(整理)飞机结构的相关知识

第一节预备知识

A：飞机阻力

1有诱导阻力、压差阻力、干扰阻力、摩擦阻力、高速有激波阻力。机体表面维护不好、外形差、光洁度差、密封性不好将使阻力增大，升力减少，失速提前，机动性变坏。

B：飞机载荷

1有飞行载荷、地面载荷和座舱增压载荷，受气动力、重力和地面反作用力。飞行载荷大小取决于飞机的重量、飞行性能、气动外形、起落架减震特性、座舱增压及飞机操纵等。飞行载荷主要由机体和起落架结构承受。飞机受五种应力：拉伸应力、压缩应力、扭矩、剪切应力、弯曲应力。

C：飞机飞行载荷

1平飞载荷

a小速度大迎角平飞，机翼上蒙皮受吸力，下蒙皮受压力。同时速度过小，机翼气流严重分离，影响垂尾，造成低速抖动。

b大速度小迎角平飞，机翼上下蒙皮均受吸力，前缘受压，蒙皮刚度不足将发生翼型鼓胀与前缘下陷，导致气动性能恶化。同时速度过大，会产生激波分离，影响垂尾，造成高速抖动。

2曲线飞行载荷：升力不仅克服重力，还要提供曲线飞行的向心力。包括水平面和垂直面的曲线飞行。

3突风载荷：飞行中遇不稳定气流产生的附加气动力。

a水平突风（顺风或逆风），作用力不大，但起飞和着陆时，不可忽视顺风产生负升力增量可能导致飞机下俯着地。

b垂直突风：向上突风，要改出，防止迎角过大失速。向下突风，防止低空下俯着地。垂直突风使飞机受力较大，附加升力与飞行速度、突风大小成正比。由此风切变和突风减载系统相应出现。

D：着陆接地时飞机的载荷：水平分速，着陆滑跑中消失，水平受力不大。垂直分速，地面撞击很短时间消失，故垂直受力较大，起落架受很大的撞击力，飞机产生大的负加速度和垂直向下的惯性力，前三点式起落架，撞击力对重心的力矩使重心前后的受力不一样。

E：机翼载荷

1分布载荷：空气动力（阻力只在前缘蒙皮局部刚度设计时考虑，主要是升力）。结构质量力，与升力方向相反。

2集中载荷：部件质量力，与升力方向相反。

3地面机翼接头受力方向相反，上下蒙皮受拉压相反，交变载荷。

4机翼在以上力作用下产生剪切、弯曲、扭转变形，对应剖面内力有剪力、弯矩、与扭矩，机翼内力分布与结构特点如下：

a在气动力、结构质量力作用下，机翼剖面内的剪力、弯矩、及扭矩众翼尖到翼根逐渐增大，机翼外形则从翼尖到翼根逐渐变宽、增厚，内部结构逐渐增强。

b在有集中力作用的剖面，剪力、扭矩发生突变，弯矩发生转折，机翼结构在集中力作用的位置须根据载荷的大小及作用形式进行加强。

c在机翼上安装设备、部件及燃料等，飞行中可减少翼根最大剪力、弯矩和扭矩值，相当于减小机翼载荷，故称之为卸载作用。

F：副翼（襟副翼、内外混合副翼、升降副翼）

1飞行扰流板随副翼升起，使压力中心不致过分后移，可减少机翼扭转变形。

2内外副翼，M数一定时，外副翼锁定，防止大速度巡航飞行时，气动力引起机翼结构扭转变形过大而导致副翼反操纵。

3副翼结构主要受分布气动力，与机翼相比有以下特点：

a副翼为梁式且翼型薄，后缘夹层重量轻，强、刚度小易变形。

b副翼以转动接头连于机翼后缘，机翼弯曲变形使转动轴线变弯可能引起卡阻，故一般飞机采用分段副翼双接头。

c飞行速度过大，副翼偏转同时机翼发生显著扭转变形，迎角改变产生的附加升力预副翼偏转产生的附加升力相反，可能导致飞机与操纵反向滚转，出现反操纵现象。

G：机身载荷

1飞行中机身受气动力、座舱增压载荷与集中力作用，机身承受装载及部件传给的集中力为主，水平和垂直方向的载荷都较大。

2机身对称载荷：作用于机身纵向对称面两边相等的载荷。包括垂直平面曲线飞行时机、尾翼传给的载荷和三点、两点正常接地时起落架传给的载荷。此时机身产生剪切和弯曲变形，主要是弯曲变形。

3机身不对称载荷：作用于机身纵向对称面两边不相等的载荷。飞机转弯或滚转时机、尾翼传给的载荷，飞机侧滑接地或单轮接地时起落架传给的载荷，此时机身产生剪切、弯曲、扭转变形，主要是扭转变形。

4交变的增压载荷：舱内外压差使舱壁，轴向伸长、周向扩大，裂纹一般沿机身轴线方向,故使用中应严格控制外表面蒙皮的轴向损伤。

5着陆接地机身载荷要加上起落架撞击力及所引起的附加惯性力。

6风挡模糊、脱层与破损后潮气进入夹层有关，应加强夹层玻璃的密封检查，保持良好的透明度。

H：尾翼形式

1根据机翼与发动机位置、气动性与结构受力等要求，尾翼配置形式不同。客机尾翼配置一般有正常尾翼、后掠尾翼、高平尾翼。

2大型客机方向舵由上下两块组成，目的是减少垂直安定面变形引起的偏转卡阻。

3大型客机升降舵为左右各一块，目的是减小变形提高俯仰操纵效率。

4尾翼尺寸较小的飞机和超音速飞机，为提高俯仰操作性和局部激波产生时的俯仰效率而采用全动平尾，同时起升降舵和安定面作用。

I：机身、机翼、舱门、维护口盖等开口及各自连接接头受力特殊较大要进行加强。使用中机体各部件要产生变形、疲劳、磨损、腐蚀、受力不正常等现象，导致机体结构强度、刚度减弱，所以要正确的维护和使用。

J：机体结构失效故障

1机身80％的故障是受气压脉动载荷作用的高负荷件和热构件产生的裂纹。包括尾部的喷管及空调进、排气管，靠发动机的热防护板，驾驶舱盖连接部位，舱门密封带，风挡玻璃裂纹与失去透明性，机、尾翼与机身接头裂纹等。

2机翼大部分故障是靠翼尖、起落架、、发动机部位的蒙皮、肋板、接头等裂纹，燃油箱漏油，铆钉松动及蒙皮变形等。3尾翼典型故障是安定面上的疲劳裂纹，舵面铰链接头裂纹等。

4构件破坏形式：受拉构件出现断裂，受剪壁板曲皱、裂纹，受压构件失去稳定性，受冲击载荷的构件断裂，受交变载荷的构件多产生疲劳裂纹，严重时结构失效。

K机体结构设计强刚度准则过程

1强度设计准则：静强度准则。

2气动性强刚度规范，限制最大飞行速度，防止机、尾翼的颤振。颤振主要是刚度不够。

3疲劳安全寿命设计：承受交变载荷不发生可检裂纹。

4破损安全设计准则和破损安全要求，保证结构能在疲劳破损或单个主要构件明显损坏后不发生灾难性事故。