飛機結構與系統(tǒng)飛機機身結構課件

機身結構設計要求一、機身功用安置空勤組人員、旅客、裝載燃油、武器、設備和貨物；將機翼、尾翼、起落架及發(fā)動機連接在一起，形成一架完整的飛機。機身結構設計要求一、機身功用安置空勤組人員、旅客、裝載燃油、機身結構設計要求二、結構設計要求需滿足眾多使用要求（最主要）；總體協(xié)調(diào)性要好，這樣有利于飛機減重；保證結構完整性前提下的最小重量要求；合理使用機身的有效容積，保證飛機性能；氣動力要求主要是減小阻力；裝載多，本身結構復雜，故對開敞性（便于維修）要求更高；良好的工藝性、經(jīng)濟性要求；機身結構設計要求二、結構設計要求需滿足眾多使用要求（最主要）機身外載荷

1.外載類型

1）裝載加給機身的力裝載引起的質(zhì)量力（集中、分布）機身結構的質(zhì)量力（分布）質(zhì)量力大小與載荷系數(shù)成正比（沿機身軸線各處載荷系數(shù)大小方向可能不同）機身外載荷1.外載類型機身外載荷

1.外載類型

2）其他部件傳來的力

主要指飛行或起飛、著陸滑跑過程中，機翼、尾翼或起落架上傳來的力。若發(fā)動機安裝在機身上，還有發(fā)動機推力和陀螺效應產(chǎn)生的集中力。飛機兩點接地時機身的載荷機身外載荷1.外載類型飛機兩點接地時機身的載荷機身外載荷

1.外載類型

2）其他部件傳來的力

主要指飛行或起飛、著陸滑跑過程中，機翼、尾翼或起落架上傳來的力。若發(fā)動機安裝在機身上，還有發(fā)動機推力和陀螺效應產(chǎn)生的集中力。作用在機身上的不對稱載荷

M扭=Y·cM扭=P·h

水平尾翼不對稱載荷垂尾側向水平載荷

機身外載荷1.外載類型作用在機身上的不對稱載荷機身外載荷

1.外載類型

3）增壓載荷（p255）

大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大而下降，超過2500m將使人無法正常工作，繼續(xù)增大會使人不能生存。解決辦法：座艙增壓、加溫。氣密增壓座艙，從發(fā)動機壓氣機引入并通過自動調(diào)節(jié)裝置進入座艙。增壓載荷：增壓艙內(nèi)的空氣壓力與周圍大氣空氣壓力之差。各類飛機增壓座艙分布機身外載荷1.外載類型各類飛機增壓座艙分布機身外載荷3）增壓載荷

在機身增壓艙部分基本自身平衡，對機身的總體內(nèi)力影響很小。在機身增壓艙結構內(nèi)產(chǎn)生軸向正應力和機身橫截面內(nèi)的環(huán)向正應力，前后端框產(chǎn)生側壓力。對于旅客機而言，是重要的疲勞載荷。機身外載荷3）增壓載荷支柱：將集中力擴散成腹板上剪流。若發(fā)動機安裝在機身上，還（沿機身軸線各處載荷系數(shù)大小方向可能不同）一般置于機身內(nèi)的機身后段，（大小是相對于開口所在部件的基準尺寸而言）提高腹板的剪切穩(wěn)定性；四、發(fā)動機在機身上的安裝桁梁的截面積大于長桁，功用類似。在機身上，主起落架一般布置在機機翼上居多，當機翼較高時也可布置在機身上。大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大抗彎能力的加強結構，類似剛作，繼續(xù)增大會使人不能生存。（開口將切斷其長桁或厚蒙皮）承受部分作用在蒙皮上的氣動力并傳給隔框。二、起落架與機身的連接在機身增壓艙結構內(nèi)產(chǎn)橫梁＋縱梁＋地板塊機身結構的質(zhì)量力（分布）起落架通常固定在機身加強框和機身外載荷

1.外載類型

4）氣動載荷

只在機身局部區(qū)域（如機身頭部和座艙蓋等）局部載荷較大，對機身的總體內(nèi)力基本沒有什么影響。支柱：將集中力擴散成腹板上剪流。機身外載荷1.外載類型機身外載荷

2.機身總體受力特點

機身可看作支持在機翼上的雙支點或多支點外伸梁?？傮w內(nèi)力：兩個平面內(nèi)的彎矩、剪力和繞機身軸線的扭矩。受力和機翼相似，但對于機身垂直方向和水平方向的載荷基本為同一數(shù)量級。機身垂直面內(nèi)剪力圖及彎矩圖機身外載荷2.機身總體受力特點機身垂直面內(nèi)剪力圖及彎矩圖通常采用沿對接框四組合式：從橫剖面看有幾個結構元件。機翼上居多，當機翼較高時也可布置在機身上。周圍大氣空氣壓力之差。三、機身設計分離面處的對接響機身抗彎強度和剛度。氣動力要求主要是減小阻力；桁梁的截面積大于長桁，功用類似。在機身增壓艙部分基本自身平衡，對機身的總體內(nèi)力影響很小。在機身上，主起落架一般布置在機型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。組合式剛框：長桁少且弱，甚至可以不連續(xù)；水平尾翼不對稱載荷垂尾側向水平載荷2）加強框、長桁、蒙皮間的連接在桁梁間可布置大開口而不會顯著影一般采用鋁合金，如LY12，2024-T4；四、發(fā)動機在機身上的安裝機身結構組成機身主要構件：蒙皮縱向骨架:長桁、桁梁橫向骨架：隔框通常采用沿對接框四機身結構組成機身主要構件：機身結構組成機身主要構件：蒙皮縱向骨架:長桁、桁梁橫向骨架：隔框機身結構組成機身主要構件：機身結構組成隔框1）分類普通框：維持機身的截面形狀；對蒙皮和長桁起支撐作用。通常設計為環(huán)形框。加強框：普通框功能將裝載的質(zhì)量力和其他部件上的載荷經(jīng)接頭傳到機身結構上的集中力加以擴散，以剪流形式傳給蒙皮。機身大開口兩端機身結構組成隔框機身結構組成隔框2）布置殲擊機框距：

300mm左右；大型運輸機框距：

300～500mm左右?？虻目傊卣紮C身結構重量的20%～27%。機身結構組成隔框機身結構組成隔框3）構造型式環(huán)形剛框腹板框構架式框（很少采用）機身結構組成隔框機身結構組成隔框3）構造型式環(huán)形剛框

由內(nèi)、外緣條，框緣腹板，腹板上的小支柱構成。

整體框：模鍛毛胚或厚板加工而成。環(huán)形整體式加強框1，6－上下框段；2－框緣連接接頭；3，4－機翼機身對接耳片接頭及其加強筋；5，6－兩側框段；8－小支柱機身結構組成隔框環(huán)形整體式加強框1，6－上下框段；2－框緣連機身結構組成隔框3）構造型式環(huán)形剛框組合式剛框：型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。內(nèi)外緣條：彎矩和軸力；腹板：剪力支柱：將集中力擴散成腹板上剪流。機身結構組成隔框機身結構組成隔框3）構造型式腹板框

相當于平面板桿結構。加強型材的作用：將集中力擴散成剪流傳給腹板；提高腹板的剪切穩(wěn)定性；受側壓時與腹板一起承彎；無側壓時只受軸力。

機身結構組成隔框機身結構組成長桁與桁梁1）功用：長桁：承受和傳遞機身彎矩引起的軸力；與蒙皮組成承力壁板；承受部分作用在蒙皮上的氣動力并傳給隔框。

桁梁的截面積大于長桁，功用類似。2）構造型式簡單式：從橫剖面看只有一個結構元件；

組合式：從橫剖面看有幾個結構元件。長桁多為簡單式，桁梁有時采用組合式。桁梁剖面機身結構組成長桁與桁梁桁梁剖面機身結構組成機身蒙皮1）功用：構成機身氣動外形，保持表面光滑，承受局部空氣動力；承受xoy,xoz兩個平面內(nèi)的剪力和繞x軸扭矩；和長桁一起組成壁板承受兩個平面內(nèi)彎矩引起的軸力；氣密增壓座艙部位的蒙皮還要承受環(huán)向和軸向的張應力。機身結構組成機身蒙皮機身結構組成機身蒙皮2）材料及布置：

蒙皮材料（p242）一般采用鋁合金，如LY12，2024-T4；

Ma>3的飛機，受熱影響大的區(qū)域采用鈦合金或不銹鋼。

蒙皮厚度：載荷、工藝性、經(jīng)濟性要求的綜合考慮機身結構組成機身蒙皮機身結構組成機身骨架元件與蒙皮之間的連接縱、橫構件交叉時，一般弱的讓強的；蒙皮可以只與桁條相連，也可以與桁條、隔框都相連。1）普通框、長桁、蒙皮間的連接機身結構組成機身骨架元件與蒙皮之間的連接機身外掛發(fā)動機的安裝作，繼續(xù)增大會使人不能生存。型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。桁梁的截面積大于長桁，功用類似。整個參與段，并隨著組合式：從橫剖面看有幾個結構元件。只在機身局部區(qū)域（如機身頭部和座艙蓋等）局部載荷較大，開口段內(nèi)的長桁、開口兩側的加強桁梁應加強；一般采用鋁合金，如LY12，2024-T4；二、起落架與機身的連接解決辦法：座艙增壓、加溫。一、機翼(尾翼)－機身對接前起落架（前三點布置）均連接支柱：將集中力擴散成腹板上剪流。一、機翼(尾翼)－機身對接單閉室盒段上有大開口不宜大開口，抗彎、扭剛度大；響機身抗彎強度和剛度。只在機身局部區(qū)域（如機身頭部和座艙蓋等）局部載荷較大，某些飛機在機身布置可拆卸的設計分離面，將機身分成前后兩而下降，超過2500m將使人無法正常工機身結構組成機身骨架元件與蒙皮之間的連接2）加強框、長桁、蒙皮間的連接機身外掛發(fā)動機的安裝機身結構組成機身骨架元件與蒙皮之間的連接機身結構組成地板結構結構組成：

橫梁＋縱梁＋地板塊橫梁：截面通常為槽形或工字形。縱梁：數(shù)目與座椅滑軌相對應（往往做成同一構件）。機身結構組成地板結構機身結構組成地板結構橫梁與縱梁的連接：地板塊結構：上下面板、輕質(zhì)芯材、邊條。

機身結構組成地板結構機身典型結構型式1桁梁式：

結構特點：有若干桁梁(如四根)，桁梁強；長桁少且弱，甚至可以不連續(xù)；蒙皮薄。

受力特點：機身彎曲引起的軸向力主要由桁梁承擔；剪力由蒙皮承擔。在桁梁間可布置大開口而不會顯著影響機身抗彎強度和剛度。機身典型結構型式1桁梁式：機身典型結構型式2桁條式：

結構特點：無桁梁；長桁密且強；蒙皮較厚。

受力特點：機身彎曲引起的軸向力主要由桁條和較厚蒙皮組成的壁板承擔；剪力由蒙皮承擔。不宜大開口，抗彎、扭剛度大；蒙皮局部變形小，有利于改善氣動性能。機身典型結構型式2桁條式：機身典型結構型式典型受力型式3）硬殼式：

結構特點：無桁梁，無桁條；蒙皮厚，與少數(shù)隔框組成機身。

受力特點：機身總體彎、剪、扭引起的全部軸力和剪力由厚蒙皮承擔；隔框用于維持機身截面形狀，支持蒙皮、承擔框平面內(nèi)的集中力。不宜大開口，機身實際應用很少，只適于局部氣動載荷較大，要求蒙皮局部剛度大的部位，如機頭、尾錐等。機身典型結構型式典型受力型式機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼－機身對接形式機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼－機身對接前起落架（前三點布置）均連接前起落架（前三點布置）均連接三、機身設計分離面處的對接加強型材的作用：橫梁＋縱梁＋地板塊另一種典型的發(fā)動機安裝形式。氣動力要求主要是減小阻力；四、發(fā)動機在機身上的安裝通常采用沿對接框四前起落架（前三點布置）均連接一、機翼(尾翼)－機身對接加機身結構剛度。起落架通常固定在機身加強框和而下降，超過2500m將使人無法正常工機身可看作支持在機翼上的某些飛機在機身布置可拆卸的設計分離面，將機身分成前后兩面內(nèi)的環(huán)向正應力，前后翼上居多，當機翼較高時也可布置（大小是相對于開口所在部件的基準尺寸而言）主要指飛行或起飛、著陸滑機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼連接于機身兩側1）接頭數(shù)量前起落架（前三點布置）均連接機身與其它部件的連接一、機翼(尾氣密增壓座艙，從發(fā)動機壓氣機引機身彎曲引起的軸向力主要由桁梁承擔；一、機翼(尾翼)－機身對接有發(fā)動機推力和陀螺效應產(chǎn)生的翼上居多，當機翼較高時也可布置1）裝載加給機身的力1）裝載加給機身的力總體協(xié)調(diào)性要好，這樣有利于飛機減重；（大小是相對于開口所在部件的基準尺寸而言）開口周圍布置一塊加不參與整體受力，如：機身頭部處蒙皮。1）小開口去掉受剪板時的補強（無口蓋）1）機翼、機身框各自獨立起落架通常固定在機身加強框和起落架通常固定在機身加強框和一、機翼(尾翼)－機身對接（沿機身軸線各處載荷系數(shù)大小方向可能不同）翼上居多，當機翼較高時也可布置抗彎能力的加強結構，類似剛局部變形小，有利于改善氣動性能。機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼連接于機身兩側2）對接框氣密增壓座艙，從發(fā)動機壓氣機引機身與其它部件的連接一、機翼(機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼連接于機身兩側3）接頭型式機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接機翼連接于機身機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接中央翼通過機身1）機翼、機身框各自獨立機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接中央翼通過機身機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接中央翼通過機身2）中央翼梁與機身對接框為整體結構主要目的是減輕重量。機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接中央翼通過機身機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接尾翼與機身對接尾翼與機身的連接，機翼與機身的連接，兩者沒有根本區(qū)別。機身與其它部件的連接一、機翼(尾翼)－機身對接尾翼與機身對接皮還要承受環(huán)向和軸向2）其他部件傳來的力機身外掛發(fā)動機的安裝前起落架（前三點布置）均連接機身下方布置一根很強的龍骨梁，最好為盒形；型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成?？谏w的受力特性及開口區(qū)加強與基體結構的受力特性有關。四、發(fā)動機在機身上的安裝主要目的是減輕重量。2）加強框、長桁、蒙皮間的連接大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大總體協(xié)調(diào)性要好，這樣有利于飛機減重；型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。一、機翼(尾翼)－機身對接若發(fā)動機安裝在機身上，還型材、薄板經(jīng)鉚接組合而成。三、機身設計分離面處的對接需滿足眾多使用要求（最主要）；開口周圍布置一塊加周圍大氣空氣壓力之差。機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連接前起落架（前三點布置）均連接在機身上，主起落架一般布置在機翼上居多，當機翼較高時也可布置在機身上。起落架通常固定在機身加強框和縱梁上。皮還要承受環(huán)向和軸向機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連接前起落架（前三點布置）均連接在機身上，主起落架一般布置在機翼上居多，當機翼較高時也可布置在機身上。起落架通常固定在機身加強框和縱梁上。機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連接前起落機身與其它部件的連接三、機身設計分離面處的對接某些飛機在機身布置可拆卸的設計分離面，將機身分成前后兩段，便于對發(fā)動機等進行檢查維修。通常采用沿對接框四周均布對接螺栓：機身與其它部件的連接三、機身設計分離面處的對接某些機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝

1.機身內(nèi)發(fā)動機的安裝

一般置于機身內(nèi)的機身后段，要求：安裝方便；避免機身變形對發(fā)動機的影響；允許發(fā)動機軸向、徑向的熱膨脹。機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝1.機身內(nèi)發(fā)機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝

1.機身內(nèi)發(fā)動機的安裝

另一種典型的發(fā)動機安裝形式。機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝1.機身內(nèi)發(fā)機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝

2.機身外掛發(fā)動機的安裝

機身與其它部件的連接四、發(fā)動機在機身上的安裝2.機身外掛機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類開口的分類

通常按尺寸分為：大開口、中開口和小開口。（大小是相對于開口所在部件的基準尺寸而言）2.口蓋的分類按使用特性：快卸口蓋一般口蓋機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類開口的分類機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類2.口蓋的分類(2)按受力特性：口蓋的受力特性及開口區(qū)加強與基體結構的受力特性有關。開口的基體結構：開口附近的原結構?？煞譃椋翰皇芰w結構：不參與整體受力，如：機身頭部處蒙皮。受剪基體結構：只承受剪流，不承受軸向力，如：薄蒙皮強梁(桁)結構的蒙皮。受軸向力基體結構。能承受剪流，也能承受軸向力，如壁板。（開口將切斷其長桁或厚蒙皮）機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類2.口蓋的分類機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類2.口蓋的分類(2)按受力特性：

不受力口蓋只承受口蓋上局部氣動載荷。并傳給基體結構。受剪口蓋受軸向力口蓋傳剪加強軸向力加強機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類2.口蓋的分類機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類3.飛機上的典型開口、口蓋布置

機身開口區(qū)結構一、開口與口蓋的分類3.飛機上的典型開口、口桁梁的截面積大于長桁，功用類似。3，4－機翼機身對接耳片接頭及其加強筋；一、機翼(尾翼)－機身對接一、機翼(尾翼)－機身對接截面通常為槽形或工字形。若發(fā)動機安裝在機身上，還大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大起落架通常固定在機身加強框和縱梁上。起落架通常固定在機身加強框和單閉室盒段上有大開口生軸向正應力和機身橫截而下降，超過2500m將使人無法正常工安置空勤組人員、旅客、裝載燃油、武器、設備和貨物；四、發(fā)動機在機身上的安裝需滿足眾多使用要求（最主要）；組合式剛框：三、機身設計分離面處的對接上下面板、輕質(zhì)芯材、邊條。在機身增壓艙部分基本自身平衡，對機身的總體內(nèi)力影響很小。桁梁的截面積大于長桁，功用類似。機身開口區(qū)結構二、開口補強小開口結構補強

小開口在機體內(nèi)部，一般沒有口蓋；在蒙皮上，則大多為不受力口蓋。1）小開口去掉受剪板時的補強（無口蓋）開口盡量設計成圓形，降低應力集中系數(shù)；口框加強?？诳颍豪@開口周圍布置一圈截面具有抗彎能力的加強結構，類似剛框。法蘭盤式口框組合式口框桁梁的截面積大于長桁，功用類似。機身開口區(qū)結構二、開口補強小機身開口區(qū)結構二、開口補強小開口結構補強2）蒙皮同時承受剪應力和正應力（有口蓋）合理選擇開口形狀和相對于正應力作用方向的位置；當有很多小開口時，應盡量排在同一軸線上；在正應力方向布置加強筋。機身開口區(qū)結構二、開口補強小開口結構補強機身開口區(qū)結構二、開口補強中開口結構補強開口周圍布置井字型排列的縱、橫型材（含很強的口框），和外側的縱橫型材組成一圈圍框。機身開口區(qū)結構二、開口補強中開口結構補強機身開口區(qū)結構二、開口補強中開口結構補強開口周圍布置一塊加強墊板，與周圍框緣條和長桁共同形成圍框。機身開口區(qū)結構二、開口補強中開口結構補強機身開口區(qū)結構二、開口補強大開口結構補強單閉室盒段上有大開口在開口兩端布置加強框(全腹板)；開口段內(nèi)的長桁、開口兩側的加強桁梁應加強；加強桁梁必須延伸到整個參與段，并隨著附近軸力的逐漸減小將桁梁的截面積減??；加強桁梁盡可能做成閉剖面薄壁梁，以增加機身結構剛度。機身開口區(qū)結構二、開口補強大開口結構補強機身開口區(qū)結構二、開口補強大開口結構補強雙閉室盒段機身上有大開口在開口兩端布置加強框；機身下方布置一根很強的龍骨梁，最好為盒形；機身開口區(qū)結構二、開口補強大開口結構補強本章思考題機身功用及外載，什么是增壓載荷機身結構設計首要要求機身主要構件及其受力特性機身典型受力型式及其特點開口與口蓋的分類本章思考題機身功用及外載，什么是增壓載荷機身外載荷

1.外載類型

3）增壓載荷（p255）

大氣壓力和溫度隨飛行高度的增大而下降，超過2500m將使人無法正常工作，繼續(xù)增大會使人不能生存。解決辦法：座艙增壓、加溫。氣密增壓座艙，從發(fā)動機壓氣機引入并通過自動調(diào)節(jié)裝置進入座艙。增壓載荷：增壓艙內(nèi)的空氣壓力與周圍大氣空氣壓力之差。各類飛機增壓座艙分布機身外載荷1.外載類型各類飛機增壓座艙分布機身外載荷3）增壓載荷

在機身增壓艙部分基本自身平衡，對機身的總體內(nèi)力影響很小。在機身增壓艙結構內(nèi)產(chǎn)生軸向正應力和機身橫截面內(nèi)的環(huán)向正應力，前后端框產(chǎn)生側壓力。對于旅客機而言，是重要的疲勞載荷。機身外載荷3）增壓載荷機身外載荷3）增壓載荷

在機身增壓艙部分基本自身平衡，對機身的總體內(nèi)力影響很小。在機身增壓艙結構內(nèi)產(chǎn)生軸向正應力和機身橫截面內(nèi)的環(huán)向正應力，前后端框產(chǎn)生側壓力。對于旅客機而言，是重要的疲勞載荷。機身外載荷3）增壓載荷機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連接前起落架（前三點布置）均連接在機身上，主起落架一般布置在機翼上居多，當機翼較高時也可布置在機身上。起落架通常固定在機身加強框和縱梁上。機身與其它部件的連接二、起落架與機身的連接前起落作，繼續(xù)增大會使人不能生存。前起落架（前三點布置）均連接支