飛機的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（下）

1.4.6機翼結(jié)構(gòu)型式一．布質(zhì)蒙皮機翼這種機翼的結(jié)構(gòu)特點是采用了布質(zhì)蒙皮。布質(zhì)蒙皮在機翼承受彎曲、扭轉(zhuǎn)作用時，很容易變形，因此，它不能承受機翼的彎矩和扭矩，只能承受由于局部空氣動力（吸力或壓力）所產(chǎn)生的張力。如圖1-16所示，為一種布質(zhì)蒙皮機翼結(jié)構(gòu)圖。在這種機翼結(jié)構(gòu)中，彎矩引起的軸向力，全部由翼梁緣條承受；剪力由翼梁腹板承受；扭矩則由翼梁、加強翼肋和張線組成的桁架來承受。由于機翼前緣的局部空氣動力較大，布質(zhì)蒙皮機翼的前緣常采用薄金屬蒙皮制成。這種機翼的扭矩，一部分由加強翼肋、張線等組成的桁架承受，另一部分則由前緣蒙皮和前梁腹板組成的合圍框承受。布質(zhì)蒙皮機翼的抗扭剛度較差，而且蒙皮容易產(chǎn)生局部變形（鼓脹和下陷），飛行速度較大時，會使機翼的空氣動力性能受到很大影響，所以只適用于低速輕型飛機。二．金屬蒙皮機翼現(xiàn)代飛機廣泛應(yīng)用了金屬蒙皮機翼。金屬蒙皮機翼不僅能承受局部空氣動力，而且能承受機翼的扭矩和彎矩。翼梁腹板承受剪力，機翼上下蒙皮和腹板組成的合圍框承受扭矩，同時蒙皮還參與承受彎矩，是這類機翼結(jié)構(gòu)受力的共同點。然而機翼的具體構(gòu)造不同，蒙皮參與承受彎矩的程度也有所不同。這樣，金屬蒙皮的機翼結(jié)構(gòu)，又可分為梁式和單塊式兩類。梁式機翼梁式機翼通常有單梁式和雙梁式兩種。它們裝有一根或兩根強有力的翼梁，蒙皮很薄，桁條的數(shù)量不多而且較弱，有些機翼的桁條還是分段斷開的。梁式機翼的桁條承受軸向力的能力極小，其主要作用是與蒙皮一起承受局部空氣動力，并提高蒙皮的抗剪穩(wěn)定性，使之能夠更好地承受扭矩。這種機翼蒙皮的抗壓穩(wěn)定性很差，機翼彎曲時受壓部分的蒙皮幾乎不能參與受力；而受拉部單塊式機翼的受力特點是：彎曲引起的軸向力由蒙皮、桁條和緣條組成的整體壁板承受。剪力由翼梁腹板承受。扭矩由蒙皮與翼梁腹板形成的閉室承受。單塊式機翼的優(yōu)點是：①通較好地保持翼型。②抗彎、扭剛度較大。③受力構(gòu)件分散。缺點是：①不便于開大艙口。②不便于承受集中載荷。③接頭聯(lián)接復(fù)雜。梁式機翼與單塊式機翼比較：表1-1梁式、單塊式機翼的結(jié)構(gòu)特點夾層結(jié)構(gòu)機翼:夾層結(jié)構(gòu)機翼，在較大的局部空氣動力作用下，仍能精確地保持翼型；在翼型較薄的條件下，可以得到必要的強度和剛度。夾層結(jié)構(gòu)機翼采用了夾層壁板來做蒙皮和其它構(gòu)件。夾層壁板由內(nèi)外兩層薄金屬板和夾芯組成。夾芯層有的是用輕金屬箔制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，有的是一層泡沫塑料或輕質(zhì)金屬波形板。夾芯層與內(nèi)外層金屬板膠接或焊接在一起。目前應(yīng)用較廣泛的是蜂窩夾芯壁板。夾層結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點是能夠承受較大的局部空氣動力而不致發(fā)生鼓脹、下陷現(xiàn)象；能夠更好地承受彎矩引起的軸向壓力而不易失去穩(wěn)定性。因此，蜂窩結(jié)構(gòu)機翼能夠在大速度飛行時很好地保持外形，同時結(jié)構(gòu)重量也較輕。蜂窩結(jié)構(gòu)還有一些缺點，例如：很難在蜂窩壁板上開艙口，不便于承受大的集中載荷，損壞后不容易修補，各部分連接比較復(fù)雜。在飛機上使用蜂窩結(jié)構(gòu)的部位主要是一些承受局部空氣動力載荷的非主要受力構(gòu)件上。如操縱面、調(diào)整片、機翼前緣、整流罩等。1.4.7機翼構(gòu)件構(gòu)造翼梁在各種形式的機翼結(jié)構(gòu)中，翼梁的主要功用都是承受機翼的彎矩和剪力。主要有三種形式的翼梁：腹板式、整體式和桁架式翼梁?，F(xiàn)代飛機機翼，一般都采用腹板式金屬翼梁。這種翼梁由緣條和腹板鉚接而成。緣條用鋁合金或合金鋼的厚壁型材制成，用于承受拉、壓力。腹板用鋁合金板制成，用于承受剪力。薄壁腹板上往往還鉚接了許多鋁合金支柱，以增強其抗剪穩(wěn)定性和連接翼肋。為了合理地利用材料和減輕機翼的結(jié)構(gòu)重量，緣條和腹板的截面積，一般都是沿翼展方向改變，即翼根部分的橫截面積較大，翼尖部分的橫截面積較小。腹板式翼梁的優(yōu)點是，能夠較好地利用機翼結(jié)構(gòu)高度來減輕重量，制造方便。某些飛機上采用了整體式翼梁。整體式翼梁實際上是一種用高強度的合金鋼鍛制成的腹板式翼梁，它的優(yōu)點是：剛度大，截面積寸可以更好地做得符合等強度要求。在翼型較厚的低速重型飛機上，常采用桁架式翼梁。這種翼梁由上下緣條和許多直支柱、斜支柱連接而成。翼梁受剪力時，緣條之間的支柱承受拉力和壓力。緣條和支柱，有的采用鋁合金管或鋼管制成，有的則用厚壁開口型材制成。桁條在金屬蒙皮機翼中，桁條的主要功用是：支持蒙皮，防止它在承受局部空氣動力時產(chǎn)生過大的局部變形，并與蒙皮一起把局部空氣動力傳給翼肋；提高蒙皮的抗剪和抗壓穩(wěn)定性，使它能更好地承受機翼的扭矩和彎矩；與蒙皮一起承受由彎矩引起的軸向力。梁式機翼的桁條，一般都用薄鋁板制成，它有開口和閉口兩種。開口截面桁條的穩(wěn)定性很差，而且由于壁很薄，實際上不能參與承受機翼的彎矩。閉口截面的桁條，穩(wěn)定性較好，可以參與承受機翼的彎矩。但是這種桁條與蒙皮鉚接時，具有兩道鉚縫，對于保持機翼表面光滑不利。單塊式機翼的桁條，是用鋁合金擠壓而成的，壁較厚，穩(wěn)定性很好。翼肋翼肋按其功用可分為普通翼肋和加強翼肋兩種。普通翼肋的功用是：構(gòu)成并保持規(guī)定的翼型；把蒙皮和桁條傳給它的局部空氣動力傳遞給翼梁腹板，而把局部空氣動力形成的扭矩，通過鉚釘以剪流的形式傳給蒙皮；支持蒙皮、桁條、翼梁腹板，提高它們的穩(wěn)定性等。加強翼肋除了具有上述作用外，還要承受和傳遞較大的集中載荷；在開口邊緣處的加強翼肋，則要把扭矩集中起來傳給翼梁。腹板式普通翼肋通常都用鋁合金板制成，其彎邊用來同蒙皮和翼梁腹板鉚接。周緣彎邊和與它鉚接在一起的蒙皮，作為翼肋的緣條承受彎矩。翼肋的腹板則承受剪力。這種翼肋的腹板，強度一般都有富裕，為了減輕重量，腹板上往往開有大孔。利用這些大孔還可穿過副翼、襟翼等傳動構(gòu)件。為了提高腹板的穩(wěn)定性，開孔處往往還壓成卷邊，有時腹板上還鉚著加強支柱，或者壓成凹槽。腹板式加強翼肋的緣條，是鋁合金型材料制成的。為了承受較大的集中載荷，加強翼肋的腹板較厚，有時還采用雙層腹板，或者在腹板上用支柱加強。桁架式翼肋的構(gòu)造與桁梁相似，也由緣條、直支柱和斜支柱組成。有些翼型較厚的機翼，用這種翼肋來承受較大的集中載荷。蒙皮各種機翼的蒙皮，都具有承受局部空氣動力和形成機翼外形的作用。在金屬蒙皮機翼結(jié)構(gòu)中，蒙皮還要承受機翼的扭矩和彎矩?，F(xiàn)代飛機的機翼，通常都采用鋁合金蒙皮，它的厚度隨機翼的結(jié)構(gòu)型式和它在機翼上的部位確定。由于機翼前緣承受的局部空氣動力較大，飛行中又要求它能夠更準(zhǔn)確地保持外形，而翼根部位承受的扭矩和彎矩通常較大，所以一般機翼的前緣和翼根部位，蒙皮最厚，后緣和翼尖部位，蒙皮較薄。為了避免由于各塊蒙皮的厚度不同而影響機翼表面的光滑性，某些飛機還采用了變厚度的過渡蒙皮。現(xiàn)代飛機的某些操縱面采用了復(fù)合材料。1.4.8平直機翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞機翼受到各種外力作用后，結(jié)構(gòu)中互相連接的各構(gòu)件，就會產(chǎn)生作用力和反作用力，依次把這些外力傳到機身上去。同時機身就給機翼以反作用力使之平衡。力在機翼結(jié)構(gòu)中的傳遞過程，就是建立在構(gòu)件之間的作用和反作用的關(guān)系上的。一．空氣動力的傳遞蒙皮怎樣將局部空氣動力傳給桁條和翼肋蒙皮鉚接在桁條和翼肋上，當(dāng)它受到吸力作用時，就會通過鉚釘把力傳給桁條和翼肋，這時鉚釘承受拉力；蒙皮受到壓力作用時，局部空氣動力直接由蒙皮作用在桁條和翼肋上，鉚釘并不受力。無論在吸力或壓力作用下，蒙皮都要承受張力。通過鉚釘或由蒙皮直接傳給桁條的力，由桁條在翼肋上的固定點產(chǎn)生反作用力來平衡?？梢?，桁條在局部空氣動力作用下，象支持在許多翼肋上的多支點梁一樣，要受到彎曲作用。有些蒙皮較厚的機翼上，桁條并不與翼肋直接連接，蒙皮受吸力時傳給桁條的力，由桁條兩邊蒙皮與翼肋相連的鉚釘產(chǎn)生的反作用力來平衡。綜上所述，作用在翼肋上的空氣動力來自兩方面：一方面是由直接與翼肋貼合的蒙皮傳來的；另一方面，來自與翼肋相連的桁條。翼肋怎樣將載荷傳給翼梁腹板和蒙皮如果忽略水平分力的作用，則傳到翼肋上的空氣動力，可以組合成一個垂直向上的合力，它作用于壓力中心上。飛行中，機翼的壓力中心通常不與剛心重合。因此，這個合力對于翼肋來說，相當(dāng)于一個作用于剛心上的力和一個對剛心的力矩。剛心的定義是：機翼的每一個橫截面上，都有一個特殊的點，當(dāng)外力作用線通過這一點時，不會使橫截面轉(zhuǎn)動。如果外力作用線不通過這一點，機翼的橫截面就會繞該點轉(zhuǎn)動，這個特殊的點稱為該橫截面的剛心。機翼各橫截面的剛心的連線稱為機翼的剛心軸。作用在剛心上的力，要使翼肋沿垂直方向移動，而翼肋是固定在翼梁腹板上的，在翼肋沿垂直方向移動的時候，就把這個力傳給腹板，使兩根翼梁彎曲。由于作用在剛心上的力不會使翼肋轉(zhuǎn)動，在翼肋平面上，兩根翼梁的彎曲變形程度相同，因此，翼肋傳給前后梁腹板的力與前后梁的抗彎剛度成正比。前后梁腹板對翼肋的反作用力，分別與作用力ΔQ1、ΔQ2相等。蒙皮怎樣將翼肋傳來的載荷傳給機身翼肋以剪流形式傳給蒙皮的力矩，要使機翼產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，它對機翼來說是扭矩。機翼扭轉(zhuǎn)時，蒙皮截面上會產(chǎn)生沿合圍框周緣的剪流。剪流形成的內(nèi)力矩與截面外端所有翼肋傳給蒙皮的扭矩平衡。這時，機翼各部分的蒙皮都要產(chǎn)生剪切變形。翼根處的扭矩傳給機身的方式，由翼根部分的構(gòu)造來決定。如果翼根部分沒有開大艙口，機翼蒙皮與機身是沿整個接合周緣連接的，扭矩就能通過蒙皮以剪流的形式沿接合周緣傳給機身。如果翼根部分開有大艙口，機翼只是通過翼梁與機身隔框相連，那末蒙皮就只能將扭矩以剪流的形式傳給開口邊緣的加強翼肋，并有使加強翼肋旋轉(zhuǎn)的趨勢。這時加強翼肋的兩個支點(前后梁腹板)，對它產(chǎn)生一對大小相等、方向相反的反作用力，形成反力偶來阻止它旋轉(zhuǎn)。同時，加強翼肋也就對前后梁腹板各產(chǎn)生一個作用力，把扭矩以力偶形式傳給翼梁。前后翼梁則將扭矩產(chǎn)生的作用力，在機翼與機身的連接點處，傳給機身隔框。翼梁怎樣將載荷傳給機身隔框和緣條翼梁腹板一方面與機身隔框連接，另一方面還以縱向的鉚釘與緣條相連。各個翼肋通過鉚縫傳給腹板的力，要使翼梁腹板承受剪切作用。翼根截面的剪力，由機翼與機身隔框相連的鉚釘或螺栓產(chǎn)生反作用力來平衡。此外，翼肋傳來的力，還要使翼梁各截面承受彎矩。這個彎矩是通過腹板和緣條連接的兩排縱向鉚釘傳到緣條上去的。翼梁緣條怎樣傳遞腹板傳來的載荷當(dāng)翼肋傳給腹板的力的方向向上時，腹板沿縱向鉚縫傳給上緣條的剪流是由翼尖指向翼根的，它要使由前后梁的上緣條、上緣條之間的蒙皮和桁條組成的上部壁板向翼根方向移動。于是，上部壁板各構(gòu)件的截面上要產(chǎn)生壓縮的軸向內(nèi)力，來阻止壁板移動，并與緣條上的縱向剪流平衡。下緣條上縱向剪流的方向相反，下部壁板各個構(gòu)件要產(chǎn)生拉伸的軸向內(nèi)力?？梢?，傳到緣條上的縱向剪流不能完全由緣條本身產(chǎn)生的軸向力來平衡，它還要通過鉚釘將一部分力傳給蒙皮；而傳到蒙皮上的那一部分力，也不能完全由蒙皮產(chǎn)生的軸向力來平衡，它又要將一部分力通過鉚釘傳給桁條。在些傳力過程中，壁板上的鉚釘都要沿鉚縫方向受到剪力。以上分析表明，彎矩以縱向剪流的形式傳給上、下緣條以后，是由上、下壁板來承受的。二．集中載荷的傳遞情況機翼上的集中載荷，如部件的質(zhì)量力、偏轉(zhuǎn)副翼和放下襟翼時產(chǎn)生的空氣動力、飛機接地時起落架受到的撞擊力等，通常都直接作用在某個翼肋上。翼肋受到集中載荷后，如前面所述的過程一樣，把這個載荷按翼梁的抗彎剛度成比例地傳給各個腹板，而把這個載荷引起的扭矩傳給蒙皮。蒙皮和腹板受到翼肋傳來的作用力以后，再把它們傳給緣條和機身。翼梁腹板和蒙皮都是薄壁構(gòu)件，如果載荷集中地作用在薄壁的某一部位，它就容易損壞。但是，翼肋能以剪流的形式將載荷分散地傳給蒙皮和腹板?？梢姡稚⒓休d荷也是翼肋在機翼結(jié)構(gòu)中的作用之一。傳遞較大的集中載荷的翼肋，通常都是加強的。它們的結(jié)構(gòu)強度較大，同腹板、蒙皮的連接也比普通翼肋結(jié)實很多，一般是兩排或三排直徑較大的鉚釘連接。盡管如此，當(dāng)飛機作劇烈的機動飛行或粗猛著陸后，加強翼肋上的部件固定接頭，以及加強翼肋與腹板、蒙皮連接的鉚釘仍可能因受力過大而損壞。因此，對這些部位，應(yīng)當(dāng)特別注意檢查，修理這些部位時，也要特別注意保持其強度。有些飛機機翼上的集中載荷，是通過固定接頭上的螺釘或鉚釘直接作用在翼梁上的。這時，集中載荷由翼梁腹板和緣條直接傳給機身。維護工作中，對這些固定接頭，也應(yīng)加強檢查。機翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞過程，可以簡要歸納如下：①蒙皮上的局部空氣動力，由桁條和直接同翼肋貼合的蒙皮傳給翼肋。②翼肋將空氣動力和集中載荷，按梁的抗彎剛度成正比地傳給腹板，將它們對剛心扭矩傳給蒙皮。蒙皮將扭矩傳給與機身接合的周緣螺釘（或開口邊緣的加強翼肋）。③腹板把各個翼肋傳來的剪力，傳給機身隔框；把這些力產(chǎn)生的彎矩，通過縱向排列的鉚釘傳給上下緣條。④機翼翼梁的緣條，連同桁條和蒙皮，把由縱向鉚釘傳來的力，傳給機身的連接接頭。從力的傳遞的分析中可以看出：檢查機翼時應(yīng)當(dāng)注意觀察各部分的鉚縫情況，因為機翼各構(gòu)件都是通過鉚釘來傳力的。檢查鉚縫時，可以根據(jù)飛機的具體情況，確定必須著重檢查的部位。例如，飛機粗猛著陸后，應(yīng)當(dāng)著重檢查固定起落架部位的翼肋或翼梁上的鉚釘；飛機作劇烈的飛行動作后，則應(yīng)對固定大部件的加強翼肋上的鉚縫、翼根部位的腹板和緣條相連的鉚縫等，進行仔細檢查。根據(jù)鉚縫的損傷現(xiàn)象，可以大致判斷造成損傷的原因。例如飛機粗猛著陸后，在過大的撞擊力作用下，機翼各部分的鉚釘可能受到過大的剪切作用而損壞，這時鉚釘孔則會因一側(cè)與鉚釘頭劇烈擠壓而變成橢圓形；又如飛機的飛行速度過大，蒙皮要承受過大的吸力，結(jié)果由于蒙皮或鉚釘?shù)淖冃危阢T釘孔周圍可能出現(xiàn)圓圈狀的痕跡?，F(xiàn)代飛機機翼結(jié)構(gòu)中的蒙皮，不僅在傳遞扭矩時要受到剪切作用，而且在傳遞彎矩時還要承受壓縮和拉伸軸向力，因此，維護和修理工作中，經(jīng)常保持蒙皮具有良好的表面狀況和承載能力（強度、剛度、穩(wěn)定性），是十分重要的。飛行中，如果操縱動作過于劇烈，機翼蒙皮就可能因受剪或受壓失去穩(wěn)定性而出現(xiàn)曲皺，或因受力過大而產(chǎn)生裂紋，此外，還會使蒙皮與其它構(gòu)件相連的鉚釘松動或脫落。這些故障都會使蒙皮表面粗糙和承載能力變差，維護、修理時，必須注意及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)。1.4.9機翼小結(jié)飛行中，機翼的外部載荷有空氣動力、結(jié)構(gòu)質(zhì)量力和部件質(zhì)量力。在外部載荷作用下，機翼各截面要承受剪力、彎矩和扭矩。飛行速度的提高是促使機翼結(jié)構(gòu)不斷改進的主要原因。金屬蒙皮機翼結(jié)構(gòu)有梁式（單梁、雙梁）和單塊式兩類。為了綜合利用兩類結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點，并且盡量避免它們的缺點，目前有些飛機的機翼，采用翼根部位為梁式、翼尖部位為單塊式的復(fù)合式結(jié)構(gòu)。梁式、單塊式機翼在受力方面的共同點是：剪力和扭矩都要通過翼肋分別傳給腹板和蒙皮承受。不同點是：梁式機翼的彎矩，主要是通過腹板縱向鉚縫傳給翼梁緣條承受的；而單塊式機翼則要傳給由蒙皮、桁條和緣條組成的壁板承受。從機翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞情況可知，在維護、修理工作中，對于加強翼肋、翼梁根部等部位的鉚釘，必須特別注意檢查；對機翼蒙皮進行細心的維護也非常重要。后掠機翼具有很大的后掠角，因此結(jié)構(gòu)受力有本身的特點。1.5機身結(jié)構(gòu)機身是飛機的一個重要部件，它的主要功用是：固定機翼、尾翼、起落架等部件，使之連成一個整體；同時，它還用來裝載人員（機組人員、乘客）、貨物、燃油及各種設(shè)備。飛行中，機身的阻力要占整個飛機阻力的較大一部分，因此，要求機身具有良好的流線形、光滑的表面、合理的截面形狀以及盡可能小的橫截面積。在飛行和著陸過程中，機身不僅要承受作用于其表面的局部空氣動力，而且還要承受起落架和機身上其它部件傳來的集中載荷，所以機身結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度和剛度。1.5.1機身外部載荷一．機身與機翼受力比較在飛行和著陸過程中，機身要承受由機翼、尾翼、起落架等部件的固定接頭傳來的集中載荷，同時還要承受機身上的各部件的質(zhì)量力、以及結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力。機身在上述載荷作用下，與機翼一樣，也要承受剪力、彎矩和扭矩。①機翼承受的載荷主要是分布的空氣動力，而機身承受的載荷主要是各個部件傳來的集中載荷。這是因為，在飛行中機身表面雖然也要承受局部空氣動力，但與機翼相比，機身的大部分表面承受的局部空氣動力較小，并且局部空氣動力沿橫截面周緣大致對稱分布的，基本上能自相平衡而不再傳給機身的其它部分。可認為局部空氣動力只對結(jié)構(gòu)中局部構(gòu)件的受力有一定影響（如一些突出部分），而不會影響到整個機身的結(jié)構(gòu)的受力。此外，機身結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力也相對較小，通常是把它附加到各個集中載荷上去考慮。因此分析機身的受力時，只考慮集中載荷的作用。②機翼沿水平方向的抗彎剛度很大而載荷較小。在研究機翼的受力時，可以不考慮水平載荷的作用。但在研究機身的受力時，就必須考慮側(cè)向水平載荷。因為，一方面機身的截面形狀大多是圓形或接近圓形的，它沿水平方向和垂直方向的抗彎剛度相差不多；另一方面，機身承受的側(cè)向水平載荷和垂直載荷也相差不大，而且在承受側(cè)向水平載荷時，往往還要受到扭轉(zhuǎn)作用。二．機身外部載荷作用于機身上的載荷通?？梢苑譃閷ΨQ載荷與不對稱載荷。對稱載荷與機身對稱面對稱的載荷稱為對稱載荷。飛機平飛和在垂直平面內(nèi)作曲線飛行時，由機翼和水平尾翼的固定接頭傳給機身的載荷，以及當(dāng)飛機以三點或兩點（兩主輪）接地時，傳到機身上的地面撞擊力等，都屬于對稱載荷。在對稱載荷作用下，機身要受到對稱面內(nèi)的剪切和彎曲作用。一般在機身與機翼聯(lián)接點處，機身承受的剪力和彎矩最大。如圖所示1-31，機身由A、B兩個連接接頭與機翼相連，機翼接頭對機身的支點的反作用力分別為RA和RB；水平尾翼的外載荷通過垂直尾翼機身相連的接頭C和D傳給機身，它們分別是RC和RD；機身的質(zhì)量力為q。由此可做出飛機在垂直平面內(nèi)做機動飛行時的剪力圖和彎矩圖。不對稱載荷與機身對稱面不對稱的載荷稱為不對稱載荷。機身的不對稱載荷主要有如下形式：①水平尾翼不對稱載荷當(dāng)水平尾翼的升力不對稱時，水平尾翼形成不對稱載荷。②垂直尾翼側(cè)向水平載荷③一個主輪接地時的撞擊力④飛機作急轉(zhuǎn)彎或側(cè)滑等飛行動作時，機身上的部件產(chǎn)生的側(cè)向慣性力。在不對稱載荷作用下，機身要承受剪切、彎曲、和扭轉(zhuǎn)。1.5.2機身的結(jié)構(gòu)形式一．構(gòu)架式機身在早期的低速飛機上，機身的承力構(gòu)架都做成四緣條的立體構(gòu)架。為了減小飛機的阻力，在承力構(gòu)架外面，固定有整形用的隔框、桁條和布質(zhì)蒙皮（或木制蒙皮），這些構(gòu)件只承受局部空氣動力，不參加整個結(jié)構(gòu)的受力。機身的剪力、彎矩和扭矩全部由構(gòu)架承受。其中彎矩引起的軸向力，由構(gòu)架的四根緣條承受；垂直方向的剪力由構(gòu)架兩側(cè)的支柱和斜支柱（或各對張線）承受；水平方向的剪力由上、下平面內(nèi)的支柱、斜支柱（或張線）承受；機身的扭矩，則由四個平面構(gòu)架組成的立體結(jié)構(gòu)承受。構(gòu)架式機身的抗扭剛度差，空氣動力性能不好，其內(nèi)部容積也不易得到充分利用。只有一些小型低速飛機機身采用構(gòu)架式機身。二．硬殼式機身硬殼式機身采用框架、隔框形成機身的外形，而蒙皮承受主要的應(yīng)力。硬殼式機身結(jié)構(gòu)沒有縱向加強件，因而蒙皮必須足夠強以維持機身的剛性。其主要問題是重量較重，現(xiàn)代飛機較少采用這種結(jié)構(gòu)。三．半硬殼式機身為了使機身結(jié)構(gòu)的剛度能滿足飛行速度日益增大的要求，需要使蒙皮參加整個結(jié)構(gòu)的受力。因此，目前的機身結(jié)構(gòu)，廣泛采用了金屬蒙皮，并且將蒙皮與隔框、大梁、桁條牢固地鉚接起來，成為一個受力的整體，通常稱為半硬殼式機身。在半硬殼式機身中，大梁和桁條用來承受彎矩引起的軸向力；蒙皮除了要不同程度地承受軸向力外，還要承受全部剪力和扭矩；隔框用來保持機身的外形和承受局部空氣動力，此外，還要承受各部件傳來的集中載荷，并將這些載荷分散地傳給蒙皮。桁梁式機身桁梁式機身由幾根較強的大梁、較弱的桁條、較薄的蒙皮和隔框組成。機身彎曲時，彎矩引起的軸向力主要由大梁承受。蒙皮和桁條組成的壁板，截面積較小，受壓穩(wěn)定性較差，只能承受一小部分彎矩引起的軸向力。桁梁式機身，由于采用了較強的大梁，因而可以開大的艙口而不會顯著地降低結(jié)構(gòu)的強度和剛度。桁條式機身桁條式機身的桁條和蒙皮較強，受壓穩(wěn)定性好，彎矩引起的軸向力全部由上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板受拉、壓來承受。由于蒙皮加厚，改善了機身的空氣動力性能，增大了機身結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，所以與桁梁式機身相比，它更適用于較高速飛機。此外，桁條式機身的蒙皮和桁條，在結(jié)構(gòu)受力中能夠得到充分利用。但是，這種機身由于沒有強有力的大梁，不宜開大的艙口，如果要開口，應(yīng)必須在開口部位用專門構(gòu)件加強。桁條式機身各構(gòu)件受力比較均勻，傳遞載荷時必須采取分散傳遞的方法，因而機身各段之間都用很多接頭來連接。1.5.3硬殼式機身結(jié)構(gòu)的受力分析一．垂直載荷的傳遞加強隔框在承受垂直方向的對稱載荷時，要沿垂直方向移動。大梁抵抗垂直方向變形的能力很小，不能有效地阻止隔框垂直移動；而蒙皮（尤其是兩側(cè)蒙皮）抵抗垂直方向變形的能力較大，它能有效地阻止隔框垂直移動。因此，蒙皮是支持加強隔框的主要構(gòu)件。這時，加強隔框沿兩邊與蒙皮連接的鉚縫，把集中載荷以剪流的形式分散地傳給蒙皮；蒙皮則產(chǎn)生反作用剪流，來平衡加強隔框上的載荷。由于沿隔框周緣各部分蒙皮抵抗垂直方向變形的能力不同，周緣剪流的分布是不均勻的。機身兩側(cè)的蒙皮，抵抗垂直方向變形的能力比上下蒙皮強，因此，這個部位剪流較大。為了研究方便，可以認為作用在隔框平面內(nèi)的垂直載荷完全傳給了兩側(cè)蒙皮，并由它產(chǎn)生的反作用剪流來平衡。即傳遞垂直載荷時，機身兩側(cè)蒙皮的作用相當(dāng)于翼梁的腹板。二．水平載荷的傳遞作用于加強隔框的水平載荷（例如來自垂直尾翼的載荷）通常是不對稱的，它對隔框的作用，相當(dāng)于一個作用于隔框中心處的力（即對機身的剪力），和一個對隔框中心的力矩（即對機身的扭矩）。加強隔框傳遞作用于中心處的力的情況，與傳遞垂直載荷相似，它同樣是沿鉚縫以剪流的形式將載荷分散地傳給蒙皮的。但由于力的方向是水平的，所以，機身上下蒙皮截面上產(chǎn)生的剪流最大。加強隔框承受扭矩時，要在自己的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。蒙皮組成的合圍框具有較大的抗扭剛度，它能通過鉚釘來阻止隔框旋轉(zhuǎn)。這樣，加強隔框便沿周緣鉚縫把扭矩以剪流的形式均勻地傳給蒙皮，蒙皮則產(chǎn)生反作用剪流，形成對隔框中心的反力矩，使隔框平衡。總之，加強隔框承受水平載荷時，隔框周緣要同時產(chǎn)生兩個剪流，即平衡力P的剪流和平衡力矩M的剪流。周緣各處的總剪流的大小，就是這兩個剪流的代數(shù)和。在承受垂直尾翼傳來的載荷時，隔框上部兩個剪流的方向相同，而下部方向相反。因此，固定垂直尾翼的加強隔框，上部受力較大，這些隔框的上部往往做得較強，而且機身尾段上部的蒙皮一般也比較厚。對于固定前起落架的加強隔框來說，在承受由前起落架傳來的側(cè)向水平載荷時，隔框下部的受力比上部大，所以，這種隔框的下部通常做得較強。1.5.4機身構(gòu)件的構(gòu)造機身結(jié)構(gòu)中，蒙皮、桁條和構(gòu)造，與機翼的相應(yīng)構(gòu)件相似，因此，下面僅說明機身中大梁和隔框的構(gòu)造。大梁從受力性質(zhì)來說，機身的大梁相當(dāng)于翼梁的緣條，它是承受彎矩引起的軸向力的主要構(gòu)件。機身的大梁的構(gòu)造比較簡單，通常就是一根用鋁合金或高強度合金鋼軋制成的型材；在大型飛機上，也有采用鉚合梁的。隔框機身隔框可分為普通隔框和加強隔框兩種。普通隔框功用是形成和保持機身的外形、提高蒙皮的穩(wěn)定性以及承受局部空氣動力；加強隔框除了有上述作用外，主要是承受和傳遞某些大部件傳來的集中載荷。隔框還可分為板式隔框、環(huán)形隔框和球形隔框。1.6尾翼和副翼1.6.1尾翼尾翼的主要作用是：①保持飛機縱向平衡②飛機縱向和方向安定性③實現(xiàn)飛機縱向和方向操縱。多數(shù)飛機的尾翼的設(shè)計包括尾錐、安定面和操縱面。安定面包括水平安定面和垂直安定面。操縱面包括方向艙和升降舵。尾翼結(jié)構(gòu)一般也是由梁肋、桁條和蒙皮組成，而構(gòu)成方法與機翼相似。尾翼承受的應(yīng)力也與機翼相似。由氣動載荷引起的彎矩、扭矩和剪力，從一個構(gòu)件傳到另一個構(gòu)件。每個構(gòu)件分擔(dān)一部分應(yīng)力，而把剩余的傳給其它構(gòu)件，最終傳給翼梁，翼梁再把它傳到機身結(jié)構(gòu)。早期飛機的水平安定面是不能運動的。現(xiàn)代飛機多采用可變安裝角的水平安定面，可通過改變水平安定面的安裝角，來達到縱向配平的目的。1.6.2副翼副翼主要有內(nèi)副翼、外副翼及混合式副翼。在大型飛機的組合橫向操縱系統(tǒng)中，其內(nèi)副翼（2塊）和外副翼（2塊）共四塊副翼。在低速飛行時，內(nèi)外副翼共同進行橫向操縱，而高速飛行時，外側(cè)副翼被鎖定而脫離副翼操縱系統(tǒng)，僅由內(nèi)副翼進行橫向操縱?，F(xiàn)代飛機副翼通常采用復(fù)合材料和蜂窩結(jié)構(gòu)。機體開口部位的構(gòu)造和受力分析由于乘坐人員、安置設(shè)備等原因，往往需要在機體結(jié)構(gòu)上開口。為了制造、維護和修理方便，機體各部分通常是分段制成后，再用裝在分離面上的連接接頭，將各段連成整體的。在開口部位和連接接頭處，由于結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，力的傳遞情況也隨之發(fā)生改變。這就給這些部位的構(gòu)件在受力上帶來一些特點。1.6.3直接補償開口在開口處安裝受力艙口蓋受力艙口蓋由蓋板和一些加強型材鉚接而成，它用來代替開口部位的蒙皮、桁條、翼肋或隔框。為了使這種艙口蓋能很好地參與受力，它的周緣要用很多鉚釘、螺栓牢固地與開口周緣連接。這種艙口蓋拆裝不便，故多用在不需經(jīng)常拆卸的部位。沿開口周緣安裝加強構(gòu)件其艙口蓋通常只用少量螺釘或鎖扣來固定。在這種情況下，開口部位原來由壁板傳遞的載荷，將由加強構(gòu)件組成的框型結(jié)構(gòu)來傳遞，艙口蓋不傳遞軸向力和剪流，僅承受局部空氣動力，起蓋住開口、保持飛機外表流線形的作用。這種補償方法，多用在開口不大，而艙口蓋又需要經(jīng)常拆卸的部位。必須注意，修理這種補償開口部位的構(gòu)件時，不僅要保持其足夠的強度，并且應(yīng)使其剛度符合原來的要求。因為，載荷是按構(gòu)件的剛度來分配的。如果修理以后的框型結(jié)構(gòu)剛度不足，結(jié)構(gòu)受力時，經(jīng)框型結(jié)構(gòu)傳遞的力應(yīng)會減小，而沿開口段兩邊的壁板傳遞的力則會增大，結(jié)果開口段兩邊的壁板就容易因受力過大而損壞；反之，如果框型結(jié)構(gòu)剛度過大，則經(jīng)框型結(jié)構(gòu)傳遞的力將比原設(shè)計情況的力大，這就會使與框型結(jié)構(gòu)連接的構(gòu)件受力過大，容易損壞。1.6.4間接補償開口機體的結(jié)構(gòu)中的某些大的開口(如起落架艙口)，采用直接補償是不合適的，因為，這些地方不可能設(shè)置受力艙口蓋，而沿大的開口周緣安裝加強構(gòu)件又會使結(jié)構(gòu)過重。所以，這些開口通常是間接補償。下面以金屬蒙皮機翼為例，來說明在垂直載荷作用下，剪力、彎矩、扭矩在間接補償開口部位的傳遞情況。為了使問題簡化，假設(shè)該機翼在兩個翼梁和翼肋1、2之間的上下表面都是開口的（圖1-43），且不考慮開口部位前后緣蒙皮和桁條的傳力作用。剪力的傳遞由于開口部位的翼梁是完整的，所以垂直平面內(nèi)的剪力和未開口時一樣，仍由翼梁腹板傳遞。彎矩的傳遞在不同結(jié)構(gòu)型式的機翼上，間接補償開口對結(jié)構(gòu)傳遞彎矩的影響是不同的。梁式機翼的彎矩主要由翼梁承受，上下蒙皮和桁條被去掉后，對結(jié)構(gòu)傳遞彎矩的影響不大；單塊式機翼中，彎矩引起的軸向力，有很大一部分是由蒙皮和桁條傳遞的，蒙皮和桁條被去掉后，這部分軸向力就要由翼梁緣條傳遞，因此開口段翼梁緣條的受力大大增加。原來由蒙皮、桁條傳遞的軸向力，在開口部位是怎樣加到翼梁緣條上