运十飞机结构分析

飞行器结构设计大作业

运十飞机的机翼/中央翼及机身设计

航空学院01010703班

顾天元学号2007302672

巨龙学号2007300184

乔燕涛学号2007300186

马军学号2007300185

2010年6月29日

运十飞机的机翼/中央翼及机身设计

前言——有关运十飞机

运十是由上海市640研究所设计、上海飞机制造厂制造的四发动机喷气式运输机，运十飞机是中国首次自行设计、自行制造的大型喷气客机。运十的设计很大程度上参考了美国波音公司的波音707。运十飞机的试飞成功，填补了中国航空工业的一项空白，是一项重大科技成果。运十计划采用涡扇-8发动机，飞机最大起飞重量110吨，最大巡航速度974公里/小时，最大实用航程8000公里。客舱按全旅游、混合、全经济三级布置，可分别载客124、149、178人。运十只制成两架，由于各种原因最终没有投产。

运十运输机-设计特点：1.有较好的安全性； 2.有较好的速度特性；

3.有较好的经济性；

4.有较好的机场适应性；

5.有较大的使用伸缩性；

6.有较大的发展潜力。

运十飞机虽然由于各种原因最终没有投入航线使用，但它在当时的历史条件下，却能取得如此丰硕的成果是很不容易的。因此，研制运十飞机的历史作用是不能低估的，它是我国民机发展的成功的起点。

有关运十的一些数据：

1、几何数据

翼展L：42.24m 机长：42.93m

机高：13.42m 机翼面积S：244.46㎡

2、重量数据

最大起飞重量：110吨最大着陆重量：83吨

使用空重：58吨最大载油重：51吨

最大商载：25吨

3、飞行性能数据（使用四台JT3D发动机）

最大巡航速度：974km/h

经济巡航速度：917km/h

最大爬升率：1200m/min=20m/s

最大巡航高度：12000m

起飞距离：2318m

降落滑跑距离：2143m

15吨商载航程：6400km

第一节机翼/中央翼、机身和翼身连接处结构特点分析一、机翼结构特点分析

运十飞机机翼为双梁单块式结构，壁板采用以长桁面积为主的强长桁-弱蒙皮配置形式。简短的分析如下。

机翼截面

（1）从上照片可以看出（我们认为机翼盒段是上下颠倒的），同一段机翼上壁板的桁条数多于下壁板桁条数目。这样布置主要原因是机翼主要受较大的向上的弯矩，因此上翼面受压较为严重，下翼面受拉较为严重。受拉的情况下，上翼面蒙皮容更易出现纵向失稳（局部皱折或局部失稳）引起破坏。所以上翼面的设计重点是防止屈曲，故在上翼面布置较多的长桁，可为蒙皮提供支持，防止蒙皮失稳，提高蒙皮的失稳临界应力。

（2）运十机翼的后梁向后转折，是出于内部空间的需要，例如为了安置主起落架、增大整体油箱容积、增大机翼的扭转刚度等考虑。

（3）在图示的I、II、III处均加强了翼肋。

其中I处为加强侧肋，是出于承受总体扭矩的分量、传递反对称形成的剪力的考量。II肋需要加强的是腹板和缘条，原因是在II肋处前后梁都有一个转角，总体弯矩在此处有分量作用在该肋上。III肋需要加强的腹板，作用是为了整合参差桁条在蒙皮上形成的剪力（实际中桁条是不连续到翼梢的）。另外，两台发动机的加强顺气流肋分别靠近II、III肋，这样就充分利用了加强结构。

（4）普通肋在II肋外的机翼上都是按垂直于前梁等间距分布的，而在侧根肋和II肋之间的普通肋则是由垂直前梁逐渐过渡到顺气流方向。这样做的原因一是调整了机翼根部的刚度分布，使机翼具有良好的可挠性，降低了突风载荷系数；二是由于飞机主起落架舱在中段机身里，机翼双梁单块式传力形式基本没有受到破坏，它可以正常传递总体力，避免了根部三角区的出现，仍存在的后掠效应将由中央翼的五根加强梁充分发挥作用来克服。同时，机身的下部虽然要为主起落架开口，但由于龙骨梁的存在，起开口的补强并不是太严重，因此这样做的最终结果减轻了结构设计的重量。

图1 运十飞机翼梁、翼肋、桁条和中央翼布置示意图

二、机翼-机身的对接设计

运十的机翼和机身框各自独立，采用四个空心销将机翼的前后梁与框对接。这种销既简单又易于安装。这样的设计允许翼梁与框可自独立变形，因此自由转动的机翼在弯曲时对框的影响与作用在框上的增压载荷和地板梁的翘曲的框-地板梁接头而言，其载荷是相加的。机翼的阻力、发动机推力等x轴方向载荷主要通过机身下方的机身龙骨梁传给机身。

三、机身结构特点分析

运十飞机机身采用桁条式结构，整个截面大约有52根桁条。飞机长桁较密、较强，蒙皮较厚。机身弯矩引起的轴向力由众多桁条和较厚的蒙皮组成的壁板来承受；剪力全部由蒙皮承受。

（1）机身开口结构加强：

1、中开口的加强。运十飞机舱门处共打断了七根桁条，利用围框式加强方式。围框利用舱门开口附近原已有的受轴力的周边桁条和蒙皮，加上再开口四周一圈井字型布置的杆和蒙皮构成。

2、小开口加强。运十飞

机机身开有舷窗，这些开口因

为没有打断桁条，所以被认为

是小开口。开有舷窗对机身的

纵向传力没有影响，但是蒙皮

开掉后会影响到传剪。所以运

十飞机机身舷窗处加上了一

圈界面具有抗弯能力的口框

（如左照片所示）。

（2）压舱后端的球亏面框：

运十飞机作为民用客机，

必须在客舱内增压。由材料力

学的知识可知，用球面框做端

框比平面框以承弯的形式承

受侧压要有利。但是球面前后都较难充分来安放有效载重，机身容积利用率低。为协调这一矛盾，运十飞机采用的是球面亏框的设计。