第六讲平直机翼的传力分析

蒙 皮
翼 肋
梁（墙）腹板
缘条、桁条和蒙皮组成的壁板
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三、单块式机翼的传力分析
梁缘条传给 蒙皮的剪流 铆钉 最近的桁条
相临的蒙皮
桁条
蒙皮内剪流 的分布
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四、多腹板式机翼的传力分析
多腹板式机翼的结构特点： 这类机翼布置了较多纵墙（一般多于5个，有的多达10余个）， 蒙皮较厚，无长桁，翼肋很少。厚蒙皮单独承受全部弯矩。 气 动 载 荷
矩的接头，纵墙上是只能传递剪
力的铰链接头。因此，纵墙在根 部不能传弯，它所承受的弯矩要
通过根段蒙皮以剪流方式传到梁
上，再传给机身。
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三、单块式机翼的传力分析 单块式机翼的结构特点： 长桁较多、较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般梁缘条的剖面 面积与长桁的剖面面积接近或略大一些，有时只布置纵墙而不 采用缘条面积特别大的翼梁。 桁 条 气 动 载 荷
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(5) 周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递
扭矩传到机翼根部，由于机翼是用梁上的集中接头和其它部 件连接，因此，根部必须设置加强肋，以便将扭矩从分散剪流 形式转变成一对力偶传给前后梁，再通过加强支柱或加强垫板 传给连接接头。
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2、集中载荷的传递
机翼上较小的集中载荷可由普通翼肋承受。 机翼上较大的集中载荷，如副翼、襟翼、发动机、起落架、各种外 挂和装载传来的集中力，通过加强翼肋转化成分散力传给翼梁腹板 和蒙皮。
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4) 依次选取元件为分离体，按静力平衡条件逐步分析，这样才
能反映出正确的传力路线。
5) 分析传力时，还须具备刚度概念。对静不定系统
a) 载荷分配与元件刚度有关。刚度大，分配到的载荷大；
b) 载荷分配与支持刚度有关。刚性支持分配到的载荷大， 弹性支持分配到的载荷小； c) 传力多少与传力路线的长度有关，传力路线短的元件，传 走的力多。 （刚度概念对分辨主、次受力元件，选取计算模型，对静不定结 构作近似设计计算，布置受力元件时有意识地分配载荷，控制
传力分析的目的：了解结构受力的物理本质，并弄清楚每个 主要受力元件在结构中的作用和地位。
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2、实际结构传力分析的基本方法 从受力的角度看，机翼结构有
主要部分：如主要受力翼盒 次要部分：如机翼后缘 主要构件元件：如翼梁、肋、长桁、蒙皮、接头等 次要元件：如连接角片、垫片等
传力分析中，着重研究参加承受机翼总体力的主要结构元件、 主要部分的传力情况。 对实际结构进行传力分析的基本方法： 1) 弄清楚结构所受的载荷最后应传向何处。通常分析机翼时，以 机身为支持基础；分析机身时，以机翼作为支持基础。 2) 分清结构的主要和次要受力部分，主要和次要受力元件。首先 着重研究在总体受力中占主导地位的受力部分和元件的受力传 力作用，次要元件和次要部分通常可以略去。 3) 对主要元件的连接关系、连接方式进行详细了解，以便正确确 定支持形式和传力方式。
桁、翼梁缘条就属此类元件。因为杆的抗弯能力很小，故认为它不
能受弯矩，或只能受很小的弯矩（如长桁上局部气动载荷引起的弯 矩）。
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基本结构元件的传力特性
（2）薄板 在垂直于板中面方向：根本不能承受横向集中载荷，只能承受 横向分布载荷，如气动载荷、增压舱的压力载荷、燃油舱燃油质量
载荷和气压载荷等。 在平行于板中面方
向：如果直接承受集 中力，薄板将被局部 撕裂或压塌；能够承 受板平面内的拉应力、 压应力和剪应力。抗 拉能力强，抗剪次之， 抗压能力最低。
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（3）平面板杆结构 它由位于同一平面内的板、杆组成，适宜 受作用在该平面内的载荷。因为杆宜于受轴 向力，因此，可沿板杆结构中的任何杆件加 以沿杆轴方向的力。 板杆结构中的矩形板（或梯形板）则有两 种受载情况： 板、杆之间只能相互传递剪流。如 果板将拉伸应力传给杆时，则从右图可 知，必定会使杆受到一横向载荷而引起 弯矩，这将与杆不能受弯的假设相矛盾。 三角形板杆结构因为力矩不能平衡，

Mt G 2
ds

又因为
ds


Mt GJ p
式中
J p 2
所以
M t1 Mt2
Mt1 + Mt2= Mt
G1J p1 G1J p1 G 2 J p 2 G2 J p 2 G1J p1 G 2 J p 2 Mt Mt
2 F0


— 称为扭转常数
ds

伊 尔 28
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二、梁式机翼的传力分析
1、气动载荷的传递 (1) 蒙皮把气动载荷分别传给桁条和翼肋 蒙皮受气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支 反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，此时铆 钉不受力。
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(2) 桁条又把自身承担的那部分气动载荷传给翼肋 桁条与翼肋直接用角片或间接通过蒙皮与翼肋相连，因此， 桁条可以看成支持在翼肋上的多点连续梁受横向弯曲。
传力路线等都很有用。）
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3、基本结构元件的传力特性 飞机机体结构大多是薄壁结构，基本上由板、杆组成。 各构件在结构中应根据它们的传力特性进行最佳组合，使它们 分别承担最符合各自受力特点的载荷，这样才能使设计出来的结 构重量轻。 判断一个构件或元件能否传递某种载荷，就要看它在此种载荷下 是否满足强度要求，或是否会产生过大的变形（超过容许的变形 量）。 （ 1） 杆 只能承受（或传递）沿杆轴向的分散力或集中力。机翼中的长
飞机结构分析与设计
第分析的一般原理
1、传力分析的概念、目的

“传力分析”的一般含义：当支承在某基础上的一个结构受 有某种外载，分析这些外载如何通过结构的各个元件逐步向 支承它的基础传递，则称此过程为结构的传力分析。 传力分析不可能给出 精确的量的概念，而只是通过定性的或 粗定量的分析来研究结构的传力特性，并进而研究结构的受 力形式和主要受力构件的布置等问题。
翼梁腹板受到由翼肋 传来的剪力，使腹板 受剪。由于腹板与很 多翼肋相连，翼肋传 给腹板的剪力也就一 个一个叠加上去，所 以从翼尖至翼根，梁 腹板上的剪力成阶梯 形增加。
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(4) 翼梁将载荷向根部传递
腹板上所有剪力的总和最终 在机身侧边接头上得到平衡。
这种横向剪力还会引起弯矩， 这些剪力在向根部传递时引起 的弯矩，依靠梁的上、下缘条 提供一对沿着翼展方向相反的 支反剪流所形成的支反力矩来 平衡。 腹板也就将弯矩以轴向剪流 的形式传给了翼梁的上、下缘 条。最后在机翼根部通过与机 身的固接接头传给机身。
蒙 皮
腹 板 蒙 皮
侧边翼肋 机翼接头
机身或中央翼
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补充：扭矩在多闭室中的分配
薄壁管的剪流计算公式为
q Mt 2 F0
双闭室薄壁结构中，各闭室的 扭转角相同，即 θ1 = θ2
M t1 Mt2 G1J p1 G1J p 2
式中 F0 为管壁中线所围的面积。 薄壁管单位长度扭转角为
至此，作用在蒙皮上的气动载荷全部传给了翼肋：一部分是 直接传给翼肋的，另一部分是通过桁条间接传给翼肋的。
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(3) 翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮 翼肋的受载形式是一根梁，其支持 是分散的、弹性的。翼肋上的载荷有 蒙皮传来初始局部气动载荷，以及由 桁条传来的小集中力形式的载荷。
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(4) 翼梁将载荷向根部传递
P
B
max
Q
QL3 48EI
P
C A
L/2 L
现在若在杆中点C处单独作用一横向集中力Q，并取σmax = σb ，则可
求得此杆所能承受的最大横向力仅为 Q max = 75 kg。Q = 4.5% Pmax，
若受横向载荷，以增加重量为代价。
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重点以平直机翼为例，详细分析载荷在结构中的传力过程。
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（5）空间薄壁结构与厚壁筒
（5）空间薄壁结构与厚壁筒
厚壁筒与空间薄壁结构经过合理的安排，可承受空间任意方向的力。
例题： 右图为两端铰支的高强铝合
金圆杆AB。已知杆剖面面积 F= 40 mm2，l = 80 mm，E = 7200 kg/mm， σb = 42 kg/mm2。 在 轴力P 作用下，有P/F = σ， 则Pmax = F σb = 1680 kg。
M
荷 ， 则 杆 将 受 弯 矩 荷 ， 则 杆 将 受 轴 力 构 板 不 受 载
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板 、 杆 传 递 法 向 载 板 、 杆 传 递 剪 切 载 三 角 形 板 杆 结
其中的板不能受剪力。
（4）平面梁
整体梁的构造
可以是薄壁结构组合梁，也可以是整体梁，它适于受梁平面内 的载荷。在传力分析中，可近似认为腹板只受分布剪流形式的剪 力，而缘条作为杆元受轴向力，上、下两缘条分别受拉和受压， 即可承受平面内的弯矩。
加强翼肋受集中力时，肋剖面中有相当大的剪力和弯矩，因此 翼肋腹板和上下缘条都相当强，与翼梁腹板和蒙皮连接也很强， 必要时腹板上还铆上支柱。 17
单梁式机翼的传力分析 与双梁式机翼对比：
相同处：单梁式机翼的结构受力
形式和各结构的受力功用与双梁 式机翼基本相同。
相异处：单梁式机翼仅有一根强
有力的梁，另外还有1~2根纵墙； 机翼机身连接，梁上有可传递弯

S i
i
i — 第 i 段管壁的厚度 S i —第 i 段管壁的长度
上式说明：剖面扭矩在各闭室间 按扭转刚度 GJp 正比分配。多闭 22 室的扭矩分配同法类推。
总
结
基本结构元件的传力特性
梁式、单块式、多腹板式平直机翼的传力分析
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