4飞行器的构造

某些高速飞机上，当它向下偏转时可起襟翼的作用，因此称为襟副翼。此
外，在某些低速飞机上，既装有一般的后缘襟翼，其副翼也能同襟翼一道 向下偏转，以提高增举作用。这种副翼也叫“襟副翼”，但其性质与高速 飞机上的襟副翼有所不同。
3. 机身 机身的功用主要是装载人员、货物、燃油、武器、各种装备和其他物 资，它还可用于连接机翼、尾翼、起落架和其他有关的构件，并把它们连
机翼——主要提供升力，内部装载，作为起落架、发动机等其它部件的安装基
础。 尾翼——提供平衡气动力，操纵力和力矩。
起落装置——飞行器起飞、着陆和停放用的部件。
操纵系统——控制舵面运动的系统。 1. 机翼 （1）作用在机翼上的外载荷 分布力——气动力、重力 集中力——发动机、起落架等的作用力。
（2）外力在结构中引起的内力 弯矩、剪力和扭矩。
2）镁合金 镁合金密度很小(1.75g/cm3︿1.9g/cm3)，其比强度和比刚度与铝合金
和合金钢大致相同。由于所作元件壁厚大，故十分适宜于制造刚性好的零件。
镁合金的机械加工性能优良；但耐腐蚀性较差，必须经过相应的防腐处理后 才能长期可靠的工作。镁合金主要用于制造低承力的零件，一般适用于在
120℃以下长期工作，而耐热铸造镁合金则可以在250℃︿350℃范围内长期
美国的斜翼机，其机翼可以绕中心旋转，变成不对称的斜翼情况。
2. 副翼 副翼是用于飞机横向操纵的翼面，一般安装于机翼的外侧。其本身外 形是一块比较狭而长的翼面，翼展长而翼弦短。副翼的翼展一般约占整个
机翼翼展的1/6到1/5左右，其翼弦占整个机翼弦长的1/5到1/4左右。
副翼的构造和升降舵及方向舵相似，当然也同机翼的构造大同小异。 它的受力构件也是由梁、肋、蒙皮和后缘型材组成，一般都做成无桁条的
梁式机翼
整体壁板式机翼： 单块式机翼的壁板是铆接的，其零件数量较多，而且表面质量较差， 高速飞行时阻力较大。因此，又发展出了由若干块整体壁板组合而成的整
体壁板式机翼。整体壁板式机翼的结构强度根据各部分的实际受力情况而
设计，同时减少了连接的铆钉孔和螺栓孔，因此其重量减少，而强度、刚 度及抗疲劳度都增加。
升降副翼——有些飞机由于安装操纵面的地方相对地减小，往往把副 翼与其他操纵面合在一起，使它起两种作用。例如某些没有水平尾翼的三 角翼飞机，其机翼后缘上需要安装操纵面的地方过挤，于是就把升降舵和
副翼合并起来。它既可同时向上或向下偏转，当作升降舵使用，又可以一
上一下当作副翼使用。这就是升降副翼。 襟副翼——这是一种把襟翼和副翼合并在一起的操纵面，常常使用在
各种桁条剖面
横向骨架： 机翼的横向骨架主要是指翼肋，而翼肋又包括普通翼肋和加强翼肋，横向 是指垂直于翼展的方向，它们的安装方向一般都垂直于机翼前缘。 * 普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体，把由蒙皮和桁条传来的 空气动力载荷传递给翼梁，并保持翼剖面的形状。 * 加强翼肋就是承受有集中载荷的翼肋。
870℃范围内长期工作；具有优异的超低温性能，可用以制造液氧、液氢的 容器。不同种类的不锈钢，其性能也会有所不同。由于不锈钢中合金钢比例
较高，故其价格比结构钢高得多。
4）钛合金 钛的密度小(4.5g/cm3)，钛合金的强度接近于合金钢，因此钛合金具有
较高的比强度，用它制造的高压气瓶比用钢制的可减轻50%。钛合金还具有
组成工字型梁，承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。
* 纵樯与翼梁十分相像，二者的区别在于纵樯的凸缘很弱并且不与机 身相连，其长度有时仅为翼展的一部分。纵樯通常布置在机翼的前后缘部 分，与上下蒙皮相连，形成封闭盒段，承受扭矩。靠后缘的纵樯还可以悬 挂襟翼和副翼。 * 桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，铆接在蒙皮内表面，支持蒙 皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。
较高的耐热性，工作温度可达400℃︿550℃，在该温度下的比强度明显地优 于不锈钢和耐热钢。它具有良好的抗腐蚀性，在潮湿的大气和海水中的抗腐 蚀能力优于不锈钢。此外，某些钛合金还具有优良的超低温性能。钛合金的 主要问题是加工成型困难，价格比较昂贵。但我国的钛资源极为丰富，钛合 金有广泛的发展前途。 5）复合材料
对飞行器结构材料的要求：
比强度大、比刚度大；耐高低温；抗腐蚀、耐老化；抗疲劳性好；易加工， 价格低。
常用的飞行器结构材料：
1）铝合金 飞行器中应用较早、使用最广泛的是有色轻金属结构材料。它主要是 铝和铜、镁和锌的合金。铝合金的密度约为2.8g/cm3(约为钢的1/3),具有 高的比刚度、断裂韧性和疲劳强度，具有高的耐腐蚀性，有极为良好的低 温性能(在-183℃︿-253℃下不冷脆)，且价格低廉，一般适用于在120℃以 下长期工作；而耐热硬铝可在250℃︿300℃的条件下正常工作。
速飞机仍然采用双层机翼结构，而多翼机则已经备淘汰。
对于单翼机而言，我们可以按照机翼相对于机身的安装部位将其分为
上单翼、中单翼和下单翼飞机。 上单翼：顾名思义，上单翼飞机的机翼是安装在机身上部的。准确的说，是 机翼位于机身轴线水平面的上方。早期的飞机许多都采用支撑式上单翼结构形式。 中单翼：中单翼飞机的机翼安装在机身中部，目前许多飞机都采用这种布局 形式。 下单翼：下单翼飞机的机翼安装在机身下部，位于机身轴线水平面的下方。
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（3）机翼的受力构件 纵向骨架： 机翼的纵向骨架由翼梁、纵樯和桁条等组成，所谓纵向是指沿翼展方 向，它们都是沿翼展方向布置的。 * 翼梁是最主要的纵向构件，它承受全部或大部分弯矩和剪力。翼梁一 般由凸缘、腹板和支柱构成。凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金钢制成，
腹板用硬铝合金板材制成，与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。凸缘和腹板
夹层式：
（4）机翼的分类 机翼的分类方法有很多种，常用的分类方法有： * 按机翼的数量分类：可分为单翼机、双翼机、多翼机等； * 按机翼的平面形状分类：可分为平直翼、后掠翼、前掠翼、三角翼等； * 按机翼的构造形式分类：可分为构架式、梁式、壁板式、整体式等。 现代飞机无论是军用飞机还是民航客机，基本上都是单翼机，只有少数低
接成为一个整体。
按照机身的功用，首先在使用方面，应要求它具有尽可能大的空间， 使它的单位体积利用率最高，以便能装载更多的人和物资，同时连接必须
一、飞行器结构的一般要求和采用的材料
什么是飞行器结构 ？ 飞行器结构是飞行器各受力部件和支撑构件的总称。它像人的躯体一样 把飞行器上的有效载荷，控制系统和动力装置等联结成一个整体，形成良好 的气动外形(对航空器)，保护其内的人员和所安装的设备。对于飞机来说， 称机体。 1. 对飞行器结构的一般要求
（5）机翼的平面形状分类 机翼的平面形状五花八门，有梯形的，有矩形的，还有三角形、椭圆形等 等，甚至有许多稀奇古怪的。但总的说来，按平面形状大致可以将机翼分为平 直翼、后掠翼、前掠翼、小展弦比机翼四大类。 1）平直翼：这是早期低速飞机常采用的一种机翼平面形状。平直机翼的特点 是没有后掠角或者后掠角极小，其展弦比较大，相对厚度也较大，适合于低速
的操纵性能，提高飞机横侧操纵力，更好地满足高速飞机飞行的要求。由 于内侧副翼占据了襟翼的位置，所以在采用内侧副翼时应该采用别的更有
效的增升装置，如喷气襟翼和前缘襟翼等。
混合副翼——这种副翼是指分成内外两块 的副翼，多用在跨音速或超音速飞机上。在低 速飞行时，使用外侧副翼操纵；高速飞行时， 则把外侧副翼锁在中立位置，而使用内侧副翼。 采用混合副翼不但可以提高副翼的操纵效率， 还可以改进飞机在不同速度范围内的操纵特性。
蒙皮 ： 蒙皮是包围在机翼骨架外的维形构件，用粘接剂或铆钉固定于骨架上， 形成机翼的气动力外形。蒙皮除了形成和维持机翼的气动外形之外，还能够承 受局部气动力。早期低速飞机的蒙皮是布质的，而如今飞机的蒙皮多是用硬铝 板材制成的金属蒙皮。 （4）机翼的构造形式 构架式机翼：构架式机翼主要应用于飞机发展的初期，其结构特点是：受 力件与维形件完全分工并分段承受载荷。构架式机翼的受力骨架是由翼梁、 张线、横支柱等组成的空间骨架系统，它承受所有的弯矩、剪力和扭矩； 其蒙皮是用亚麻布制成，只起维形作用，不参与受力。早期飞机大多数采 用这种形式的机翼。
蒙皮骨架式（梁式机翼 ）： 随着飞机速度的增大，出现了蒙皮参加受力的梁式机翼。其特点是有 强有力的翼梁和硬质蒙皮，常用金属铆接结构。梁式机翼为现今飞机所广
泛采用，其大部分弯矩由翼梁承受，梁腹板承受剪力，蒙皮和腹板组成的
盒段承受扭矩，蒙皮也参与翼梁缘条的承弯作用。梁式机翼的不足之处是 蒙皮较薄，桁条较少，因此，其机翼蒙皮的承弯作用不大。根据翼梁的数
单梁式(也有带少数桁条的)。为了避免在飞行中产生的弯曲变形太大，以
及提高生存力，副翼常采用三个或更多的与机翼相连的悬挂接头。
除了一般副翼以外，目前常见的副翼有： 内侧副翼——目前有些高速飞机把副翼从机翼外侧移向靠近机身的内 侧，这种副翼叫做内侧副翼。这是因为机翼根部的抗扭刚度较大，把副翼
移动到机翼内侧，可以减小副翼偏转时所引起的机翼扭转变形，改善副翼
1）空气动力要求 结构应满足飞行性能所要求的气动外形和表面质量。 2）重量要求
在满足强度、刚度和寿命的条件下重量尽量轻。
3）使用维护要求 结构便于检查、维护和修理，易于运输、储存和保管。
4）工艺和经济性要求 在一定生产条件下要求工艺Байду номын сангаас单、制造方便、生产周期短、成本低。 2. 飞行器结构采用的主要材料
量不同，我们还可以进一步将梁式机翼分为单梁式、双梁式和多梁式机翼。
单块式机翼： 随着飞行速度的进一步增大，为保持机翼有足够的局部刚度和扭转刚 度，需要加厚蒙皮并增多桁条。这样，由厚蒙皮和桁条组成的壁板已经能 够承受大部分弯矩，因而梁的凸缘就可以减弱，直至变为纵樯，于是就发 展成为了没有翼梁的单块式机翼。单块式机翼的维形构件和受力构件已经 完全合并。
复合材料有两种或多种材料复合而成的多相材料。复合材料中起增强作 用的材料称增强体，起粘性作用的材料称基体。一般增强体为高强度、高模
量的纤维，主要有玻璃纤维、芳纶纤维(又称聚芳酰胺纤维)、硼纤维、碳纤
维和石墨纤维等。基体材料则是有一定韧性的低模量的树脂，主要有环氧树 脂、聚酰亚胺树脂以及铝合金和钛合金等。 复合材料的密度低，比强度和比
工作。 3）合金钢 包括高强度的结构钢和耐高温、耐腐蚀的不锈钢。高强度合金钢具有较 高的比强度、工艺简单、性能稳定、价格低廉，是制造承受大载荷的接头、 起落架和主梁等构件的最合适的结构材料；但工作温度一般不超过350℃。 不锈钢中一般铬的含量均在12%以上，此外还有镍、钼等元素。不锈钢具有 良好的耐腐蚀性，可作浓硝酸的容器；具有较高的耐热性，可以在480℃︿
飞行。目前的高速飞机很少采用平直机翼，只有少数对速度要求不高的飞机
（如英国的“防御者”小型预警机）采用平直机翼。平直翼还可以进一步细分 为矩形机翼、椭圆形机翼、梯形机翼等。
2）后掠翼：四分之一弦线处后掠角大于25度的机翼叫做后掠翼。由于这种机
翼前缘后掠，因此可以延缓激波的生成，适合于高亚音速飞行。目前许多战斗 机和大部分的民用飞机都采用后掠翼。一些飞机（如美国的F－14“雄猫”战 斗机）为了兼顾高速和低速情况下的机动性，还采用了后掠角可变的变后掠翼 技术。
3）前掠翼：前掠翼与后掠翼刚好相反，其机翼是向前掠的。目前采用前掠翼 的飞机较少，只有一些高机动性战斗机上（如俄罗斯的S－37“金雕”）采用 。 4）小展弦比机翼：这类机翼的展弦比小，适合于超音速飞行。小展弦比机翼 常见的有小展弦比的梯形翼、三角翼等，目前许多战斗机都采用小展弦比机翼， 以便提高飞行性能。 除了这四大类常规机翼平面形状以外，还有一些十分独特的机翼形状。如
刚度很高，抗疲劳性能、减震性能和工艺成型性能都很好，并可按结构性能
的要求进行设计。不同基体材料的复合材料的耐热性能有所不同：用环氧树 脂，温度不超过200℃；用聚酰亚胺树脂，温度在200℃︿350℃；用铝合金, 温度在350℃︿500℃；用钛合金，温度可达500℃︿600℃。
二、飞机的基本构造
飞机的组成及各部件的功用： 机身——提供内部装载空间，是其它部件的安装基础。