飞机结构与强度_第8章课件.ppt

飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度第8章 飞机外载荷及飞行包线 Ø飞机结构包括机身、机翼、安定面、操纵面、起落架等多个部件各部件由多种材料组成，并通过铆钉、螺栓、螺钉、焊接、或胶接而连接起来Ø飞机在起飞、飞行、着陆及地面停放等过程中，作用在飞机上的外力称为飞机的外载荷这些外载荷包括空气动力、飞机重力、 发动机推力、惯性力、飞机在着陆、地面滑行和停机时地面的反作用力等8.1 飞机的外载荷 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度8.1.1飞机水平直线飞行时的外载荷 飞机作等速直线水平飞行时，作用在飞机上的外载荷有：升力Y、阻力X、重力G和发动机推力P Y = GP = X 飞机在作不稳定飞行时，推力和阻力是不相等的 推力大于阻力，飞机就要加速；推力小于阻力，飞机就要减速 由于在飞机加速和减速时，驾驶员减小或增大了飞机机翼的迎角，使升力系数减小与增大，因而升力仍然与飞机重力相等。

飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度8.1.2飞机作机动飞行时的外载荷Ø飞机在垂直平面内作机动飞行时的外载荷 作用在飞机上的外载荷还有离心惯性力Nn和切向惯性力Nt切线加速度 向心加速度 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度由于沿飞行曲线的切线方向的切线速度变化很小，即 根据达朗贝尔原理，作用力与惯性力是相平衡的，即 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø飞机在水平平面内作机动飞行时的外载荷 当飞机水平盘旋时，它必须具有一定的倾斜角β这时，升力的水平分量就是它转弯的向心力，该分量Ysin β与离心惯心力Nn平衡；升力的垂直分量Ycos β与飞机的重量G相平衡，即 水平转弯时升力总是大于飞机的重力 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø飞机受突风作用时的外载荷 l飞机在水平突风作用下的外载荷 l飞机在垂直突风作用下的外载荷飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度8.2 飞机的过载 Ø过载的定义 为了便于看出飞机在某一飞行状态下受外载荷的严重程度，可用当时飞机所受的除重力以外的外载荷同飞机重量做比较，这就产生了过载(又称载荷因数)这一概念。

•作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过载，用n表示•飞机在y轴方向的过载ny等于飞机升力Y与飞机重量G的比值，•飞机在x轴方向的过载nx等于发动机推力与飞机阻力之差与飞机重量的比值，•飞机在z轴方向的过载nz等于飞机侧向力与飞机重量的比值 飞机在y轴方向的过载是飞机结构设计的主要指标之一，飞机的结构强度主要取决于y轴方向的过载ny 1飞机重心的过载 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø过载的大小 平飞： 垂直机动： 水平机动： 水平突风： 垂直突风： 飞机的重心过载可能大于1，也可能小于1，或等于零，甚至是负值，这取决于飞行时升力的大小和方向。

过载的正、负号与升力的正、负号一致，而升力的正、负号取决于升力与飞机坐标轴y的关系，即升力与y轴正向一致时取正号，反之则取负号 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø过载的意义 l过载表示飞机的外载荷(除重力外)与飞机重力的关系这种关系是用倍数来表示的，是一个相对值例如，过载ny就表示飞机的升力Y是飞机重力G(也就是等速直线飞行时飞机的升力)的多少倍l如果我们知道了飞机的过载值，就能很方便地求得飞机所受的实际载荷大小，也就知道了它作用的方向(根据过载的正、负来判断)，这就便于设计飞机结构，检验其强度、刚度是否满足要求 整架飞机当作一个质点来看待的，因此，计算得到的过载是指飞机重心处的过载 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度2飞机各部位的局部过载 当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 时，在机身上某一点i处，就会产生一个线加速度(如图所示)： 附加的线加速度ay,i将产生一个附加的过载Δni 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度8.3 飞机的飞行包线 Ø飞机的最大使用过载 8.3.1 机动飞行包线 1.过载ny越大，说明作用在飞机上的升力Y也越大。

2.飞机在飞行中的过载值ny就表示了飞机受力的大小3.通常把飞机在飞行中出现的过载值ny称为使用过载，用ny,ser表示4.设计飞机时所规定的最大使用过载值，称为最大使用过载，用ny,ser,max表示5.各种飞机的最大使用过载ny,ser,max，主要是由飞机的机动飞行能力、飞行员生理上的限制、以及在飞行中因气流不稳定而可能受到的外载荷等因素确定的6.大型运输机的最大使用正过载大约为34，最大使用负过载为1.52.5 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø飞机的最大允许速压 物理量q称为速压 飞机平飞时，可根据飞机在不同高度时的需用推力和发动机的可用推力，确定出各个高度上的最大平飞速度VH,max 各个高度上的最大速压 VH,max随高度的变化情况 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度在飞机结构设计过程中，通常规定某一高度为H0上的qH,max作为飞机结构强度设计用的最大速压，用qmax表示。

qmax的值一旦确定，在H0高度以下各个高度上对应的VH,max就可以根据以下公式计算出 不同高度下的飞行速度限度曲线 在H0高度以上，飞行速度仍由各个高度上的最大平飞速度VH,max来限制所以，qmax称为使用限制速压 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度 当飞机作下滑时，下滑终了飞机可能获得的速度显然要比最大平飞速度大，与此相应的速压也比使用限制速压大飞机在下滑终了容许获得的最大速压，称为最大允许速压，用qmax,max表示与最大允许速压相对应的速度，称为最大允许速度，用Vmax,max表示 由于qmax,max>qmax，所以在强度设计中计算外载荷时，qmax,max比qmax更为重要，qmax,max也称为强度限制速压飞机飞行中不能超过规定的速压值，否则，飞机会由于强度、刚度不足而使蒙皮产生过大的变形或者撕离骨架，有时还可能引起副翼反效，机翼、尾翼颤振等现象 根据以上分析可知，飞机使用过载的大小，标志着飞机总体受外载荷的严重程度；而速压的大小，则标志着飞机表面所承受的局部气动载荷的严重程度。

因此，由最大使用过载和最大允许速压所确定的飞机强度和刚度，反映了飞机结构的承载能力如果在飞行中超过飞机的最大使用过载和最大允许速压，即超过了飞机结构的承载能力，就会使飞机的空气动力性能恶化，并损伤飞机结构同样，如果维护不良造成飞机原有的强度和刚度降低，使飞机的承载能力下降，即使飞行中没有达到最大使用过载和最大允许速压，也会造成严重后果 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度Ø机动飞行包线 在以飞行速度Vd为横坐标，飞机过载ny为纵坐标的坐标系上，以飞机过载ny、速压q和升力系数Cy为基本参数，画出机动飞行的飞行包线 l飞机在飞行中所允许达到的最大正过载和最大负过载是在飞机设计一开始就规定下来的，它们分别是ny,ser,max和ny,ser,min为了飞行安全，在飞行中飞机承受的正过载 ，而承受的负过载 因此，飞机的机动飞行就限制在ny=ny,ser,max和ny=ny,ser,min两条水平直线之间。

l为了保证飞机的局部强度，飞行中飞机的速压不能超过qmax，俯冲时不能超过qmax,max，这样就可求出飞行时的限制当量速度 l飞机在较小的速度下飞行时，飞机能达到的过载值不仅要受到ny,ser,max和ny,ser,min的限制，而且也要受到机翼升力系数Cy的限制 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度l当飞机以正临界迎角飞行时，Cy=Cy,max，这时飞机过载与飞行当量速度的关系是 OA曲线也称为正失速线 l当飞机以负临界迎角飞行时，Cy=Cy,min，这时飞机过载与飞行当量速度的关系是 OD曲线也称为负失速线 机动飞行包线 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度8.3.2 突风过载飞行包线 我国民用航空条例第25部，关于运输类飞机适航标准规定了三种突风速度： Ø在海平面和6,100米(20,000英尺)之间 Wd = ±20.10 米/秒 Wd = ±15.25 米/秒 Wd = ±7.60 米/秒Ø在6,100米和15,200米(50,000英尺)之间，突风速度可以线性减到 Wd = ±11.60 米/秒 Wd = ±7.60 米/秒 Wd = ±3.80 米/秒突风过载飞行包线与机动飞行包线一样，也是以飞机过载ny、速压q和升力系数Cy为基本参数，画出的一条封闭曲线，将飞机在不稳定气流中可能出现的飞行情况包围起来。

与机动飞行包线不同的是，此时飞机的过载ny是由于飞行中遇到不稳定气流而形成的 飞飞飞飞 机机机机 结结结结 构构构构 与与与与 强强强强 度度度度突风过载飞行包线 。