飞机结构设计

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一、任务,二乘员,三动力装置,四、主要性能:1最大爬升 率 2升限 3最大平飞马赫数 4着陆速度 5续航时间,五、军械 设备,六、其它要求。
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第一章
使用技术要求:
绪 论
再如对大型涡轮螺旋桨客机的使用技术要求包括: 一、功用,二动力装置数量,三、商务载重,四、乘员组,
五、主要性能:1)巡航速度 2)巡航高度 3)海平面爬升率4) 客舱增压 5)起飞滑跑距离 6)起飞距离
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第一章
绪来自百度文库论
三、飞机结构设计思想的演变发展四个阶段
1、静强度设计阶段 静强度设计可追溯到18世纪伽利略时代,材料 力学是伽利略时代破坏力学思维的延伸。 上个世纪20~30年代,飞机业的发展形成了系统 的设计原则。飞机结构设计的静强度设计准则是一 种极限载荷(破坏载荷即极限承载能力)设计准则, 即:
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第一章
绪 论
结构设计的一般过程
① 总体研制方案论证
② 初步设计
③ 详细设计
④ 试制与试验
⑤ 试飞与设计定型
⑥ 小批生产与生产定型
⑦ 批生产
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第一章
绪 论
1.2 飞机结构设计的原始条件
一、结构设计的主要依据: ① 使用方提出的战技要求或使用—技术要求 ② 飞机三面图及理论外形图 ③ 飞机总体布置图 ④ 重量指标分配及总重量 ⑤ 使用寿命要求 ⑥ 载荷和使用环境条件 ⑦ 维修性要求 ⑧ 生产条件和工艺性要求 ⑨ 其它有关设计准则、规范和标准
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第一章
绪 论
5、成本要求(经济性)
飞机的主要成本:设计、研制、制造和运营。
对军机而言,成本不应当是第一要求,重量与性 能是第一位的。对民用客机,成本是第一要求。
一般说,气动性能、使用要求是“前提性”要求, 气动外形、结构与强、刚度设计技术是“前提”技术。 技术要求与技术性能是互相联系、互相制约的, 有的甚至是相互矛盾的,应当在一个好的设计素质基 础上,把握主要矛盾,综合考虑,权衡处理。
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第一章
绪 论
3、结构的使用条件 (1)环境条件: 指气象条件或周围介质条件(温度、湿度、腐 蚀、 有害介质等)。 (2)起降场所条件:
水、陆两栖;陆地:水泥、土跑道。
(3)维修条件:
外场维修;场站或基地维修。
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第一章
4、生产条件
绪 论
(1)工艺条件(热加工、冷加工、少量或批量,加工
精度与性能的保障性)
近代飞机结构追求的目标是:
高结构效率(重量轻)、高可靠性、高寿命、高
维修性和低寿命费用,以实现高的效费比。具体讲 结构设计应贯彻下列要求:
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第一章
一、基本要求
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
绪 论
强度、刚度要求 疲劳、耐久性要求 损伤容限要求 维修性要求 适航性要求 合理选材 工艺性要求 低成本设计要求 重量要求 防雷击要求
的前提下,使重量最轻。从优化数学语言,在满足 各种性能指标约束下,使重量目标函数最小。实际 工程设计中,仅为满意解(总体设计分解到各结构 上的重量指标)
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第一章
绪 论
第一章
绪 论
3、使用维修要求
结构与系统的安全可靠工作需要定期地检修维 护来保障,良好的维修性、保障性是工程设计的主 要因素。具体来说,合理地布置分离面及各种开口, 结构内部安排必要的检查维修通道,增加结构的开 敞性和可达性。 4、工艺要求 良好的工艺性设计是保证加工、装配合理精度 及性能的前提。
7)着陆滑跑距离 8)着陆距离, 六 半数发动机停车后性能要求,七,使用温度范围, 八、对螺旋桨要求,九、设备,十、救生。
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第一章
绪 论
二、飞机的研制过程
1. 技术性能论证与制定(顶层设计)过程 依据: 军事战略方针及战术(战略防御)要求; 商务策略,工、农业生产,赈灾救护等要求; 制定:
主要性能指标;
• 操纵面反向——这是由于结构(如副翼与机翼组合部 位)扭转时操纵面完全失去效能,并且可能得到反效 果。
第一章
绪 论
第一章
绪 论
第一章
(1) 无限寿命设计
绪 论
疲劳设汁一般有下述几种方法: 它以无限长寿命作入疲劳设计判据,要求结构或构件的 设计应力水平低于有关的疲劳极限应力。疲劳极限应力通常 是由试验确定的。在应力――寿命(S-N)曲线上,它一般是某 规定的足够长的循环寿命(如10e7次)所对放的应力水平。 对于需要经历这样长寿命循环的零构件,例如发动机气 缸阀门弹簧,长期频繁运行的铁路车辆轮轴等,这种无限寿 命设计仍然是一种简单而合理的方法。
3、飞机工作的最大特性:
反复、长期使用。
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第一章
绪 论
军用飞机的技、战术要求:
例如,对战术轰炸机提的战术技术要求包括: 一、任务,二、乘员组,三、动力装置,四、主要性能:1速 度 2升限 3巡航高度 4活动半径 5起飞着陆距离 6轮胎压力, 五、载弹量,六、设备要求,七、自卫武器。
对拦截歼击机提的战术技术要求包括:
Vmax Vd Vcr
Vmax ---- 最大飞行速度
Vd ---- 设计速度
Vcr ( f f V f , f sVs , f a Va )
Vcr ---- 气动弹性临界速度
V f ,Vs ,Va---- 颤振速度、机翼发散速度与副翼失效速度
第一章
绪 论
• 颤振是飞机结构的自激振动,其能量来自飞行时周 围的空气。
飞机结构设计
1
第一章
绪 论
授课内容 课时 2 7+ 1
第一章 绪论 第二章 飞机的外载荷与设计规范
第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 总结 合计
翼面结构和机身结构分析 飞机结构设计基础 机翼、尾翼设计 机身及开口区结构设计 飞机复合材料结构设计
16+2 6 10 8 2 2 56
第一章
一、本课程的特点
第一章
绪 论
本章内容
1.1 飞机的研制过程
1.2 飞机结构设计的原始条件
1.3 飞机结构设计的基本要求
1.4 飞机结构设计的现代理论与先进技术
1.5 飞机结构设计的内容与方法
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第一章
绪 论
1.1 飞机的研制过程
一、飞机的功用与对飞机的要求
1.功用:有效的战斗武器(空战、拦截、攻击、侦察、
预警、运输) 空中运输设备(载荷、运货、农林、赈灾、救护、 勘察、运动)
2.要求:技、战术性能指标能满足所需完成的任务。
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第一章
绪 论
军用飞机的技、战术要求: 飞机的最大速度;升限;航程/最大作战半径; 起、降滑跑距离;载重;机动性指标(加力性能, 盘旋半径,爬升性能,最大允许过载系数);隐身; 维护与保障性能;使用寿命;可靠性与安全性能。 民用飞机使用技术要求: 有效载重;航程;安全性、可靠性、维修性、经 济性。
• 发散与颤振不同,它只与结构的挠性有关,而与结 构的振动特性无关。当飞机达到某种速度时,飞机 结构便不能再支持这种载荷,于是便出现结构发散 变形,最后使结构破坏。
第一章
绪 论
• 抖振是一种由不稳定气流引起的结构动载荷。低速 抖振发生在接近失速时的大迎角,此时局部气流与 结构表面发生分离然后又附着,这会引起结构内的 一些振动。高速抖振与大马赫数速度时产生的冲击 波有关;此时局部气流在冲击波之后发生分离。在 正常飞行中,不允许出现严重的抖振,以免干扰飞 机的操纵,引起机组人员过度疲劳,或造成结构损 坏。
绪 论

注重基础理论概念的实用化、感性化以及工程化
注重综合运用知识概念权衡复杂问题分析,抓住 主要矛盾寻找解决问题途径的基本设计理念

大量工程结构实例的剖析
注重培养自行分析、动手设计的主观能力以及工 程实用化的实践能力
第一章
具体要求:

绪 论
注意定性分析,要求概念清楚; 实践性强,要求常去机库观察实物; 理性推理较差,要求认真上课。
第一章
二、基本内容和基本要求
绪 论
内容:

飞机的外载荷 不同类型飞机结构的分析; 飞机结构的传力分析; 飞机结构分析与设计基础; 飞机结构主要元构件设计原则;
第一章
内容要求: ①
绪 论
掌握飞机结构分析和设计的基本手段----传力分析;
② 能够正确解释飞机结构元件的布置;
③ 能够正确地分析和设计飞机结构的主要元件
(2)加工能力(小量或大批量,加工精度与加工性能) (3)装配能力(装配精度、装配量大小) (4)生产能力(产量) (5)生产质量保障体系(技术与管理)
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第一章
绪 论
三、结构设计必须遵循的设计准则
① 静强度设计准则 ② 刚度设计准则 ③ 热强度设计准则
④ 疲劳、耐久性设计准则
⑤ 损伤容限设计准则
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第一章
绪 论
二、原始条件 1、飞机结构的外载特征以及对结构承载的要求 ① ② ③ 外载的形式(集中的、分布的、冲击型的、周期型、热的 等) ; 外载的历程特征(不同的飞行,载荷的变化规律); 外载对结构的作用效应(抖振、颤振);
④ 结构承载的强度、刚度( 静、动、热、整体的、局部的) 要求;
⑤ 结构寿命要求;损伤容限要求;
⑥ 经济性要求(生产/维修成本)。
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第一章
绪 论
2、飞机结构的协调关系
① 各部件的相对位置以及相互间连接交点的位置(不 能改动);
② 零、构件之间在连接尺寸上的协调关系; ③ 各构件间或构件与内部装载间的位置、形状协调; ④ 部件或组件结构的外边界一般与飞机的理论外形相 协调; ⑤ 其内部边界可能需与某个内部装载协调,也可能不 需协调。
主要使用条件;
机载设备等。
效能分析、 费效分析
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第一章
2.飞机设计过程
绪 论
(1) 总体设计:
气动外形布局设计;飞行力学性能设计; 机载设备(包括燃油)布置等重量分布设计; 发动机选型设计;结构总体尺寸设计。
(2)
结构设计:
理论设计(打样设计); 强度、刚度设计; 细节设计; 工程绘图。
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第一章
飞机结构设计的地位
绪 论
第一章
绪 论
第一章
绪 论
结构设计的任务: 根据飞机型号设计技术要求、飞机三面图、总体 布置图、外形图和规定的载荷情况、环境情况、使 用方法,结合结构设计基本要求,设计出合乎使用 要求且强度、刚度、疲劳、损伤容限品质合格,工 艺性良好,满足重量的机体结构,为试制和批生产 提供全套的图样和技术文件。 应当注意设计阶段的规律: 反复、循环、迭代、反馈;综合性、权衡性
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第一章
绪 论
设计载荷为使用载荷乘以安全系数,
破坏载荷应大于等于结构设计载荷:
P u P d

P d f P e
u d
Pd --- 设计载荷
Pe---
使用载荷
Pu极限载荷 ---
--- f安全系数
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第一章
绪 论
2、静、动强度设计阶段
动强度设计问题是结构(特别是薄壁结构)受到冲击干 扰后,激励振动导致的结构破坏问题(或称气动弹性问题), 可导致翼面振动发散、操纵面反效等问题。 设计准则可表现为:
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第一章
绪 论
3. 飞机制造过程
工艺设计、机械加工、部件/全机装配
4. 飞机的试飞、定型过程
地面滑跑试验;起、降性能试验;
飞行包线中各飞行科目试飞试验;
定型:有待结构的静力及疲劳试验完成后,
没问题才定型
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第一章
绪 论
三、飞机研制过程概述 1、设计的内涵:
① 创造性的思维过程;
② 全面综合的辨证过程(矛盾分析、抓主要矛 盾)
③ 设计的不唯一性; ④ 设计的反复性; ⑤ 设计的继承性; ⑥ 设计与科学实验的关系。
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第一章
绪 论
2、飞机设计的主要阶段:
① 总体设计阶段;
② 飞机结构的打样设计:
结构受力形式选择、受力构件布置、开口布置、
分离面及其连接形式设计。
③ 飞机结构的详细设计 结构件连接设计、细节设计、工程制图。 ④ 新机研制中结构设计的一般过程(见下页)
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⑪ 抗腐蚀要求
第一章
绪 论
二、基本要求概述(约束条件,边界条件)
1、气动外形要求
在结构设计中,与外边界相关的结构(框架结构
与蒙皮)要保证理论气动外形的刚度(整体或局部
的)以及光洁度(阻力及其他热效应),强度问题 应当是首先保证的。
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第一章
2、重量要求
绪 论
应当体会到重量设计是在满足各种结构性能指标
⑥ 气动弹性设计准则
⑦ 动强度设计准则
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第一章
绪 论
动载/刚度----有气动弹性要求的地方,如:操纵面、翼尖 静载/强度----飞机中所有的元件,如加强肋、接头等 静载/刚度----有变形要求的地方,如:普通肋、机翼后缘、机械操纵系统
第一章
绪 论
第一章
绪 论
1.3 飞机结构设计的基本要求
一、基本要求
第一章
绪 论
(2) 安全寿命设计
有许多构件在使用中只经受几万到几十万次载荷 循环,或构件通常在低应力水平下工作,这样,再 用无限寿命设汁(意味着设计应力低)就不合理了。按 照有限寿命要求进行的疲劳设计,工程中称为安全 寿命设计,即所设计的构件具有足够安全的设计寿 命。当然考虑到疲劳载荷的分散性及其它因素,安 全寿命设计应当具有足够的安全储备。
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