飞机结构与系统飞机机身结构
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第四章 飞机机身结构
? 本章内容
? 机身结构的设计要求 ? 机身外载荷 ? 机身结构组成 ? 机身典型结构型式 ? 机身与其它部件的连接 ? 机身开口区结构
机身结构设计要求
一、机身功用
1. 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和 货物；
2. 将机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成 一架完整的飞机。
机身外载荷
2. 机身总体受力特点 机身可看作支持在机翼上的 双支点或多支点外伸梁。 总体内力：两个平面内的弯 矩、剪力和绕机身轴线的扭矩 。 受力和机翼相似，但对于机 身垂直方向和水平方向的载荷 基本为同一数量级。
机身垂直面内剪力图及弯矩图
机身结构组成
机身主要构件： ? 蒙皮 ? 纵向骨架:长桁、桁梁 ? 横向骨架：隔框
整体框： 模锻毛胚或厚板加工而成。
环形整体式加强框
1，6－上下框段； 2－框缘连接接头； 3， 4－机翼机身对接耳片接头及其加强筋； 5，6－两侧框段； 8－小支柱
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ① 环形刚框
组合式刚框： 型材、薄板经铆接组合而成。
内外缘条：弯矩和轴力； 腹板：剪力 支柱：将集中力扩散成腹板上剪流。
机身外载荷
1. 外载类型 1）装载加给机身的力 ? 装载引起的质量力（集中、分布） ? 机身结构的质量力（分布） 质量力大小与载荷系数成正比 （沿机身轴线各处载荷系数大小方向可能不同）
机身外载荷
1. 外载类型
2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑
跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。
机身结构组成
4. 机身骨架元件与蒙皮 之间的连接 纵、横构件交叉时，
一般弱的让强的；蒙皮 可以只与桁条相连，也 可以与桁条、隔框都相 连。 1）普通框、长桁、蒙皮
间的连接
机身结构组成
4. 机身骨架元件与蒙皮 之间的连接
2）加强框、长桁、蒙皮 间的连接
机身结构组成
5. 地板结构 结构组成：
横梁＋纵梁＋地板块
受两个平面内弯矩引起 的轴力； ? 气密增压座舱部位的蒙 皮还要承受环向和轴向 的张应力。
机身结构组成
3. 机身蒙皮 2）材料及布置：
蒙皮材料（p242） 一般采用铝合金，如LY12，2024-T4； Ma>3的飞机，受热影响大的区域采用钛合金或不锈钢。 蒙皮厚度： 载荷、工艺性、经济性 要求的综合考虑
若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
飞机两点接地时机身的载荷
机身外载荷
1. 外载类型
2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑
跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。
若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
作用在机身上的不对称载荷
M扭 = Y ·c 水平尾翼不对称载荷
M 扭 = P ·h 垂尾侧向水平载荷
机身外载荷
1. 外载类型 3）增压载荷（p255） 大气压力和温度随飞行高度的增大 而下降，超过2500m将使人无法正常工 作，继续增大会使人不能生存。 解决办法：座舱增压、加温。 气密增压座舱，从发动机压气机引 入并通过自动调节装置进入座舱。 增压载荷：增压舱内的空气压力与 周围大气空气压力之差。
机身结构设计要求
二、结构设计要求
1) 需满足众多使用要求（最主要）； 2) 总体协调性要好，这样有利于飞机减重 ； 3) 保证结构完整性前提下的最小重量要求； 4) 合理使用机身的有效容积，保证飞机性能； 5) 气动力要求主要是减小阻力； 6) 装载多，本身结构复杂，故对开敞性（便于维修）要
求更高； 7) 良好的工艺性、经济性要求；
1. 隔框 2）布置
机身结构组成
歼击机框距：
300mm左右； 大型运输机框距：
300～500mm左右。 框的总重占机身结 构重量的20%～27%。
Fra Baidu bibliotek
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ? 环形刚框 ? 腹板框 ? 构架式框（很少采用）
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ① 环形刚框
由内、外缘条，框缘腹板，腹板 上的小支柱构成。
机身结构组成
机身主要构件： ? 蒙皮 ? 纵向骨架:长桁、桁梁 ? 横向骨架：隔框
机身结构组成
1. 隔框 1）分类 普通框： ? 维持机身的截面形状； ? 对蒙皮和长桁起支撑作用。 通常设计为环形框。
加强框： ? 普通框功能 ? 将装载的质量力和其他部件上的载
荷经接头传到机身结构上的集中力 加以扩散，以剪流形式传给蒙皮。 ? 机身大开口两端
桁梁的截面积大于长桁，功用类似。
2）构造型式 简单式：从横剖面看只有一个结构元件； 组合式：从横剖面看有几个结构元件。
长桁多为简单式，桁梁有时采用组合式。
桁梁剖面
机身结构组成
3. 机身蒙皮 1）功用： ? 构成机身气动外形，保持表面光滑，承受局部空气动力； ? 承受xoy,xoz两个平面内的剪力和绕x轴扭矩； ? 和长桁一起组成壁板承
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ② 腹板框
相当于平面板杆结构。 加强型材的作用： ? 将集中力扩散成剪流传给腹板； ? 提高腹板的剪切稳定性； ? 受侧压时与腹板一起承弯； ? 无侧压时只受轴力。
机身结构组成
2. 长桁与桁梁
1）功用： 长桁： ? 承受和传递机身弯矩引起的轴力； ? 与蒙皮组成承力壁板； ? 承受部分作用在蒙皮上的气动力并传给隔框。
各类飞机增压座舱分布
机身外载荷
3）增压载荷 在机身增压舱部分基本自身平衡，对机身的总体内力影响很小。 在机身增压舱结构内产
生轴向正应力和机身横截 面内的环向正应力，前后 端框产生侧压力。
对于旅客机而言，是重 要的疲劳载荷。
机身外载荷
1. 外载类型 4）气动载荷
只在机身局部区域（如机身头部和座舱盖等）局部载荷较大， 对机身的总体内力基本没有什么影响。
横梁： 截面通常为槽形或工字形。
纵梁： 数目与座椅滑轨相对应（往往
做成同一构件）。
机身结构组成
5. 地板结构 横梁与纵梁的连接：
地板块结构： 上下面板、轻质芯材、边条。
机身典型结构型式
1 桁梁式： 结构特点： ? 有若干桁梁(如四根)，桁梁强； ? 长桁少且弱，甚至可以不连续； ? 蒙皮薄。 受力特点： ? 机身弯曲引起的轴向力主要由桁梁 承担； ? 剪力由蒙皮承担。 在桁梁间可布置大开口而不会显著影
? 本章内容
? 机身结构的设计要求 ? 机身外载荷 ? 机身结构组成 ? 机身典型结构型式 ? 机身与其它部件的连接 ? 机身开口区结构
机身结构设计要求
一、机身功用
1. 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和 货物；
2. 将机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成 一架完整的飞机。
机身外载荷
2. 机身总体受力特点 机身可看作支持在机翼上的 双支点或多支点外伸梁。 总体内力：两个平面内的弯 矩、剪力和绕机身轴线的扭矩 。 受力和机翼相似，但对于机 身垂直方向和水平方向的载荷 基本为同一数量级。
机身垂直面内剪力图及弯矩图
机身结构组成
机身主要构件： ? 蒙皮 ? 纵向骨架:长桁、桁梁 ? 横向骨架：隔框
整体框： 模锻毛胚或厚板加工而成。
环形整体式加强框
1，6－上下框段； 2－框缘连接接头； 3， 4－机翼机身对接耳片接头及其加强筋； 5，6－两侧框段； 8－小支柱
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ① 环形刚框
组合式刚框： 型材、薄板经铆接组合而成。
内外缘条：弯矩和轴力； 腹板：剪力 支柱：将集中力扩散成腹板上剪流。
机身外载荷
1. 外载类型 1）装载加给机身的力 ? 装载引起的质量力（集中、分布） ? 机身结构的质量力（分布） 质量力大小与载荷系数成正比 （沿机身轴线各处载荷系数大小方向可能不同）
机身外载荷
1. 外载类型
2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑
跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。
机身结构组成
4. 机身骨架元件与蒙皮 之间的连接 纵、横构件交叉时，
一般弱的让强的；蒙皮 可以只与桁条相连，也 可以与桁条、隔框都相 连。 1）普通框、长桁、蒙皮
间的连接
机身结构组成
4. 机身骨架元件与蒙皮 之间的连接
2）加强框、长桁、蒙皮 间的连接
机身结构组成
5. 地板结构 结构组成：
横梁＋纵梁＋地板块
受两个平面内弯矩引起 的轴力； ? 气密增压座舱部位的蒙 皮还要承受环向和轴向 的张应力。
机身结构组成
3. 机身蒙皮 2）材料及布置：
蒙皮材料（p242） 一般采用铝合金，如LY12，2024-T4； Ma>3的飞机，受热影响大的区域采用钛合金或不锈钢。 蒙皮厚度： 载荷、工艺性、经济性 要求的综合考虑
若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
飞机两点接地时机身的载荷
机身外载荷
1. 外载类型
2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑
跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。
若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
作用在机身上的不对称载荷
M扭 = Y ·c 水平尾翼不对称载荷
M 扭 = P ·h 垂尾侧向水平载荷
机身外载荷
1. 外载类型 3）增压载荷（p255） 大气压力和温度随飞行高度的增大 而下降，超过2500m将使人无法正常工 作，继续增大会使人不能生存。 解决办法：座舱增压、加温。 气密增压座舱，从发动机压气机引 入并通过自动调节装置进入座舱。 增压载荷：增压舱内的空气压力与 周围大气空气压力之差。
机身结构设计要求
二、结构设计要求
1) 需满足众多使用要求（最主要）； 2) 总体协调性要好，这样有利于飞机减重 ； 3) 保证结构完整性前提下的最小重量要求； 4) 合理使用机身的有效容积，保证飞机性能； 5) 气动力要求主要是减小阻力； 6) 装载多，本身结构复杂，故对开敞性（便于维修）要
求更高； 7) 良好的工艺性、经济性要求；
1. 隔框 2）布置
机身结构组成
歼击机框距：
300mm左右； 大型运输机框距：
300～500mm左右。 框的总重占机身结 构重量的20%～27%。
Fra Baidu bibliotek
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ? 环形刚框 ? 腹板框 ? 构架式框（很少采用）
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ① 环形刚框
由内、外缘条，框缘腹板，腹板 上的小支柱构成。
机身结构组成
机身主要构件： ? 蒙皮 ? 纵向骨架:长桁、桁梁 ? 横向骨架：隔框
机身结构组成
1. 隔框 1）分类 普通框： ? 维持机身的截面形状； ? 对蒙皮和长桁起支撑作用。 通常设计为环形框。
加强框： ? 普通框功能 ? 将装载的质量力和其他部件上的载
荷经接头传到机身结构上的集中力 加以扩散，以剪流形式传给蒙皮。 ? 机身大开口两端
桁梁的截面积大于长桁，功用类似。
2）构造型式 简单式：从横剖面看只有一个结构元件； 组合式：从横剖面看有几个结构元件。
长桁多为简单式，桁梁有时采用组合式。
桁梁剖面
机身结构组成
3. 机身蒙皮 1）功用： ? 构成机身气动外形，保持表面光滑，承受局部空气动力； ? 承受xoy,xoz两个平面内的剪力和绕x轴扭矩； ? 和长桁一起组成壁板承
机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ② 腹板框
相当于平面板杆结构。 加强型材的作用： ? 将集中力扩散成剪流传给腹板； ? 提高腹板的剪切稳定性； ? 受侧压时与腹板一起承弯； ? 无侧压时只受轴力。
机身结构组成
2. 长桁与桁梁
1）功用： 长桁： ? 承受和传递机身弯矩引起的轴力； ? 与蒙皮组成承力壁板； ? 承受部分作用在蒙皮上的气动力并传给隔框。
各类飞机增压座舱分布
机身外载荷
3）增压载荷 在机身增压舱部分基本自身平衡，对机身的总体内力影响很小。 在机身增压舱结构内产
生轴向正应力和机身横截 面内的环向正应力，前后 端框产生侧压力。
对于旅客机而言，是重 要的疲劳载荷。
机身外载荷
1. 外载类型 4）气动载荷
只在机身局部区域（如机身头部和座舱盖等）局部载荷较大， 对机身的总体内力基本没有什么影响。
横梁： 截面通常为槽形或工字形。
纵梁： 数目与座椅滑轨相对应（往往
做成同一构件）。
机身结构组成
5. 地板结构 横梁与纵梁的连接：
地板块结构： 上下面板、轻质芯材、边条。
机身典型结构型式
1 桁梁式： 结构特点： ? 有若干桁梁(如四根)，桁梁强； ? 长桁少且弱，甚至可以不连续； ? 蒙皮薄。 受力特点： ? 机身弯曲引起的轴向力主要由桁梁 承担； ? 剪力由蒙皮承担。 在桁梁间可布置大开口而不会显著影