飛機(jī)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度-4.1.4-4.1.7

飛機(jī)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度航空學(xué)院孫長(zhǎng)江教授新舟60飛機(jī)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析QnQhMtMhMn機(jī)翼在外載荷作用下的承載情況

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.氣動(dòng)載荷的傳遞機(jī)翼在空氣動(dòng)力載荷作用下的變形

4.2典型受力形式機(jī)翼的載荷傳力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析2.1.4機(jī)翼在載荷作用下的承載情況1.氣動(dòng)載荷的傳遞(1)蒙皮將氣動(dòng)載荷分別傳給桁條和翼肋機(jī)翼在空氣動(dòng)力載荷作用下的變形海鷗300飛機(jī)機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.氣動(dòng)載荷的傳遞海鷗300飛機(jī)機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2典型受力形式機(jī)翼的氣動(dòng)載荷傳力分析(1)蒙皮將氣動(dòng)載荷分別傳給桁條和翼肋蒙皮——支持在桁條和翼肋上，以壓力和吸力形式直接承受氣動(dòng)載荷。此時(shí)，蒙皮受拉伸（如果是厚蒙皮—它也受橫向彎曲)。如果蒙皮受氣動(dòng)壓力時(shí)，則蒙皮直接壓在翼肋和桁條上，并將載荷傳給桁條和翼肋，而鉚釘不受力。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(1)蒙皮將氣動(dòng)載荷分別傳給桁條和翼肋1－補(bǔ)償片2－梁3－壁板筋條4－整體壁板5－角撐6－翼肋緣條7－翼肋腹板8－對(duì)接接頭

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(2)桁條將其自身承擔(dān)的那部分氣動(dòng)載荷傳給翼肋作用在桁條上的分布載荷由翼肋提供支反力來平衡。此時(shí)，蒙皮上的氣動(dòng)載荷已全部傳給了翼肋。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(2)桁條將其自身承擔(dān)的那部分氣動(dòng)載荷傳給翼肋在剛心上作用剪力只引起機(jī)翼彎曲。剖面的位移產(chǎn)生機(jī)翼撓度，但剖面相對(duì)剛性軸不轉(zhuǎn)動(dòng)，則兩個(gè)翼梁的撓度相同，故兩個(gè)梁承受剪力按其抗彎剛度成正比例分配。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(3)翼梁將載荷向根部傳遞

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(3)翼梁將載荷向根部傳遞

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(4)周緣閉室將扭矩以剪流形式向根部傳遞

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(4)周緣閉室將扭矩以剪流形式向根部傳遞蒙皮以剪切形式承受扭矩Mt。為使扭矩能以閉環(huán)剪流Δqti的形式沿蒙皮傳遞，必須滿足以下條件：1)蒙皮應(yīng)是封閉的，周邊不應(yīng)有開口，切向應(yīng)力沿閉室周邊傳遞；2)在機(jī)翼根部，蒙皮應(yīng)支持在根部加強(qiáng)肋上，該翼肋能將Mti轉(zhuǎn)換為力偶Rt；3)在使用載荷作用下，蒙皮不應(yīng)失穩(wěn)；4)蒙皮應(yīng)有足夠的厚度，以防止在飛行中由于機(jī)翼扭轉(zhuǎn)變形。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(4)周緣閉室將力矩以剪流形式向根部傳遞加強(qiáng)肋將分散剪流轉(zhuǎn)變成一對(duì)力偶傳給接頭。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析2.集中載荷的傳遞機(jī)翼結(jié)構(gòu)要承受副翼、襟翼、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架等部件通過固定接頭傳來的集中力，這種集中力都相當(dāng)大；對(duì)于位于翼肋平面內(nèi)的集中力，需要在集中力作用處布置加強(qiáng)肋并將它轉(zhuǎn)化成分散力傳給翼梁腹板和蒙皮；在集中力作用下加強(qiáng)肋中有相當(dāng)大的剪力Q和彎矩M，因此翼肋的腹板和上、下緣條，以及它們與翼梁腹板和蒙皮的連接也很強(qiáng)。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2典型受力形式機(jī)翼的載荷傳力分析2.集中載荷的傳遞加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)受載和平衡

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析總體彎矩M是機(jī)翼橫剖面上的主要載荷。根據(jù)承受彎矩的結(jié)構(gòu)不同，把機(jī)翼分為：梁式機(jī)翼（集中式）；整體式機(jī)翼（分散式）：?jiǎn)螇K式、多腹板式。能承受剖面上總體載荷(剪力、彎矩和扭矩)的機(jī)翼構(gòu)件的總和形成了機(jī)翼的基本承力系統(tǒng)。

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析主要特點(diǎn)：蒙皮較薄，長(zhǎng)桁較少且弱，有時(shí)有縱墻；彎矩主要由翼梁緣條承受；剪力由翼梁腹板承受；扭矩由蒙皮和翼梁腹板形成的閉室承受。梁式機(jī)翼：縱向的梁很強(qiáng)（單梁、雙梁、多梁）；

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析單塊式機(jī)翼：腹板較弱，且腹板緣條承受彎矩的能力較弱。長(zhǎng)桁較多且強(qiáng)；蒙皮較厚；縱梁較弱；有時(shí)無縱梁而只有縱墻。多腹板式機(jī)翼：有較多的縱向梁和墻（一般多于5個(gè)）；厚蒙皮；無長(zhǎng)桁；少翼肋，彎矩由緣條和蒙皮共同承受。多用于小展弦比的高速薄翼飛機(jī)。整體式機(jī)翼：彎矩主要由蒙皮及其加強(qiáng)桁條或波紋形壁板承受。這種機(jī)翼的蒙皮較厚、桁條較強(qiáng)，而梁(墻)較弱。

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析這些結(jié)構(gòu)形式在同一機(jī)翼上混合存在；從現(xiàn)代飛機(jī)的翼面結(jié)構(gòu)來看，薄蒙皮粱式結(jié)構(gòu)已很少采用；大型高亞音速的現(xiàn)代運(yùn)輸機(jī)采用多梁?jiǎn)螇K式翼面結(jié)構(gòu)。注意：

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（1）單梁式機(jī)翼1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)翼梁布置在翼剖面結(jié)構(gòu)高度最大的部位的剛心處；為形成具有抗扭剛度的閉室，在單梁機(jī)翼上布置一個(gè)或兩個(gè)縱墻；在加強(qiáng)肋(它們與后墻的對(duì)接處)上固定有懸掛襟翼和副翼的連接支臂。

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（1）單梁式機(jī)翼1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（2）雙梁式機(jī)翼1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)前梁布置在20～30%弦長(zhǎng)處；后梁布置在60～70%弦長(zhǎng)處；相對(duì)于后梁，前梁的橫截面面積、剖面高度和慣性矩要大些，它分擔(dān)大部分的剪力Q和彎矩M。

4.2.1直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力形式及其分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（2）雙梁式機(jī)翼1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（3）多梁(多墻)式機(jī)翼1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)當(dāng)蒙皮有足夠的剛度時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)中可以不用翼肋；將蒙皮厚度減小，可用較密的翼梁或縱墻(或兩者)來加強(qiáng)蒙皮；機(jī)翼不僅剛度大，生存力強(qiáng)，而且重量也輕，因?yàn)槊善け?，且無普通翼肋；多梁式機(jī)翼(在小后掠角時(shí))扭矩的傳遞可以近似地認(rèn)為與雙梁式機(jī)翼相似。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（3）多梁(多墻)式機(jī)翼瑞典鷹獅飛機(jī)結(jié)構(gòu)1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（3）多梁(多墻)式機(jī)翼多梁式機(jī)翼結(jié)構(gòu)1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析經(jīng)常有中央翼，也有采用圍框式連接。2.單塊式機(jī)翼一、單塊式機(jī)翼結(jié)構(gòu)實(shí)例1.梁式機(jī)翼(單梁、雙梁和多梁機(jī)翼)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1－中央翼壁板2－對(duì)接型材3－整流翼尖；4－普通肋機(jī)翼前緣機(jī)翼后緣梁梁支柱接頭

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析接頭角撐（托架）連接接頭加強(qiáng)肋機(jī)身加強(qiáng)框加強(qiáng)肋飛機(jī)主起落架支柱接頭17-鍛造丁字形材飛機(jī)主起落架支柱接頭

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析2.單塊式機(jī)翼二、單塊式機(jī)翼傳力分析彎矩主要由長(zhǎng)桁和蒙皮組成的壁板來承受；一般都將蒙皮承受正應(yīng)力的能力折算到桁條上；機(jī)翼、機(jī)身由集中連接變?yōu)榉稚⑦B接；參與區(qū)很小——重量輕。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析機(jī)翼壁板總體受彎和載荷在元件中的傳遞1－梁腹板傳給緣條的剪流；2－緣條傳給蒙皮的剪流；3－蒙皮對(duì)梁緣條的支反力；4－梁緣條內(nèi)的軸向力；5－長(zhǎng)桁內(nèi)的軸向力；6－蒙皮上的剪流。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析3.多腹板式機(jī)翼多用于小展弦比的高速薄翼飛機(jī)上

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析蒙皮翼梁翼梁腹板襟翼副翼多腹板式機(jī)翼的受載

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.后掠機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力型式和根部受載特點(diǎn)（1）后掠機(jī)翼根部的結(jié)構(gòu)受力型式梁式機(jī)翼整體式機(jī)翼后掠機(jī)翼的載荷傳遞特點(diǎn)取決于與機(jī)身直接相連的機(jī)翼根部區(qū)域的結(jié)構(gòu)型式

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.后掠機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力型式和根部受載特點(diǎn)（1）后掠機(jī)翼根部的結(jié)構(gòu)受力型式后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：剛度特點(diǎn)后掠效應(yīng)

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析(a)單梁機(jī)翼(b)雙梁機(jī)翼(c、d)多梁機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.后掠機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力型式和根部受載特點(diǎn)（2）后掠翼根部的受力特點(diǎn)(1)必須布置能傳遞彎矩M的受力構(gòu)件：縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折處的加強(qiáng)側(cè)肋；縱向構(gòu)件軸線不轉(zhuǎn)折時(shí)的機(jī)翼內(nèi)撐梁。

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（2）后掠翼根部的受力特點(diǎn)(3)梁式機(jī)翼中由于翼梁長(zhǎng)度不同，翼梁的剛度也不一樣；整體式機(jī)翼的前、后墻腹板上壁板的長(zhǎng)度也不同，在翼梁之間沿壁板上單位寬度的正應(yīng)力要重新分配。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析1.后掠機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力型式和根部受載特點(diǎn)

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（3）后掠翼中翼肋的布置順氣流方向布置垂直于某一翼梁或剛性軸布置垂直于機(jī)翼中線布置

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（3）后掠翼中翼肋的布置受力特點(diǎn)：無太大的影響；翼肋順氣流方向布置，較易維持機(jī)翼外形，但因?yàn)橛行苯?，翼肋較長(zhǎng)、較重，翼肋與梁腹板和蒙皮的連接工藝較復(fù)雜；在翼肋間距相同的情況下，順氣流翼肋和桁條之間的蒙皮對(duì)角線較長(zhǎng)，蒙皮的失穩(wěn)臨界應(yīng)力值較小，但數(shù)量少。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析2.縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折的后掠機(jī)翼一、單梁機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析一、單梁機(jī)翼梁1-3-5，后墻2-6，機(jī)翼根部區(qū)域加強(qiáng)肋（側(cè)肋1-2、根肋2-3-4和根肋1-7），桁條支持的蒙皮，外翼段的一系列普通肋和加強(qiáng)肋等構(gòu)件組成。根部剖面2－3－4之前的外翼部分，載荷的傳遞與單梁直機(jī)翼一樣。2.縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折的后掠機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（2）雙梁機(jī)翼1－前梁接頭；2－側(cè)肋上緣條；3－側(cè)肋下緣條；4－側(cè)肋腹板；5－支柱；6－后梁接頭；7－前、后梁；8－加強(qiáng)墊板

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析二、雙梁機(jī)翼兩個(gè)翼梁：1-5和2-6側(cè)肋1-2在點(diǎn)1和點(diǎn)2處與翼梁固接(在緣條上用連接板)根肋2-3-4鉸接在點(diǎn)2和點(diǎn)3處的翼梁上(側(cè)肋腹板與翼梁腹板是連接的)。2.縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折的后掠機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（3）多梁機(jī)翼2.縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折的后掠機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（3）多梁機(jī)翼多梁式后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)；側(cè)肋受載情況2.縱向受力構(gòu)件軸線轉(zhuǎn)折的后掠機(jī)翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（4）單塊式機(jī)翼這種機(jī)翼通常將每個(gè)中央翼翼梁連接在機(jī)身加強(qiáng)框1-1和2-2上。然而，它的中央翼可以嵌入機(jī)身中，這時(shí)，中央翼的壁板和腹板利用接頭和加強(qiáng)帶板同機(jī)身側(cè)邊(框)連接起來。外翼沿翼盒周緣和翼梁緣條同中央翼相連。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析3.帶內(nèi)撐梁的后掠翼（1）帶內(nèi)撐梁的單梁式后掠翼特點(diǎn)：梁與機(jī)身鉸支，不傳彎矩給機(jī)身，不存在由于梁轉(zhuǎn)折引起的分彎矩。內(nèi)撐梁/主梁與機(jī)身垂直，承受彎矩，用很強(qiáng)的側(cè)邊肋。

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析優(yōu)點(diǎn)：可以取消側(cè)加強(qiáng)肋，有利于改善根部受力情況，提高結(jié)構(gòu)剛度，便于布置起落架的支點(diǎn)和收藏起落架。3.帶內(nèi)撐梁的后掠翼（1）帶內(nèi)撐梁的單梁式后掠翼

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

4.2.2后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析（1）帶內(nèi)撐梁的單梁式后掠翼內(nèi)撐梁和根肋的對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（1）帶內(nèi)撐梁的單梁式后掠翼帶內(nèi)撐梁的后掠機(jī)翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析（2）混合結(jié)構(gòu)受力型式的多梁后掠翼5－加強(qiáng)翼肋；6－支座；7－內(nèi)撐梁；8－梳狀固接接頭；9－加強(qiáng)框；10翼梁

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析飛機(jī)速度的提高→更大的后掠角、更薄的翼型（小）；氣動(dòng)性能要求→結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度矛盾更突出；很自然地發(fā)展三角翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

4.2.3三角機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析三角機(jī)翼的傳力分析1.后掠角大，約在55~75之間，小展弦比=1.5~2.5，長(zhǎng)根弦，盡管相對(duì)厚度小，大部分機(jī)翼面積靠近機(jī)身，壓心中心離機(jī)身較近，機(jī)翼根部的彎矩??；2.根梢比大，翼尖和前后緣??；3.根部結(jié)構(gòu)高度大，一般采用梁式結(jié)構(gòu)，因根弦長(zhǎng)，一般采用多點(diǎn)連接多接頭如何協(xié)調(diào)；4.由于根弦長(zhǎng)，機(jī)身遮擋部分占整個(gè)機(jī)翼的比例較大，為提高飛機(jī)的性能，應(yīng)設(shè)計(jì)成翼身融合體。

4.2.3三角機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析三角機(jī)翼的傳力分析前緣增升裝置效率降低；而機(jī)翼后緣的翼展不大，限制了機(jī)翼后緣增升裝置的能力。三角機(jī)翼的結(jié)構(gòu)受力型式

4.2.3三角機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析帶平行翼梁的多梁三角翼結(jié)構(gòu)組成：若干個(gè)翼梁，前梁、側(cè)肋以及蒙皮和支持蒙皮并將氣動(dòng)載荷從蒙皮傳到翼肋，再傳給翼梁。

4.2.3三角機(jī)翼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析

第四章機(jī)翼尾翼的結(jié)構(gòu)分析帶平行翼梁的多梁三角翼特點(diǎn)：1)梁在機(jī)身側(cè)邊處緣條面積最大；2)梁腹板較?。ǘ嗔海?)側(cè)肋有實(shí)心梁腹板，蒙皮??；4