哈工大飞行器结构设计实验报告

飞行器结构设计实验

一、实验目的

通过参观航天馆内的实物及模型结合课堂学习内容，加深对蜂窝夹层结构、陀螺副翼、舱段的结构形式、舱段承力元件等的理解。

二、实验内容

1、蜂窝夹层结构

图1 蜂窝夹层结构图2 蜂窝夹层结构局部放大图

夹芯层形似蜂窝的一种夹层结构，又称蜂窝夹层结构（见图1和图2）。这种结构的夹芯层是由金属材料、玻璃纤维或复合材料制成的一系列六边形，四边形及其他形状的孔格，在夹芯层的上下两面再胶接（或钎焊）上较薄的表板。早期使用的轻质巴萨木夹层不耐潮，抗腐性差,不耐火,人们遂把注意力转向金属蜂窝夹层。1945年试制成最早的蜂窝夹层结构。蜂窝结构比其他夹层结构具有更高的强度和刚度,与铆接结构相比,结构效率可提高15%～30%。夹层的蜂窝孔格大小、高矮及其构成格子的薄片厚度等决定表板局部屈曲、孔格壁板屈曲的临界应力及夹层结构的保温性能。这些尺寸的选择，一般要保证能够承受一定的去取载荷的前途下具有一定的保温性能。蜂窝结构的受力分析与一般夹层结构相同。在航空航天工业中,蜂窝结构常被用于制作各种壁板,用于翼面、舱面、舱盖、地板、发动机护罩、尾喷管、消音板、隔热板、卫星星体外壳、刚性太阳电池翼、抛物面天线、火箭推进剂贮箱箱底等。

2、陀螺副翼

图1 陀螺副翼结构

1— 安定面 2—盖板 3—风轮 4—螺钉 5—副翼 6—锁紧销 7—销套 8—止动件 9—卡箍 10—轴座 11、12—

上下板 13—转轴

图1是陀螺副翼。它位于安定面的翼尖后缘，由上下板、风轮和转轴等组成。

工作原理：风轮轴被嵌在上下板的铜套座中，上下板由螺钉连接成一体。平时锁紧销6插在销套7内，副翼被锁在中立位置。导弹发射后，止动件8尾部的易熔材料被发动机燃气熔化，在弹簧作用下，锁紧销被拔出，陀螺副翼便被开锁。

图2 陀螺副翼工作原理 导弹在飞行过程中，受到气动力作用，风轮在气动力作用下作高速旋转，自转角速度为Ω ，方向如图2所示，相当于一陀螺转子。由二自由度陀螺的进动性知0ω ⨯Ω=J M 进动。当0ω ，方向为顺时针时，产生的进动力矩进动M 如图2所示。进动M 使两个陀螺副翼反向偏转，从而形成操纵导弹的滚动力矩，使导弹逆时针旋转，

恢复到原来位置，保证导弹具有横向稳定性。

3、舱段的结构形式

常见的舱段结构有：硬壳式结构、半硬壳式结构、整体式结构、波纹板式结构、夹层结构、构架式结构。 根据受力形式不同，半硬壳式结构又可分为下列三种形式

（1） 梁式结构

Ω

进动

M 进动

Ω

图3 梁式结构

1— 蒙皮 2—梁 3—隔框

如图3所示。这种结构纵向构件只有大梁，载荷主要由大梁承受，允许蒙皮失稳。这种结构适用于有集中轴向力作用且有大开口的情况，缺点是蒙皮步参加受力，材料利用率不高，结构较重。

（2） 桁式结构

图4 桁式结构典型剖面

1— 蒙皮 2—桁条

如图4所示。这种结构的纵向构件是行条，布置较密，能够提高蒙皮的临界应力，从而使蒙皮除了承受舱体的剪力和扭矩以外，还能与桁条一起承受舱体的轴向力和弯矩。与梁式结构相比，这种结构的材料大部分分布在舱体剖面的最大高度上，当结构重量相同时，这种结构的弯曲和扭转刚度大。缺点是舱体上不宜开大型舱口，因为大型舱口会切断较多的主要受力元件——桁条。为了弥补由于开口引起的强度的削弱，开口处需要加强。从而增加结构重量；另外，桁条剖面弱，不宜传递较大的纵向集中力。适用于有均布轴压载荷作用且有小舱口的情况。弹体的箱间段大多采用这种结构形式。

（3） 桁梁式结构

这种结构纵向构件除大梁外还有较多的桁条。适用于有集中力且开口不很大的情况。这种结构能充分发挥

2

典型剖面 1 2

3

各构件的承载能力，结构重量可大大减轻，不允许蒙皮失稳。

1.舱段承力元件

舱段的主要承力元件有蒙皮、桁条、梁、隔框等。隔框是舱段的横向加强元件。隔框可分为普通框、加强框、连接框三类。

（1）普通框

普通框只起支持蒙皮、桁条，维持舱段外形的作用，作用载荷较小，一般可用铝板材压制而成。板材厚度按工艺要求确定时，强度往往有剩余，因此框缘上允许挖制穿越桁条的缺口。

（2）加强框

加强框除了维持弹体外形，其主要的功用是承受弹体的横向集中载荷。它的构造可分为装配式和整体式两类。装配式由框缘、腹板、加强件三部分装配而成，加强件用以直接承受横向集中力，以改善框的受力形式，腹板可以提高框的强度与刚度。整体式加强框多用铸件或锻件机械加工而成。

（3）连接框

连接框实际上也是加强框，由于它用在弹身舱段间的连接部位，所以又称为连接框。为了提高连接框在垂直平面方向的刚度，常用增加框缘剖面的尺寸，特别是加长沿弹身轴线方向的尺寸来实现。

三、实验收获

通过这次参观航天馆的实物模型，让我对飞行器结构有了一个感官的认识，实验过程中结合老师耐心的讲解，使得我们把实际和理论学习很好的结合起来。