第六章机身结构分析ppt课件

(3) 合理使用机身的有效容积，就要布局紧凑，将货物尽量靠重心 附近布置，这能够降低惯性矩并改善飞机的机动特性；在各种装载 情况、燃油和弹药消耗的情况下，减少重心的变化范围，可保证飞 机具有更理想的稳定性和操纵性。
精品课件
(4) 特殊要求：
空降人员和武器装备能容易跳伞和投放； 对运输的货物能方便地装载、系留和卸载； 高空飞行时能保证乘客和乘员具有必要的生活条件，要具 备一定的舒适标准； 旅客机迫降时保证乘员生命，能迅速安全地应急撤离； 机组人员要有良好的视野。
缺点： 相对载荷大时，重量特性较后两类差些。用于 小 飞机：开口比例相对大, 前机身开口多。
精品课件
桁梁布置
■ 早期桁梁： ■沿整个机身长度布置； ■布置在45处。 ■ 混合受力型式机身桁梁布置： ■在机身上有开口部位布置 (座舱盖开口、密封 舱开口、 设备舱开口、起落架舱开口、油箱开口、发动机舱开口等)； ■对机身进行受力补强的部位； ■或者是用桁梁(纵向梁)来承受纵向集中力(来自 发动机 推力、武器反作用力等)。
飞机结构设计的基本要求适用于机身结构 设 计，即质量最小。
总体设计阶段：
满足装载的使用要求：可能在一些气动要 求和重 量要求上作出让步；
协调机身、机翼、尾翼等相连接部件的主 要受力 构件；
机身结构为满足使用要求的各种技术要求 在总体 设计时已基本解决。
精品课件
■ 零部件设计阶段：满足结构的强度、刚度 和工艺性要求。
受力特点：
蒙皮与桁条一起承受弯矩Mz和My引起的轴向力(拉-压)； 承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt时，蒙皮受剪切。
优点： 机身大
1)弯、扭刚度比桁梁式
2）蒙皮较厚，其局部变形小，有利 于改善气动性能
缺点： 蒙皮桁上条不式宜和大桁开梁口式。机身统称为半硬壳式机身
精品课件
桁条式机身加强框，与水平尾翼的某接头 相连接，受到接头 传来的集中载荷。
本身要大；
2. 当发动机布置在
后 机身上时会使Mz明
显增大； 3. 当质量沿X轴分 散 较大时或机身较长
时，也会使 Mz 增 大；
4. 增加垂尾高度会使
Mt 增大。
图6.3精品机课身件 的受载，Qv、Qh、Mz、My、Mt内力图
与机翼比较
■ 载荷： ■ 基本种类相同； ■ 集中载荷、质量力是主要载荷； ■ 水平和垂直方向载荷是同一数量级。 ■ 几何（刚度）： ■ 机身水平、垂直方向尺寸接近，刚度接近。
精品课件
4）机身密封舱、进气道和专用舱内的压差
■ 压差是机身局部强度的设计载荷。对常用的通风型密封舱： 军机∆p=0.03-0.04MPa; 客机∆p=0.06-0.07MPa。
增压座舱有通风式和再生式两种。通风式增压座舱的原理是将环境大气经压 缩提高压力后，由飞机环境控制系统对座舱增压和通风，然后经座舱压力调 节 器排回到大气中去。大气通风式增压座舱一般限于24公里以下高度使用， 在更 高的高度上由于空气稀薄，需要使用再生式增压座舱。再生式增压座舱的空气与 大气隔绝，用机载压缩气源对座舱增压并补偿少量的座舱漏气，用过的空气经再 生后在舱内循环使用。再生式增压座舱主要用于飞行高度大于 24公里的飞机和 载人航天器。现代飞机广泛使用大气通风式增压座舱。
传力
■ 弯矩产生的轴向力(受Mz和My的作用)基本上靠 大梁的缘条来承受； ■ 剪力Qv和Qh由垂直(侧向)和水平(上和下) 的 桁架构件来承受，这些构件是支柱、横撑杆和斜撑 杆； ■ 扭矩Mt由4个平面桁架形成的闭合的空间构架 来承受。
精品课件
6.3.2薄壁梁式机身
(1) 桁梁 式
(2) 桁条 式
第6章 机身结构分析
精品课件
参数
6.1 机身的功用、要求和机身的外形
■ 构成、要求、分析设计方法与机翼基本相同； ■ 特殊性：
■ 使用要求在设计中占有重要地位，对结构布置 影响较大； ■ 设计外载荷主要是集中力；
■ 协调关系多； ■ 相对载荷较小（某些机翼元件不适用，如整体 壁板）。
精品课件
6.1.1飞机机身的功用
使用要求是机身设计要求中的重要要求。比如座舱盖、开口 等就是必须满足使用要求。
精品课件
6.1.3机身的外形和参数
一、机身的横剖面形状
■ 取决于飞机的功用、使用条件和飞机的总体布局。 ■ 圆形机身的表面面积较小，摩擦阻力也较小，在内压作 用下，只受拉伸，而不受弯曲。 ■ 最常用的机身横剖面是圆形和两个不同直径的圆相交的 形状。
用 ， 密封舱的应力会迅速增 大。
精品课件
机身参数：
lf, df, lff, laf, Sfmax,
细长比：
f=lf/df, ff=lff/df, af=laf/df,
6.2 机身上的载荷及其平 衡 前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部
件传给机身的集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡。 机身看作支撑在机翼上的多支点梁。
精品课件
图6.2 机身的横剖面形状，前、后机身的参数和形 状
精品课件
二、机身的侧面形状
与飞机用途、最小阻力要求、机身中乘员、设备 和有效装载的具体布置以及机翼平面 形状、尾翼、 动力装置的形状和位置等有关。 前机身和后机身是均匀收敛的，轴对称形式的机 身符合最小阻力的要求。
精品课件
长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。 此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增 加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移到 后机身。
Pi mi g nei fi
■ 机身结构的分布质量力的近似计算公式：
q f mnfd g Hf
=
Ss
Hf：机身高度； Ss：机身侧面投影面积。
精品课件
3）分布在机身表面上的气动力 ■ 由于机身基本上为对称流线体，故机身上除局部气动载荷较 大外，分布气动力对机身总体内力基本没有影响（可自身平 衡） ； ■ 在机身的突出部位，气动力的值可能很大； ■ 校核蒙皮与口盖的连接、口盖与机身骨架的连接强度时，以 气动力作为设计载荷。
精品课件
6.2.1机身上的主要载荷
机身受到的主要载荷由强度规范规定。
1）与机身相连的飞机其它部件传给机身的力 飞行、着陆、滑行中作用到机身结构上的力； 前机身：前轮载荷是主要外载； 后机身：尾翼载荷、发动机推力和陀螺效应产 生的集中力； 水平和垂直载荷是同一数量级。
精品课件
2）机身受到的质量力 ■ 取决于质量大小和过载的大小和方向； ■ 机身总体载荷的主要部分； ■ 运输机装载以集中质量力的形式表示：
具有足够的刚度：直接影响尾翼的效率和尾翼颤 振特性；变形引起阻力增大。
足够的强度。 足够的开敞性：相对机翼、尾翼等，对机 身结构
的影响更突出。 最小的结构重量。 良好的工艺性、成本低。
精品课件
机身结构受力型式和与之相连的部件的结 构受力型式相协调。（总体设计阶段）
将来自机翼、尾翼、起落架、动力装置的 载荷传递到机身的承力构件上。（零部件 设计阶段）
可看作是在两个平面内（垂直平面xoy与水 平平面xoz）同
时受剪、受弯以及受扭的多支点梁。
沿机身x方向的轴向力一般不大，但在强度计算时要予
以考虑。 作用在机身上的外力与质量力（惯性力）平衡。
精品课件
6.2.2 机身的内力图
特点:
1. 机身在连接接头 处 的支反力的值可能
比 机 翼升力（ yw) 和尾翼升力（yht和 yvt)
能承受有效装载、设备和机身结构的质量 力以及作用在机身上的气动载荷和密封舱 内的压差载荷。 （零部件设计阶段）
精品课件
其他要求
(1) 合理选择机身的外形和参数，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较大部分升力的 升力机身，这 样可减小机翼面积，降低机翼重量。
(2) 框平面内受集中力时，支反剪流的分布、大小只与受力型 式有关 （或者说与受正应力的元件的分布有关），与加 强框本身的构造形式无 关。
传力总结：
(1) 由加强框承受集中载荷； (2) 框将集中力扩散，以剪流形式传给蒙皮；
(3) 剪流在蒙皮中向机身支撑处传递时，剪切内力Q通过蒙皮 连续向 前传递，弯矩内力M则以桁条的轴向拉压形式向前 传递，距34#框越远， 轴力越大，沿x轴近似线性分布。 精品课件
5）特殊载荷 ：迫降等。
精品课件
进行机身强度计算时，机身受弯情况可采用载荷情况A （拉起、改出下滑、水平飞行有垂直气流作用的飞行 状态），扭转 情况可认为安定面承受非对称载荷情况 以及垂直尾翼也承 受非对称载荷。
在外力（机翼、尾翼、动力装置和起落架固定接头处 的支反力）、机身结构和内部装载的质量力作用 下，机身
精品课件
(3) 硬壳 式
长桁和桁梁的作用：
承受机身弯曲时产生的轴力。 支持蒙皮，提高蒙皮的受压，受剪失稳临界应力。 承受部分作用在蒙皮上的气动力，并传给隔框。
精品课件
一、桁梁式机身(与梁式薄蒙皮机翼结构形式相当)
结构特点： 1）有几根桁梁（如4根），桁梁的 截面积很大，承弯能力较强。桁 梁没有腹板，是用模压和锻造方 法 制造的横截面相当大的桁条。
■ 在空间飞行器上也采用桁架式箭体，因为桁架接头采用 铰接，使得结构在受热状态下能保持良好的工作状态。
缺点
■ 桁架的质量、整流罩的质量、受力蒙皮的质量和固定接 头的质量累加起来，使它的重量特性已经不如薄壁梁式机 身。
■ 桁架式机身在利用内部空间方面潜力较差。 ■ 桁架式机身的战斗生存性也差。
精品课件
精品课件
二、桁条式机身(与单块式机翼结构形式相当)
结构特点： 随着载荷的增大(主要是弯矩增大)，机身的结构 受力型式就由梁式改成了整体式； 由桁条、隔框和蒙皮组成； 桁条较密、较强，桁条间距在100~250mm 之间； 蒙皮较厚，在0.8~2.5mm之间； 框的间距大约在200~500mm之间。
精品课件
精品课件
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
■ 构架式 ■闭合的空间薄壁梁（广泛采用的受力型式） • 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) • 横向受力构件(普通框和加强框) • 外部壳体
精品课件
图6.4 机身的结构受力型 精品课件
空间桁架
6.3.1构架式结构的机身
精品课件
优点
■ 桁架可以是静定的（轻）
桁梁多半是T型截面。 2）长桁的数量较少而且较弱，甚至 可以不连续。
3）蒙皮较薄。
精品课件
பைடு நூலகம்
受力特点
弯矩Mz和My引起的轴向力主要由桁梁承担，蒙皮与桁条 几乎不承受正 应力。 蒙皮承受剪力Qv、Qh以及扭矩Mt，蒙皮受剪切。 注意： Qv由左右两侧蒙皮受， Qh由上下两块蒙皮受。
精品课件
优点：1）在机身上布置大开口不 会显著降低机身的强度 和刚度； 2）开口补强引起的重量增 加较少。
(1)由蒙皮的支反剪流q平衡加强框所受的集中力Py。 (2) Q的分布与机身的受力型式，或者说与受正应力的集中面
积的分布有关。对桁条式机身，剪流沿周缘按阶梯形分布。
(3) 桁条给蒙皮提供轴向支反剪流来平衡剪流q，这样，蒙皮 上的剪流q将引起桁条的拉、压轴力。
精品课件
Note:
(1) 若蒙皮也受正应力，则在两根桁条间的剪流将不是常数， 而是呈 曲线分布。曲线+阶梯形分布。
精品课件
三、机身参数
■ 机身可以看作是多支点外 伸梁，支点是机翼与机身的 连接接头。
■ 增大f( ff或 af)的同时
增大机身长度会导致机身上 弯矩的增大，使机身质量增 大 ；但机身阻力会下降。
■ 靠减小 lf 或增大 df 的方 法来减小f会降低机身的载
荷和机身承力件上由弯矩产
生的应力，但是在df增大的 同时，由于压差Δ P 的作
■机身作为飞机结构的基础，通过受力关系，把飞机的所有 部件联成一个整体； ■装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油； ■布置起落架； ■放置发动机； ■机身的结构质量占飞机质量的8%-15%； ■机身的结构质量占飞机结构质量的 40%-50%。
精品课件
机 身 的 结 构 和 布 局
精品课件
6.1.2 对机身结构的基本要求
精品课件
➢ 机身结构 设计要求
必须满足各种装载的特殊需要及所提出的 众多的使用要求，并应与机翼、尾翼等连 接部件的主要受力构件的布置、连接点位 置进行总体协调，以减轻飞机总重量。
在保证机身结构完整性的前提下，结构重 量尽可能小。
机身应有足够的开敞性以便于维修。
有良好的工艺性，生产成本要低。
机身基本不产生升力，所以机身气动力要 求主要是阻力小。为此机身一般做成细长 的流线体，希望外形光滑，突出物少等。