机翼尾翼的结构分析详解
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分布气动力：以吸力和压力形式直接作用 在蒙皮上；
机翼结构的质量力：分布在机翼整个体积 上；
集中力：与机翼连接的其它部件(如起落架 发动机)、装载物(油箱、炸弹)以及各类增 升翼面从它们的连接接头上传给机翼。
各种受载情况下气动载荷的弦向分布
•亚音速气动力沿机翼弦向分布如图所示
•副翼不偏转时的超音速飞行时可以认为载荷沿翼弦为均 匀分布
机翼尾翼的结构分析ppt课件
第4章 机翼尾翼的结构分析
4.1 机翼的功用、设计要求和受载特点 4.1.1机翼的功用和设计要求 一、机翼的用途 气动作用：保证飞机的飞行性能和机动性
能，横向稳定性和操纵性
安装起落架、发动机、贮放燃油、武器等。
图4.1现代旅客机的机翼
机翼的结构重量占全机结构重量的 30%~50%，占全机重量的8%~15%。由它产 生的阻力是全机阻力的30%~50%。
4.2.3翼肋将载荷传到蒙皮和翼梁腹板上
支持在翼梁、蒙皮上 承受蒙皮、桁条传递 过来的气动载荷。 受弯
剪力Q由两个翼梁共同承受，按刚度分配：
Q1i
Qi
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
Q2 Q
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
剖面上相对于刚心的扭矩Mt为：
M ti Qi (xp xg ) Qic
c (l / 2) 0 z b 2bt
3
b bt
四、扭矩Mt
z
M z mz dz M z p
l/2
分布力qb和qw相对于Z轴
产生的分布扭矩 mz qb (xz xp ) qw (xm xz )
部件的集中力产生的 相对于Z轴的力矩
M z P PP xP Ph
图4.9 计算机翼的M图
局部气动载荷传给长桁和翼肋，近似按 对角线划分分配
4.2.2桁条将载荷传到翼肋上
桁条支持在翼肋上 承受蒙皮传递过来的 气动载荷。 桁条受弯
1－补偿片； 2－梁； 3－壁板筋条； 4－整体壁板； 5－角撑； 6－翼肋缘条； 7－翼肋腹板； 8－对接接头。
图4.13 蒙 皮、翼肋 和桁条之 间的互相 连接型式
二、设计要求
总体要求（4点） 气动要求：保证一定的升阻比K＝cy/cx；由
机翼增升装置产生的升力系数增量△cymax 值要尽可能地大；从亚音速飞行转到超音 速飞行时飞机的稳定性、操纵性和气动性 能的变化要尽可能地小，
热量要尽可能少地传入结构 放置各种装载物的容积要尽量大。
4.1.2机翼的受载
l/2
机翼上的展向分布载荷 近似为：
q
qb
qw
G
Gw S
nb
nG S
(1 mw )b
图4.8 转直后的后掠机翼各剖面上的Q和 M(近似值)
三、机翼剖面上的Q和M值的近似求法
如果载荷沿机翼翼展与翼弦长成比例，则在z剖 面处 ：
Q
(l
/
z
qdz
2) 0
nG(1 S
mw
)
Ssec
而弯矩M=Qc，式中
Rt M tr / B Mt的作用使机翼蒙皮如同翼梁腹板一样受剪。
蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。为使扭矩能以闭 环剪流qt的形式沿蒙皮传递，必须满足以下条件：
(1)蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向应力 沿闭室周边传递。
(2) 在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上， 该翼肋能将Mtr转换为力偶Rt；
得到Mz和Q图以后，可以对任一剖面求出力Q作 用点到Z轴的距离：(图4.10)。若已知刚性轴的位置 (距离d)，对它的扭转为Mt=dQ。
图4.10 扭矩Mt
4.2典型受力型式机翼的气动载荷传力分析
4.2.1 蒙皮的初始受力
蒙皮支持在桁条和翼 肋上 以压力和吸力形式直 接承受气动载荷。 蒙皮受拉伸（如果是 厚蒙皮—它也受横向 弯曲)。
式中： ci剖面上刚心和压心之间的距离。
刚心位置
xg B (EJ )2 (EJ )1(EJ )2
翼肋传递到蒙皮上的载荷qti为 ：
wk.baidu.comqti
M ti 2Fcont i
Qici 2Fcont i
式中：Fcont闭室面积；
问题：
– 扭矩可以由两个梁承担吗？
4.2.4 翼梁的受力
4.2.5蒙皮的总体受载
性？ ✓ 分离体是否平衡？ ✓ 所有的力都传递到基础上吗？
4.3 机翼主要受力构件的用途和结构型式
qw
nd Gw S
b
质量力qw的作用点xm就是剖面的质心，一般位 于距前缘4050%的弦长处。
q q b qw qb (1 mw )
它距前缘的距离为： xeqi (qb xp qw xm ) / q
装在机翼内或悬挂在其上的各部件和装载 物的质量力Pp作用在部件或装载物的质心 上。
二、机翼在外载荷作用下的受载情况
图4.5 气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布
在a-a切面上产生了限 制位移的内力—剪力Q 和弯矩M
相对于z-z轴，产生了 扭矩Mt
剪力Q使翼梁腹 板或墙腹板受剪；
弯矩M作用下机 翼承受弯曲变形
扭矩Mt的作用下 机翼承受总体扭 转变形
机翼的Q 和M图
z
Q qdz Pp
l/2
z
M Qdz
(3) 在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳； (4) 蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由于 机翼扭转变形。
双梁机翼传力分析综述
蒙皮
长桁
蒙皮
?
蒙皮
翼肋
梁
剪力
局部气动力
扭矩
长桁
蒙皮
弯矩 剪力
接头
机身
一对剪力（形成力偶）
扭矩
根部加强肋
两个重要概念：
✓ 剪流反传 ✓ 参与区
参与区
传力分析总结：
✓ 受到什么载荷（谁传递过来的）？ ✓ 如何被支撑（约束）？ ✓ 约束力到哪里去了？ ✓ 支撑能提高正确的约束力吗？是否符合传力特
qb≈(nG/S)b
压力中心在翼弦上的位置：
xp b
( mz c y
mz0 cy
) sec
式中mz0是零升力矩系数。对于对称翼型，mz0=0， 并且机翼的压力中心与焦点重合，即хp=хF。
图4.4机翼焦点位置与飞行M数的变化关系
机翼结构的质量力为空气动力的8～15%， 它们按与空气动力同样的规律分配：
β角很小，取cosβ=1，升力由机翼产生
qbl ndGKs
Ks为气动力沿机翼展向的分布不均匀系数
假定气动力分布沿机翼翼展不变(Ks＝1)，于是
qb
ndG S
b
图4.3 三角机 翼上的气动力
分布
对于三角形机翼
在M<１时，当cysecb=cywbav时，系数Ks等于１ qb=nG/l=常数
当M>1时:
机翼结构的质量力：分布在机翼整个体积 上；
集中力：与机翼连接的其它部件(如起落架 发动机)、装载物(油箱、炸弹)以及各类增 升翼面从它们的连接接头上传给机翼。
各种受载情况下气动载荷的弦向分布
•亚音速气动力沿机翼弦向分布如图所示
•副翼不偏转时的超音速飞行时可以认为载荷沿翼弦为均 匀分布
机翼尾翼的结构分析ppt课件
第4章 机翼尾翼的结构分析
4.1 机翼的功用、设计要求和受载特点 4.1.1机翼的功用和设计要求 一、机翼的用途 气动作用：保证飞机的飞行性能和机动性
能，横向稳定性和操纵性
安装起落架、发动机、贮放燃油、武器等。
图4.1现代旅客机的机翼
机翼的结构重量占全机结构重量的 30%~50%，占全机重量的8%~15%。由它产 生的阻力是全机阻力的30%~50%。
4.2.3翼肋将载荷传到蒙皮和翼梁腹板上
支持在翼梁、蒙皮上 承受蒙皮、桁条传递 过来的气动载荷。 受弯
剪力Q由两个翼梁共同承受，按刚度分配：
Q1i
Qi
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
Q2 Q
(EJ )1 (EJ )1 (EJ )2
剖面上相对于刚心的扭矩Mt为：
M ti Qi (xp xg ) Qic
c (l / 2) 0 z b 2bt
3
b bt
四、扭矩Mt
z
M z mz dz M z p
l/2
分布力qb和qw相对于Z轴
产生的分布扭矩 mz qb (xz xp ) qw (xm xz )
部件的集中力产生的 相对于Z轴的力矩
M z P PP xP Ph
图4.9 计算机翼的M图
局部气动载荷传给长桁和翼肋，近似按 对角线划分分配
4.2.2桁条将载荷传到翼肋上
桁条支持在翼肋上 承受蒙皮传递过来的 气动载荷。 桁条受弯
1－补偿片； 2－梁； 3－壁板筋条； 4－整体壁板； 5－角撑； 6－翼肋缘条； 7－翼肋腹板； 8－对接接头。
图4.13 蒙 皮、翼肋 和桁条之 间的互相 连接型式
二、设计要求
总体要求（4点） 气动要求：保证一定的升阻比K＝cy/cx；由
机翼增升装置产生的升力系数增量△cymax 值要尽可能地大；从亚音速飞行转到超音 速飞行时飞机的稳定性、操纵性和气动性 能的变化要尽可能地小，
热量要尽可能少地传入结构 放置各种装载物的容积要尽量大。
4.1.2机翼的受载
l/2
机翼上的展向分布载荷 近似为：
q
qb
qw
G
Gw S
nb
nG S
(1 mw )b
图4.8 转直后的后掠机翼各剖面上的Q和 M(近似值)
三、机翼剖面上的Q和M值的近似求法
如果载荷沿机翼翼展与翼弦长成比例，则在z剖 面处 ：
Q
(l
/
z
qdz
2) 0
nG(1 S
mw
)
Ssec
而弯矩M=Qc，式中
Rt M tr / B Mt的作用使机翼蒙皮如同翼梁腹板一样受剪。
蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。为使扭矩能以闭 环剪流qt的形式沿蒙皮传递，必须满足以下条件：
(1)蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向应力 沿闭室周边传递。
(2) 在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上， 该翼肋能将Mtr转换为力偶Rt；
得到Mz和Q图以后，可以对任一剖面求出力Q作 用点到Z轴的距离：(图4.10)。若已知刚性轴的位置 (距离d)，对它的扭转为Mt=dQ。
图4.10 扭矩Mt
4.2典型受力型式机翼的气动载荷传力分析
4.2.1 蒙皮的初始受力
蒙皮支持在桁条和翼 肋上 以压力和吸力形式直 接承受气动载荷。 蒙皮受拉伸（如果是 厚蒙皮—它也受横向 弯曲)。
式中： ci剖面上刚心和压心之间的距离。
刚心位置
xg B (EJ )2 (EJ )1(EJ )2
翼肋传递到蒙皮上的载荷qti为 ：
wk.baidu.comqti
M ti 2Fcont i
Qici 2Fcont i
式中：Fcont闭室面积；
问题：
– 扭矩可以由两个梁承担吗？
4.2.4 翼梁的受力
4.2.5蒙皮的总体受载
性？ ✓ 分离体是否平衡？ ✓ 所有的力都传递到基础上吗？
4.3 机翼主要受力构件的用途和结构型式
qw
nd Gw S
b
质量力qw的作用点xm就是剖面的质心，一般位 于距前缘4050%的弦长处。
q q b qw qb (1 mw )
它距前缘的距离为： xeqi (qb xp qw xm ) / q
装在机翼内或悬挂在其上的各部件和装载 物的质量力Pp作用在部件或装载物的质心 上。
二、机翼在外载荷作用下的受载情况
图4.5 气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布
在a-a切面上产生了限 制位移的内力—剪力Q 和弯矩M
相对于z-z轴，产生了 扭矩Mt
剪力Q使翼梁腹 板或墙腹板受剪；
弯矩M作用下机 翼承受弯曲变形
扭矩Mt的作用下 机翼承受总体扭 转变形
机翼的Q 和M图
z
Q qdz Pp
l/2
z
M Qdz
(3) 在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳； (4) 蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由于 机翼扭转变形。
双梁机翼传力分析综述
蒙皮
长桁
蒙皮
?
蒙皮
翼肋
梁
剪力
局部气动力
扭矩
长桁
蒙皮
弯矩 剪力
接头
机身
一对剪力（形成力偶）
扭矩
根部加强肋
两个重要概念：
✓ 剪流反传 ✓ 参与区
参与区
传力分析总结：
✓ 受到什么载荷（谁传递过来的）？ ✓ 如何被支撑（约束）？ ✓ 约束力到哪里去了？ ✓ 支撑能提高正确的约束力吗？是否符合传力特
qb≈(nG/S)b
压力中心在翼弦上的位置：
xp b
( mz c y
mz0 cy
) sec
式中mz0是零升力矩系数。对于对称翼型，mz0=0， 并且机翼的压力中心与焦点重合，即хp=хF。
图4.4机翼焦点位置与飞行M数的变化关系
机翼结构的质量力为空气动力的8～15%， 它们按与空气动力同样的规律分配：
β角很小，取cosβ=1，升力由机翼产生
qbl ndGKs
Ks为气动力沿机翼展向的分布不均匀系数
假定气动力分布沿机翼翼展不变(Ks＝1)，于是
qb
ndG S
b
图4.3 三角机 翼上的气动力
分布
对于三角形机翼
在M<１时，当cysecb=cywbav时，系数Ks等于１ qb=nG/l=常数
当M>1时: