飞机结构与系统讲义课件
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❖ 长度比横截面尺寸大很多的构件。细长杆件 只能承受沿杆轴线的压力或拉力（二力杆） 产生正应力和正应变。
❖ 飞机结构中常见的杆件：桁条、翼梁的缘条、 腹板上的支柱、起落架上的阻力杆和侧撑杆 等。
组成起落架的基本组件
梁组件
❖ 可以承受垂直组件轴线方向载荷作用的组件 ❖ 闭合剖面的空心杆形梁：能承受弯矩、剪力、
限制
q最大最大
1 2
V最2 大 最 大
最大允许速压 1.2 使用限制速压
机动飞行包线
突风超载飞行包线
飞机在地面上的使用限制
❖ 起落架受载的特殊性：多数受载情况为垂直 载荷、水平载荷和侧向载荷的不同组合。
❖ CCAR-25部对各种组合和相应的限制载荷系数 都有具体规定。
飞机结构承载余量
❖ 安全系数
飞机结构适航性要求
❖ 结构的强度 ❖ 结构的刚度 ❖ 结构的稳定性 ❖ 结构的抗疲劳性能
结构的强度要求
❖ CCAR-25部要求要点
结构强度要用限制载荷和极限载荷来确定 要根据机动包线和突风包线典型的各点得到各部
分结构的最大载荷。 用真实载荷对飞机进行静力实验以确定其强度时，
结构必须能够承受极限载荷至少3秒而不破坏。
结构刚度的要求
❖ CCAR-25部的基本要求
飞机结构必须能够承受限制载荷而无有害的永久 变形。直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不 得妨害安全飞行。
结构稳定性要求
❖ 结构稳定性—结构在载荷作用下保持原平衡状态的能力。失 稳后载荷不变，变形增加。
❖ CCAR-25部基本要求：主要受力结构不允许失稳。
飞机外载荷
❖ 按作用形式分为
集中载荷
分布载荷
飞机外载荷
❖ 按作用性质分为
静载荷
动载荷
飞机外载荷
❖ 按飞机所处的状态分为
飞行时 起飞、着陆、地面运动时
飞行中的外载荷
❖ 种类
重力 空气动力 发动机推力（拉力）
❖ 状态
定常飞行 非定常飞行
水平飞行
超载
❖ 定义
飞行中，作用在飞机上的外载荷的大小和方向用 超载n表示。
飞机结构的抗疲劳要求
❖ 疲劳性能—结构在交变载荷作用下，抵抗破坏的能力。
❖ 疲劳破坏的特点：在远小于使结构破坏的静载荷的疲劳载荷 长期作用下，产生裂纹并且不断扩展，最后导致结构突然断 裂。
❖ CCAR-25部对飞机结构抗疲劳性能的要求
必须表明结构符合“结构的损伤容限和疲劳评定的要求”。
飞机在整个使用寿命期间将避免由于疲劳、腐蚀或意外损伤引起的 灾难性破坏。
扭矩和轴向力，相应的在组件内产生弯曲正 应力、剪应力和扭转剪应力。 ❖ ‘工字’形梁：只能承受结构平面内的弯矩 和剪力，相应的在组件内产生弯曲正应力 （主要由上下凸缘承受）和剪应力（主要由 腹板承受）
组成机翼的基本组件
v 2
S
v 0 u
v v0
u v0
nW L11 2C y v0uG S
部件超载
ny部件 nyΔn y
部件超载-沿纵轴变化
εz ny Δny ny部件
部件超载-沿纵轴变化
n y 部 n 件 y Δ y n n y (1 /g ) z X 部件
部件超载-沿横轴变化
εx ny Δny ny部件
设计载荷与使用载荷之比。表示飞机在使用中结构不会 破坏而又有一定强度储备的的系数。
CCAR-25部规定：除非另有规定，必须采用安全系数1.5。
❖ 剩余强度系数
构件的破坏应力与它在某受载情况设计载荷作用下的计 算应力之比成为在此受载情况下该构件的剩余强度系数。 该值一般应略大于l.0。它表示结构强度的实际富裕程度。
飞机地面外载荷
❖空气动力 ❖飞机重力 ❖发动机推力 ❖地面对飞机的作用力
起落架载荷系数
nx
Px P0
ny
Py P0
nz
Pz P0
❖ 垂直载荷 ❖ 水平载荷 ❖ 侧向载荷
地面载荷
影响起落架垂直载荷的因素
❖ 垂直载荷严重受力情况：飞机着陆。 ❖ .影响因素：着陆重量、飞机接地下沉速度和
起落架减震器性能。
对可能引起灾难性的每一部分（机翼、尾翼、操纵面及其系统、机 身、发动机架、起落架以及上述各部分有关的主要连接）必须进行 损伤容限（破损安全和离散源）评定。
对损伤容限不适用的某些特定结构必须进行疲劳（安全寿命）评定。 对涡轮喷气飞机可能引起灾难性破坏的部分要进行声疲劳评定。
飞机结构件的分类
❖ 重要结构项目 ❖ 一般结构项目
❖ 应力和应变
剪应力和剪应变
Q A
ΔS h
飞机结构受力基本概念
❖ 弯矩
飞机结构受力基本概念
❖ 梁截面上正应 力的分布
飞机结构受力基本概念
❖ 梁截面上剪应 力的分布
紧固件和焊缝承受剪切
机翼上产生弯曲变形
飞机结构受力基本概念
❖ 扭矩
飞机结构基本构件
❖ 杆件 ❖ 梁组件 ❖ 板件
杆件
飞机结构受力基本概念
❖ 变形
飞机结构受力基本概念
❖ 内力
内力的基本形式有：拉力、压力、剪力、弯矩和 扭矩。
飞机结构受力基本概念
❖ 应力和应变
应力的基本形式有：拉伸应力、压缩应力、剪切 应力、弯曲应力和扭转应力。
飞机结构受力基本概念
❖ 应力源自文库应变
正应力和正应变
P A
ΔL L
飞机结构受力基本概念
飞机使用限制
ny使用最小 ny ny使用最大 q q最大最大 ny使用最小 为预期的最大负过载； ny使用最大 为预期的最大正过载； q最大最大 为预期的最大速压。
限制
❖ CCAR25部中规定： ❖ 正限制机动超载：2.5~3.8 ❖ 负限制机动超载：绝对值≥1.0
小速度、大迎角飞行
大速度、小迎角飞行
影响起落架水平载荷的因素
❖ 飞机着陆瞬间的机轮起旋载荷。 ❖ 飞机着陆滑跑或中断起飞刹车时的地面摩擦力。 ❖ 在不平坦地面滑行或遇到障碍物。
影响起落架侧向载荷的因素
❖ 飞机侧滑着陆。 ❖ 地面滑行转弯。 ❖ 单主轮先着陆。 ❖ 在滑行中使飞机有侧向运动趋势的各种原因。
飞机结构承载能力
❖ 飞机结构承载能力表现在对飞机使用限制和 飞机结构承载余量两个方面。
❖ 分类
沿纵轴nx 沿横轴nz 沿立轴ny
❖ 对飞机结构强度影响较大的超载是ny
超载
❖ ny定义
L ny W
❖ 飞机超载为代数值，既有大小又有正负。
大小表示升力是飞机重量的几倍。
正负表示升力的方向。
机动超载
L
γ
Nn W
γ
ny
L W
1
cos
突风超载
突风超载
L
C
y
1 2
v
2
S
L
C
y
1 2
❖ 飞机结构中常见的杆件：桁条、翼梁的缘条、 腹板上的支柱、起落架上的阻力杆和侧撑杆 等。
组成起落架的基本组件
梁组件
❖ 可以承受垂直组件轴线方向载荷作用的组件 ❖ 闭合剖面的空心杆形梁：能承受弯矩、剪力、
限制
q最大最大
1 2
V最2 大 最 大
最大允许速压 1.2 使用限制速压
机动飞行包线
突风超载飞行包线
飞机在地面上的使用限制
❖ 起落架受载的特殊性：多数受载情况为垂直 载荷、水平载荷和侧向载荷的不同组合。
❖ CCAR-25部对各种组合和相应的限制载荷系数 都有具体规定。
飞机结构承载余量
❖ 安全系数
飞机结构适航性要求
❖ 结构的强度 ❖ 结构的刚度 ❖ 结构的稳定性 ❖ 结构的抗疲劳性能
结构的强度要求
❖ CCAR-25部要求要点
结构强度要用限制载荷和极限载荷来确定 要根据机动包线和突风包线典型的各点得到各部
分结构的最大载荷。 用真实载荷对飞机进行静力实验以确定其强度时，
结构必须能够承受极限载荷至少3秒而不破坏。
结构刚度的要求
❖ CCAR-25部的基本要求
飞机结构必须能够承受限制载荷而无有害的永久 变形。直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不 得妨害安全飞行。
结构稳定性要求
❖ 结构稳定性—结构在载荷作用下保持原平衡状态的能力。失 稳后载荷不变，变形增加。
❖ CCAR-25部基本要求：主要受力结构不允许失稳。
飞机外载荷
❖ 按作用形式分为
集中载荷
分布载荷
飞机外载荷
❖ 按作用性质分为
静载荷
动载荷
飞机外载荷
❖ 按飞机所处的状态分为
飞行时 起飞、着陆、地面运动时
飞行中的外载荷
❖ 种类
重力 空气动力 发动机推力（拉力）
❖ 状态
定常飞行 非定常飞行
水平飞行
超载
❖ 定义
飞行中，作用在飞机上的外载荷的大小和方向用 超载n表示。
飞机结构的抗疲劳要求
❖ 疲劳性能—结构在交变载荷作用下，抵抗破坏的能力。
❖ 疲劳破坏的特点：在远小于使结构破坏的静载荷的疲劳载荷 长期作用下，产生裂纹并且不断扩展，最后导致结构突然断 裂。
❖ CCAR-25部对飞机结构抗疲劳性能的要求
必须表明结构符合“结构的损伤容限和疲劳评定的要求”。
飞机在整个使用寿命期间将避免由于疲劳、腐蚀或意外损伤引起的 灾难性破坏。
扭矩和轴向力，相应的在组件内产生弯曲正 应力、剪应力和扭转剪应力。 ❖ ‘工字’形梁：只能承受结构平面内的弯矩 和剪力，相应的在组件内产生弯曲正应力 （主要由上下凸缘承受）和剪应力（主要由 腹板承受）
组成机翼的基本组件
v 2
S
v 0 u
v v0
u v0
nW L11 2C y v0uG S
部件超载
ny部件 nyΔn y
部件超载-沿纵轴变化
εz ny Δny ny部件
部件超载-沿纵轴变化
n y 部 n 件 y Δ y n n y (1 /g ) z X 部件
部件超载-沿横轴变化
εx ny Δny ny部件
设计载荷与使用载荷之比。表示飞机在使用中结构不会 破坏而又有一定强度储备的的系数。
CCAR-25部规定：除非另有规定，必须采用安全系数1.5。
❖ 剩余强度系数
构件的破坏应力与它在某受载情况设计载荷作用下的计 算应力之比成为在此受载情况下该构件的剩余强度系数。 该值一般应略大于l.0。它表示结构强度的实际富裕程度。
飞机地面外载荷
❖空气动力 ❖飞机重力 ❖发动机推力 ❖地面对飞机的作用力
起落架载荷系数
nx
Px P0
ny
Py P0
nz
Pz P0
❖ 垂直载荷 ❖ 水平载荷 ❖ 侧向载荷
地面载荷
影响起落架垂直载荷的因素
❖ 垂直载荷严重受力情况：飞机着陆。 ❖ .影响因素：着陆重量、飞机接地下沉速度和
起落架减震器性能。
对可能引起灾难性的每一部分（机翼、尾翼、操纵面及其系统、机 身、发动机架、起落架以及上述各部分有关的主要连接）必须进行 损伤容限（破损安全和离散源）评定。
对损伤容限不适用的某些特定结构必须进行疲劳（安全寿命）评定。 对涡轮喷气飞机可能引起灾难性破坏的部分要进行声疲劳评定。
飞机结构件的分类
❖ 重要结构项目 ❖ 一般结构项目
❖ 应力和应变
剪应力和剪应变
Q A
ΔS h
飞机结构受力基本概念
❖ 弯矩
飞机结构受力基本概念
❖ 梁截面上正应 力的分布
飞机结构受力基本概念
❖ 梁截面上剪应 力的分布
紧固件和焊缝承受剪切
机翼上产生弯曲变形
飞机结构受力基本概念
❖ 扭矩
飞机结构基本构件
❖ 杆件 ❖ 梁组件 ❖ 板件
杆件
飞机结构受力基本概念
❖ 变形
飞机结构受力基本概念
❖ 内力
内力的基本形式有：拉力、压力、剪力、弯矩和 扭矩。
飞机结构受力基本概念
❖ 应力和应变
应力的基本形式有：拉伸应力、压缩应力、剪切 应力、弯曲应力和扭转应力。
飞机结构受力基本概念
❖ 应力源自文库应变
正应力和正应变
P A
ΔL L
飞机结构受力基本概念
飞机使用限制
ny使用最小 ny ny使用最大 q q最大最大 ny使用最小 为预期的最大负过载； ny使用最大 为预期的最大正过载； q最大最大 为预期的最大速压。
限制
❖ CCAR25部中规定： ❖ 正限制机动超载：2.5~3.8 ❖ 负限制机动超载：绝对值≥1.0
小速度、大迎角飞行
大速度、小迎角飞行
影响起落架水平载荷的因素
❖ 飞机着陆瞬间的机轮起旋载荷。 ❖ 飞机着陆滑跑或中断起飞刹车时的地面摩擦力。 ❖ 在不平坦地面滑行或遇到障碍物。
影响起落架侧向载荷的因素
❖ 飞机侧滑着陆。 ❖ 地面滑行转弯。 ❖ 单主轮先着陆。 ❖ 在滑行中使飞机有侧向运动趋势的各种原因。
飞机结构承载能力
❖ 飞机结构承载能力表现在对飞机使用限制和 飞机结构承载余量两个方面。
❖ 分类
沿纵轴nx 沿横轴nz 沿立轴ny
❖ 对飞机结构强度影响较大的超载是ny
超载
❖ ny定义
L ny W
❖ 飞机超载为代数值，既有大小又有正负。
大小表示升力是飞机重量的几倍。
正负表示升力的方向。
机动超载
L
γ
Nn W
γ
ny
L W
1
cos
突风超载
突风超载
L
C
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1 2
v
2
S
L
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1 2