飞机机翼翼梁的结构分析和修理设计.doc

西安航空职工大学 毕业设计论文目 录1 引言 32 飞机翼梁的结构分析 32.1 翼梁的结构组成 32.1.1 翼梁缘条 42.1.2 翼梁腹板 42.2 翼梁的受载特点 52.3 翼梁的布置 63 故障诊断 63.1 超声波探伤 63.1.1 超声波探伤设备 73.1.2超声波探伤的工作原理 74 故障修理 84.1 翼梁缘条的修理 84.1.1 缺口的修理 84.1.2 裂纹的修理 94.1.3 断裂的修理 104.2 翼梁腹板的修理 134.2.1 裂纹的修理 134.2.2 破孔的修理 144.2.3 切割的修理 155 校核强度 165.1 梁缘条修理时的强度计算 165.2 腹板修理时的强度计算 19结束语 20参考文献 21毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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人类实现了飞行的愿望，是20世纪最伟大的科技成就之一，而且只有很少几项科学技术成果能与之媲美飞机是一个庞大而复杂的，驶离地面的飞行器系统，是人类制造的最复杂的产品之一飞行自诞生以来，结构形式在不断变化，但到目前为止，除了极少数特殊形式的飞机之外，大多数飞机都是由机翼、尾翼、机身、起落架、操纵系统、动力装置和机载设备等几个部分组成机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行，它还起一定的稳定和操纵作用通常在机翼上还装有副翼、襟翼、起落架、武器及副油箱等机翼构件包括蒙皮，骨架（包括翼梁、桁条、纵墙、普通翼肋和加强翼肋）及与机身相连接的接头在飞机机翼中，翼梁是最主要的受力构件之一，一般由缘条和腹板等组成主要功用是承受弯矩和剪力梁的上下缘条承受由弯矩引起的轴向力剪力则主要由腹板承受2 飞机翼梁的结构分析2.1 翼梁的结构组成翼梁一般由梁的腹板和缘条（或称凸缘）组成翼梁是单纯的受力件，主要承受剪力和弯矩在有的结构形式中，它是机翼主要的纵向受力件，承受机翼的全部或大部分弯矩，翼梁大多根部与机身固接翼梁的构造形式主要有组合式（图1-a）、构架式（图1-b）和整体锻造式（图1-c）其中，组合式翼梁和整体锻造式翼梁统称为腹板式翼梁。

现代飞机上普遍采用的是腹板式翼梁它构造简单，受力特性好，同时还可以作为整体油箱的一块隔板来使用构架式翼梁则构件多，制造复杂，没有或只有很少的超静定度，安全性低，又不能构成整体油箱，现已很少采用本文仅就腹板式翼梁作以较为详细的阐述a）腹板（组合）式翼梁（b）构架式翼梁（c）整体式翼梁 图1 翼梁的构造形式 （a）腹板（组合）式翼梁：1—上缘条；2—腹板；3—下缘条；4—支柱 （b）构架式翼梁：1—上缘条；2—下缘条；3—斜支柱；4—直支柱 （c）整体式翼梁：1—机翼与机身接头的耳片；2—锉修垫板；3—固定座 2.1.1 翼梁缘条翼梁的缘条由高强度钢或铝合金制造，经常采用开剖面、厚壁、挤压型材在选择缘条截面形状时，要遵照制造简便、便于沿翼展长度保持翼型、便于蒙皮与腹板固定的原则按宽度方向伸展的缘条截面形状，不仅有助于增大翼梁的惯性矩，而且还可降低用于承受轴向力的缘条所需面积，从而减小翼梁的质量又由于存在缘条上的弯边，所以蒙皮与腹板和缘条的固接得到了简化，从而使孔造成的截面损失较小2.1.2 翼梁腹板翼梁腹板由板材制成薄腹板有时用角形截面的型材加强支持，以便把腹板分成单个的壁板，从而提高相对厚度。

起支持作用的角形截面型材和翼肋腹板弯边，用来把翼肋固定在翼梁腹板上腹板可以制成波纹板或三层板的形式在翼梁结构中可能是一块，也有可能是两块腹板，两块腹板能够保证更大的生存性（如果其中每一块都保证承受通过翼梁腹板的载荷），此外，分置的腹板与缘条在形成闭室的同时，也使翼梁产生抗扭刚度2.2 翼梁的受载特点当空气动力载荷传递到机翼上后，蒙皮受载并把此载荷传递到翼肋和桁条上，桁条受蒙皮加载并把此载荷传递到翼肋上，翼肋由蒙皮和桁条加载并将此载荷分配到翼梁腹板上，由翼肋传递到翼梁腹板上的剪流，在翼梁腹板上产生沿翼梁长度的阶梯式累积剪力图2(a)所示为前（第1）梁腹板的受载情况，后（第2）梁也是如此梁腹板接受从翼肋传来的剪力和，该力和翼梁与机身隔框固定接头上的反力平衡如图2（a~c）所示为腹板的受载和宽度为的一个小单元翼梁腹板的受力平衡状况沿这个单元的右边缘作用一个从翼梢到翼根方向累积的剪流，左边缘上将作用有同样的剪流（因为值很小），但方向相反腹板单元在这两个剪流的作用下不能平衡为了让其平衡，连接上下缘条的铆钉应向腹板提供剪流由腹板单元的平衡条件可知=，并且，在这些载荷作用下翼梁腹板受剪，翼梁缘条上的铆钉受水平方向的剪切。

通过连接缘条和腹板的铆钉，使缘条内产生轴向力，它沿机翼向根部累积，在翼根剖面处与前后梁固定接头的支反力和平衡，如图2（d、e）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，使壁板受到轴向载荷，壁板也以此形式承受弯矩此时轴向载荷在纵向构件（翼梁缘条和壁板）之间按抗弯刚度分配图2 翼梁腹板和缘条（机翼壁板）受载图2.3 翼梁的布置翼梁应尽可能布置在剖面高度较大的部位，同时轴线尽量不要转折，以便传力直接、连续，这样对结构的强度、刚度有利，可减轻结构重量一旦有转折，必须布置另一构件（如另一梁或加强肋）来承受由此出现的弯矩分量其次翼梁沿展向最好按弦长的等百分比线布置，否则缘条表面可能为双曲面，给工艺带来困难然而实际情况是，翼梁的布置很大程度上容易受机翼平面布局和内部装载的影响，如前、后梁一般应照顾前、后缘的襟翼、缝翼、副翼等增升装置，另由于内部空间的需要，例如为了安置起落架，为扩大翼盒空间以增大整体油箱容积或增大扭转刚度，一般难以将翼梁布置在机翼剖面的最大高度处，有时还可能向前或向后转折3 故障诊断检查构件裂纹有两种方法：一种是用放大镜进行目视检查，这种方法的优点是简单方便，随时随地可以检查，而且不受被检测材料的限制。

另一只共检测方法是使用专门的探伤设备进行无损检测，它包括射线检测、超声波检测等3.1 超声波探伤超声波是频率大于20000Hz的机械波，超声波探伤是利用超声波在不同介质中的传播、反射和衰减等物理特性的不同来发现缺陷的一种探伤方法，又称超声波检验，主要用于工件内部缺陷的检验超声波探伤具有穿透力强、无污染、效率高、成本低等优点3.1.1 超声波探伤设备 超声波设备主要包括超声波探伤仪和探头 超声波探伤仪的主要功能是产生与超声波频率相同的电震荡，激励探头发生超声波同时，它又将探头接收到的回波转换成电信号并予以放大、处理，再以一定方式在示波屏上显示出来 超声波探头又称电压超声换能器，是实现电—生能量相互转换的能量转换器件常用的探头有直探头、斜探头和表面探头等主要由保护膜、压电晶片和吸收块等组成其中，压电晶片是由单晶（石英、硫酸锂和碘酸锂等）或多晶（钛酸钡等）材料切割成薄片而制成晶片两表面敷有银层作电极，“-”极引出的导线接发射端，“+”极接地吸收块的作用是吸收杂波，并使晶片在激励电脉结束后将声能很快损耗而停止振动，以便接收反射声波保护膜可使压晶片免于和工件直接接触磨损，匹配电感可使探头与超声波探伤仪的发射电路匹配，以提高发射效率。

当高频电压加于晶片两面电极上时，由于逆压电效应，晶片会在厚度方面方向产生伸缩变形的机械振动如果晶片于工件表面良好耦合时，机械振动就以超声波形式传播进去，即发射超声波反之，当晶片受到超声波作用而发生伸缩变形时，正电效应又会使晶片两表面产生不同极性电荷，形成超声频率的高频电压，即接。