飞机结构设计总复习..ppt

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1,飞机结构设计（E05C3110）,总复习,总复习,考试时间：

6月26日早上8:

0010:

00,2,第一章：

绪论及基本概念,飞机结构设计思想的演变过程及其成因,飞机设计思想的演变过程：

静强度和刚度设计强度、刚度、疲劳安全寿命设计强度、刚度、损伤容限和耐久性（经济寿命）设计结构可靠性设计。

原因解释之一：

飞机的设计思想来源于飞机的使用实践，对飞机不断提出的更高、更新的要求，促使飞机设计思想不断地发展和演变。

这种演变，对军用机而言，主要取决于飞机的作战性能、生存力、生产成本和使用消耗等全寿命成本的要求；对民机而言，特别重要的是安全性和经济性。

或者结合各阶段的技术发展来具体说明。

3,机翼结构尾翼结构机身结构起落架结构系统结构其它结构,1）.飞机主要组成部分、功用,飞机结构设计的内容及地位,4,2）.飞机结构设计在飞机研制过程中的位置和地位,按照飞机结构完整性设计要求，飞机结构设计涵盖了飞机的整个使用寿命期,5,1.飞机设计的五个阶段.,1.论证阶段2.方案阶段3.工程研制阶段4.设计定型阶段5.生产定型阶段,第一章：

绪论及基本概念,6,2.飞机结构设计定义,结构设计根据结构设计的原始条件，按照结构设计的基本要求，在飞机总体设计基础上，提出先进合理的设计方案，进行具体的零部件设计，进行必要的强度、刚度分析计算和必要的试验，最后绘制出结构图纸，完成相应的技术文件，以使生产单位能够根据这些图纸和技术文件进行生产。

第一章：

绪论及基本概念,7,3.飞机结构设计的基本要求,第一章：

绪论及基本概念,气动要求主要对应于结构的性能满足总体设计规定的外形和表面质量要求，保证飞机的气动升力和阻力特性；满足刚度要求，保证飞机具有原定良好的稳定性和操纵性。

2.重量要求主要对应于结构的经济性在各种规定的载荷下，满足强度、刚度、寿命和可靠性要求，并使结构的重量最轻即最小重量要求。

3.使用维护要求主要对应于结构的使用过程为了确保维护、检修工作的高质量、高效率，结构需要布置合理的分离面和各种开口。

4.工艺要求主要对应于结构的生产过程飞机的制造工艺性与飞机的经济性。

8,4.飞机结构设计四个原始条件,第一章：

绪论及基本概念,结构外形和空间协调飞机的理论外形、内部装载位置、主要结构型式等在结构设计前均已确定，从而使结构外形和可利用的空间受到很大限制，因此结构设计时要进行外形和空间协调设计，保证外形与结构各元件间、结构与内部装载间的协调。

2.结构的外载荷和受力特点所设计的结构在承受各种规定的载荷状态下，应满足强度、刚度、寿命和高可靠性等要求。

还必须明确结构的受力特点，如承受的是静载还是动载，是热应力还是常温情况等。

9,4.飞机结构设计的四个原始条件,第一章：

绪论及基本概念,3.结构的使用条件,结构的使用条件,结构的生产条件,环境条件,起飞着陆条件,维护、检修条件,气象条件：

飞行领域和停机时的温度和湿度,周围介质条件：

所处环境的周围介质状态，如海水腐蚀等,地面起飞：

飞机受载及起落架设计要求不同,水上起飞：

对飞机有特殊要求,必须明确飞机的维护、检修条件（包括维修周期、维修能力、维修速度等）,4.结构的生产条件,飞机的产量：

产量决定效益和工艺，从而影响结构设计,工厂加工能力：

包括具有的设备、人员的素质和工艺等,10,第一章：

绪论及基本概念,5.飞机结构设计的基本内容,飞机结构设计的范围：

飞机结构主要指受力结构，主要包括：

机翼结构、尾翼结构、机身结构、发动机舱结构、起落架结构、操纵系统结构及其它结构的设计。

结构设计的成果：

完成结构（含各部件）装配图，零、构件生产图，以及相应的技术文件。

11,第一章：

绪论及基本概念,5.飞机结构设计的基本内容,了解结构的使用条件、生产条件和协调关系，以及总体设计对结构的设计要求（即结构外形尺寸、重量、结构型式等要求）。

根据强度规范确定外载荷、载荷分布、安全系数。

进行结构方案比较，初步选定结构方案后进行结构布局和受力构件协调。

进行结构强度初步估算，初步确定各部件结构的基本尺寸，然后进行结构优化设计和进一步结构方案比较。

最后通过结构优化设计确定结构的基本尺寸。

画出结构的详细打样图，进行细节设计。

12,第一章：

绪论及基本概念,5.飞机结构设计的基本内容,7.绘制全套结构生产图纸，编制相应的技术文件。

8.对全机进行疲劳寿命和疲劳强度计算。

进行耐久性和损伤容限分析、结构可靠性分析、动强度计算，给出结构使用寿命和检查周期。

9.根据试造、全机静力试验、试飞、全机疲劳试验、耐久性和损伤容限中发现的问题，修改结构生产图纸和技术文件。

对结构进行强度计算（包括静、动强度，疲劳、耐久性和损伤容限），在计算过程中如有必要需进行零、构件模拟试验和强度的基本试验。

如强度不能满足要求，则修改尺寸或结构形式，使满足强度要求。

13,6.飞机结构设计方法,主要介绍几种以计算机技术为基础的重要的设计方法和技术,有限元素法结构优化设计计算机辅助设计（含计算机辅助制造）并行工程方法主动控制技术及自适应结构与智能结构,第二章：

设计方法,14,第三章：

外载荷,升力Y阻力X动力装置产生的推力T起飞着陆时作用在前、主起落架的地面反力Pn、Pm,外界作用在飞机上的外力有：

表面力,质量力,与飞机的质量m有关的力，其中包括飞机总重G和惯性力N。

15,飞机在空中飞行时的受力情况可简化成图,此时飞机既有平移运动，又有旋转运动，总的平衡关系为,Fx=0,T-X=max=Nx,Fy=0,Yw-Yt=m（g+ay）=G+Ny,Mz=0,-YwC+Yt（d+c）=Izz,式中Iz飞机绕Z轴的质量惯性矩；z飞机绕Z轴的角加速度；其它符号见图3-1所示。

第三章：

外载荷,16,典型飞行情况和机动载荷,第三章：

外载荷,1、平直飞行情况,3、进入俯冲情况,4、等速水平盘旋情况,5、垂直突风（阵风）情况,2、俯冲拉起情况,17,第三章：

外载荷,过载系数,飞机所受除重力之外的外力总和与飞机重力之比称为过载系数（所有表面力的合力与飞机重量G之比），用符号n表示。

它沿飞机主轴的三个分量为nx、ny、nz。

过载系数的定义,除重力之外的总外力的y向分量（即升力Y）与飞机重力G之比，就是y向过载系数ny，它可能为正，也可能为负，这取决于该方向的外力情况。

18,第三章：

外载荷,过载系数的物理意义,一般情况下，x和z方向的过载系数均较小，常略去不计，主要考虑y方向的过载。

过载系数表示了飞机实际的外力与飞机重力的关系。

它是用倍数的概念来表示的，是一个相对值。

另一方面，过载系数又表示飞机实际的质量力的情况。

以俯冲拉起机动飞行为例，实际y向质量力（Gcos+Ny）是G的多少倍，这个倍数就是ny，即,19,第三章：

外载荷,考虑飞机转动时的过载,在距重心xi处i点的线加速度为,在i点y方向总加速度ai为,如果i点处物体的重力为Gi，则质量力为Gicos+miai。

i点处的过载系数ni为,20,第三章：

外载荷,安全系数和设计载荷,使用载荷Pe：

飞机在使用中预计各结构可能遇到的最大载荷，或称为限制载荷（LimitLoad）。

在该载荷作用下，飞机各元件的应力临近材料的比例极限强度s，但未出现永久变形。

设计载荷Pd：

飞机及各结构在其作用下刚好临近破坏的载荷，或称为极限载荷（UltimateLoad）。

安全系数f：

强度规范中定义设计载荷与使用载荷之比，即f=Pd/Pe,安全系数的主要影响因素,安全系数在飞机设计中的实际意义.,21,由于载荷计算、结构应力分析比较精确，材料和制造的工艺过程逐步完善，在将使用中的重复载荷和温度影响作单独计算和分析的情况下，安全系数通常取为1.5。

这是因为一般的航空材料机械性能中，破坏极限与比例极限之比约为1.5，为了保证在使用载荷下无残余变形故。

安全系数通常取1.5的原因.,某飞机以速度V，曲率半径R，dV/dt=a的轨迹作俯冲拉起飞行。

试确定在垂直面的最下点=0及=30（俯冲情况）时，该机过载系数nx和ny的表达式。

22,=0时，nx=a/g，ny=1+V2/gR,=30时，nx=-0.5+a/g；ny=cos30+V2/gR,23,第四章翼面结构分析与设计,机翼的功用与要求,机翼的功用,机翼的用途，机翼的构成，机翼的质量,机翼结构的设计要求,气动要求,重量要求,使用维护要求,工艺要求,机翼的主要要求：

气动、强度、刚度、寿命、重量要求是主要要求。

这是由机翼的功用、载荷和外形特征因素所决定的。

24,机翼的载荷与内力,第四章翼面结构分析与设计,作用在机翼上的载荷有,气动载荷,结构质量载荷,接点载荷,分布载荷,集中载荷,机翼的内力,图4-2机翼的总体内力,剪力：

Q（Qn，Qh）,弯矩：

M（Mn，Mh）,扭矩：

Mt,25,机翼上的载荷向机身传递过程中，在机翼中引起的内力有：

剪力Qn，Qh，弯矩Mn，Mh和扭矩Mt。

通常QnQh，MnMh，而弦平面内的结构宽度和惯性矩很大，Qh和Mh引起的正应力和剪应力比Qn和Mn引起的应力小得多，故近似分析时常不考虑Qh和Mh，只考虑Qn,Mn和Mt，并且将它们简写为Q、M和Mt。

图4-2机翼的总体内力,机翼的内力,机翼的内力的方向定义,26,机翼任一剖面中的分布载荷所引起的剪力和弯矩为,式中q=qa-qcl/2机翼半展长,分布载荷引起的剖面扭矩,式中mt=qae+qcdl/2机翼半展长,刚心轴线,27,机翼的结构形式,第四章翼面结构分析与设计,机翼的典型结构形式,单块式,多腹板式（多墙式）,混合式,梁式：

单梁、双梁、多梁式,机翼结构元件,纵向元件：

翼梁、纵墙、桁条,横向元件：

普通翼肋、加强翼肋,蒙皮,组成内部受力骨架,各元件的承载特点表,28,梁式机翼的传力分析,第四章翼面结构分析与设计,1、气动载荷的传递,蒙皮把气动载荷分别传给桁条和翼肋蒙皮受气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，此时铆钉不受力。

桁条又把自身承担的那部分气动载荷传给翼肋,翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮,翼梁将载荷向根部传递,周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递,29,2、集中载荷的传递,机翼上较小的集中载荷可由普通翼肋承受。

机翼上较大的集中载荷，如副翼、襟翼、发动机、起落架、各种外挂和装载传来的集中力，通过加强翼肋转化成分散力传给翼梁腹板和蒙皮。

例如,舵面,梁式机翼的传力分析,第四章翼面结构分析与设计,30,平直机翼结构传力分析,第四章翼面结构分析与设计,梁式机翼的传力分析（单梁、双梁、多梁）,单块式机翼的传力分析,多腹板式机翼的传力分析,中外翼对接处的传力,机翼机身对接接头的传力与平衡,31,后掠机翼的结构特点和受力分析,第四章翼面结构分析与设计,从总体上后掠机翼分为,根据根部的结构特点后掠机翼分为,主要概念,32,三角机翼的结构特点和受力分析,第四章翼面结构分析与设计,三角翼的两种结构形式,多梁式结构,多腹板式结构,平行梁形式,会交梁形式,梁架式,指翼梁与机身轴线垂直,三角机翼的功用,三角机翼的外形特征和优点,三角机翼的结构特征,主要概念,33,机翼结构设计,机翼结构设计的原始依据机翼结构设计的步骤机翼结构型式的确定机翼主要受力构件的布置原则、数量和布置方式机翼结构元件设计的原则,第四章翼面结构分析与设计,后掠翼根部结构剪力、扭矩和弯矩传力分析对比,34,后掠翼根部结构剪力、扭矩和弯矩传力分析对比,35,36,飞机结构的刚度要求,刚度要求与气动弹性问题,气动弹性问题,结构的刚度要求,刚度要求的根据,结构的刚度设计,机翼的扭转扩大,副翼反效,颤振,机翼弯扭颤振,副翼弯曲颤振,机翼变形对气动载荷的影响,飞机结构的刚度要求与气动弹性问题,第四章翼面结构分析与设计,翼面扭转变形扩大的物理本质和防止措施,扭转扩大是翼面扭转变形与空气动力交互作用导致结构变形发散而破坏的现象。

取翼面的一个典型剖面。

此剖面上有三个特征点，即剖