飛機結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計講稿.ppt

1,第 十 講,飛機結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計,2,3.8 機翼結(jié)構(gòu)形式確定與結(jié)構(gòu)布置,一、機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容,具體地說，機翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計是指，根據(jù)給出的原始依據(jù)，合理地選擇機翼的受力形式，布置機翼的主要受力構(gòu)件，確定沿展向各剖面處縱向元件的尺寸，并對各主要受力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計。,3,二、機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原始依據(jù),機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原始依據(jù),展弦比 ,機翼展長 l,翼型相對厚度C,后掠角 ,梯形比 ,強度剛度規(guī)范及設(shè)計參數(shù),4,三、機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟,機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體步驟：,5,四、機翼結(jié)構(gòu)型式的選擇(屬打樣設(shè)計階段),機翼的結(jié)構(gòu)型式在總體設(shè)計階段就已進(jìn)行了初步考慮?？傮w方案確定后，各部件的結(jié)構(gòu)受力型式和主要受力構(gòu)件的布置也就基本確定，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中只是根據(jù)協(xié)調(diào)需要作小的更改。,1、各種受力結(jié)構(gòu)型式的特點及其材料分布 梁式 主要結(jié)構(gòu)特點是: 縱向有很強的翼梁，蒙皮較薄，長桁較弱，梁的緣條剖面與長桁剖面相比要大得多。 優(yōu) 點: 結(jié)構(gòu)簡單，蒙皮上打開口方便，開口對結(jié)構(gòu)承彎能力影響很??；連接簡單，對接點少。,機翼結(jié)構(gòu)形式的確定,6,缺 點: 蒙皮未能發(fā)揮承彎作用，材料利用不充分；蒙皮易失穩(wěn)，影響氣流質(zhì)量，增大阻力，并易導(dǎo)致早期疲勞損壞；生存性低。,單塊式 主要結(jié)構(gòu)特點是： 長桁較多較強，蒙皮較厚，翼肋較密，一般梁緣條的剖面面積不大，有時只布置縱墻而不采用緣條面積較大的翼梁。 優(yōu) 點： 蒙皮在氣動載荷作用下變形較小，氣流質(zhì)量高。材料向外緣分散，抗彎、抗扭強度及剛度均有所提高。安全可靠性好。 缺 點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對開口敏感。與中翼或機身接合點多，連接復(fù)雜。,單塊式機翼的結(jié)構(gòu)特點,7,多腹板式 主要結(jié)構(gòu)特點是：這類機翼布置了較多的縱墻，蒙皮較厚。厚蒙皮單獨承受全部彎矩。 優(yōu) 點：抗彎材料分散在剖面上下緣，結(jié)構(gòu)效率高；局部剛度及總體剛度大；受力高度分散，破損安全特性好，生存性高。 缺 點：不宜大開口；與機身連接點多。,多腹板式機翼的結(jié)構(gòu)特點,梁式、單塊式、多腹板式三種機翼受力型式的主要區(qū)別在于承受彎矩引起的正應(yīng)力元件面積的分散度不同，因而當(dāng)元件總面積相同時，通常是后者的形心距較高，結(jié)構(gòu)效率可能較高，重量可能較輕。 但對于具體情況有待進(jìn)一步分析。,8,梁式機翼蒙皮薄，在翼盒閉室面積相同情況下，扭轉(zhuǎn)剛度小，一般翼面相對厚度較大的低速飛機較多采用。 單塊式機翼蒙皮較厚，扭轉(zhuǎn)剛度也較好，對提高顫振臨界速度很有利，一般被小、中、大展弦比，速度較高的飛機采用。 多墻式機翼蒙皮很厚，并以多個腹板形成的翼盒多閉室受扭，提高了扭轉(zhuǎn)剛度，剛度最好，一般中、小展弦比，相對厚度小的高速飛機采用。,2、翼型厚度和扭轉(zhuǎn)剛度,9,（1）機翼的相對載荷 M/HaB,B 受力翼盒的弦長（近似取為60%的弦長） Ha 翼盒的平均高度（近似取為80%翼型最大高度）,相對載荷的意義： 代表壁板以寬柱型式受力時，單位寬度壁板上所受的軸向力。,3、相對載荷、有效高度比,10,假設(shè)略去后掠角和梯形比的影響，估算時近似地把后掠機翼簡化為平直矩形機翼，同時略去機身段的影響，后掠、平直機翼相對載荷估算公式為 （主要從受壓區(qū)的情況進(jìn)行分析）,相對載荷為,可見 G/S、l、n 等參數(shù)愈大，C 愈小，則相對載荷愈大。,機翼對稱面上的最大彎矩為,11,He 有效高度，上、下緣條的形心間距。,（2）有效高度比, 討 論,當(dāng)相對載荷很小時 采用分散受力型式，根據(jù)b決定的蒙皮與桁條的面積可能很小，而其失穩(wěn)臨界應(yīng)力cr 就可能大大低于b 。因此，如果按cr確定構(gòu)件尺寸， 從b來看，材料利用就不充分。,12, 討 論,如果采用梁式，由于受正應(yīng)力的面積集中在梁緣條，其截面積就較大，不易失穩(wěn)。雖然緣條形心離蒙皮內(nèi)表面的距離較大，而使He 有所降低，但總的說來可能還是有利的。 特別當(dāng)C 較大時， He 也沒有明顯降低。,當(dāng)相對載荷愈大時 采用分散受力型式，其長桁、蒙皮在各切面處的面積不致太小，不易失穩(wěn)，也即cr 不致很小。 分散受力型式，上、下縱向元件的形心間距大，結(jié)構(gòu)效率高些，總的來說是有利的。,13,多腹板式相對于單塊式結(jié)構(gòu)，因材料的分散度更大，有效高度比更大，因而更有利。,總結(jié),總 結(jié) 僅就相對載荷和有效高度比這兩個參數(shù)來分析（對于梯形比在1-4之間的平直機翼和后掠機翼），一般說來 當(dāng) M/HaB 較大、相對厚度c較小時，宜采用多腹板式結(jié)構(gòu)； 當(dāng) M/HaB 較大、相對厚度c較大時，宜采用單塊式結(jié)構(gòu)； 當(dāng) M/HaB 較小、相對厚度c較大時，宜采用梁式結(jié)構(gòu)。,14,舉 例,15,按強度要求選擇機翼結(jié)構(gòu)布局，主要是采用“滿應(yīng)力”的方法，即結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力e力求與結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力相等,許用應(yīng)力的確定,外載荷,4、提高受壓破壞平均應(yīng)力,結(jié)構(gòu)模型,有限元分析,滿應(yīng)力準(zhǔn)則,受拉面,結(jié)構(gòu)疲勞斷裂設(shè)計,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計,受壓面,16,在結(jié)構(gòu)形式選擇和主要受力構(gòu)件布置時，可先按穩(wěn)定性要求初步確定最小質(zhì)量布局，然后用疲勞、損傷容限分析檢查受拉翼面等等，進(jìn)一步修改整個一面結(jié)構(gòu)。,影響翼面結(jié)構(gòu)質(zhì)量最主要的載荷為翼面的最大彎矩。將受力翼盒上的彎矩與翼面結(jié)構(gòu)特性組合起來，定義翼面載荷指數(shù)p為,4、提高受壓破壞平均應(yīng)力,其中,h翼盒上下剖面形心間的高度,17,每種結(jié)構(gòu)都有其最佳適用范圍。按穩(wěn)定性設(shè)計各種結(jié)構(gòu)最小重量適用范圍有,4、提高受壓破壞平均應(yīng)力,5、翼身相對位置及機身空間 6、空間及開口總體布局 7、變后掠翼的布局特點,18,五、機翼主要受力構(gòu)件布置,機翼主要受力構(gòu)件布置是指具體確定機翼主要受力構(gòu)件的布置方式、數(shù)量和位置。 主要受力構(gòu)件有：梁、墻、加強肋、普通肋、桁條等。,1、主要受力構(gòu)件布置的原則,確保氣動載荷引起的彎、剪、扭能順利可靠地傳向機身。 受力構(gòu)件布置要力求簡練，一般來說，傳力越直接越好，結(jié)構(gòu)重量越輕。 布置加強構(gòu)件應(yīng)盡量做到綜合利用，以減輕重量。 布置受力構(gòu)件時要有全局關(guān)。,19,1、主要受力構(gòu)件布置的原則,損傷容限設(shè)計。 改善結(jié)構(gòu)工藝性和使用維護(hù)性。 注意結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實性和先進(jìn)性，適當(dāng)采用新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝。,2、主要受力構(gòu)件的布置,梁與墻的布置 數(shù)量：一般現(xiàn)代運輸機上，機翼至少有兩根梁。 一是因為要形成承扭閉室，二是因為可作整體油箱 壁板。 位置與布置方式：一般前梁位于能與機翼前緣縫翼、前緣襟翼（如有的話）相連的位置；后梁在能與操縱面相連的位置。,20,從受力合理看： (1)梁最好能縱貫全翼展，且軸線盡量不折轉(zhuǎn)； (2)盡可能布置在結(jié)構(gòu)高度較大的部位； (3)沿展向最好按弦長等百分比線布置。,翼肋的布置,翼肋的布置 數(shù)量：翼肋間距可按蒙皮格子的臨界應(yīng)力的大小確定，也可按桁條總體和局部失穩(wěn)臨界應(yīng)力相等的要求確定。,統(tǒng)計結(jié)果顯示，機翼的肋間距有以下規(guī)律,21,加強翼肋應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)安排和連接點集中力大小來布置。,翼肋的布置,EF2000,22,順流布置的優(yōu)點維持機翼剖面形狀較好；相同翼肋間距下，數(shù)量要少等等。 順流布置的缺點翼肋長度增加；緣條扭曲；蒙皮受剪穩(wěn),翼肋的布置,定性差；結(jié)構(gòu)質(zhì)量重；與梁、桁條連接工藝復(fù)雜等等。 順流布置的應(yīng)用一般用于平直翼、三角翼，以及機翼蒙皮較厚，翼肋對蒙皮支持作用較小，或機翼局部區(qū)域。,23,桁條的布置 數(shù)量：桁條的間距根據(jù)蒙皮失穩(wěn)臨界應(yīng)力來定確定。,正交布置的優(yōu)點、缺點與順流肋恰好相反。 在現(xiàn)代后掠機翼上，正交布置采用得較多。,桁條的布置,統(tǒng)計結(jié)果表明