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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第四章机身结构分析与设计4.1机身的功用与设计要求一、机身的功用机身用途把机翼、尾翼、起落架等部件连接在一起，形成一架完整的飞机安置空勤组人员、旅客，装载燃油、武器、设备和货物等根据飞机用途不同，机身中装载和内部布置也不一样（见下图所示）3二、机身结构的设计要求机身结构设计要求必须满足各种装载的特殊使用要求，并应与机翼、尾翼等主要受力构件、连接点位置进行协调，以减轻飞机总重量。在保证机身结构完整性的前提下，结构重量尽可能小。机身应有足够的开敞性以便于维修。有良好的工艺性，生产成本要低。机身基本不产生升力，机身气动力要求是阻力小。机身一般做成细长的流线体，外形光滑，突出物少等。使用要求是机身设计要求中的重要要求。比如座舱盖、开口等就是必须满足使用要求。4一、外载特点4.2机身的外载荷与内力特点机身主要用于装载和连接各部件，因此其主要外载有其他部件的力：飞行或起飞、着陆滑跑中机翼、尾翼或起落架等传来的力。装载力：各装载及机身结构产生质量力。增压载荷：自身平衡，不影响机身的总体载荷，是机身结构主要疲劳载荷。空气动力：机身为对称流线体，除局部地区局部气动载荷较大外，对机身内力影响很小。机身的主要外载5二、机身总体受力特点机身的边界条件：可把机身看成支持在机翼上的双支点或多支点外伸梁。（支点数以及支点提供的支反力性质视机身-机翼的连接接头的具体情况而定）载荷性质和方向：剪力，作用在Y、Z轴方向上弯矩，作用在Y、Z轴方向上扭矩，作用在X轴方向上6一、机身结构的组成元件及其功用4.3典型机身结构形式和传力分析横向元件：框、蒙皮纵向元件：长桁、桁梁机身结构普通框的作用：1）维持机身的截面形状；2）对蒙皮和长桁起支持作用。普通框的受载：1）蒙皮传入机身周边的空气动力；2）机身弯曲变形引起的分布压力1、隔框普通框隔框加强框7加强框的作用：除上述作用外，其主要功用为：将装载的质量力和其他部件上的载荷经接头传到机身结构上的集中力加以扩散，然后以剪流形式传给蒙皮。3、蒙皮的作用1）构成机身的气动外形，并保持表面光滑；2）承受剪力和扭矩，并与长桁一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力。2、长桁与桁梁的作用1）承受机身弯曲时产生的轴力；2）支持蒙皮，提高蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；3）承受部分作用在蒙皮上的气动力，并传给隔框。8二、机身结构的典型受力形式1、桁条式机身结构多用于大型运输机和客机等开口少的飞机。结构特点：1）长桁较密、较强；2）蒙皮较厚。承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力将由许多桁条与较厚的蒙皮组成的壁板承受。优点：1）弯、扭刚度比桁梁式机身大；2）蒙皮较厚，其局部变形小，有利于改善气动性能。缺点：蒙皮上不宜大开口。92、桁梁式机身结构这种结构形式主要用于开口率不高的战斗机上。结构特点：1）有几根桁梁，桁梁的截面积很大；2）长桁的数量较少而且较弱，可以不连续；3）蒙皮较薄。承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮与长桁只承受很小部分的轴力。优点：1）在机身上布置大开口不会显著降低机身的强度和刚度；2）开口补强引起的重量增加较少。103、梁式机身结构桁条式、桁梁式和梁式机身统称为半硬壳式机身。这种结构形式主要用于开口率很高的战斗机上。结构特点：机身由蒙皮、隔框和纵向大梁组成。承力特点：1）剪力和扭矩引起的剪流全部由蒙皮承担；2）弯曲引起的轴向力主要由大梁承受，蒙皮不参与纵向受载。优点：可以承受大的轴向集中载荷；机身上可布置大开口；缺点：相对桁梁式机身结构而言，重量较大。11这种结构形式主要用于早期的木制飞机上。如“蚊式”机。结构特点：1）由蒙皮和少数框组成；2）没有纵向构件；3）蒙皮较厚。承力特点：由厚蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴力和剪力。优点：弯、扭刚度大。缺点：1）结构效率底，因而相对重量较大；2）开口补强增重较大。实际上用得很少。三种典型机身的差别主要是受弯曲引起的轴向力的构件不同4、硬壳式机身结构12三、机身典型结构布局与受力分析1、前机身结构特点：桁梁式结构受力分析：垂直剪力、水平剪力、弯矩、扭矩132、机身中段结构特点：桁梁式结构受力分析：剪力、弯矩、扭矩142、机身中段结构特点：桁梁式结构受力分析：剪力、弯矩、扭矩153、后机身结构特点：桁梁式结构受力分析：剪力、弯矩、扭矩163、后机身结构特点：桁梁式结构受力分析：剪力、弯矩、扭矩（）17总结机身的功用与设计要求机身的功用设计要求外载与内力外载特点机身总体受载特点典型机身形式和受力分析结构组成元件及其功用机身结构的典型受力型式机身结构的受力分析18第十四讲结束退出19机身结构图伊尔-28是前苏联伊留申设计局研制的轻型轰炸机，1950年正式投入使用，采用双发动机上单翼布局。20桁条式机身结构及其受力形式图（ａ）将蒙皮的承弯能力集中到长桁上形成的剪流分布。21桁梁式机身结构及其受力形式22硬壳式机身的传力分析