飞机的材料与结构

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容忍温度变化范围大，热膨胀性能好 抗疲劳 抗老化，腐蚀 加工性能好，经济性好 维护修理方便
飞机使用的主要材料
• 铝合金（轻，耐腐蚀，低温性能好） • 镁合金（轻，抗腐蚀差，低承力，高刚度部
件） • 合金钢（大载荷，不同钢具有不同的特性） • 钛合金（轻，比强度高，耐热，抗腐蚀，加 工困难，昂贵） • 复合材料
防颤振配重
调节固有频率
下节课参观实验室的安排
• 地点：航空创新实践
基地
• 时间：上课时间，周
二晚7:20~8:55
• 分组见学堂公告
飞机的静力实验
鸟撞
强度裕度 损伤容限 破损安全
碰撞
疲劳
飞机的寿命
飞机抗腐蚀
飞机的气动弹性问题
静气动弹性
• 机翼弯曲
• 副翼反效
颤振的原理
刚心的概念：剪力通过该点只产生弯矩，不产生扭矩
影响颤振的因素
• 三心的相对位置
– 配重
• 弯扭刚度，尤其是扭转刚度 • 固有频率
• 蒙皮（承受局部气动载荷，参与承受剪、扭、弯）
翼梁
纵墙
桁条
Βιβλιοθήκη Baidu 翼肋
机翼的其他结构形式
• 张线蒙布式 • 蒙皮骨架式
– 薄蒙皮梁式 – 多梁单块式 – 多墙厚蒙皮式
• 整体壁板式 • 夹层结构
夹层壁板的使用导致翼梁取消
整体壁板机翼
实心夹层式机翼
机身的受力
• 集中载荷为主
机身结构形式
碳
– 方向性，刚度强度可分配
飞机的结构
• 机翼结构 • 机身结构
典型机翼的结构
• 纵向骨架
– 翼梁——主要承受剪力和弯矩 – 纵墙——形成封闭盒段，承受扭矩 – 桁条——支持蒙皮，传递载荷，承受部分弯矩
• 横向骨架（连接蒙皮和纵向骨架，保持气动外形，
将载荷传递给翼梁）
– 普通翼肋 – 加强翼肋
• 复合材料
– 两种以上材料复合而成 – 密度低，比强度比刚度高，抗 疲劳，工艺性好 – 破坏性能差，修复困难 – 增强体（不连续相）
• 承力主体 • 高强度，高模量纤维 • 玻璃纤维，芳纶，硼，碳，石
墨
– 基体（连续相）
• 粘结增强体，传递载荷 • 高韧性，低模量 • 树脂，铝合金，钛合金，陶瓷，
• 蒙皮骨架式
– 桁梁、桁条式 – 硬壳式
• 整体壁板式
• 夹层式
蒙 皮 骨 架 式 机 身 构 造
机身隔框与桁梁
整体壁板与夹层式机身
机身开口
折叠与活动部分
衡量飞机结构的指标
• 最大表速
• 过载 • 结构安全性
– 强度裕度 – 结构冗余 – 损伤容限
• 机体寿命
– 疲劳 – 老化 – 腐蚀
飞机的材料与结构
飞 机 的 结 构 受 力 情 况
飞机结构和材料受到的挑战
• 受力
– – – – 剪切 弯矩 扭矩 拉压
• 疲劳
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– 循环 – 振动
冲击载荷 热 腐蚀 气动弹性 破坏
对飞机材料的要求
• 强度、刚度、密度、比强度、比刚度
– 强度：抗拉破坏力/横截面积 – 刚度：应力/应变 – 比…度： /密度