《民航基础》教学课件03飞机结构与系统.ppt

zhi xue ke ping tai jie shao民航基础第三章飞机结构与系统第三章飞机结构与系统知识目标了解现代飞机的分类，了解现代民航飞机的结构与系统（含客舱设备和应急逃生系统），了解直升机的组成和飞行基本原理技能目标通过系统学习，掌握不同时期航空发动机的特点，掌握现代民航飞机的主要结构与系统，掌握直升机的构造和工作原理第一节现代飞机的分类第一节现代飞机的分类第三章第三章一、一、 地球大气层分层地球大气层分层按飞机的用途，飞机有国家航空飞机和民用航空飞机之分国家航空飞机是指军队、警察和海关等国家机关使用的、用于维护公共利益的飞机除国家航空飞机外，其他飞机都可以称为民用航空飞机，包括主要用于客货运输的商业飞机和用于工业航空、农业航空、航空科研、公务、私人飞行训练、航空体育等方面的通用飞机商业飞机根据用途又可以划分为民用客机、货机和客货两用机1. 按飞机的用途划分第三章第三章按发动机的类型，飞机可分为螺旋桨飞机和喷气式飞机螺旋桨飞机包括活塞式螺旋桨飞机和涡轮式螺旋桨飞机此类飞机的动力来自螺旋桨，这是最原始的动力供应形式螺旋桨飞机利用螺旋桨的转动将空气向后推动，借其反作用力使飞机前进。

螺旋桨转速越高，飞机飞行的速度越快喷气式飞机包括涡轮喷气式飞机和涡轮风扇喷气式飞机涡轮风扇喷气式飞机的优点是结构简单、速度快，一般时速可达960 km；燃料费用节省，装载量大，最多可载客500人或100 t货物，已成为现代民航飞机的主力机型2. 按发动机的类型划分第三章第三章按飞机安装的发动机的数量，飞机有单发（动机）飞机、双发（动机）飞机、三发（动机）飞机和四发（动机）飞机之分3. 按飞机安装的发动机的数划分第三章第三章按飞机的飞行速度，飞机有亚音速飞机和超音速飞机之分其中，亚音速飞机又分为低速飞机（飞行速度低于400 km/h）和高亚音速飞机（飞行马赫数为0.800.89）多数喷气式飞机为高亚音速飞机4. 按飞机的飞行速度划分第三章第三章按机身宽度和客舱内部布局，飞机有宽体客机和窄体客机之分宽体客机又称宽机身客机，是指具有大直径机身客舱、两个以上通道、载客量在300人以上、起飞总重大于100 t的喷气式飞机只能设置一个客舱通道的飞机为窄体客机5. 按机身宽度和客舱内部布局划分第三章第三章按飞机的航程，飞机可分为短程飞机、中程飞机和远程飞机短程飞机的航程一般小于1 000 km；中程飞机的航程为3 000 km左右；远程飞机的航程大于11 000 km，可以完成中途不着陆的洲际跨洋飞行。

短程飞机一般用于支线，故又称支线客机中、远程飞机一般用于国内干线和国际航线，故又称干线客机6. 按飞机的航程划分第三章第三章我国民航局按飞机客座的数量将飞机划分为大、中、小型飞机飞机的客座数在100座以下的为小型飞机，在100200座的为中型飞机，在200座以上的为大型飞机7. 按飞机的客座数量划分第三章第三章由于飞机构造复杂，因而按构造进行分类就显得其种类繁多例如，人们可以按机翼的数量和位置将飞机分为单翼机、双翼机和多翼机，可以按机翼平面的形状将飞机分为平直翼飞机、后掠翼飞机和三角翼飞机等8. 按飞机的构造划分第二节现代民航飞机的结构第二节现代民航飞机的结构第三章第三章l现代民航飞机一般由5个主要部分组成：机身、机翼、尾翼、起落装置和动力装置，如图3-2所示此外，在飞机上还要安装副翼、方向舵、升降舵等主要操纵舵面和前缘襟翼、前缘缝翼、后缘襟翼、扰流板等辅助操纵舵面，以实现飞机的起飞、降落、转弯等机动功能第三章第三章第三章第三章一、一、 机身机身01OPTION02OPTION正常式机身尾撑式机身1. 机身的外形第三章第三章一、一、 机身机身2. 机身的结构机身由蒙皮、纵向骨架和横向骨架组成，如图3-3所示。

纵向骨架有桁条、桁梁和纵向局部加强件除桁梁和纵向局部加强件外，其他结构元件的基本作用与机翼结构元件相同桁梁承受弯曲正应力，其剖面尺寸比桁条大，在有桁梁的机身结构中，多布置4根桁梁和少量的桁条，机身轴向力多由桁梁承受；第三章第三章一、一、 机身机身2. 机身的结构纵向局部加强件的作用是将集中力分散传给蒙皮和隔框，它可能由几根纵向短梁组成，也可能是一个短的盒形梁横向骨架有普通框和加强框普通框是一个环形结构，剖面尺寸较小，用于维持机身外形并起加强蒙皮的作用；加强框可以是环形结构，也可以是桁架式和板式结构第三章第三章一、一、 机身机身2. 机身的结构01OPTION02OPTION03OPTION梁式机身半硬壳式机身硬壳式机身第三章第三章一、一、 机身机身3. 增压舱现代飞机的巡航飞行高度多在8 km以上高空气压低，空气稀薄，难以维持机内人员的生命，因此需要在驾驶舱和客舱内进行人工增压，以保持客舱内的环境与地面环境相当这样，飞机在高空飞行时，机身增压舱（气密座舱）就相当于一个高压气瓶，在内外压力差的作用下，机身结构就会受载变形增压舱的截面如为方形，在内压力的作用下隔框将承受巨大的载荷，为了保持增压舱的截面形状，隔框就要做得非常坚固，从而使机身重量增加。

第三章第三章一、一、 机身机身3. 增压舱如增压舱的截面改为圆形，那么蒙皮便可发挥承载作用，舱壁上的内压力完全可由蒙皮张力所平衡，隔框基本不受载，因此，客机机身截面多用圆形增压舱的两端有带腹板的隔框，由于上述原因也常做成球面框为了提高机身容积的利用率，不少飞机的机身被做成机身截面为不同圆弧组合成的复杂形状第三章第三章一、一、 机身机身3. 增压舱飞机的使用期限比较长（现代客机可使用1520年），因此必须考虑机身结构在重复受载下产生的疲劳损坏问题通常，受拉应力大且存在应力集中的部位容易产生疲劳裂纹机身增压舱蒙皮在内外压差的作用下经常处于受拉伸状态；同时，座舱门窗和结构连接接头附近应力集中比较严重，是最易产生疲劳裂纹的地方第三章第三章一、一、 机身机身3. 增压舱为使飞机不因结构疲劳而影响飞行安全，在进行结构设计时要注意增压舱蒙皮的张应力不可过高；在细节设计中尽量避免应力集中，如采用铰接结构以减少铆钉连接孔，从而减少应力集中，且有利于保持增压舱的密封性；同时，对关键部位应采用多路传力设计和阻止裂纹扩展的措施第三章第三章一、一、 机身机身4. 静电消除装置飞机在空气中运动，由于与空气和其他杂质的摩擦，飞机机身上将产生静电电荷，一般为正电荷。

通常电荷均匀分布在机身表面，但大气层也是一个电磁场，由于电磁场的作用，这些电荷会集中到飞机外表比较尖、薄的边缘区域如果没有放电刷，当电荷积累到一定能量时将导致空气或云层水分子之间的击穿放电（雷击现象）第三章第三章一、一、 机身机身4. 静电消除装置放电刷通常被安装在飞机表面外形较尖的部分，在放电刷的顶端还装有一个很小的金属针，带电电荷都集中到放电刷顶端的金属针头上，从而将积聚在飞机机体表面的电荷能量释放（所谓的尖端放电）飞机机身外表的金属部分对放电刷的要求不是非常高，但复合材料部分对放电刷的要求却比较高这是因为金属材料是电的导体，电荷可以自由流动；而复合材料是电的不良导体，容易积聚电荷第三章第三章一、一、 机身机身4. 静电消除装置雷达罩通常是用复合材料（必须是雷达波能够穿透的材料，一般选用玻璃纤维、芳纶纤维或石英纤维）制造的雷达罩的表面在飞行中也会有电荷的积聚，一旦电荷积聚，一方面会遭雷击；另一方面会屏蔽雷达波，使其不能穿透雷达罩而造成雷达工作不正常或探测不到应该探测到的气象或地形状态雷达罩上导流条的作用是将非导电体雷达罩表面的静电电荷传导到机身表面，避免雷达罩表面积聚电荷第三章第三章二、二、 机翼机翼l机翼是民航飞机的重要结构之一，一般分为左、右两个翼面，对称地安装在机身的左右两侧。

机翼最主要的作用是产生升力，同时在机翼内部可放置油箱，收纳起落架此外，机翼上还装有改善起飞、着陆性能的后缘襟翼和用于飞机横向操纵的扰流板、副翼，有的还在机翼前缘安装襟翼、缝翼等增加升力的装置，如图3-7所示大多数民航飞机通过短舱把发动机吊装在机翼下方第三章第三章二、二、 机翼机翼第三章第三章二、二、 机翼机翼1. 描述机翼外形的几何参数机翼的常用基本翼型有低速翼型、尖峰翼型、超临界翼型和前缘较尖锐的超音速翼型描述机翼外形的主要几何参数有翼展、机翼面积（机翼俯仰投影面积）、后掠角（主要有前缘后掠角、1/4弦线后掠角等）、上反角、机翼剖面形状（翼型）等，如图3-8所示第三章第三章二、二、 机翼机翼第三章第三章二、二、 机翼机翼2. 机翼的分类根据不同的标准，机翼可进行如下分类：（1） 按照俯视平面形状的不同，飞机的机翼主要划分为以下3种基本类型： 平直翼 后掠翼 三角翼第三章第三章二、二、 机翼机翼2. 机翼的分类（2） 按主要承弯结构元件的不同，机翼可分为梁式机翼和单块式机翼 梁式机翼 单块式机翼第三章第三章二、二、 机翼机翼3. 机翼表面的操纵面与附属装置机翼表面主要装有以下操纵面与附属装置：（1） 翼刀。

2） 涡流发生器3） 翼尖小翼4） 副翼第三章第三章二、二、 机翼机翼3. 机翼表面的操纵面与附属装置（5） 襟翼6） 前缘缝翼7） 扰流板8） 配平片第三章第三章二、二、 机翼机翼4. 机翼的结构机翼由表面的蒙皮和内骨架组成机翼结构的基本作用是构成机翼的流线外形，同时将外载荷传给机身机翼结构在外载荷的作用下应具有足够的强度、刚度和寿命足够的刚度是指蒙皮在气动载荷作用下保持翼型形状的能力，包括机翼抵抗扭转和弯曲变形的能力 （1） 蒙皮 （2） 纵向骨架 （3） 横向骨架第三章第三章三、三、 尾翼尾翼1. 水平尾翼水平尾翼简称平尾，对称安装在机身后部的水平面上，主要用于保持飞机在飞行中的稳定性和控制飞机的俯仰飞行姿态水平尾翼的内部结构与机翼十分相似，通常由骨架和蒙皮构成，但它们的表面尺寸一般较小，厚度较薄一般来说，水平尾翼由固定的水平安定面和可偏转的升降舵组成第三章第三章三、三、 尾翼尾翼1. 水平尾翼当飞机在空中做近似匀速直线运动飞行时，常会受到各种上升气流或者侧向风的影响，此时飞机的航行姿态就会发生改变，飞机会围绕质心做左右（偏航）、上下（俯仰）运动及滚转如果飞机是静止、稳定的，就无法自动恢复到原来的飞行姿态，即飞机受到风的扰动而抬头，那么飞机就会持续抬头，而且在这股扰动气流消失后，飞机仍会保持抬头姿态，而无法恢复到原来的姿态。

第三章第三章三、三、 尾翼尾翼1. 水平尾翼水平安定面能够使飞机在俯仰方向上（飞机抬头或低头）具有静稳定性水平安定面是水平尾翼中的固定翼面部分当飞机水平飞行时，水平安定面不会对飞机产生额外的力矩；而当飞机受到扰动抬头时，此时作用在水平安定面上的气动力就会产生一个使飞机低头的力矩，从而使飞机恢复到水平飞行的姿态；同样，如果飞机低头，水平安定面上产生的力矩就会使飞机抬头，直至恢复水平飞行为止第三章第三章三、三、 尾翼尾翼1. 水平尾翼升降舵是水平尾翼中可操纵的翼面部分，其作用是对飞机进行俯仰操纵，如图3-13所示当需要飞机抬头向上飞行时，飞行员就会操纵升降舵向上偏转，此时升降舵所受到的气动力就会产生一个抬头的力矩，飞机就会抬头向上；反之，如果驾驶员操纵升降舵向下偏转，飞机就会在气动力矩的作用下低头第三章第三章三、三、 尾翼尾翼1. 水平尾翼第三章第三章三、三、 尾翼尾翼2. 垂直尾翼垂直尾翼简称垂尾，与平尾相同，垂尾翼面的前半部分通常是固定的，称为垂直安定面；后半部分铰接在垂直安定面后部，可操纵飞机左右偏转，称为方向舵方向舵操纵系统中可装阻尼器，以阻止飞机在高空高速飞行中出现偏航摇摆现象第三章第三章三、三、 尾翼尾翼2. 垂直尾翼飞机和直升机都有垂尾，两者不尽相同，但无论是固定翼飞机还是直升机，垂尾都能保持其航向平衡、稳定和起操纵作用。

对直升机而言，垂尾还可以设计成非对称翼形剖面，从而在前飞时产生侧向力，以此来帮助尾桨平衡反扭矩第三章第三章三、三、 尾翼尾翼2. 垂直。