飞行器结构设计
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J j πR yz
3
(7)
(8)
3.剪应力的计算
q qQ qM k
QS i qQ Jj
(9)
(10)
S j R yz sin
2
(11)
J j πR yz
3
(12)
Q qQ sin πR
(13)
qM k
Mk Ω
q
(14)
c
(15)
4.强度条件
A.按性质分
• • • • • 2.非金属材料 （1）塑料 （2）陶瓷 （3）橡胶 （4）玻璃
A.按性质分
• 3.复合材料 • （1）玻璃钢 • （2）碳纤维/环氧树脂
B.按功能（作用）
• • • • • • • 1.结构材料 2.导电材料 3.透光材料 4.透波材料 5.耐腐蚀材料 6.耐磨材料 7.隔热材料
3.改变结构型式,提高刚度,降低质量 4.提高空间利用率
二、气动力准则
飞行器穿越大气层，飞行器外形要满足
气动特性
三、使用维护准则
四、可靠性准则
可靠性的概念：产品在规定的使用 条件下和规定的时间内完成规定功能的 能力，以不发生故障的概率来衡量。
• 五、工艺准则
• 加工性，考虑现有加工手段，成本低
普通框与桁梁的连接
2.盘式连接 （1）轴向盘式连接
4.5节 舱段的强度计算
思考题14: 舱段强度计算的内容与原理是什么?
• 一、舱体剖面的设计计算 1.计算模型
图4—37半硬壳式弹身剖面与正应力分布图
2.正应力的计算
N M N J j Fj
MYj
(1)
Fj ( f s 2ci c )
飞行器结构设计与数字化模装
什么是 飞行器?
• 在地球大气层中和太空飞行器械 的总称。
航空器 航天器 火箭与导弹
1999年参加国庆阅兵式的红旗-2号乙地空导弹
美国第一代中继卫星(1983年)
第二代中继卫星(2000，2002年)
结构 设计?
• 将抽象的工作原理变成技术图样的 过程。
二、部件结构设计的任务
导弹总体方案→部件→结构尺寸→材 料→加工精度→重量→协调关系→生 产图纸→技术文件 协调关系：部件之间、零件之间
三、部件结构设计的步骤
调查研究 方案设计
修 改
技术设计
强度校核
绘制零件图、编制技术文件
试验
第2章 弹翼结构设计
图2-3
单梁式翼面
（a）桁条的受力平衡 (b)桁条与翼肋的连接形式 图2-5 桁条的受力
1.结构分析 2.设计原理 3.设计准则 4.设计原则 5.设计方法
第1章 绪论
• 导弹弹体组成与功用 • 飞行器结构设计的基本准则
• 1.1 导弹弹体的组成与功能
弹身+空气动力面+弹上机构
空气动力面
• • • • 弹翼：产生升力与横向控制力 前翼：起反安定面作用 舵面：产生相对于质心的控制力矩 稳定面：静稳定性
(21)
M N Y b或 cr (22) J F Q b或 cr (23) h re
三、舱口区的强度分析
图4-39
口框的计算
第3章 卫星中心承力筒结构设计
• 卫星组成: 平台与有效载荷 • 我国六大系列卫星 •
一、中心承力筒结构组成
• • • • 硬壳式 桁条加筋式 桁梁式 蜂窝夹层板式
二、结构材料选用原则
• 概念：比强度=强度极限/相对密度 • 比刚度=弹性模量/相对密度 • 相对密度=材料的密度/水密度
二、结构材料选用原则
• 1.结构轻 • 2.有足够环境稳定度、温度、湿度、 酸碱度 • 3.有足够的断裂变形 • 4.良好的加工性 • 5.成本低
1.5节 强度计算的基本概念
• c.剩余强度：结构内部出现裂纹型的 损 伤后具有的承载能力 • d.剩余强度系数： • 剩余强度系数=破坏载荷/设计载荷 • =破坏应力/设计应力
——剩余强度系数
Pf
f Pdes des
Pf
（1-1）
——破坏载荷 Pdes ——设计载荷 f ——元件的破坏应力 des ——按计算载荷得到的元件的最大应力
• 强度的概念：材料或结构在不同的环 境条件下承受外载荷的能力。
一、强度的计算内容
• • • • • （1）静力强度 （2）动力强度 （3）热强度 （4）疲劳强度 （5）断裂强度
二、强度判定的方法
• 7个基本概念
• a.使用载荷：实际使用中,作用在飞 行器上最大载荷. • b.设计载荷：使用载荷乘以安全系 数
图2-11梁的受力平衡
3.翼梁
• 翼梁受载如图3-18
• 图3-18
翼梁受载
• 翼梁凸缘和腹板如图3-19
• 图2-12。
图2-12梁的凸缘与腹板的受力平衡
四、受力元件剖面形状的选择
• 4.翼梁
图3-15
翼梁的结构形式和剖面形状
1.3节 飞行器结构设计准则
• 思考题1：飞行器结构设计准则是什么？
一、最小质量准则
1.结构力学原则 从结构力学角度减小质量 (1)力的传递路线最短 (2)应力分布均匀 (3)合理使用材料 (4)结构型式与力的分布合理 (5)结构元件
• 2.等强度原则
•
(1)按载荷分布规律设计 • (2)材料尽量分布在应力放大的区域内 • (3)去掉不受力材料 • (4) 保证强度条件,考虑刚度问题
Jj
受压区
(2)
( f 2c
s
pr c
)Yi ( f s 2c pn c )Yi (3)
2 2 受拉区
cr .c Ec 2c pr b cr .s Es
2c pn kb
(4)
(5)
f s 2ci c yx 2πR
(6)
F j 2πR yx
max f
(16)
f max
(17)
max r
(18)
f c max
(19)
二、框的设计计算 1.框的受力平衡
p s in (20) q πR
图4-38
在集中力作用下框的受力平衡
2.框的计算模型 3.框内力的求法
4.剖面的强度计算
M kpr
• e.许用应力法 许用应力=强度极限除以安全系数 • 计算应力小于许用应力
安全系数通常取
f 1.2 ~ 1.3
f 1.5 ~ 2.0
一次 多次、载人
• f.破坏载荷法 • 剩余强度系数法，式（1-1） 1.05 ~ 1.1 重要结构 一般结构 • 剩余强度系数= 0.95 2 ~ 2 .5 特别重要
• 六、最小成本准则
1.4节 结构材料
• 结构需要一定的物质基础—材料。 设计时，形状与几何尺寸总是与材 料密不可分。
一、结构材料分类
• A.按性质分 • B.按功能（作用）分
A.按性质分
• • • • • • • 1.金属材料 （1）镁合金 （2）铝合金 （3）钛合金 （4）合金钢 （5）铍合金 （6）钨合金
二、中心承力筒结构功能
• • • • • • 承载 组装核心 安装设备 火箭接口 工艺基准 地面支承面
三、桁条加筋式中心承力筒特点
• • • • • 载荷均布筒体 宜采用包带式连接与分离机构 承载大 利于大直径设备安装 开敞性差
四、中心承力筒设计要求
• • • • • • • 强度 刚度 构型（形状、位置、连接、火箭接口 ） 质量 接口要求 精度 热性能
• g.强度试验
1. 静强度试验
2. 破坏性试验
3. 打靶试验
三、强度计算流程
• 材料力学+结构力学+理论力学+弹性力学
结构分析 载荷分析
计算模型
强度分析软件
计算结果
结果分析
1.6节 结构设计的基本概念
• 思考题2：部件结构设计的任务与步骤是什 么？
一、部件结构的有关概念
1.部件结构：由若干零件组成，能承受指 定的外载荷，满足一定的刚度、强度与 寿命要求。 2.零件：设计的最小单元，不可再分割。
五、方案选择
• • • • • 光壳结构 网格加筋壳 波纹壳 桁条加筋壳 蜂窝夹层壳
六、桁条加筋中心承力筒设计
• 构型设计（桁条加筋、横向框） • 基本构件设计 蒙皮设计（直径、高度、厚度） 桁条设计（金属、帽形） 下框（铝合金、Φ1194接口） 上、中框 纵向连接角片 装配连接（铆接、盘式连接）
二、舱段的结构形式 1.硬壳式结构
图4-2
硬壳式结构
2.半硬壳式结构 梁式结构、桁式结构、桁梁式结构 （1）梁式结构 如图4-3。
图4-3
梁式结构
（2）桁式结构
如图4-4
图4-4
桁式结构
（3）桁梁式结构
图4-5
桁梁式结构
3.整体式结构
图4-6
整体式结构
普通框与桁梁的连接如图4-10。
图4-10
3
(7)
(8)
3.剪应力的计算
q qQ qM k
QS i qQ Jj
(9)
(10)
S j R yz sin
2
(11)
J j πR yz
3
(12)
Q qQ sin πR
(13)
qM k
Mk Ω
q
(14)
c
(15)
4.强度条件
A.按性质分
• • • • • 2.非金属材料 （1）塑料 （2）陶瓷 （3）橡胶 （4）玻璃
A.按性质分
• 3.复合材料 • （1）玻璃钢 • （2）碳纤维/环氧树脂
B.按功能（作用）
• • • • • • • 1.结构材料 2.导电材料 3.透光材料 4.透波材料 5.耐腐蚀材料 6.耐磨材料 7.隔热材料
3.改变结构型式,提高刚度,降低质量 4.提高空间利用率
二、气动力准则
飞行器穿越大气层，飞行器外形要满足
气动特性
三、使用维护准则
四、可靠性准则
可靠性的概念：产品在规定的使用 条件下和规定的时间内完成规定功能的 能力，以不发生故障的概率来衡量。
• 五、工艺准则
• 加工性，考虑现有加工手段，成本低
普通框与桁梁的连接
2.盘式连接 （1）轴向盘式连接
4.5节 舱段的强度计算
思考题14: 舱段强度计算的内容与原理是什么?
• 一、舱体剖面的设计计算 1.计算模型
图4—37半硬壳式弹身剖面与正应力分布图
2.正应力的计算
N M N J j Fj
MYj
(1)
Fj ( f s 2ci c )
飞行器结构设计与数字化模装
什么是 飞行器?
• 在地球大气层中和太空飞行器械 的总称。
航空器 航天器 火箭与导弹
1999年参加国庆阅兵式的红旗-2号乙地空导弹
美国第一代中继卫星(1983年)
第二代中继卫星(2000，2002年)
结构 设计?
• 将抽象的工作原理变成技术图样的 过程。
二、部件结构设计的任务
导弹总体方案→部件→结构尺寸→材 料→加工精度→重量→协调关系→生 产图纸→技术文件 协调关系：部件之间、零件之间
三、部件结构设计的步骤
调查研究 方案设计
修 改
技术设计
强度校核
绘制零件图、编制技术文件
试验
第2章 弹翼结构设计
图2-3
单梁式翼面
（a）桁条的受力平衡 (b)桁条与翼肋的连接形式 图2-5 桁条的受力
1.结构分析 2.设计原理 3.设计准则 4.设计原则 5.设计方法
第1章 绪论
• 导弹弹体组成与功用 • 飞行器结构设计的基本准则
• 1.1 导弹弹体的组成与功能
弹身+空气动力面+弹上机构
空气动力面
• • • • 弹翼：产生升力与横向控制力 前翼：起反安定面作用 舵面：产生相对于质心的控制力矩 稳定面：静稳定性
(21)
M N Y b或 cr (22) J F Q b或 cr (23) h re
三、舱口区的强度分析
图4-39
口框的计算
第3章 卫星中心承力筒结构设计
• 卫星组成: 平台与有效载荷 • 我国六大系列卫星 •
一、中心承力筒结构组成
• • • • 硬壳式 桁条加筋式 桁梁式 蜂窝夹层板式
二、结构材料选用原则
• 概念：比强度=强度极限/相对密度 • 比刚度=弹性模量/相对密度 • 相对密度=材料的密度/水密度
二、结构材料选用原则
• 1.结构轻 • 2.有足够环境稳定度、温度、湿度、 酸碱度 • 3.有足够的断裂变形 • 4.良好的加工性 • 5.成本低
1.5节 强度计算的基本概念
• c.剩余强度：结构内部出现裂纹型的 损 伤后具有的承载能力 • d.剩余强度系数： • 剩余强度系数=破坏载荷/设计载荷 • =破坏应力/设计应力
——剩余强度系数
Pf
f Pdes des
Pf
（1-1）
——破坏载荷 Pdes ——设计载荷 f ——元件的破坏应力 des ——按计算载荷得到的元件的最大应力
• 强度的概念：材料或结构在不同的环 境条件下承受外载荷的能力。
一、强度的计算内容
• • • • • （1）静力强度 （2）动力强度 （3）热强度 （4）疲劳强度 （5）断裂强度
二、强度判定的方法
• 7个基本概念
• a.使用载荷：实际使用中,作用在飞 行器上最大载荷. • b.设计载荷：使用载荷乘以安全系 数
图2-11梁的受力平衡
3.翼梁
• 翼梁受载如图3-18
• 图3-18
翼梁受载
• 翼梁凸缘和腹板如图3-19
• 图2-12。
图2-12梁的凸缘与腹板的受力平衡
四、受力元件剖面形状的选择
• 4.翼梁
图3-15
翼梁的结构形式和剖面形状
1.3节 飞行器结构设计准则
• 思考题1：飞行器结构设计准则是什么？
一、最小质量准则
1.结构力学原则 从结构力学角度减小质量 (1)力的传递路线最短 (2)应力分布均匀 (3)合理使用材料 (4)结构型式与力的分布合理 (5)结构元件
• 2.等强度原则
•
(1)按载荷分布规律设计 • (2)材料尽量分布在应力放大的区域内 • (3)去掉不受力材料 • (4) 保证强度条件,考虑刚度问题
Jj
受压区
(2)
( f 2c
s
pr c
)Yi ( f s 2c pn c )Yi (3)
2 2 受拉区
cr .c Ec 2c pr b cr .s Es
2c pn kb
(4)
(5)
f s 2ci c yx 2πR
(6)
F j 2πR yx
max f
(16)
f max
(17)
max r
(18)
f c max
(19)
二、框的设计计算 1.框的受力平衡
p s in (20) q πR
图4-38
在集中力作用下框的受力平衡
2.框的计算模型 3.框内力的求法
4.剖面的强度计算
M kpr
• e.许用应力法 许用应力=强度极限除以安全系数 • 计算应力小于许用应力
安全系数通常取
f 1.2 ~ 1.3
f 1.5 ~ 2.0
一次 多次、载人
• f.破坏载荷法 • 剩余强度系数法，式（1-1） 1.05 ~ 1.1 重要结构 一般结构 • 剩余强度系数= 0.95 2 ~ 2 .5 特别重要
• 六、最小成本准则
1.4节 结构材料
• 结构需要一定的物质基础—材料。 设计时，形状与几何尺寸总是与材 料密不可分。
一、结构材料分类
• A.按性质分 • B.按功能（作用）分
A.按性质分
• • • • • • • 1.金属材料 （1）镁合金 （2）铝合金 （3）钛合金 （4）合金钢 （5）铍合金 （6）钨合金
二、中心承力筒结构功能
• • • • • • 承载 组装核心 安装设备 火箭接口 工艺基准 地面支承面
三、桁条加筋式中心承力筒特点
• • • • • 载荷均布筒体 宜采用包带式连接与分离机构 承载大 利于大直径设备安装 开敞性差
四、中心承力筒设计要求
• • • • • • • 强度 刚度 构型（形状、位置、连接、火箭接口 ） 质量 接口要求 精度 热性能
• g.强度试验
1. 静强度试验
2. 破坏性试验
3. 打靶试验
三、强度计算流程
• 材料力学+结构力学+理论力学+弹性力学
结构分析 载荷分析
计算模型
强度分析软件
计算结果
结果分析
1.6节 结构设计的基本概念
• 思考题2：部件结构设计的任务与步骤是什 么？
一、部件结构的有关概念
1.部件结构：由若干零件组成，能承受指 定的外载荷，满足一定的刚度、强度与 寿命要求。 2.零件：设计的最小单元，不可再分割。
五、方案选择
• • • • • 光壳结构 网格加筋壳 波纹壳 桁条加筋壳 蜂窝夹层壳
六、桁条加筋中心承力筒设计
• 构型设计（桁条加筋、横向框） • 基本构件设计 蒙皮设计（直径、高度、厚度） 桁条设计（金属、帽形） 下框（铝合金、Φ1194接口） 上、中框 纵向连接角片 装配连接（铆接、盘式连接）
二、舱段的结构形式 1.硬壳式结构
图4-2
硬壳式结构
2.半硬壳式结构 梁式结构、桁式结构、桁梁式结构 （1）梁式结构 如图4-3。
图4-3
梁式结构
（2）桁式结构
如图4-4
图4-4
桁式结构
（3）桁梁式结构
图4-5
桁梁式结构
3.整体式结构
图4-6
整体式结构
普通框与桁梁的连接如图4-10。
图4-10