第四章__机翼尾翼的结构分析PPT课件.ppt

第第4章章 机翼尾翼的结构分析机翼尾翼的结构分析4.1 机翼的功用、机翼的功用、设计要求和受要求和受载特点特点4.1.1机翼的功用和机翼的功用和设计要求要求 一、机翼的用途一、机翼的用途 气气动作用：保作用：保证飞机的机的飞行性能和机行性能和机动性性 能，横向能，横向稳定性和操定性和操纵性性 安装起落架、安装起落架、发动机、机、贮放燃油、武器等放燃油、武器等图4.1 现代旅客机的机翼代旅客机的机翼 机翼的机翼的结构重量结构重量占全机结构重量的占全机结构重量的 30%50%，占全机，占全机重量的重量的8%15%由它产生的由它产生的阻力阻力是全机阻力的是全机阻力的30%50% 二、二、设计设计要求要求 总总体要求（体要求（4点）点） 气气动动要求：保要求：保证证一定的一定的升阻比升阻比KCy/Cx；由；由 机翼增升装置机翼增升装置产产生的升力系数增量生的升力系数增量Cymax 值值要尽可能地大；从要尽可能地大；从亚亚音速音速飞飞行行转转到超音到超音 速速飞飞行行时飞时飞机的机的稳稳定性、操定性、操纵纵性和气性和气动动性性 能的能的变变化要尽可能地小，化要尽可能地小， 热热量量要尽可能少地要尽可能少地传传入入结结构构 放置各种装放置各种装载载物的物的容容积积要尽量大。

要尽量大 4.1.2 机翼的受机翼的受载载 分布气分布气动动力：力：以吸力和以吸力和压压力形式直接作用力形式直接作用 在蒙皮上；在蒙皮上； 机翼机翼结结构的构的质质量力：量力：分布在机翼整个体分布在机翼整个体积积 上；上； 集中力：集中力：与机翼与机翼连连接的其它部件接的其它部件(如起落架如起落架 发动发动机机)、装、装载载物物(油箱、炸油箱、炸弹弹)以及各以及各类类增增 升翼面从它升翼面从它们们的的连连接接接接头头上上传给传给机翼各种受载情况下气动载荷的弦向分布亚音速气音速气动力沿机翼弦向分布如力沿机翼弦向分布如图所示所示副翼不偏副翼不偏转时的超音速的超音速飞行行时可以可以认为载 荷沿翼弦荷沿翼弦为均匀分布均匀分布角很小，取角很小，取cos=1，升力由机翼产生，升力由机翼产生qb l nd GK sKs为气气动力沿机翼展向的分布不力沿机翼展向的分布不均匀系数均匀系数假定气假定气动力分布力分布沿机翼翼展不沿机翼翼展不变(Ks1)， 于是于是:Sqb nd G b图图4.3 三角机翼上三角机翼上 的气动力分布的气动力分布对对 于于 三三 角角 形形 机机 翼翼 在在 Ma1时时: :qb(nG/S)b 压力中心在翼弦上的位置：压力中心在翼弦上的位置：secb xpcycy mz mz0 式式中中mz0是是零零升升力力矩矩系系数数。

对于于对称称翼翼型型， mz0=0，并并且且机机翼翼的的压力力中中心心与与焦焦点点重重合合， 即即p=F -（ ）图4.4 机翼焦点位置与机翼焦点位置与飞行行M数的数的变化关系化关系 机翼结构的质量力为空气动力的机翼结构的质量力为空气动力的815%，它它们按与空气按与空气动力同力同 样的的规律分配：律分配：qw质量力量力qw的作用点的作用点xm就是剖面的就是剖面的质心心，一般位于距前一般位于距前缘40 50%的弦的弦长处q q b qw qb (1 mw )它距前它距前缘的距离的距离为：xeqi (qb xp qw xm ) / q ndGw Sb 装装在在机机翼翼内内或或悬悬挂挂在在其其上上的的各各部部件件和和装装载载 物物的的质质量量力力P Pp作作用用在在部部件件或或装装载载物物的的质质心心 上上 通通过过与与机机翼翼的的连连接接点点传传递递到到机机翼翼上上去去，机机翼翼某某横横截截面面承承受受的的扭扭矩矩，等等于于该该横横截截面面外外端端机机翼翼上上所所有有外外力力对对机机翼翼刚刚心心轴轴力力矩的代数和矩的代数和 二、机翼在外载荷作用下的受载情况二、机翼在外载荷作用下的受载情况图4.5 气气动载荷沿翼展和翼弦方向的分布荷沿翼展和翼弦方向的分布 在在a-a切面上切面上产生了限制位移的内力生了限制位移的内力 剪力剪力Q和和弯矩弯矩M 相相对于于z-z轴，产生了生了扭矩扭矩Mt 剪力剪力Q使翼梁腹使翼梁腹 板或板或墙腹板受腹板受 剪；剪； 弯弯矩矩M作作用用下下 机机翼翼承承受受弯弯曲曲 变形形 扭扭矩矩Mt的的作作用用 下下机机翼翼承承受受总 体扭体扭转变形形机翼的机翼的Q 和和M图zQ qdz Ppl / 2zM Qdzl / 2机翼上的展向分布机翼上的展向分布载荷近似荷近似为：SSwwbq q q G Gwnb nG (1 m )b图4.8 转直后的后掠机翼各剖面上的直后的后掠机翼各剖面上的Q和和M(近似近似值) 三、机翼剖面上的三、机翼剖面上的Q和和M值的近似求法值的近似求法 如果载荷沿机翼翼展与翼弦长成比例，则如果载荷沿机翼翼展与翼弦长成比例，则在在z剖面处剖面处 ：secSqdz nG(1 mw ) SQ z(l / 2) 0而弯矩M=Qc，式中b 3secqdz nG(1 mw ) SQ z(l / 2) 0而弯矩M=Qc，式中b btsecqdz nG(1 mw ) SQ z(l / 2) 0而弯矩M=Qc，式中(l / 2) 0 z b 2bt c mz qb (xz xp ) q w (xm xz )四、扭矩四、扭矩Mt zM z mz dz M z p l / 2分布力分布力qb和和qw相相对对 于于Z轴产轴产生的生的分布扭分布扭矩矩: 部件的集中力部件的集中力产产生生 的的相相对对于于Z轴轴的力矩的力矩之之和和 M zP M zP PP xP Ph图4.9 计算机翼的算机翼的M图 得到得到Mz和和Q图以后，可以对任一剖面求出图以后，可以对任一剖面求出 力力Q作用点到作用点到Z轴的距离：轴的距离：(图图4.10)。

若已知刚性轴的位若已知刚性轴的位置置(距离距离d)，对它的，对它的扭转为扭转为Mt=dQ图4.10 扭矩扭矩Mt4.2.1蒙皮的初始受力蒙皮的初始受力 蒙蒙皮皮 支支持持在在桁桁条条和和翼翼肋肋上上，以以压压力力和和吸吸力力形形式式直直接接承承受受气气动动载载荷荷 此此时时，蒙蒙皮皮受受拉拉伸伸（如如果果是是厚厚蒙蒙皮皮 它它也也受受横向弯曲横向弯曲) 4.2典型受力型式机翼的气典型受力型式机翼的气动载动载荷荷传传力分析力分析4.2.2桁条将载荷传到翼肋上桁条将载荷传到翼肋上1补偿片；2梁；3壁板筋条；4整体壁板；5角撑；6翼肋缘条；7翼肋腹板；8对接接头图4.13 蒙皮、翼肋和桁条之蒙皮、翼肋和桁条之间的互相的互相连接型式接型式4.2.3翼肋将载荷传到蒙皮和翼梁腹板上翼肋将载荷传到蒙皮和翼梁腹板上翼肋传递到蒙皮上的载荷翼肋传递到蒙皮上的载荷 qti为为 ：cont icont i2F2FQiciM tiqti式中：式中：Fcont 闭闭室面室面积积； ci 剖面上剖面上刚刚心和心和压压心之心之间间的距离剪力剪力Q由两个翼梁共同承受由两个翼梁共同承受，它们承受与，它们承受与 其抗弯刚度成比例的力其抗弯刚度成比例的力 Q1i和和 Q2i：211i(EJ )1i (EJ) (EJ)Q Q剖面上相剖面上相对于于刚心的心的扭矩扭矩 Mt为： M ti Qi (xp xg ) Qic刚心相对于前翼梁腹板的位置刚心相对于前翼梁腹板的位置x xg g可以按以可以按以下公式求出下公式求出: :212(EJ )1(EJ ) (EJ )Q Qg (EJ )2(EJ ) 1 (EJ )2 x B 4.2.4翼梁的受力翼梁的受力根据翼梁腹板的平衡情况根据翼梁腹板的平衡情况( (图图4.15(c)4.15(c)，可，可知：知：梁腹板梁腹板还要受来自于上下缘条连接铆还要受来自于上下缘条连接铆。

钉的钉的剪流剪流q qf f的作用，并且：的作用，并且：q qf f q1i缘条在条在qf的作用下的作用下产生生轴向力流向力流Sf (图 4.15( a)，向机翼根部累，向机翼根部累积，在机翼根剖面由前，在机翼根剖面由前(第第1)梁固定接梁固定接头的的反力反力S1和后和后(第第2)翼梁固定翼梁固定接接头的的反力反力S2平衡平衡(图4.15(d)、(e) 由翼梁腹板传递到缘条上的剪流在向机翼根部累积由翼梁腹板传递到缘条上的剪流在向机翼根部累积的过程中其轴向载荷使壁板受载，壁板以此形式承受弯的过程中其轴向载荷使壁板受载，壁板以此形式承受弯矩此时轴向载荷在纵向构件矩此时轴向载荷在纵向构件( (翼梁缘条和壁板翼梁缘条和壁板) )之间之间按按抗弯刚度分配抗弯刚度分配( (图图4.15(d)4.15(d)、(e)(e)4.2.54.2.5蒙皮的总体受载蒙皮的总体受载由翼肋传递到蒙皮闭室上的由翼肋传递到蒙皮闭室上的剪流剪流形成形成沿翼肋阶梯式累积的沿翼肋阶梯式累积的扭转力矩扭转力矩，该扭，该扭矩由蒙矩由蒙 皮和后墙形成的闭室承受扭皮和后墙形成的闭室承受扭矩矩从翼梢向翼从翼梢向翼 根累积根累积，在机翼根部剖，在机翼根部剖面处的扭矩面处的扭矩M Mtrtr等于等于 ( (图图4.16)4.16)。

这一力这一力矩在机翼根部剖面由力臂为矩在机翼根部剖面由力臂为B B的力偶的力偶R Rt t来平衡来平衡: : R Rt t M tr / B由于由于M Mt t的作用，机翼蒙皮如同翼梁腹板的作用，机翼蒙皮如同翼梁腹板一样受剪一样受剪图4.16 机翼受扭机翼受扭图蒙皮以剪切形式承受扭矩蒙皮以剪切形式承受扭矩M Mt t为使扭矩为使扭矩 能以闭环剪流能以闭环剪流q qt t的形式沿蒙皮传递，必须满足的形式沿蒙皮传递，必须满足以下条件：以下条件：(1)(1)蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向蒙皮应是封闭的，周边不应有开口，切向应力沿闭室周边传递应力沿闭室周边传递2)(2)在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上在机翼根部，蒙皮应支持在根部加强肋上，该翼肋能将该翼肋能将M Mtrtr转换为力偶转换为力偶R Rt t；(3)(3)在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳；在使用载荷作用下，蒙皮不应失稳；(4)(4)蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由蒙皮应有足够的厚度，以防止在飞行中由于机翼扭转变形于机翼扭转变形双梁机翼传力分析综述双梁机翼传力分析综述蒙皮蒙皮扭矩扭矩弯矩弯矩剪力剪力局部气局部气动力力翼肋翼肋长桁桁梁梁蒙皮蒙皮蒙皮蒙皮长桁桁接接头机身机身一一对剪力（形成力偶）剪力（形成力偶）蒙皮蒙皮根部加根部加强肋肋剪力剪力扭矩扭矩 机翼的主要受力构件机翼的主要受力构件 4.3.1蒙皮蒙皮 形成良好的气形成良好的气动外形外形 传递局部气局部气动载荷荷 薄蒙皮与前后梁（薄蒙皮与前后梁（墙）组成成闭室室传扭扭 厚蒙皮与前后梁（厚蒙皮与前后梁（墙）组成成闭室室传扭，与扭，与 长桁、桁、缘条条组成壁板成壁板传弯弯 依据依据飞机的受力分析，蒙皮机的受力分析，蒙皮的的质量占机翼量占机翼质量的量的2540。

4.3 4.3 机翼主要受力构件的用途和结构型式机翼主要受力构件的用途和结构型式图图4.17 蒙皮的对接蒙皮的对接4.3.2桁条桁条支持蒙皮形成外形支持蒙皮形成外形传递局部气局部气动载荷荷参与参与总体受力体受力(机翼由弯矩引起的机翼由弯矩引起的轴向力向力, 这些力的大小取决于机翼些力的大小取决于机翼的的结构受力型构受力型 式、桁条横截面的式、桁条横截面的形状和面形状和面积)桁条桁条质量与机翼量与机翼质量之比量之比为从梁从梁式机翼的式机翼的48到到单块式机翼的式机翼的2530图4.18 桁条型材的剖面形状桁条型材的剖面形状桁条的分类及特点：桁条的分类及特点：桁桁条条按按照照截截面面形形状状有有开开式式和和闭闭式式截截面面，按按制制造造方方法法有有板板弯弯桁条桁条和和挤压桁条挤压桁条板板弯弯开开式式桁桁条条：容容易易弯弯曲曲，与与蒙蒙皮皮贴贴合合好好，得得到到的的翼翼面面光光滑容易与蒙皮和其他构件固接稳定性差，不承受弯矩容易与蒙皮和其他构件固接稳定性差，不承受弯矩板板弯弯闭闭式式桁桁条条：稳稳定。