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飞行器结构分析与设计第十三讲崔德刚、程小全、何经武2009年4月讲课材料2本讲内容尾翼与操纵面的结构设计特点尾翼与操纵面的结构设计特点全动尾翼的设计特点尾翼与操纵面功用、设计要求尾翼与操纵面的载荷特点操纵面的结构特点安定面的结构特点操纵面的气动补偿和气动平衡全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析转轴的位置和布置现场课33.11尾翼和操纵面结构分析与设计一、尾翼、操纵面的结构设计特点1、尾翼和副翼的功用和设计要求尾翼平尾垂尾水平安定面升降舵垂直安定面方向舵副翼操纵面4尾翼和副翼的载荷特点平尾的功用：提供气动力，产生纵向力矩，使飞机获得绕Z轴的俯仰平衡、稳定和操纵性；平尾也可以用于和副翼联动，提供滚转力矩；垂尾的功用：提供气动力，产生方向控制力矩，使飞机获得绕Y轴的航向平衡、稳定和操纵性；副翼和扰流片的功用：用来保证飞机绕X轴的横向操纵性和平衡作用；横向的稳定性：可以由机翼的上（下）反角或后掠角来保证.5尾翼和操纵面的设计主要要求（1）在飞行所有允许的飞行状态中，均能起到足够的平衡、稳定作用，保证飞机的稳定飞行；（2）为飞机的机动飞行提供操纵性作用；（3）有足够的强度、刚度，并且重量尽可能轻；（4）在飞机允许的飞行速度范围内，不发生各种形式的振动和启动弹性问题。尾翼和副翼的外载荷主要是气动载荷。结构的质量载荷较小。由气动载荷引起结构的剪力、弯矩、扭矩。2、尾翼和副翼的载荷特点6（1）安定面的结构特点：安定通常翼面无大开口，其构造可以由翼梁、翼肋和带长桁的壁板（或整体壁板）组成单块式翼盒结构；或多梁式翼盒结构（如现代喷气运输机）。（2）水平安定面的连接（3）垂直安定面的连接一般都与机身固定连接。3、安定面的结构特点连接形式固定式：含分段固定和贯穿机身二种可调安装角式：贯穿机身71）操纵面的构造和受力分析构造特点：单梁或多梁结构边界条件：多支点连续梁载荷传递：剪力Q、弯矩M通过悬挂接头传给安定面；扭矩Mt传给操纵摇臂和悬挂接头2）操纵面悬挂支点的确定操纵面悬挂支点的多少和位置，主要根据以下几方面考虑：a）保证使用可靠，舵面受载时的变形不致引起与安定面相碰或突出安定面外形太多；b）保证在转动舵面时不致卡死；c）操纵面梁的受力特性好一些。4、操纵面的结构特点和传力分析83）操纵面前缘缺口补强补强原因：悬挂点接头处的开口破坏了扭矩的传力路线补强措施：4、操纵面的结构特点和传力分析5、操纵面的气动补偿和气动平衡（不讲）二、全动平尾的设计特点全动尾翼的设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析转轴的型式和布置9超音速飞机为满足操纵要求、平衡要求，需要采用全动式尾翼。操纵性要求尾翼效能低机翼焦点后移，要求尾翼效能高平衡性要求尾翼效能低飞机焦点后移，要求尾翼效能高1、全动尾翼的来由10（1）整体式平尾:有梁式结构和单块式结构。连接方式见右图全动平尾的两种结构型式分段式整体式（2）分段式平尾平尾外段有梁式和单块式等结构形式。该平尾的结构特点主要在转轴和根部结构（见上图）。2、全动尾翼的结构特点11转轴型式斜轴式直轴式平尾后掠角较小平尾后掠角较大根据尾翼平面形状3、转轴的型式和布置12转轴型式定轴动轴按照转轴与尾翼连接关系3、转轴的型式和布置动轴式：轴与尾翼连成一体；缺点是尾翼的扭转刚度差。目前常用边条自平衡方式。定轴式：轴与机身相连；缺点是机身侧面开槽削弱了结构。轴承难布置。13转轴的布置原则1）尽量利用尾翼剖面结构高度增大转轴直径，提高承载能力，减轻转轴重量；2）尽量将转轴布置在前后压心中间，以减小铰链力矩；3）为了有利于防止颤振，转轴力求放在尾翼重心附近。动轴式平尾的受力分析动轴式平尾的受力分析4、全动平尾受力分析14总结尾翼平尾垂尾水平安定面、升降舵垂直安定面、方向舵全动尾翼的设计特点全动尾翼的来由全动尾翼的结构特点全动平尾受力分析转轴的型式和布置15退出第十三讲结束16操纵面的边界条件17操纵面的边界条件18操纵面前缘缺口补强图补强措施：(1)可加一对斜加强肋，与梁构成三角架。扭矩由斜肋受弯和缺口段的梁受附加弯矩来传递；(2)加一短墙，与缺口两端的加强肋构成一局部闭室。扭矩在缺口段由局部闭室传递；(3)对某些小型低速飞机，可直接对梁进行局部加强，由梁本身受扭。19气动补偿的几种形式20动轴式全动平尾的结构载荷受力情况21动轴式全动平尾结构、载荷、受力情况剪力传递扭矩传递弯矩传递N4C22第十三讲飞机结构分析与设计北京航空航天大学