飞机结构修理新技术

●机翼、尾翼--为飞机提供起飞着陆和飞行中的升力和操
纵灵敏和安定性，也装载燃油和挂载武器。 ●起落装置--承受起飞着陆载荷，保证飞机的起飞着陆安 全。
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一、飞机结构设计基本知识■
3.飞机结构的受力和传力特点
飞机机体结构主要承受以下载荷： ●总体气动载荷-作用在翼面和机身表面的空气动力载荷 ●发动机载荷-发动机推力 ●控制面载荷-各操纵面上作用的载荷 ●局部载荷-进气道、座舱压力、燃油舱压力、武器发射、 起落架载荷 ●质量载荷-飞机结构质量、系统、设备质量惯性力。
荷；开剖面结构不能承受扭转载荷。
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一、飞机结构设计基本知识■
●长桁—对蒙皮提供支持，提高蒙皮的稳定性。 ●角盒/带板—连接相邻结构，实现载荷传递。 ●接头—承受集中载荷，除保证自身强度外，必须考虑集中 载荷的传递和扩散。 ●口盖—由螺钉或承力锁连接的受力口盖和由快卸锁连接的 非受力口盖。
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一、飞机结构设计基本知识■
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一、飞机结构设计基本知识■
●普通框—维持机体的气动外形，并对飞机的蒙皮、壁
板提供支持以提高其稳定性（含隔板、肋）。 ●蒙皮、壁板—承受表面气动载荷 薄蒙皮-长桁壁板以剪流形式承受和传递载荷。 厚的加筋整体壁板除剪力外，还可以承担部分由飞 机总体变形产生的正应力。上翼面受压，下翼面受拉。 框、蒙皮、梁的腹板不能承受垂直于其腹板面的载
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一、飞机结构设计基本知识■
许用应力—将材料的强度极限或屈服极限除以一个大于1 的安全系数，作为强度校核计算的限制和判据。通常用 [ σ]表示。
设计剩余强度—在设计载荷作用下，材料的许用应力与构 件的工作应力之比。即构件的实际设计安全裕度。
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一、飞机结构设计基本知识■
强度极限σb—某种材料在拉伸试验中能承受的最大破坏 应力， 或称破坏强度。 屈服极限σs—当外载荷增加到某一值时，即使应力不再 增加，它的变形仍继续增加，这时的应力称为材料的屈服
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一、飞机结构设计基本知识■
先进的结构布局和结构形式
结构布局和结构形式是飞机机体的先天品质
第一代战斗机
多采用机头进气和后掠机翼，机体结构以铝合金
和钢为主，薄蒙皮/长桁，板金铆接框的半硬壳式结构。
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一、飞机结构设计基本知识■
第二代战斗机
突出高空高速的设计主导思想，因此气动布局多采
用大后略角或小展弦比的三角翼。结构形式仍为金属
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一、飞机结构设计基本知识■
5.结构件的受力功能和特点
●机身大梁 —承受飞机纵向总体弯矩，上下缘条受拉、压， 腹板受剪。
●机翼大梁（纵墙）—承受机翼沿展向的弯矩，上下缘条受
拉、压，腹板受剪。 ●加强框—承受大部件结合载荷，如机身-机翼对接、起落架 安装支柱固定点、进气道挂点、发动机安装交点，密封舱的 前后端框等。
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一、飞机结构设计基本知识■
第四代战斗机 突出先敌发现、先敌攻击、先敌制胜的设计主
导思想，隐身和超音速巡航使飞机的气动和结构布局
与三代机相比出现了本质的区别，出现了隐身外形、S 型进气道、内埋武器舱。多墙机翼、大型复合材料壁 板等新结构。
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一、飞机结构设计基本知识■
（三） 飞机结构的功能和特性
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目
三、飞机焊接修理新技术
（一）焊接的概念 （二）飞机典型构件的焊接 （三）常用焊接方法
次
（四）焊接技术的新发展
四、飞机复合材料修理技术
（一）复合材料损伤的修理 （二）复合材料修理固化设备 （三）金属结构损伤的复合材料修理
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一、飞机结构设计基本知识
（一）飞机设计思想和设计规范的发展
静强度设计
30年代仅考虑到飞机的静强度和刚度要求，在设计中
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一、飞机结构设计基本知识■
（二）飞机结构的发展和演变
飞机性能的不断提高，要求飞机的气动外形、结构
形式、材料和制造技术不断改进。 机翼相对厚度减小，但是还必须保证足够的抗弯强 度和刚度；为了减小阻力，机身的最大横截面积受到严 格限制，而装载的增加又使结构高度减小；
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一、飞机结构设计基本知识■
与此同时，飞机的载荷不断增大，使用过载、寿
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一、飞机结构设计基本知识■
长寿命
实现飞机结构长寿命的目标，主要有以下途径： ●先进的设计规范、设计方法和分析手段； ●高强度、高韧性、高损伤容限性能的材 ●合理的总体结构布局和细节设计。 料；
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一、飞机结构设计基本知识■
低成本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随着新结构、新材料、新工艺的大量采用，机体结
构的成本迅速攀声升。因此飞机研制和采购的经济可承 受性成为突出问题。 在满足飞机性能前提下，采用低成本的材料和制造 技术受到重视。特别是钛合金和复合材料的低成本先进 制造技术得到迅速发展和应用。
●军用飞机损伤容限要求(GJB776-89)
●军用飞机结构完整性大纲 ●飞机强度规范（试用本） 在飞机设计中，针对具体型号还要制定出专门的《强度计 算原则》供设计贯彻执行。
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飞机要求(GJB775.1-89)
●军用飞机通用规范(GJB2876-97)
一、飞机结构设计基本知识■
3.载荷、安全系数和强度
耐久性设计
1985年又公布了新的飞机结构通用规范MIL-A-87221, 在总结了设计和使用经验的基础上，形成一套完整的耐久 性 设计规范，明确了耐久性设计与其他设计要求特别是
损伤容限设计的相互关系。现在，反应经济性全寿命要求
的耐久性设计已经成为设计新一代飞机基本要求。耐久性 设计地在损伤容限设计的基础上增加经济性的影响。力图 通过细节设计，增加结构抗腐蚀、抗疲劳能力，避免不经 济的维修。
安全寿命/破损安全设计的设计思想：承认结构中
会产生缺陷，通过增加抗断裂设计，即让结构具有抵 抗裂纹扩展的能力来保证安全。 损伤容限设计的设计思想: (1)认为结构从开始使用起就包含有初 (2)允许缺陷在使用过程中扩展； (3)合理安排检测周期，保证裂纹快速失稳扩展之 前将其检测出来。
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始裂纹a0
一、飞机结构设计基本知识■
1.飞机结构的基本功能
● 通过维持外形保持飞机的空气动力性能； ● 承受飞机各种载荷作用的强度功能； ●为系统、设备其提供可靠工作环境的装载平台功能。
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一、飞机结构设计基本知识■
2.结构大部件的划分和功能
●机身--为驾驶员提供适宜的工作环境、为发动机、航空
电子设备、燃油及系统管线提供通路和安装支持。
27%～28%。
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一、飞机结构设计基本知识■
轻质（量）
采用轻质材料：
经验表明，材料密度减少10%，结构重量基本上可
以实现减轻重量10%；而材料机械性能（如： 强度值） 提高10%，结构只能实现减重3%左右。这是因为材料密 度的变化对飞机设计其他因素影响极小，而材料强度 性能的发挥要受到其他条件的制约。
半硬壳式，但出现了整体壁板、金属蜂窝等轻质结构，
材料以高强度铝合金和结构钢为主，结构仍以铆接为 主。
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一、飞机结构设计基本知识■
第三代战斗机
突出了空中优势的设计主导思想，结构布局出现了
翼-身融合、大边条机翼、前缘机动襟翼、鸭翼、无尾、腹 部进气等先进气动和结构布局形式。主体结构大量采用整 体结构的框、梁和壁板、整体油箱。钛合金、铝锂合金、 复合材料等先进轻质结构显著增加。
疲劳的基本概念—结构或构件在循环（交变）应力作用
下，发生的失效，称为疲劳失效，简称疲劳。结构在
循环应力下的疲劳破坏，与静力下的失效有本质的区 别。 飞机结构的破坏绝大多数属于疲劳破坏，因为 飞行中几乎没有严格意义上的静载荷，多为随机循环 谱载荷。
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一、飞机结构设计基本知识■
疲劳破坏具有以下特点： 1）破坏时的应力低于材料的强度极限，甚至低于材料的
开始重视材料的疲劳性能，即材料的韧性和抗应力腐 蚀性能。
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一、飞机结构设计基本知识■
由于疲劳试验的分散性和飞机在使用中的载荷谱 可能比试验谱（设计谱）更为严重等原因，因此在确 定飞机寿命时应考虑一个分散系数K，以保证飞机绝对
安全，
规范规定K=4～6。 试验寿命/分散系数=安全寿命
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一、飞机结构设计基本知识■
使用载荷—飞机在使用中可能实际遇到的最大载荷。又
称限制载荷（Limit load） 设计载荷—使用载荷乘以一个安全系数。又称极限载荷 ( Ultimate load) 安全系数—即设计载荷与使用载荷之比 f=Psj/Psy
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一、飞机结构设计基本知识■
附加安全系数—对于要求增加刚度和安全性的重要零、部
屈服应力。
2）疲劳破坏需经历多次应力循环才会发生，即破坏是一 个累积损伤过程； 3）破坏时一般无明显的塑性变形，即表现为脆性断裂； 4）破坏断口通常呈现明显的靠近疲劳源的光滑区和远离 疲劳源的粗粒状区。
命和可靠性要求不断提高，所有这些都要求飞机设计者
尽可能地提高结构效率，避免付出更多的重量代价。 因此，轻质、长寿命和低成本是飞机结构设计最 求的三大目标，而减轻重量成为飞机设计的重要原则和 始终追求的目标。
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一、飞机结构设计基本知识■
结构重量系数
结构重量相对飞机起飞重量之比。是反映飞机设
计结构效率的参数，在一定程度上体现了机体结构设计 的先进性。第二代战斗机大约为33%～34%；第三代战斗 机约30%～31%，而第四代战斗机的结构重量系数为
极限。
条件屈服极限σ0.2—大多数材料在拉伸曲线上无明显的屈 服阶段，这时采用塑性变形量为原标距长度0.2%时相对应
的应力为屈服极限。
比例极限σp—应力与应变成比例的上限值，也称弹性极 限。
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一、飞机结构设计基本知识■
σ
金属材料典型拉伸曲线
σb
σ0.2
σs
σp
δ%
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一、飞机结构设计基本知识■
（四）飞机结构强度基本概念
1.飞机结构设计的目标
设计出符合总体气动性能要求、各功能系统安装 协调要求、满足使用维护要求、寿命要求和强度重量 指标的轻质、长寿命、高可靠性、低成本（经济可承 受性）的机体结构平台。
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一、飞机结构设计基本知识■
2.设计规范和强度计算原则
它是设计顶层指导文件，在设计选择贯彻。 我国在军用飞机设计中采用的主要规范有： ●军用飞机强度和刚度规范（(GJB67.1-67.12-85)
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一、飞机结构设计基本知识■
4.结构的传力路线
传力路线是指飞机结构受载后，是如何沿相互连接的结 构元件传递和扩散的 。 ●总体气动载荷的传递： 纵向-大梁、蒙皮-长桁、或整体壁板。 横向-隔框（加强框）、肋。
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一、飞机结构设计基本知识■
●局部载荷的传递：
进气道、燃油舱、座舱的压力主要靠结构自身平
引入一个安全系数，使飞机在使用载荷下的构件应力乘以
安全系数后仍低于材料的强度极限，即在使用载荷下不产 生永久变形，在设计载荷下不发生结构破坏。
4 返回表1
一、飞机结构设计基本知识■
疲劳安全寿命设计
50年代提出，即以全使用寿命期中不发生危及飞 机安全的结构疲劳破坏为设计目标和强度准则。 这一
设计思想的转变，改变了单纯追求材料强度的倾向，
件，设计时可放大它的安全系数，这个放大部分称为附
加安全系数。 过载—作用在飞机某方向上的所有力之合力与飞机当时的 重量之比，叫做该方向上的过载，通常用G来表示。
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一、飞机结构设计基本知识■
应力—在外载荷作用下，结构元件剖面单位面积上产生 的抵抗内力。 应变—结构元件受载后，产生的单位长度的变形量。 强度—在特定载荷作用下，结构抵抗破坏的能力。 刚度—结构在载荷作用下抵抗变形的能力。
飞机结构修理新技术
黄卫华
二○○九年六月
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目
次
一、飞机结构设计基本知识
（一）飞机设计思想和设计规范的发展 （二）飞机结构的发展和演变 （三）飞机结构的功能和特性 （四）飞机结构强度基本概念 （五）飞机结构优化和细节设计
二、飞机结构修理基本知识
（一）结构修理基本要求 （二）飞机结构修理技术员的知识要求
损伤容限设计
1977年美国空军颁布的规范MIL-A-008866A中增加 了损伤容限设计要求。 即增加了破损—安全结构要求和安全裂纹扩展要求。 我国1985年颁布的国军标GJB-67系列-军用飞机强 度和刚度规范就是采用了这一设计思想。损伤容限设计
思想对材料的断裂韧性。即裂纹扩展性能更加关注。
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一、飞机结构设计基本知识■
衡并以剪流形式传给相邻结构。
航炮发射、导弹发射、起落架等冲击载荷主要靠
飞机的支持接头、挂点承受，并通过一段范围的加强
结构传递和扩散吸收。
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一、飞机结构设计基本知识■
质量惯性力载荷：
由空气动力升力平衡。设备的质量载荷通过安
装接点和过渡支架传给机体结构 飞机结构的传力特点： 飞机的机体结构多为复杂的静不定结构，载荷传递 的基本特点是按刚度分配和走最直接路线。