喜歡飛機(jī)的朋友看過(guò)來(lái)-飛機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（下）

喜歡飛機(jī)的朋友看過(guò)來(lái)——飛機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（下）1.4.6機(jī)翼結(jié)構(gòu)型式一．布質(zhì)蒙皮機(jī)翼這種機(jī)翼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用了布質(zhì)蒙皮。布質(zhì)蒙皮在機(jī)翼承受彎曲、扭轉(zhuǎn)作用時(shí)，很容易變形，因此，它不能承受機(jī)翼的彎矩和扭矩，只能承受由于局部空氣動(dòng)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(jī)翼結(jié)構(gòu)圖。在這種機(jī)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(qiáng)翼肋和張線組成的桁架來(lái)承受。由于機(jī)翼前緣的局部空氣動(dòng)力較大，布質(zhì)蒙皮機(jī)翼的前緣常采用薄金屬蒙皮制成。這種機(jī)翼的扭矩，一部分由加強(qiáng)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(jī)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(shí)，會(huì)使機(jī)翼的空氣動(dòng)力性能受到很大影響，所以只適用于低速輕型飛機(jī)。

二．金屬蒙皮機(jī)翼現(xiàn)代飛機(jī)廣泛應(yīng)用了金屬蒙皮機(jī)翼。金屬蒙皮機(jī)翼不僅能承受局部空氣動(dòng)力，而且能承受機(jī)翼的扭矩和彎矩。翼梁腹板承受剪力，機(jī)翼上下蒙皮和腹板組成的合圍框承受扭矩，同時(shí)蒙皮還參與承受彎矩，是這類(lèi)機(jī)翼結(jié)構(gòu)受力的共同點(diǎn)。然而機(jī)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(jī)翼結(jié)構(gòu)，又可分為梁式和單塊式兩類(lèi)。

梁式機(jī)翼梁式機(jī)翼通常有單梁式和雙梁式兩種。它們裝有一根或兩根強(qiáng)有力的翼梁，蒙皮很薄，桁條的數(shù)量不多而且較弱，有些機(jī)翼的桁條還是分段斷開(kāi)的。梁式機(jī)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(dòng)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(jī)翼蒙皮的抗壓穩(wěn)定性很差，機(jī)翼彎曲時(shí)受壓部分的蒙皮幾乎不能參與受力；而受拉部單塊式機(jī)翼的受力特點(diǎn)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(jī)翼的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是：①不便于開(kāi)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(jī)翼與單塊式機(jī)翼比較：表1-1梁式、單塊式機(jī)翼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

夾層結(jié)構(gòu)機(jī)翼:夾層結(jié)構(gòu)機(jī)翼，在較大的局部空氣動(dòng)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(qiáng)度和剛度。夾層結(jié)構(gòu)機(jī)翼采用了夾層壁板來(lái)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(diǎn)是能夠承受較大的局部空氣動(dòng)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(jī)翼能夠在大速度飛行時(shí)很好地保持外形，同時(shí)結(jié)構(gòu)重量也較輕。蜂窩結(jié)構(gòu)還有一些缺點(diǎn)，例如：很難在蜂窩壁板上開(kāi)艙口，不便于承受大的集中載荷，損壞后不容易修補(bǔ)，各部分連接比較復(fù)雜。在飛機(jī)上使用蜂窩結(jié)構(gòu)的部位主要是一些承受局部空氣動(dòng)力載荷的非主要受力構(gòu)件上。如操縱面、調(diào)整片、機(jī)翼前緣、整流罩等。

1.4.7機(jī)翼構(gòu)件構(gòu)造翼梁在各種形式的機(jī)翼結(jié)構(gòu)中，翼梁的主要功用都是承受機(jī)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(jī)機(jī)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(qiáng)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(jī)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(diǎn)是，能夠較好地利用機(jī)翼結(jié)構(gòu)高度來(lái)減輕重量，制造方便。某些飛機(jī)上采用了整體式翼梁。整體式翼梁實(shí)際上是一種用高強(qiáng)度的合金鋼鍛制成的腹板式翼梁，它的優(yōu)點(diǎn)是：剛度大，截面積寸可以更好地做得符合等強(qiáng)度要求。在翼型較厚的低速重型飛機(jī)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(shí)，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(kāi)口型材制成。桁條在金屬蒙皮機(jī)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(dòng)力時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的局部變形，并與蒙皮一起把局部空氣動(dòng)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(jī)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(jī)翼的桁條，一般都用薄鋁板制成，它有開(kāi)口和閉口兩種。開(kāi)口截面桁條的穩(wěn)定性很差，而且由于壁很薄，實(shí)際上不能參與承受機(jī)翼的彎矩。閉口截面的桁條，穩(wěn)定性較好，可以參與承受機(jī)翼的彎矩。但是這種桁條與蒙皮鉚接時(shí)，具有兩道鉚縫，對(duì)于保持機(jī)翼表面光滑不利。單塊式機(jī)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(qiáng)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(dòng)力傳遞給翼梁腹板，而把局部空氣動(dòng)力形成的扭矩，通過(guò)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(qiáng)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(kāi)口邊緣處的加強(qiáng)翼肋，則要把扭矩集中起來(lái)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(lái)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(qiáng)度一般都有富裕，為了減輕重量，腹板上往往開(kāi)有大孔。利用這些大孔還可穿過(guò)副翼、襟翼等傳動(dòng)構(gòu)件。為了提高腹板的穩(wěn)定性，開(kāi)孔處往往還壓成卷邊，有時(shí)腹板上還鉚著加強(qiáng)支柱，或者壓成凹槽。腹板式加強(qiáng)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(qiáng)翼肋的腹板較厚，有時(shí)還采用雙層腹板，或者在腹板上用支柱加強(qiáng)。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(jī)翼，用這種翼肋來(lái)承受較大的集中載荷。

蒙皮各種機(jī)翼的蒙皮，都具有承受局部空氣動(dòng)力和形成機(jī)翼外形的作用。在金屬蒙皮機(jī)翼結(jié)構(gòu)中，蒙皮還要承受機(jī)翼的扭矩和彎矩。現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)翼，通常都采用鋁合金蒙皮，它的厚度隨機(jī)翼的結(jié)構(gòu)型式和它在機(jī)翼上的部位確定。由于機(jī)翼前緣承受的局部空氣動(dòng)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(jī)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(jī)翼表面的光滑性，某些飛機(jī)還采用了變厚度的過(guò)渡蒙皮。現(xiàn)代飛機(jī)的某些操縱面采用了復(fù)合材料。1.4.8平直機(jī)翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞機(jī)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(huì)產(chǎn)生作用力和反作用力，依次把這些外力傳到機(jī)身上去。同時(shí)機(jī)身就給機(jī)翼以反作用力使之平衡。力在機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的傳遞過(guò)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(dòng)力的傳遞蒙皮怎樣將局部空氣動(dòng)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(shí)，就會(huì)通過(guò)鉚釘把力傳給桁條和翼肋，這時(shí)鉚釘承受拉力；蒙皮受到壓力作用時(shí)，局部空氣動(dòng)力直接由蒙皮作用在桁條和翼肋上，鉚釘并不受力。無(wú)論在吸力或壓力作用下，蒙皮都要承受張力。

通過(guò)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(diǎn)產(chǎn)生反作用力來(lái)平衡?？梢?jiàn)，桁條在局部空氣動(dòng)力作用下，象支持在許多翼肋上的多支點(diǎn)梁一樣，要受到彎曲作用。有些蒙皮較厚的機(jī)翼上，桁條并不與翼肋直接連接，蒙皮受吸力時(shí)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(lái)平衡。綜上所述，作用在翼肋上的空氣動(dòng)力來(lái)自?xún)煞矫妫阂环矫媸怯芍苯优c翼肋貼合的蒙皮傳來(lái)的；另一方面，來(lái)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(dòng)力，可以組合成一個(gè)垂直向上的合力，它作用于壓力中心上。飛行中，機(jī)翼的壓力中心通常不與剛心重合。因此，這個(gè)合力對(duì)于翼肋來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于一個(gè)作用于剛心上的力和一個(gè)對(duì)剛心的力矩。剛心的定義是：機(jī)翼的每一個(gè)橫截面上，都有一個(gè)特殊的點(diǎn)，當(dāng)外力作用線通過(guò)這一點(diǎn)時(shí)，不會(huì)使橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)。如果外力作用線不通過(guò)這一點(diǎn)，機(jī)翼的橫截面就會(huì)繞該點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)特殊的點(diǎn)稱(chēng)為該橫截面的剛心。機(jī)翼各橫截面的剛心的連線稱(chēng)為機(jī)翼的剛心軸。

作用在剛心上的力，要使翼肋沿垂直方向移動(dòng)，而翼肋是固定在翼梁腹板上的，在翼肋沿垂直方向移動(dòng)的時(shí)候，就把這個(gè)力傳給腹板，使兩根翼梁彎曲。由于作用在剛心上的力不會(huì)使翼肋轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)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(lái)的載荷傳給機(jī)身翼肋以剪流形式傳給蒙皮的力矩，要使機(jī)翼產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，它對(duì)機(jī)翼來(lái)說(shuō)是扭矩。機(jī)翼扭轉(zhuǎn)時(shí)，蒙皮截面上會(huì)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(shí)，機(jī)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(jī)身的方式，由翼根部分的構(gòu)造來(lái)決定。如果翼根部分沒(méi)有開(kāi)大艙口，機(jī)翼蒙皮與機(jī)身是沿整個(gè)接合周緣連接的，扭矩就能通過(guò)蒙皮以剪流的形式沿接合周緣傳給機(jī)身。如果翼根部分開(kāi)有大艙口，機(jī)翼只是通過(guò)翼梁與機(jī)身隔框相連，那末蒙皮就只能將扭矩以剪流的形式傳給開(kāi)口邊緣的加強(qiáng)翼肋，并有使加強(qiáng)翼肋旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。這時(shí)加強(qiáng)翼肋的兩個(gè)支點(diǎn)(前后梁腹板)，對(duì)它產(chǎn)生一對(duì)大小相等、方向相反的反作用力，形成反力偶來(lái)阻止它旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，加強(qiáng)翼肋也就對(duì)前后梁腹板各產(chǎn)生一個(gè)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(jī)翼與機(jī)身的連接點(diǎn)處，傳給機(jī)身隔框。翼梁怎樣將載荷傳給機(jī)身隔框和緣條翼梁腹板一方面與機(jī)身隔框連接，另一方面還以縱向的鉚釘與緣條相連。各個(gè)翼肋通過(guò)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(jī)翼與機(jī)身隔框相連的鉚釘或螺栓產(chǎn)生反作用力來(lái)平衡。此外，翼肋傳來(lái)的力，還要使翼梁各截面承受彎矩。這個(gè)彎矩是通過(guò)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(lái)的載荷當(dāng)翼肋傳給腹板的力的方向向上時(shí)，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(dòng)。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(lái)阻止壁板移動(dòng)，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(gè)構(gòu)件要產(chǎn)生拉伸的軸向內(nèi)力?？梢?jiàn)，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(lái)平衡，它還要通過(guò)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(lái)平衡，它又要將一部分力通過(guò)鉚釘傳給桁條。在些傳力過(guò)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(lái)承受的。

二．集中載荷的傳遞情況機(jī)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(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力、飛機(jī)接地時(shí)起落架受到的撞擊力等，通常都直接作用在某個(gè)翼肋上。翼肋受到集中載荷后，如前面所述的過(guò)程一樣，把這個(gè)載荷按翼梁的抗彎剛度成比例地傳給各個(gè)腹板，而把這個(gè)載荷引起的扭矩傳給蒙皮。蒙皮和腹板受到翼肋傳來(lái)的作用力以后，再把它們傳給緣條和機(jī)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?jiàn)，分散集中載荷也是翼肋在機(jī)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(qiáng)的。它們的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，同腹板、蒙皮的連接也比普通翼肋結(jié)實(shí)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(jī)作劇烈的機(jī)動(dòng)飛行或粗猛著陸后，加強(qiáng)翼肋上的部件固定接頭，以及加強(qiáng)翼肋與腹板、蒙皮連接的鉚釘仍可能因受力過(guò)大而損壞。因此，對(duì)這些部位，應(yīng)當(dāng)特別注意檢查，修理這些部位時(shí)，也要特別注意保持其強(qiáng)度。有些飛機(jī)機(jī)翼上的集中載荷，是通過(guò)固定接頭上的螺釘或鉚釘直接作用在翼梁上的。這時(shí)，集中載荷由翼梁腹板和緣條直接傳給機(jī)身。維護(hù)工作中，對(duì)這些固定接頭，也應(yīng)加強(qiáng)檢查。機(jī)翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞過(guò)程，可以簡(jiǎn)要?dú)w納如下：①蒙皮上的局部空氣動(dòng)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(dòng)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(duì)剛心扭矩傳給蒙皮。蒙皮將扭矩傳給與機(jī)身接合的周緣螺釘（或開(kāi)口邊緣的加強(qiáng)翼肋）。③腹板把各個(gè)翼肋傳來(lái)的剪力，傳給機(jī)身隔框；把這些力產(chǎn)生的彎矩，通過(guò)縱向排列的鉚釘傳給上下緣條。④機(jī)翼翼梁的緣條，連同桁條和蒙皮，把由縱向鉚釘傳來(lái)的力，傳給機(jī)身的連接接頭。從力的傳遞的分析中可以看出：檢查機(jī)翼時(shí)應(yīng)當(dāng)注意觀察各部分的鉚縫情況，因?yàn)闄C(jī)翼各構(gòu)件都是通過(guò)鉚釘來(lái)傳力的。檢查鉚縫時(shí)，可以根據(jù)飛機(jī)的具體情況，確定必須著重檢查的部位。例如，飛機(jī)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(jī)作劇烈的飛行動(dòng)作后，則應(yīng)對(duì)固定大部件的加強(qiáng)翼肋上的鉚縫、翼根部位的腹板和緣條相連的鉚縫等，進(jìn)行仔細(xì)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(jī)粗猛著陸后，在過(guò)大的撞擊力作用下，機(jī)翼各部分的鉚釘可能受到過(guò)大的剪切作用而損壞，這時(shí)鉚釘孔則會(huì)因一側(cè)與鉚釘頭劇烈擠壓而變成橢圓形；又如飛機(jī)的飛行速度過(guò)大，蒙皮要承受過(guò)大的吸力，結(jié)果由于蒙皮或鉚釘?shù)淖冃?，在鉚釘孔周?chē)赡艹霈F(xiàn)圓圈狀的痕跡?，F(xiàn)代飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的蒙皮，不僅在傳遞扭矩時(shí)要受到剪切作用，而且在傳遞彎矩時(shí)還要承受壓縮和拉伸軸向力，因此，維護(hù)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性），是十分重要的。飛行中，如果操縱動(dòng)作過(guò)于劇烈，機(jī)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(guò)大而產(chǎn)生裂紋，此外，還會(huì)使蒙皮與其它構(gòu)件相連的鉚釘松動(dòng)或脫落。這些故障都會(huì)使蒙皮表面粗糙和承載能力變差，維護(hù)、修理時(shí)，必須注意及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)。1.4.9機(jī)翼小結(jié)飛行中，機(jī)翼的外部載荷有空氣動(dòng)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(jī)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(jī)翼結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)的主要原因。金屬蒙皮機(jī)翼結(jié)構(gòu)有梁式（單梁、雙梁）和單塊式兩類(lèi)。為了綜合利用兩類(lèi)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)，并且盡量避免它們的缺點(diǎn)，目前有些飛機(jī)的機(jī)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(jī)翼在受力方面的共同點(diǎn)是：剪力和扭矩都要通過(guò)翼肋分別傳給腹板和蒙皮承受。不同點(diǎn)是：梁式機(jī)翼的彎矩，主要是通過(guò)腹板縱向鉚縫傳給翼梁緣條承受的；而單塊式機(jī)翼則要傳給由蒙皮、桁條和緣條組成的壁板承受。從機(jī)翼結(jié)構(gòu)中力的傳遞情況可知，在維護(hù)、修理工作中，對(duì)于加強(qiáng)翼肋、翼梁根部等部位的鉚釘，必須特別注意檢查；對(duì)機(jī)翼蒙皮進(jìn)行細(xì)心的維護(hù)也非常重要。后掠機(jī)翼具有很大的后掠角，因此結(jié)構(gòu)受力有本身的特點(diǎn)。1.5機(jī)身結(jié)構(gòu)機(jī)身是飛機(jī)的一個(gè)重要部件，它的主要功用是：固定機(jī)翼、尾翼、起落架等部件，使之連成一個(gè)整體；同時(shí)，它還用來(lái)裝載人員（機(jī)組人員、乘客）、貨物、燃油及各種設(shè)備。飛行中，機(jī)身的阻力要占整個(gè)飛機(jī)阻力的較大一部分，因此，要求機(jī)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(guò)程中，機(jī)身不僅要承受作用于其表面的局部空氣動(dòng)力，而且還要承受起落架和機(jī)身上其它部件傳來(lái)的集中載荷，所以機(jī)身結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。1.5.1機(jī)身外部載荷一．機(jī)身與機(jī)翼受力比較在飛行和著陸過(guò)程中，機(jī)身要承受由機(jī)翼、尾翼、起落架等部件的固定接頭傳來(lái)的集中載荷，同時(shí)還要承受機(jī)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(jī)身在上述載荷作用下，與機(jī)翼一樣，也要承受剪力、彎矩和扭矩。①機(jī)翼承受的載荷主要是分布的空氣動(dòng)力，而機(jī)身承受的載荷主要是各個(gè)部件傳來(lái)的集中載荷。這是因?yàn)椋陲w行中機(jī)身表面雖然也要承受局部空氣動(dòng)力，但與機(jī)翼相比，機(jī)身的大部分表面承受的局部空氣動(dòng)力較小，并且局部空氣動(dòng)力沿橫截面周緣大致對(duì)稱(chēng)分布的，基本上能自相平衡而不再傳給機(jī)身的其它部分。可認(rèn)為局部空氣動(dòng)力只對(duì)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(huì)影響到整個(gè)機(jī)身的結(jié)構(gòu)的受力。此外，機(jī)身結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量力也相對(duì)較小，通常是把它附加到各個(gè)集中載荷上去考慮。因此分析機(jī)身的受力時(shí)，只考慮集中載荷的作用。②機(jī)翼沿水平方向的抗彎剛度很大而載荷較小。在研究機(jī)翼的受力時(shí)，可以不考慮水平載荷的作用。但在研究機(jī)身的受力時(shí)，就必須考慮側(cè)向水平載荷。因?yàn)?，一方面機(jī)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(jī)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(shí)，往往還要受到扭轉(zhuǎn)作用。二．機(jī)身外部載荷作用于機(jī)身上的載荷通?？梢苑譃閷?duì)稱(chēng)載荷與不對(duì)稱(chēng)載荷。對(duì)稱(chēng)載荷

與機(jī)身對(duì)稱(chēng)面對(duì)稱(chēng)的載荷稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)載荷。飛機(jī)平飛和在垂直平面內(nèi)作曲線飛行時(shí)，由機(jī)翼和水平尾翼的固定接頭傳給機(jī)身的載荷，以及當(dāng)飛機(jī)以三點(diǎn)或兩點(diǎn)（兩主輪）接地時(shí)，傳到機(jī)身上的地面撞擊力等，都屬于對(duì)稱(chēng)載荷。在對(duì)稱(chēng)載荷作用下，機(jī)身要受到對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的剪切和彎曲作用。一般在機(jī)身與機(jī)翼聯(lián)接點(diǎn)處，機(jī)身承受的剪力和彎矩最大。如圖所示1-31，機(jī)身由A、B兩個(gè)連接接頭與機(jī)翼相連，機(jī)翼接頭對(duì)機(jī)身的支點(diǎn)的反作用力分別為RA和RB；水平尾翼的外載荷通過(guò)垂直尾翼機(jī)身相連的接頭C和D傳給機(jī)身，它們分別是RC和RD；機(jī)身的質(zhì)量力為q。由此可做出飛機(jī)在垂直平面內(nèi)做機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的剪力圖和彎矩圖。不對(duì)稱(chēng)載荷與機(jī)身對(duì)稱(chēng)面不對(duì)稱(chēng)的載荷稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)載荷。

機(jī)身的不對(duì)稱(chēng)載荷主要有如下形式：①水平尾翼不對(duì)稱(chēng)載荷當(dāng)水平尾翼的升力不對(duì)稱(chēng)時(shí)，水平尾翼形成不對(duì)稱(chēng)載荷。②垂直尾翼側(cè)向水平載荷③一個(gè)主輪接地時(shí)的撞擊力④飛機(jī)作急轉(zhuǎn)彎或側(cè)滑等飛行動(dòng)作時(shí)，機(jī)身上的部件產(chǎn)生的側(cè)向慣性力。在不對(duì)稱(chēng)載荷作用下，機(jī)身要承受剪切、彎曲、和扭轉(zhuǎn)。

1.5.2機(jī)身的結(jié)構(gòu)形式一．構(gòu)架式機(jī)身在早期的低速飛機(jī)上，機(jī)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(jī)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(dòng)力，不參加整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力。機(jī)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(duì)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(jī)身的扭矩，則由四個(gè)平面構(gòu)架組成的立體結(jié)構(gòu)承受。構(gòu)架式機(jī)身的抗扭剛度差，空氣動(dòng)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(jī)機(jī)身采用構(gòu)架式機(jī)身。

二．硬殼式機(jī)身硬殼式機(jī)身采用框架、隔框形成機(jī)身的外形，而蒙皮承受主要的應(yīng)力。硬殼式機(jī)身結(jié)構(gòu)沒(méi)有縱向加強(qiáng)件，因而蒙皮必須足夠強(qiáng)以維持機(jī)身的剛性。其主要問(wèn)題是重量較重，現(xiàn)代飛機(jī)較少采用這種結(jié)構(gòu)。

三．半硬殼式機(jī)身為了使機(jī)身結(jié)構(gòu)的剛度能滿(mǎn)足飛行速度日益增大的要求，需要使蒙皮參加整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力。因此，目前的機(jī)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(lái)，成為一個(gè)受力的整體，通常稱(chēng)為半硬殼式機(jī)身。

在半硬殼式機(jī)身中，大梁和桁條用來(lái)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(lái)保持機(jī)身的外形和承受局部空氣動(dòng)力，此外，還要承受各部件傳來(lái)的集中載荷，并將這些載荷分散地傳給蒙皮。

桁梁式機(jī)身桁梁式機(jī)身由幾根較強(qiáng)的大梁、較弱的桁條、較薄的蒙皮和隔框組成。機(jī)身彎曲時(shí)，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(jī)身，由于采用了較強(qiáng)的大梁，因而可以開(kāi)大的艙口而不會(huì)顯著地降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。桁條式機(jī)身桁條式機(jī)身的桁條和蒙皮較強(qiáng)，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(lái)承受。由于蒙皮加厚，改善了機(jī)身的空氣動(dòng)力性能，增大了機(jī)身結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，所以與桁梁式機(jī)身相比，它更適用于較高速飛機(jī)。此外，桁條式機(jī)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(jī)身由于沒(méi)有強(qiáng)有力的大梁，不宜開(kāi)大的艙口，如果要開(kāi)口，應(yīng)必須在開(kāi)口部位用專(zhuān)門(mén)構(gòu)件加強(qiáng)。桁條式機(jī)身各構(gòu)件受力比較均勻，傳遞載荷時(shí)必須采取分散傳遞的方法，因而機(jī)身各段之間都用很多接頭來(lái)連接。

1.5.3硬殼式機(jī)身結(jié)構(gòu)的受力分析一．垂直載荷的傳遞加強(qiáng)隔框在承受垂直方向的對(duì)稱(chēng)載荷時(shí)，要沿垂直方向移動(dòng)。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(dòng)；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(dòng)。因此，蒙皮是支持加強(qiáng)隔框的主要構(gòu)件。這時(shí)，加強(qiáng)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(lái)平衡加強(qiáng)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(jī)身兩側(cè)的蒙皮，抵抗垂直方向變形的能力比上下蒙皮強(qiáng)，因此，這個(gè)部位剪流較大。為了研究方便，可以認(rèn)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(lái)平衡。即傳遞垂直載荷時(shí)，機(jī)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(qiáng)隔框的水平載荷（例如來(lái)自垂直尾翼的載荷）通常是不對(duì)稱(chēng)的，它對(duì)隔框的作用，相當(dāng)于一個(gè)作用于隔框中心處的力（即對(duì)機(jī)身的剪力），和一個(gè)對(duì)隔框中心的力矩（即對(duì)機(jī)身的扭矩）。加強(qiáng)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(jī)身上下蒙皮截面上產(chǎn)生的剪流最大。加強(qiáng)隔框承受扭矩時(shí)，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(guò)鉚釘來(lái)阻止隔框旋轉(zhuǎn)。這樣，加強(qiáng)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(duì)隔框中心的反力矩，使隔框平衡?？傊?，加強(qiáng)隔框承受水平載荷時(shí)，隔框周緣要同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)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(gè)剪流的代數(shù)和。在承受垂直尾翼傳來(lái)的載荷時(shí)，隔框上部?jī)蓚€(gè)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(qiáng)隔框，上部受力較大，這些隔框的上部往往做得較強(qiáng)，而且機(jī)身尾段上部的蒙皮一般也比較厚。對(duì)于固定前起落架的加強(qiáng)隔框來(lái)說(shuō)，在承受由前起落架傳來(lái)的側(cè)向水平載荷時(shí)，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(qiáng)。1.5.4機(jī)身構(gòu)件的構(gòu)造機(jī)身結(jié)構(gòu)中，蒙皮、桁條和構(gòu)造，與機(jī)翼的相應(yīng)構(gòu)件相似，因此，下面僅說(shuō)明機(jī)身中大梁和隔框的構(gòu)造。大梁從受力性質(zhì)來(lái)說(shuō)，機(jī)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(jī)身的大梁的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，通常就是一根用鋁合金或高強(qiáng)度合金鋼軋制成的型材；在大型飛機(jī)上，也有采用鉚合梁的。隔框機(jī)身隔框可分為普通隔框和加強(qiáng)隔框兩種。普通隔框功用是形成和保持機(jī)身的外形、提高蒙皮的穩(wěn)定性以及承受局部空氣動(dòng)力；加強(qiáng)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(lái)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(jī)縱向平衡②飛機(jī)縱向和方向安定性③實(shí)現(xiàn)飛機(jī)縱向和方向操縱。多數(shù)飛機(jī)的尾翼的設(shè)計(jì)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(jī)翼相似。尾翼承受的應(yīng)力也與機(jī)翼相似。由氣動(dòng)載荷引起的彎矩、扭矩和剪力，從一個(gè)構(gòu)件傳到另一個(gè)構(gòu)件。每個(gè)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(jī)身結(jié)構(gòu)。早期飛機(jī)的水平安定面是不能運(yùn)動(dòng)的?，F(xiàn)代飛機(jī)多采用可變安裝角的水平安定面，可通過(guò)改變水平安定面的安裝角，來(lái)達(dá)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(jī)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(shí)，內(nèi)外副翼共同進(jìn)行橫向操縱，而高速飛行時(shí)，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(jìn)行橫向操縱。現(xiàn)代飛機(jī)副翼通常采用復(fù)合材料和蜂窩結(jié)構(gòu)。

機(jī)體開(kāi)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(jī)體結(jié)構(gòu)上開(kāi)口。為了制造、維護(hù)和修理方便，機(jī)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(kāi)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(lái)一些特點(diǎn)。1.6.3直接補(bǔ)償開(kāi)口在開(kāi)口處安裝受力艙口蓋受力艙口蓋由蓋板和一些加強(qiáng)型材鉚接而成，它用來(lái)代替開(kāi)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(kāi)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(kāi)口周緣安裝加強(qiáng)構(gòu)件其艙口蓋通常只用少量螺釘或鎖扣來(lái)固定。在這種情況下，開(kāi)口部位原來(lái)由壁板傳遞的載荷，將由加強(qiáng)構(gòu)件組成的框型結(jié)構(gòu)來(lái)傳遞，艙口蓋不傳遞軸向力和剪流，僅承受局部空氣動(dòng)力，起蓋住開(kāi)口、保持飛機(jī)外表流線形的作用。

這種補(bǔ)償方法，多用在開(kāi)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(bǔ)償開(kāi)口部位的構(gòu)件時(shí)，不僅要保持其足夠的強(qiáng)度，并且應(yīng)使其剛度符合原來(lái)的要求。因?yàn)?，載荷是按構(gòu)件的剛度來(lái)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(shí)，經(jīng)框型結(jié)構(gòu)傳遞的力應(yīng)會(huì)減小，而沿開(kāi)口段兩邊的壁板傳遞的力則會(huì)增大，結(jié)果開(kāi)口段兩邊的壁板就容易因受力過(guò)大而損壞；反之，如果框型結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大，則經(jīng)框型結(jié)構(gòu)傳遞的力將比原設(shè)計(jì)情況的力大，這就會(huì)使與框型結(jié)構(gòu)連接的構(gòu)件受力過(guò)大，容易損壞。1.6.4間接補(bǔ)償開(kāi)口機(jī)體的結(jié)構(gòu)中的某些大的開(kāi)口(如起落架艙口)，采用直接補(bǔ)償是不合適的，因?yàn)?，這些地方不可能設(shè)置受力艙口蓋，而沿大的開(kāi)口周緣安裝加強(qiáng)構(gòu)件又會(huì)使結(jié)構(gòu)過(guò)重。所以，這些開(kāi)口通常是間接補(bǔ)償。下面以金屬蒙皮機(jī)翼為例，來(lái)說(shuō)明在垂直載荷作用下，剪力、彎矩、扭矩在間接補(bǔ)償開(kāi)口部位的傳遞情況。為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，假設(shè)該機(jī)翼在兩個(gè)翼梁和翼肋1、2之間的上下表面都是開(kāi)口的（圖1-43），且不考慮開(kāi)口部位前后緣蒙皮和桁條的傳力作用。剪力的傳遞由于開(kāi)口部位的翼梁是完整的，所以垂直平面內(nèi)的剪力和未開(kāi)口時(shí)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(jī)翼上，間接補(bǔ)償開(kāi)口對(duì)結(jié)構(gòu)傳遞彎矩的影響是不同的。梁式機(jī)翼的彎矩主要由翼梁承受，上下蒙皮和桁條被去掉后，對(duì)結(jié)構(gòu)傳遞彎矩的影響不大；單塊式機(jī)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(kāi)口段翼梁緣條的受力大大增加。

原來(lái)由蒙皮、桁條傳遞的軸向力，在開(kāi)口部位是怎樣加到翼梁緣條