飞机结构设计习题答案

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(1)若δ不变,只是两闭室面积不同,则q仍相同,扭矩引起的剪力与弯矩同上;但刚心位置可能变
动,所以多一个扭矩
(2)若δ不同,也会引起两闭室扭刚不同,则在分析Mt时,就会出现Q,M内力。
(5) 薄蒙皮双梁式机翼v肋后梁上作用有集中力Py,求该肋受Py力时的平衡图和内力图(假设
前、后粱弯曲刚度相等)。
若前后梁对称
第二章习题答案
2.飞机由垂直俯冲状态退出,沿半径为r的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度H1=2000 m,开始转入水干飞行的高度H2=1000 m,此时飞行速度v=720 km/h,(题图,求
(1)飞机在2点转入水平飞行时的过载系数ny;
(2)如果最大允许过载系数为nymax=8,则为保证攻击的突然性,可采用何种量级的大速度或大机动飞行状态(即若r不变,Vmax可达多少 如果V不变,rmin可为多大
(4) 单梁双墙式机翼中Ⅳ助在传扭时的力平衡图和内力图。
六: 现有一桁条式机身,平尾固定在垂尾上,垂尾与机身的连接如图所示,接头A在yoz
平面内为固接,接头B为铰接。尺寸a =0.667m,b=2mc=4m。平尾上受有不对称的Py力,力
作用点距y轴1m,Py1=100KN, Py2=50KN,求
(1) 此时机身后段的弯矩图Mz、剪力图Qy和扭矩图Mt。
= = KN m
M2= = 3335 KN m
(3)Mt的分配
Mt1= = = 103kg= 10 KN m
Mt2= = 103kg= 20 KNm
2. =3000 mm =1500 mm
(1)Q的分配K=
K1= 2 = 2 = 106=
K2= 2 = 2 106= 106=
K1+K2= 2 106( + ) = 2 106( + ) = 1 2 106
(a) 号肋(单块式普通肋)
(b) 请画出中央翼在作用有反对称总体弯矩时,Ⅲ肋、Ⅳ肋的力平衡图和内力图。设左右
机翼通过中央翼连成整体,并在A、B、C、D四点与机身铰接,接头在机翼前、后墙腹板上。
III肋和IV肋的分析
(3) 机翼外段为双梁单块式,内侧改为双梁式,画出结构型式交换处的v肋在传递总体力M、
Mt2= 3 103= = 103kg= 24 KN m
二. 题图所示两机翼,(a)为单块式,且双梁通过机身,而长桁在机身侧边切断;(b)为单
块式,整个受力翼箱通过机身。请画出两种情况下a—a、b—b段长桁的内力图,并筒要说明
何以如此分布
三. 请画出以下各指定翼肋的力平衡图和内力图(题图。
(1) 薄蒙皮双粱式机翼,I肋在气动载荷作用下:(a)前、后缘未略去,(b)若略去前、后缘的
解答
(1)
(2)
3.某飞机的战术、技术要求中规定:该机应能在高度H=1000m处,以速度V=520
Km/h和V’=625km/h(加力状态)作盘旋半径不小于R=690m和R’=680m(加力
状态)的正规盘旋(题图。求
(1) 该机的最大盘旋角和盘旋过载系数ny;
(2) 此时机身下方全机重心处挂有炸弹,重Gb=300kg,求此时作用在炸弹钩上的载荷大小及方向(1kgf=。
由判据 计算爆破应力得:
p= KIC/ =109/ = Mpa
解:
1)、应用公式 计算线弹性裂纹尖端应力强度因子.
2)、计算裂尖塑性修正后的应力强度因子:
( >故为平面应变状态)
裂尖塑性区半径:
裂纹塑性修正后的应力强度因子:
说明对于平面应变条件下裂尖塑性很小,线弹性裂尖分析有足够的精度。
解1:2750C回火时,s=1780 Mpa, KIC=521000 Mpa mm
KI= = mm
计算爆破压强:
1)判定满足平面应变断裂条件否
与条件1完全相同,故满足平面应变条件。
2)由判据 计算爆破应力得:
p= KIC/ =109/ = Mpa
解3:现表面裂纹为a=,2c=12 mm。计算过程同上
a/c=时的值:
最后得:KI=
= mm
由w - a=t– a = = > (见解1)知满足平面应变条件。
弯矩M=5×l03Kn·m、扭矩Mt= 30 kN·m。已知前、后粱的平均剖面抗弯刚度为EI前=1010kN·mm2、
EI后=2×1010kN·mm2;前、后闭室平均剖面抗扭刚度为Kt前=5×108kN·mm2,Kt后=109kN·mm2。
求:
(1)当L前=L后=1500 mm时,Q、M、Mt在2#肋剖面如何分配(题图3.2(a))
能 )
五.下列各机翼结构蒙皮上均有开口,请画出所指定翼肋在传递总体内力时所受的载荷及它们
的力平衡图和内力图。
(1) 单梁单墙式机翼的I肋。
在Q和M下,I肋不起作用;在Mt下,如图所示:
(2) 双梁单墙式后掠翼,其中后粱在Ⅱ肋处有转折,请画出Ⅱ肋的力平衡图和内力图。
(3) 双粱单墙式机翼中Ⅲ肋在传扭时的力平衡图、内力图。
= 3.4 mm、由弯矩的最大值确定肋上下缘条的面积(上缘条受拉、下缘条受压,且力大小相等、方向相反):
最大弯矩处的缘条内力:N= Mmax/H1= 2400/25=96 KN
上缘条面积由强度计算确定:
A*b=NA*=96000(N)/420 (MPa)=228.57 mm2
考虑到连接有效面积的削弱,应取A*==253.97 mm2
解答:
(1)


由 ①与②得
(非加力)
(加力)
(2)
6.飞机处于俯冲状态,当它降到H=2000m时( =0.103kg/m3。)遇到上升气流的作用(题图,求此时飞机的ny。已知飞机重量G=5000kg,机翼面积S=20 m2, 。此时的飞行速度V=540 km/h,航迹半径r=8.00m,y轴与铅垂线夹角 600,上升气流速度u=10 m/s ,突风缓和因子K=。
解答:
(1) ①


(2)
重心处(前接头)
接头作用于发动机的力为y轴负向 发动机受到的外力向下
后接头 (y轴正向)
以上为发动机接头受的力
发动机作用于机身结构接头上的质量载荷应反向,即
向上
向下
飞机结构设计第三章习题解答
一、 一双粱机翼,外翼传到2#肋剖面处的总体内力分别力剪力Q=100 kN(作用在刚心上),
气动载荷和结构。
(2) 该机翼前粱转折处的Ⅱ助在传递总体弯矩M时所受的裁荷,画出其力平衡图和内力图:
(a)剖面筒化为矩形;(b)剖面上、下为曲线。
(3)薄蒙皮双梁式机翼,Ⅲ肋后缘受有Y向集中力P。
(4)机翼外段为双梁式,内侧为三梁式,Ⅳ肋位于结构布置变化处,画出传总体力时,该
肋的力平衡图和内力图。
两闭室对称,此时q = = =
(2) 画出框B的力平衡图,并用图表示出支反剪流的大小分布规律.桁条布置见图
七:某垂尾为单梁单墙结构,后梁与机身固接,前墙与机身铰接。在机身垂尾连接处的加强框
有两种布置方案:
(1) 两接头连接处均布置有垂直放置的加强框,
(2) 沿后梁轴线方向布置一斜框,前墙处布置一垂直框(见题图。
请分析当垂尾上受有侧向力Pz作用时,在两种方案情况下机身结构分别由哪些构件受载(包含
由断裂判据:
解1:6000C回火时,s=1500 Mpa, KIC=1001000 Mpa mm
应用疲劳损伤准则,计算损伤等于1时所需的载荷谱块数:
因一块谱代表1000次飞行,故耳片的(平均)疲劳寿命为:
(有50%的破坏概率)
考虑疲劳分散系数,可得耳片的安全疲劳寿命为:

解1:计算A点的应力强度因子和爆破压强p
由A点的应力强度因子计算公式:
分别计算各量:
线性插值计算椭圆积分在a/c=时的值:
计算:
解答:

② =
=
=3 KN

=
= G

7.飞机以过载ny=-3作曲线飞行,同时绕飞机重心以角加速度 /s2转动,转动方向如(题图所示。若发动机重量GE=1000kg,发动机重心到全机重心距离l=3m,发动机绕本身重心的质量惯性矩IZ0=1200 N·m·s2,求
(1) 发动机重心处过载系数nyE
(2) 若发动机悬挂在两个接头上,前(主)接头位于发动机重心处,后接头距发动机重心0.8m,求此时发动机作用于机身结构接头上的质量载荷(大小、方向)。
(2)当L前=3000 mm、L后=1500 mm时,Q、M、Mt在此剖面又如何分配(题图
3.2(b))(计算扭矩分配时,假设不考虑前、后闭室之间和1#肋对前闭室的影响)。
1. =
(1)Q的分配K=
= ∴ 只与2EJ有关
Q = = [ ( )]Q = = =
=3330kg=
Q =6670kg=
(2) M的分配K= ∴ 关系式仍同上
四 请画出题图所示各机翼结构中所指定肋的力平衡图和内力图。
(1) 长桁在机身对称轴处对接的双梁单块式后掠翼,I肋在传递总体力弯矩的过程中所受的载
荷,并画出力平衡图和内力图。
解:传M时I的力矩图
在 处:
突变处:
在 处:
如果认为已扩散成水平剪流则:
此M值很小(两种方法都可以)。
(2) (a) 请画出Ⅱ肋在局部气动载荷下的力平衡团和内力图
由材料力学的分析得:
最后得:KI=
= mm
计算爆破压强:
1)判定满足平面应变断裂条件否
由判据: (s=80MPa)
由w - a=t– a = =知满足平面应变条件。
2)由判据 计算爆破应力得:
p= KIC/ =109/ = Mpa
解2:现表面裂纹为a=,2c=36 mm。计算过程同上
a/c=时的插值:
∴ Q = 0. =1110kg=
Q =8890kg=
(2)M的分配K1= = =
K1= =
K1+K2=
= 5 105= 0. = =105kgm = 1000 KN m
= 4 105kgm = 4000 KN m
(3)Mt的分配
K1= = K2= =
K1+K2=
Mt1= 3 103= = 103kg= 6 KN m
下缘条面积由压杆总体稳定性公式确定:
(两端固支,K=4,注失稳的弯曲方向)
(正方形) A*=
A*= =516.78 mm2
如按题目给出的受压失稳临界应力值(偏危险),可得:
A*= 96000/280 =342.86 mm2
6、前梁腹板的厚度确定:
前梁腹板的剪流:qq= q1+q = KN/cm
由公式粗算(不考虑立柱,a很大)
K= + =
mm(因厚度合适,可不考虑安装立柱)
如考虑立柱,其间距取a=b=250mm,则K=
mm
7、后梁腹板的厚度确定:
后梁腹板的剪流:qh= q2- q = KN/cm
=1 mm
可不再考虑立柱设wk.baidu.com。
Prob. 4-5
注意:载荷谱中给出有的作用次数为小数。
解:应用线性疲劳损伤累积理论,一块谱的疲劳损伤计算为:
加强框和其他构件)分别画出他们的力平衡图。假设机身后段为桁条式。
从后方看:
上壁板:
框B上只受有Py力,方向向下。因为是桁条式机身,q按阶梯形分布
方案I:框I受有MZ和QZA,框II仅作用QZB
还有弯矩(垂尾的)分量,即MX到框I上;还有MY通过加强板(水平)转到框I和
框II上。
方案II:则不需要水平加强板,M垂尾全部到斜框上。上、下壁板平衡时。应为梯形板平衡;
另作为QZ则仍作用到框II和斜框上。
Prob. 4-1
解:
1.由剪力按刚度分配原理确定刚心
因上下面对称,故刚心的x轴位置在对称轴上;而y轴位置由下式计算:
K1a=K2b
K1= 220=6250 cm4
K2= 215=3000 cm4
2、由合力矩定理,平移外载荷并计算肋的支反剪力与剪流,见图1。
Mn= P (A+a) = 80(30+=4472
Q、Mt时的力平衡图和内力图。
传M时:
传Q时不起作用;传 时也不起作用。
(4)多墙式机翼在根部用两个固接接头与机身相连,请画出侧肋Ⅵ在传递总体内力的剪力Q时,
其力平衡图和内力图。
(5) 画出图示三梁式后掠翼侧肋Ⅶ在传递总体弯矩时,其力平衡图和内力图。
如果结构弯矩完全对称,则中间支点无力;否则会有力(载荷也要对称,即 ,才可
右支点: Py+ = Py+ = Py+ Py= Py
若前后梁不对称,例如前梁刚度为后梁的2倍,刚心在2/3B处,则Mt= Py*2/3*B
qt= = Py∴Py- =
M : X- PyXH = 0
(6) 薄蒙皮双粱式机翼Ⅵ肋上C点处受有集中力Px时的力平衡图和内力图.
= HX+ HX
= 2 H +2 HΔX - PX ΔX
KN/cm
Pa = Q2B Q1+Q2= P
Q2= KN Q1= KN
3、画出肋的剪力、弯矩图(应由原肋的构件实际作用力图+支反力来具体画出,双支点外伸梁!)
4、由剪力图上的最大值确定肋腹板厚度(抗剪型板设计,四边简支)
设计载荷:q=ct =H1=25=KN/cm
公式: ,K=+
a/b=B/H1=80/25= K= , E=70000 MPa
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