结构设计实验课内容.doc

一、内容1) 以歼-7机身为典型，辅以轰-5、歼-6机身结构实物，观察了解机身的内部布置机身采用的各种典型结构受力形式，及其相应的简化模型2) 以歼-7前起落架所受载荷为典型，分析机身上的集中力通过哪些构件传递、扩散给机身结构为传递各类集中力，机身上常布置哪些构件二、几种飞机的基本数据表 1飞机型号重量Gro, kg升限H, m航程L, km翼展l, m机长m机高m机翼平面形状歼-56000160001560（带副油箱）9.611.363.8后掠歼-68824175002200（带副油箱）9.0414.64（带空速管）3.855后掠歼-77372187001530（带副油箱）7.1513.945（不含空速管）4.103三角形歼-8165802050022409.34421.52（带空速管）5.410三角形强-5113001650016309.6815.654.33后掠轰-52120012500240021.4516.7686.2平直运-1011000094712000640042.24242.93313.420后掠歼教-5110024840001000平直延安一号1400204430050013.559.06平直拉-93400645平直米格-9507091113500109.75平直U-287000.826000720024.615.24平直RF-1011.6515200323812.121.1平直零式2738564117401920119.23.55平直一、内容：1) 以歼-6机翼为主，辅以米格-9、U-2、运-10、轰-5、零式等飞机机翼。

通过观察实物，了解机翼各典型元件（翼肋、长桁、蒙皮、梁、墙等）的构造、功用、相互之间的连接情况，以及几种机翼典型受力形式的结构特点2) 对具体结构进行模型简化了解简化模型的结构基础及简化原则3) 先从机翼外段上一小块蒙皮着手，通过基本的传力分析，较为深入的掌握各典型元件在机翼受载（以分布气动载荷为主）时所起的作用4) 机翼根部以及机翼机身连接接头的典型连接（含直机翼、后掠翼；整体机翼以及与机身在其侧边相连的机翼）各有哪些构造形式，如何合理简化，进行传力分析二、几种典型的机翼结构形式1. 歼教-5（仿雅克18）：机翼、机身均为构架式机翼为双梁（构架式），有48个翼肋中翼骨架外为铝蒙皮，其他均为蒙布2. 拉-9：典型的单梁式结构有后墙、无长桁翼肋有18个蒙皮1.2~1.5mm与机身用一固、一铰两个接头连接3. 米格-9：典型的双梁式结构强梁，弱长桁受力盒段上翼面有4根长桁，下翼面有3根根部区有开口，收置起落架和油箱与机身用两个固接接头相连4. AT6：典型的单块式结构长桁密，桁距小，上翼面23根，下翼面17根；有前、后墙肋13个左、右机翼在机身对称轴处用周缘一圈小螺栓（水平放置）连接成整机翼，螺栓上翼面48个，下翼面54个。

5. 轰5（仿伊尔-28）：典型的单块式结构，前、后墙（弱梁），强长桁主受力盒段中除前、后墙的缘条（剖面与长桁相当）外，上翼面有长桁15根、下翼面有10根肋31个在中央翼两端有设计分离面，中、外翼的上、下翼面分别用水平大螺栓和垂直放置的螺栓，腹板间用较小的螺栓以周缘连接形式连成整体中央翼上有4个角盒形受剪接头（相当于铰接接头）在机身23框、27框处与机身相连6. 零式：单块式结构，以波纹板代替长桁中央翼、外翼用周缘几个大螺栓连接7. 歼-5（仿米格17）：单梁单块式结构外段有前梁、后墙、长桁根部增加主梁、横梁，与前梁、根肋一起构成梁架式后掠翼根部结构翼肋为25个，外有金属受力蒙皮机翼、机身在13框（与主梁）、9框（与前梁）由一固、一铰两个接头相连另有一小横梁在11框处有一辅助接头（铰接）8. U-2：机翼的几何参数为：翼展l=24.6m，λ=10.56，η=4，单块式薄蒙皮结构，有纵横构件构成的上下承力壁板、前长桁、前后纵墙等主要承力构件桁距小、长桁强，肋距大，薄蒙皮（）从前缘到前墙间，桁条数为上14、下9，前、后纵墙间为上5，下3前缘翼肋为43个，前长桁—后墙之间的中段肋30个，前长桁在15% b处，前墙在47.5% b处，后墙在64.5% b处。

机翼、机身靠6对接头在30、31、32、33、34、35框处连接机翼整体油箱贮油75%前油箱：前缘—前墙，1肋—27前肋；后油箱：前墙—后墙，1肋—15中肋一、 内容a) 仔细观察歼-7实物，了解歼-7中机翼主要构件的数量、布置及其相互连接关系进一步结合三角翼的气动、结构特点及歼-7的内部布置等原始条件，分析为什么采用这样的结构形式和构件布置（含加强构件）从中掌握飞机结构形式及构件布置的设计原则和设计思路b) 通过歼-6、歼-7、RF-101全动平尾和各类襟、副翼等结构实物了解操纵面的设计特点——包括重量平衡、结构缺口补偿、气动补偿与气动平衡等二、几种机翼结构详介：1. 歼-6机翼1) 外形参数 ，，，2) 构造i) 外段：单梁单块式，有后墙上、下各9根长桁机翼共有翼肋30个根部：13肋之内加主梁和纵梁，它们与前梁、后墙、13肋组成梁架式承力结构ii) 各梁材料以及与其它构件间连接关系：主梁：30CrMnSiA高强合金钢整体模锻件前梁：LC4高强铝合金模压件后墙：LC4Z（根部）和LY12硬铝（外段）制成纵梁：LC4Z和LY12制成连接关系：主梁-前梁为铰接；主梁-纵梁为固接；主梁-后墙、13肋为弱固。

前梁 -纵梁、13肋为弱固后墙-13肋为铰接，与机身不连接与机身连接：主梁在15框处与机身固接；前梁在9框处与机身铰接3) 力的分配13肋之外：弯矩，其中，占54.3%；，占45.7%此外剪力Q=20900kg，扭矩Mt=－1896kgm（抬头）过13肋后，因加主梁，刚心前移，且传力路线改变为此Mt增至11856kgm（低头）13肋处剪力Q全由主梁承受并传往机身前、后梁上的弯矩均以双点梁形式承受并传递到与机身对接处，总弯矩M=68350kgm全部由主梁接头传给机身总剪力Q=34600kg扭矩Mt的分配：Mt前盒段占24%；中盒段占76%，其中主－前－纵三角架承受68%，由13肋转成一对力形式承受32%注意：固接：两构件的缘条、腹板均直接相连，连接处可传弯、剪，图上用和 示意铰接：两构件只有腹板有连接，缘条不连，只能传剪力，图示 弱固：两构件腹板连接，但缘条只通过搭接板或加强蒙皮间接连接，能传剪，但只能传较小的力矩，图示 思考题：1. 如果前梁、主梁均为固支，传力路线有何不同？2. 如果前梁、后墙与机身固接，而主梁不固接，则又有何不同？3. 歼-6上为何没有侧边加强翼肋，而在机身上加侧加强板，且置于主梁接头之后？4. 13肋的作用？5. 评价歼-6机翼受力构件布置的合理性与不足之处。

2. 歼-7机翼1) 外形参数 l=7.15m λ=2.25 η=12.9 =57° =4.2根~5尖%内部布置与主要受力构件布置见实物与教材P.195~P.1962) 构造情况外段为单块式后盒段在6肋之内增加了主梁和隔板梁，到根部逐渐转为多梁、双墙式结构在机身侧边有三个固接接头和两个铰接接头与机身相连几个纵向主要受力构件的材料以及与机身连接的简化模型如下：前墙：LY12（硬铝）与机身13框用一个垂直螺栓（Φ8）相连，为铰接前梁：根部为LC4模锻件，其他段为30CrMnSiA板材与机身16框用2个垂直螺栓（2×Φ22）和一个水平螺栓（Φ30）相连，为固接主梁：30CrMnSiA模锻件与机身22框用两个垂直螺栓（2×Φ30）相连，为固接注意：主梁腹板与后整体油箱的前隔板分别为2个构件隔板梁：它也是后整体油箱的后隔板，材料为LC4与机身25框用一个垂直螺栓（Φ18）相连，为固接以上均采用耳片接头（见实物和教材P.262）后墙：30CrMnSiA板材与1肋后段（襟翼滑轨）相连而襟翼滑轨再与28框用一齿板式接头（可上下微调）以螺栓（Φ12）相连，为铰接3) 结构受力情况i) 弯矩分配：外段：61%M由上下壁板承受，其他由前梁、前墙和后墙承受。

ii) 进入6肋后，因加了主梁、隔板梁，（后盒段/前盒段）的弯曲刚度比增为1.8，扭转刚度比为1.7前盒段在13前肋处，壁板承受弯矩的50%，前梁约50%后盒段在2肋处，主梁承受弯矩的63%，隔板梁承受5%，其余由壁板承受前盒段自13前肋向内逐渐进入参与区后盒段中主梁与隔板梁之间的壁板、隔板梁与后墙之间的壁板分别自2肋与4肋向内也逐渐进入参与区（见教材P.79）iii) 到与机身对接处，通过参与，主梁承受机翼总弯矩的78%，隔板梁受3%，前梁受19%具体的接头处支反弯矩和支反力的数值见教材P.2003. 运10机翼1) 外形参数： 机翼：l=42.242m λ=7.31 =33.5° =13.0根~10尖% η=3.28 机长=42.933m2) 机翼的构造与受力： 机翼为双梁单块式结构，梁弱，壁板强（壁板中蒙皮较长桁承受的力多）每侧共有翼肋33个，其中32、33肋是发动机吊挂需要的顺气流肋受力构件布置见教材P.188每侧有4个整体油箱，中央翼内有5个z向辅助梁，内有六个软油箱 外侧机翼：长桁数从机身侧边到外段从上34、下27过渡到上13、下9；中央翼盒段：长桁数为上27，下19。

如以承受弯矩的面积进行比较：取A为梁凸缘面积，B为蒙皮面积、C为长桁面积，D为壁板总面积（A+B+C），E为前梁凸缘面积，则可知运-10波音-707轰-6A/D0.09根~0.06510肋0.0709~0.0580.253~0.138B/D0.52~0.620.607~0.5290.632~0.567C/D0.39~0.3150.322~0.4120.115~0.295E/A0.25~0.450.254~0.4040.198~0.469C/B0.55~0.7 机翼、机身连接：主要由上下、左右四个空心销在31框（Φ60mm）和42框（Φ95mm）处相连，可传y、z向力（见教材P.75、P.266），为铰接中央翼上翼面与地板之间有5根纵梁（x向）与机身（地轨梁）相连；其下翼面与机身龙骨梁相连，传递x向的力3) 疲劳设计考虑 运-10的设计寿命为30000小时，11162个起落为此采取了很多措施，以下只取其中几点i) 受拉区采用耐疲劳较好的材料如梁的下凸缘、下蒙皮均为LY-12而上缘条、上蒙皮均取LC4，ii) 控制应力水平和合理选择安全系数如受充气压的框=2.5~2.0，如同时为开口段端框=3.0。

iii) 对壁板进行有效的弦向分块，并加止裂缝（下翼面）iv) 采用分散受力或多重。