劳载荷。
2
5.1 绪论
❖飞机设计的范围 —主要涉及论证、方案和工程研制阶段
论证阶段
方案阶段
工程研制 阶段
飞机设计
设计定型 阶段
生产定型 阶段
进一步 改进
对于设计阶段的划分和各阶段应完成的任务， 没有完全统一的表述形式
3
5.1 绪论
❖飞机设计的三阶段划分方式
设计要求
概念设计
（Conceptual Design）
5
5.1 绪论
❖飞机总体设计＝概念设计＋初步设计
设计要求
概念设计
初步设计 详细设计
制造
飞机 总体 设计
飞机 结构 设计
6
5.1 绪论
❖“管中窥豹” — 机翼前梁在设计过程中的演变
概念设计
仅仅是一个从翼根到 翼梢的平面！
初步设计 表示出梁的截面变化
“简单任务”？
详细设计
专注于每一个细节 尺寸与参数
17
5.5 机身结构分析与设计
❖机身基本承力构件的用途
18
5.5 机身结构分析与设计
❖机体结构开口的分类、对传力的影响及其 补强方法
19
5.6 起落架设计
❖对起落架的要求 ❖按受载方式对起落架的分类和受力特点 ❖按减震缓冲器的位置和作用对起落架的分
类和受力特点
20
谢 谢！
21
理 4. 多路传力的结构设计原则
15
5.5 机身结构分析与设计
❖对机身结构的基本要求
除最小质量的要求之外还有： 1. 合理选择机身的外形，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部分升力的升力机身； 3. 合理使用机身的有效容积，减少质心的变化范围，以保
❖ 定理三：一个静不定结构在一组以上外载荷非 同时作用，且在强度（或位移）约束时，一般 情况下，最轻解为静不定结构；在一组外载荷 作用，且在强度和位移同时约束是，一般最轻 解为静不定结构。
10
5.4 机翼、尾翼结构分析与设计
❖机翼主要受力构件的用途(蒙皮、桁条、 翼梁、纵墙、翼肋)
11
5.4 机翼、尾翼结构分析与设计
证飞机具有更理想的稳定性和操纵性； 4. 机身结构受力形式要和与之相连的部件的结构受力形式
相协调。 5. 应保证能方便第接近布置在机身内的各种构件，以便进
行检查和维护。
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5.5 机身结构分析与设计
❖机身上的主要载荷
1. 飞机其他部件传给机身的力； 2. 机身受到的质量力； 3. 分布在机身表面上的气动力； 4. 机身密封舱、进气道和专用舱内的压差 5. 特殊情况下机身的载荷。
8
5.3 飞机结构分析与设计基础
❖评价结构传力合理性的3个标准 传力路线短、材料利用率高、原件综
合利用性好 ❖静定和静不定结构质量特性三定理
9
5.3 飞机结构分析与设计基础
❖ 定理一：静定结构在只有强度的约束中，满应 力解为最轻解。
❖ 定理二：几个静不定结构在受到一组外载荷作 用且只有强度约束（或位移约束）时必定可以 在此静不定结构中找到一个最适合的静定子结 构为结构的最轻解（不考虑最小尺寸约束）。 在罕见的情况下，也可能存在静不定子结构与 静定子结构同为最轻解。