现代飞机结构综合设计 ——机翼、尾翼设计

一、Fra Baidu bibliotek翼翼盒受力构件布置

1.壁板结构
壁板有长桁—蒙皮铆接组合式和整体壁板两种（在整体油箱 区大多采用机械加工的整体蒙皮或整体壁板）
按等百比线布置：此时桁条本身无 扭曲，制造方便 (等强度设计) 平行于前梁或后梁布置会使长桁扭 机翼截面的扭转 曲，影响装配
3 机翼主要受力构件布置

一、机翼翼盒受力构件布置

7．全动平尾的设计特点

亚音速焦点：(28～30)％ 超音速焦点约在50％ 转轴位置约40％弦长 转轴式 定轴式

协调；元件的构型、尺寸、布局；结构布局主要以强度和损伤容 限准则为基础，之后进行耐久性打样设计；理论图

2.详细设计（工作设计）

构件的构造形式、材料、尺寸、连接；对损伤容限、耐久性打样 设计结果进一步深化和细化；工艺；结构分析（结构强度、刚度 和颤振）；必要的结构试验；发出全部生产图纸
2 机翼结构型式选择



二、结构特点

防火墙
安全销
5 机翼整体油箱的结构设计

三、整体油箱的密封形式
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计

一、机翼前、后缘活动面简介


增升装置
自适应机翼
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计
一、机翼前、后缘活动面简介 二、尾翼和副翼结构设计 1．安定面的结构布局 2．操纵面的构造 3．操纵面悬挂点的确定

原始依据



飞机的类型、性能和全机主要参数，如翼载 p=G/S 总体外形参数 机翼展长、展弦比、后掠角、翼型相对厚度、机 身的长度与高度等 机翼与机身的相对位置 机翼、机身的内部装载，与发动机、起落架和武器外挂的连接 协调关系； 通过计算给出的所设计结构的载荷数据． 1.打样设计


设计内容
4 机翼结构元件设计

一、二、三、四、五：机翼各部件及连接的设计 六、结构受集中载荷处的局部设计

(1)集中力作用于板杆结构上时，必须有适当的杆来扩散、传递 此力。 (2)集中力矩作用于板杆结构上，例如集中力与支撑构件有力臂 而引起力矩时，可把此力矩用接头等构件转换成一组大小相等、 方向相反的力，再用适当的构件传走。 (3)尽量避免、减小附加的偏心力矩

2.梁与墙的布置

梁和壁板(有时还有墙)构成单闭室或多闭室抗扭翼盒 梁应尽可能布置在剖面高度较大的部位，同时轴线尽量不要转 折，以使传力直接、连续 梁的布置很大程度上受机翼的平面布局和内部装载的影响
3 机翼主要受力构件布置

一、机翼翼盒受力构件布置

3.翼肋的布置

顺气流布置：顺气流翼肋对维持机翼剖面形状较好，制造成本低；为传递 根部扭矩只需一个加强肋；翼肋长度增加、蒙皮受剪稳定性变差 正交布置特点相反


数量 自由度
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计

二、尾翼和副翼结构设计

4．操纵面前缘缺口的补强
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计

二、尾翼和副翼结构设计

操纵面的气动补偿和气动平衡

铰链力矩

6．尾翼的防颤振设计
6 机翼前、后缘可动部分和尾翼、操纵面结构设计

二、尾翼和副翼结构设计
电子计算机的出现极大地提高了计算能力，成功地发展了适用于复杂
结构的应力分析有限元素法和结构优化设计方法，使飞机结构设计从定性 和初定量设计向比较精确的定量设计和优化设计跨进了一大步。并且出现 了设计与总体、气动、工艺等设计紧密配合、互相协调的计算机辅助一体 化设计方法。
二、飞机结构设计的原始依据和设计内容


4 机翼结构元件设计

六、结构受集中载荷处的局部设计

(4)受轴力杆当轴线不连续时要附加其他杆，必要时要局部加强 参与区内的受剪板。
4 机翼结构元件设计

六、结构受集中载荷处的局部设计

(5)一般说应不让板受垂直于板平面内的力，以防止出现平板受 弯的不合理设计
飞艇吊舱的集中载荷由悬挂屏转换为分 部载荷
现代飞机结构综合设计
——机翼、尾翼设计
1 结构设计方法 一、结构综合设计的基本概念 二、结构设计的原始依据和设计内容
1 结构设计方法
一、结构综合设计的基本概念
目前飞机性能和寿命要求越来越高，高科技飞速发展，飞机越来越复 杂，机载设备不断更新，新材料、新工艺、新结构不断出现，交叉学科、 边缘学科的发展以及新技术的大量涌现，都使飞机设计的综合设计思想愈 显重要，这种综合性已渗透到现代飞机设计和飞机结构设计的各个层次和 顶层设计、平台设计、具体技术设计等各个设计阶段中

多腹板式 (多梁/墙式)
一般由3～10多块腹板（或墙）和厚蒙皮(大多是整体厚 蒙皮)组成(肋少甚至没有) ；受正应力面积更加分散。 结构力学上形成多闭室静不定薄壁盒式结构。
气动载荷引起的剪力由多腹板按刚度分配；
弯矩引起的轴向内力由蒙皮桁条与缘条组成的壁板传递； 扭矩仍由蒙皮形成一圈剪流传递。
扭矩由蒙皮的一圈剪流传递。 适应于低速，翼型高度大的轻型飞机。
早期飞机使用较多。

双梁单块式机翼
长桁(包括梁缘条)与蒙皮组成壁板或整体加劲壁板；
蒙皮较薄 可简化仅受剪板。与梁式相比，若受正应力
的截面积（长桁与缘条）近似，布置较分散 。
气动载荷引起的剪力由梁腹板传递； 弯矩引起的轴向内力由桁条与缘条传递； 扭矩由蒙皮的一圈剪流传递。 适应于高亚音速飞行的较大型飞机。 民用客机或运输机应用较多。

3．机翼—机身对接形式的影响 梁式机翼 单块式机翼 战斗机 4．机翼内部布置及大开口的影响

二、机翼结构型式的选择
变后掠机翼的布局特点 变后掠翼从结构强度和损伤容限观点看有其不足之处，特别是单 传力途径的机翼转动枢轴，必须采取一系列措施保证飞机安全性
3 机翼主要受力构件布置

构件布置的原则

一、机翼内部布置


油箱
起落架舱（机炮） 防冰，燃油，液压系统


前、后缘装置
外挂
二、机翼结构型式的选择 1.不同结构型式的受力特性及其与机翼几何参数的关系

薄蒙皮梁式机翼 蒙皮薄、受正应力面积集中、长桁少而集中面积小（承受 正应力能力可以忽略）。
气动载荷引起的剪力由梁腹板传递； 弯矩引起的轴向内力主要由梁缘条传递；
5 机翼整体油箱的结构设计

一.对整体油箱结构设计的要求


1．密封性
2．强度要求 3．刚度要求 4．便于检查、维修、拆装和清洗 1.应用机翼原有的主要受力结构件作为油箱的隔板，变形过大时另设隔板，结构刚性好，开口的 布置 2.减少油箱表面的连接缝长度和结合孔数量 3.箱角互成90° 4.其它措施

(1)确保气动载荷荷引起的弯、剪、扭能顺利传到机身．为此
要特别注意结构不连续处的构件布置，如开口处、结构型式
变化处，梁和长桁的轴线转折处等．

(2)在集中力、集中力矩作用处布置相应构件，必要时加辅助
短梁或加强肋，其作用是将集中载荷扩散；并将扩散后的分
布力传给机翼受力盒段的相应元件，传往机身．
3 机翼主要受力构件布置
适应于超音速飞行的薄机翼飞机。 战斗机、攻击机。
二、机翼结构型式的选择 2．不同结构型式损伤容限特性比较 传力路线不宜过于集中．长桁—蒙皮加筋板单块式结构和厚蒙皮多墙式结构 都可看成是分散传力结构布局。此时若壁板上长桁强一些，对提高壁板的止裂 能力，并从而捉高壁板的剩余强度，延长裂纹扩展寿命均更为有利．