飛機結構與系統(tǒng)(第一章 緒論)

1、南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院飛機結構飛機結構機體：機翼：提供升力尾翼：操縱、增穩(wěn)機身：裝載、連接起落架：起飛、著陸、滑跑、停放發(fā)動機：產(chǎn)生推力南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院飛機系統(tǒng)飛機系統(tǒng)液壓系統(tǒng)操縱系統(tǒng)燃油系統(tǒng)航電系統(tǒng)環(huán)控系統(tǒng)防火系統(tǒng)防冰排雨系統(tǒng)南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 上篇：飛機結構上篇：飛機結構 第一章 飛機結構概述 第二章 飛機外載荷 第三章 翼面結構分析 第四章 機身結構分析 第五章 飛機結構材料 第六章 起落架系統(tǒng)南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 下篇：飛機

2、系統(tǒng)下篇：飛機系統(tǒng) 第七章 液壓系統(tǒng) 第八章 飛行操縱系統(tǒng) 第九章 座艙環(huán)境控制系統(tǒng) 第十章 防冰排雨系統(tǒng) 第十一章 燃油系統(tǒng) 第十二章 防火系統(tǒng)南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院宋靜波，飛機構造基礎，航空工業(yè)出版社，宋靜波，飛機構造基礎，航空工業(yè)出版社，2004陶梅貞，現(xiàn)代飛機結構綜合設計，西北工業(yè)大學陶梅貞，現(xiàn)代飛機結構綜合設計，西北工業(yè)大學出版社，出版社，2001沈燕良，飛機系統(tǒng)原理，國防工業(yè)出版社，沈燕良，飛機系統(tǒng)原理，國防工業(yè)出版社，2007南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院平時成績平時成績 30%考試成績考試成績 70%南京航空航天大學民航學院南京航空航

3、天大學民航學院本章內(nèi)容本章內(nèi)容飛機發(fā)展及分類飛機研制過程簡介南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院第一架成功的飛機“飛行者”1號：第一次有動力、載人、持續(xù)、可操縱、重于空氣的飛行器成功飛行。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院按功能分類按功能分類軍用飛機民用飛機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院功能功能完成空中攔擊、偵察、轟炸、攻擊、預警、反潛、電子干擾、軍事運輸、空降等任務。種類種類殲擊機、偵察機、轟炸機、攻擊機、預警機、反潛機、電子干擾機、艦載機、運輸機等。 數(shù)量多、發(fā)展快、采用最新技術、標志一個國家空軍或者國防的實力。南京航空航天大學民航學院南京航空航

4、天大學民航學院 開始服役年開始服役年代代主要特征主要特征典型機種典型機種一一4040年代末年代末大多后掠翼、高亞音速大多后掠翼、高亞音速美美F-86F-86、蘇米格、蘇米格-15-15二二5050年代初年代初第一代超音速戰(zhàn)機第一代超音速戰(zhàn)機（最大（最大M=1.31.5M=1.31.5）美美F-100F-100、蘇米格、蘇米格-19-19三三5050年代末年代末7070年代初年代初三角翼、最大三角翼、最大M=2.0M=2.0、高速、高空、高速、高空美美F-104F-104、F-4F-4蘇米格蘇米格-21-21、2323四四7070年代中年代中8080年代中年代中邊條翼、前緣襟翼，翼身融合，邊條翼

5、、前緣襟翼，翼身融合，電傳操縱系統(tǒng)，主動控制系統(tǒng)，電傳操縱系統(tǒng)，主動控制系統(tǒng)，機動性好，超視距作戰(zhàn)機動性好，超視距作戰(zhàn)美美F-15F-15、1616米格米格-29-29、蘇、蘇-27-27、法、法幻影幻影-2000 -2000 、( (殲十殲十) )五五9090年代末年代末 至至今今 隱身、復合材料較多、超音速巡隱身、復合材料較多、超音速巡航、航、 短距起落、過失速機動、推短距起落、過失速機動、推力矢量控制等力矢量控制等美美F-22F-22T50T50歐洲歐洲EF-2000EF-2000南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院航線飛機航線飛機（用于商業(yè)飛行的客機和貨機）按功能分：按功能

6、分： 客機 、 貨機、客貨兩用機。按巡航速度：按巡航速度： 低亞（M6m）按客座數(shù)與航程：按客座數(shù)與航程： 見下表：見下表：南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院波音-747-400屬于： 洲際（12970km） 巨型（378噸、550座） 高亞音速（900939km/h） 渦扇式寬體（6.13m）客機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院通用航空飛機通用航空飛機通用航空：通用航空： 是指使用民用航空器從事公共航空運輸以外的民用航空活動 ，包括從事工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)和建筑業(yè)的作業(yè)飛行以及醫(yī)療衛(wèi)生、搶險救災、氣象探測、海洋檢

7、測、科學試驗、教育培訓、文化體育等方面的飛行活動。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 公務機公務機（商務飛機或行政機） 在行政事務中或商務活動中作為交通工具的小型飛機（許多公司擁有自己的公務機）。如AC500南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 農(nóng)林飛機農(nóng)林飛機： 直接為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)服務的飛機。如：N5B南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 其它飛機其它飛機： 用于搶險救災、娛樂旅游、體育運動、空中攝影與測量、航空物理探礦等，如AD-100、200南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 開始服役開始服役特點特點典型機種典型機種一50

8、50年代年代渦噴發(fā)動機，帶后掠渦噴發(fā)動機，帶后掠角機翼角機翼波音波音-707-707、DC-8DC-8、圖、圖-104-104二6060年代年代低涵道比渦扇發(fā)動機低涵道比渦扇發(fā)動機波音波音-727-727、737737、圖、圖-154-154三7070年代年代高涵道比渦扇發(fā)動機，高涵道比渦扇發(fā)動機，雙通道寬體雙通道寬體波音波音-747-747、DC-10DC-10、A300A300四8080年代年代超臨界翼形、加大機超臨界翼形、加大機翼展弦比、新鋁合金翼展弦比、新鋁合金波音波音-757-757、767767、A-310A-310、A-320A-320（電傳操縱）、（電傳操縱）、五9090年代年

9、代電傳操縱，復合材料，電傳操縱，復合材料，液顯液顯波音波音-777-777、A330A330、A340A340噴氣式干線飛機噴氣式干線飛機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院1. 1. 垂直垂直/ /短距起落飛機短距起落飛機優(yōu)點: 不依賴機場，可象直升機起落也可象固定翼飛機有速度和攻擊能力； 發(fā)動機噴口方向可轉。 “鷂”式戰(zhàn)斗機:第一種 垂直起落飛機南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院2. 2. 無人機無人機 可執(zhí)行危險性大的任務：軍事上可用作靶機、用于偵察、誘惑、電子對抗、對地攻擊等； 質(zhì)量輕、尺寸小、成本低，故花費低；

10、 民用上可用于大地測量、 氣象觀測、森林防火、 人工降雨等。原理：原理：自動程序控制 或無線電遙控長空一號（靶機）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院3. 3. 地效飛機地效飛機 地面效應：地面效應： 當運動的飛行器貼近地面或水面飛行時，整個機體的上下壓力差增大，升力會陡然增加，阻力減小，阻擋飛行器機翼下墜。這種可以使飛行器誘導阻力減小，同時能獲得比空中飛行更高升阻比的物理現(xiàn)象，稱為地面效應。 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院3. 3. 地效飛機地效飛機優(yōu)點優(yōu)點: : 飛機下面的氣流速度小，靜壓大，使升力增加，飛機的升阻比提高，故所需功率減小，承載增加或航程增大，燃

11、料僅為一般客機的1/5。中國的“天鵝”、“天翼” 、“信天翁”。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院4. 4. 太陽能飛機太陽能飛機原理： 白天吸收太陽能，通過太陽能電池將其轉化為電能，部分電能帶動電動機產(chǎn)生推力和供機載設備使用，部分輸入電解池，將水電解成 氧氣和氫氣儲藏能量； 夜間將氫氣和氧氣進 行化學反應釋放化學 能轉化成電能供飛機 使用 。 美國的“太陽神”南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院4. 4. 太陽能飛機太陽能飛機 瑞士的“陽光動力” 世界首架載人 、晝夜飛行南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院

12、飛機研制過程飛機研制過程擬定技術要求飛機設計過程飛機總體設計飛機結構設計飛機結構設計飛機制造過程飛機的試飛定型過程南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院通常由飛機設計單位和訂貨單位協(xié) 商共同制訂。決定飛機的主要性能指標、主要使 用條件和機載設備等。是飛機設計的基本依據(jù)。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院1 1）主要參數(shù)：）主要參數(shù)： 估算飛機總重（結構、推進系統(tǒng)、設備、燃油、有效載荷）、發(fā)動機推力、翼載荷；2）基本外形和尺寸：基本外形和尺寸： 機翼、尾翼、機身，如上單翼、平直翼、鴨式布局等；3）初步部位安排：初步部位安排： 內(nèi)部布置（油箱、各種儀表設備）及主要受力構件的

13、安排與協(xié)調(diào)（機身大開口、起落架的位置）。總體設計總體設計南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 結構：結構： 本課程中，結構結構指：能承受和傳遞載荷的系統(tǒng)，即受力結構。 一架飛機的整個結構，包含：機翼、尾翼、機身、發(fā)動機短艙、起落架、操縱系統(tǒng)（機械操縱系統(tǒng)部分）及其他受力結構等部件或組件結構。部件結構：部件結構：機翼、機身。組件結構組件結構：組成部件的大段結構。構件：構件：很少零件裝配而成。元件元件：零件或構件作為具有一定功用的基本單元。結構設計結構設計南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院含含 義：義： 根據(jù)結構設計的原始條件和基本要求，提出方案及進行具體的部件和零構件設

14、計進行強度計算和必要的試驗，最后繪出結構圖紙，完成相應的技術文件，以使生產(chǎn)單位能根據(jù)這些圖紙和技術文件進行生產(chǎn)。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院原始條件原始條件1： 結構的外載以及對結構受力特性的要求：1）外載的形式（集中的、分布的、沖擊型、周期型、熱的等）；2）外載的歷程特征（不同的飛行，載荷的變化規(guī)律）；3）外載對結構的作用效應（抖振、顫振）；4）結構承載的強度、剛度要求（靜、動、熱、整體的、局部的）；5）結構壽命要求，損傷容限要求 。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院原始條件原始條件2：飛機結構的協(xié)調(diào)關系：1）各部件的相對位置以及相互間連接交點的位置（不能改

15、動）；2）零、構件之間在連接尺寸上的協(xié)調(diào)關系；3）各構件間或構件與內(nèi)部裝載間的位置、形狀協(xié)調(diào)；4）部件或組件結構的外邊界一般與飛機的理論外形相協(xié)調(diào)；5）其內(nèi)部邊界可能需與某個內(nèi)部裝載協(xié)調(diào)，也可能不需協(xié)調(diào)。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院原始條件原始條件3：結構的使用條件：1）環(huán)境條件：飛機在飛行或停機時的氣象條件或周圍介質(zhì)條件；2）起飛著陸場所：陸上飛機、水上飛機、水陸兩棲；不同的陸上跑道類型（水泥，土）3）維修條件和使用條件：維修周期和次數(shù)、維修能力、維修速度要求，維修場所（外場、場站、基地）。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院原始條件原始條件4：結構的生產(chǎn)條件

16、：1）加工能力（設備類型、精度，人員素質(zhì)水平）2）裝配能力（精度，裝配量） 3）生產(chǎn)能力（產(chǎn)量）4）生產(chǎn)質(zhì)量保障體系（技術與管理）南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 基本要求基本要求1：氣動性能和設計一體化要求氣動性能和設計一體化要求： 保證飛機具有合理的氣動外形和好的表面質(zhì)量（否則飛行性能和品質(zhì)變差），如:翼身融合。 多功能結構一體化協(xié)調(diào)設計，如隱身結構一體化、飛機發(fā)動機一體化、飛控火控結構一體化設計等。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求： 保證結構完整性結構完整性條件下結構重量最輕。 結構完整性結構完整性： 關系到飛

17、機安全使用、使用費用和功能的機體結構的強度、剛度、損傷容限及耐久性等飛機所要求的結構特性的總稱。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求： 要求結構設計應保證結構在承受各種規(guī)定載 荷和環(huán)境條件下：1）具有足夠的強度；2）不產(chǎn)生不能容許的殘余變形；3）具有足夠的剛度，或采取其他措施以避免出現(xiàn)不能容許的氣動彈性問題與振動問題；4）具有足夠的壽命和損傷容限，以及高的可靠性；5）在保證上述條件得到滿足的前提下，使結構的重量盡可能輕。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求：結構重量系數(shù)：結構重量

18、系數(shù)： 飛機結構重量/飛機正常起飛重量的百分比。 第一代第四代殲擊機 35%33%30.5%28% 。設計和制造人員的重要使命：減重。 口號：“為減輕飛機的每一克重量而奮斗”。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院 基本要求基本要求2：最小重量要求最小重量要求：例: 一架現(xiàn)代噴氣式客機，使用壽命一般為20 年。假設飛行小時以60000h計，一架總重100t的飛機其結構重量約為30 t，若使其重量減輕100kg，則能多載一名乘客或100kg貨物。飛機速度假設為900km/h，tkm收入為1.8元，則能多收益多少？ 解： 1.8 0.1 900 60000 = 972（萬元） 由此可見，

19、隨著飛機壽命的增加，減輕結構重量的經(jīng)濟利益越來越大。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院基本要求基本要求3：使用維護要求使用維護要求 開暢性：便于檢查、維修作業(yè) 維修性：合理布置和設計各種分離面、開口、鎖等基本要求基本要求4：工藝要求工藝要求 良好工藝性：結合產(chǎn)品的產(chǎn)量、機種、需要的迫切性和 加工條件等綜合考慮。 復合材料等新材料，還應對材料、結構的制作和結構修理的工藝性予以重視。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院基本要求基本要求5：經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求 主要指生產(chǎn)和使用成本。 全壽命周期費用（LCC）： 飛機的概念設計、方案論證、全面研制、生產(chǎn)、使用與保障五個階段直到退役或報廢期間所付出的一切費用之和。南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學民航學院結構設計過程簡介結構設計過程簡介： 通過計算和試驗，確定外載荷的大小、分布、性質(zhì)； 進行部件的打樣設計； 確定各結構的基本尺寸； 畫出結構詳細打樣圖，并進行細節(jié)設計； 強度計算，對關鍵件進行疲勞、耐久性、損傷容限的初步分析，如不滿足要求則修改設計； 南京航空航天大學民航學院南京航空航天大學