第四讲—翼面结构分析

之四：翼面结构分析2第四讲翼面结构分析机翼机翼尾翼尾翼机身机身发动机发动机起落架起落架电子设备电子设备翼面结构3第四讲翼面结构分析„产生升力„内部装置油箱和设备„安装增升装置和倾侧操纵的副翼„固定起落架和动力装置机翼的功能4第四讲翼面结构分析„满足气动要求„重量要求„使用维修要求„工艺性和经济性要求机翼的设计要求5第四讲翼面结构分析机翼的外载„分布的气动载荷„其他部件的集中载荷„机翼结构的质量力Qy，Mx，MzQx，My，Mz6第四讲翼面结构分析机翼的总体受力分析？7第四讲翼面结构分析运动静止8第四讲翼面结构分析机翼的总体力（内力）9第四讲翼面结构分析机翼的内部结构10第四讲翼面结构分析11第四讲翼面结构分析12纵向横向第四讲翼面结构分析机翼结构组成翼梁长桁纵墙翼肋蒙皮13第四讲翼面结构分析„蒙皮14第四讲翼面结构分析„承受气动载荷„参与总体扭矩的传递„参与总体弯矩的传递15第四讲翼面结构分析„翼梁16第四讲翼面结构分析„承受总体剪力（Qy）—腹板剪流„参与总体弯矩的传递（Mz）—上下缘条17第四讲翼面结构分析翼梁是最主要的纵向构件，它承受全部或大部分弯矩和剪力。翼梁一般由凸缘、腹板和支柱构成（如图所示）。凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金钢制成，腹板用硬铝合金板材制成，与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。凸缘和腹板组成工字型梁，承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。18第四讲翼面结构分析„长桁„承受气动载荷„参与总体弯矩的传递19第四讲翼面结构分析长桁承受局部空气力载荷；支持和加强蒙皮；并将翼肋互相连系起来。而且还可以承受由弯曲而产生的正应力。有的机翼为了更加强蒙皮，桁条需要很密，因而导致使用波纹板来代替桁条，或者把桁条与蒙皮作成一体，形成整体壁钣。桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成，铆接在蒙皮内表面，支持蒙皮以提高其承载能力，并共同将气动力分布载荷传给翼肋。20第四讲翼面结构分析„纵墙（腹板）„封闭作用„参与总体扭矩的传递„参与总体剪力的传递21第四讲翼面结构分析纵樯承受由弯曲和扭转而产生的剪力。与梁的区别是椽条较弱，椽条不与机身相连。其长度与翼展相等或仅为翼展的一部分。纵樯通常放置在机翼的前缘或后缘，与机翼上下蒙皮相连，形成一封闭的盒段以承受扭矩。在后缘的纵樯，通常还用来连接襟翼及副翼。22第四讲翼面结构分析„翼肋23第四讲翼面结构分析„支持长桁和蒙皮承受气动载荷„维持机翼形状„承受、传递集中载荷„不参与总体力的传递24第四讲翼面结构分析„接头——传递载荷25第四讲翼面结构分析26第四讲翼面结构分析27第四讲翼面结构分析28第四讲翼面结构分析29第四讲翼面结构分析30第四讲翼面结构分析31第四讲翼面结构分析构件的简化与受力特点翼梁长桁纵墙翼肋蒙皮板杆机翼空间板杆盒段32第四讲翼面结构分析„杆只能承受或传递沿杆轴向的分布力和集中力¾纵向尺寸（长度）远大于截面尺寸；¾承受拉伸载荷的能力大于承受压缩载荷的能力；¾能承受集中力，因此常用于集中力的扩散；¾形成杆系后能承受任意方向的集中力。33第四讲翼面结构分析„板适合承受面内的分布载荷，包括剪流和拉压应力¾面内尺寸（长、宽）远大于截面尺寸（厚度）；¾承受拉伸载荷的能力大于承受压缩和剪切载荷的能力；¾剪力互等定律¾不能承受集中力34第四讲翼面结构分析„平面板杆结构适合承受平面板杆结构面内的载荷¾板、杆之间只能传递剪力¾三角形板杆结构中，三角形的板不能收剪¾常见的平面板杆结构：长桁和蒙皮的组合（加筋壁板）平面梁35第四讲翼面结构分析36第四讲翼面结构分析37第四讲翼面结构分析„空间板杆结构由平面板杆组成的闭室类结构，可以承受弯、剪、扭载荷¾开闭室、单闭室、多闭室¾局部有集中质量38第四讲翼面结构分析39第四讲翼面结构分析40第四讲翼面结构分析41第四讲翼面结构分析机翼结构的典型受力形式所谓受力形式，是指结构中主要构件的组成。受力形式不同，传递总体力的构件不同。¾梁式机翼¾单块式机翼¾多腹板式机翼42第四讲翼面结构分析„梁式机翼¾翼梁强—传递弯矩、扭矩、剪力¾蒙皮薄—气动载荷¾长桁少—参与弯矩传递43第四讲翼面结构分析„单块式机翼¾翼梁弱—传递弯、剪、扭¾蒙皮较厚—气动载荷、传递扭矩¾长桁强—传递弯矩44第四讲翼面结构分析„多腹板式机翼¾无明显翼梁、腹板多¾蒙皮厚¾无长桁45第四讲翼面结构分析尾翼的组成和功能46第四讲翼面结构分析„尾翼的功用水平尾翼：纵向（俯仰）安定性、纵向操纵性；正常式平尾包括水平安定面和升降舵超音速飞机全动水平尾翼垂直尾翼：航向安定性、航向操纵性；垂尾包括垂直安定面和方向舵47第四讲翼面结构分析„尾翼的设计要求尾翼设计要求和构造与机翼类似„尾翼的载荷¾平衡载荷¾机动载荷¾不对称载荷„尾翼的结构组成与机翼类似48第四讲翼面结构分析翼面结构的传力分析传力分析：当支承在某基础上的一个结构受有某种外载荷时，分析这些外载如何通过结构的各个构件传递给支承它的基础，称之为结构的传力分析。思考:传力分析、内力分析、应力分析49第四讲翼面结构分析飞机结构的绝大部分构件都是为了合理地传递载荷而布置的，因此为了设计出符合最小重量要求的满意的结构，必须首先弄清各种结构中载荷的传递规律。50第四讲翼面结构分析„传力路线例如:机翼上作用有分布气动载荷和各接头传来的集中载荷，这些外载通过机翼的各受力构件相继受载产生内力来传递，最后到机翼机身对接处，由支承机翼的机身提供支反力与之相平衡。51第四讲翼面结构分析„步骤一：简化元件的受力特性例如：认为长桁在受总体力时，是只受轴向力的杆，而略去其受弯能力。但在局部载荷下，作为梁可受垂直于杆的力。在传力分析时，一般以偏安全简化为原则。52第四讲翼面结构分析„步骤二：确定相互之间的连接关系例如：53第四讲翼面结构分析„步骤三：确定与基础之间的连接形式例如：54第四讲翼面结构分析„步骤四：确定与基础之间的连接形式依次取出结构的各个部分作为分离体，找出与它相连接的元件和连接关系，根据静力平衡条件，找出作用力、支反力，画出分离体平衡图和内力图，了解力在传递过程中的规律以及各元件的作用和受载情况。“依次”——从初始载荷开始，逐个元件分析过去，前者的支反力后者的外载（作用力）。55第四讲翼面结构分析56第四讲翼面结构分析„例子57第四讲翼面结构分析传力分析的注意事项„传力分析的三要素¾结构本身的受力特性¾力是否能够传入¾力是否能够传出58第四讲翼面结构分析？板必须三边有支持，一边加载；或两边支持，另两边加载。保证受剪平衡。59第四讲翼面结构分析结构传力的规律„静定结构力在各元件上的分配只与元件和外载荷的相对几何位置有关，而与元件的自身刚度无关。仅由平衡条件可唯一确定元件的内力。60第四讲翼面结构分析判断以下哪个是静定结构61第四讲翼面结构分析„静不定结构力的分配不仅与元件的相对几何位置和外载荷作用位置有关，而且与各元件的刚度、和支刚度有关。需由力的平衡条件和变形协调条件，才能确定载荷在各元件上的分配。62第四讲翼面结构分析„静不定结构载荷分配63第四讲翼面结构分析„按刚度分配64第四讲翼面结构分析65第四讲翼面结构分析刚度分配法：静不定结构中个元件所分配承担的载荷与它们的刚度大小成正比。66第四讲翼面结构分析变形一致（仅是根据某种变形一致条件得来的，且实际上是要求绝对变形量一致）。如P分为P1,P2受弯时，因为是按K弯分配。所以刚心也可按弯曲刚度用杠杆原理求出，只有当合力正好作用于刚心时，才为纯弯。67第四讲翼面结构分析„局限性¾结构配置实际不能保证那么纯的变形条件。¾只取某一种变形一致，因此实际可能并非处处协调。¾必须保证绝对量一致，比平剖面假设要严。¾多种载荷作用时，实际上变形将有相互干扰影响。¾支承刚度对结构刚度的影响没有反映进去（静不定支承时）,实际上是有影响。68第四讲翼面结构分析PRBRAPRBRAPRBRAL/2L/2L/2RA=0.69PRA0.69P若A点刚度大,RB=0.31PRB0.31P则RARB69第四讲翼面结构分析EF2EF1EF2P？70第四讲翼面结构分析翼面的受力与传力¾气动载荷¾集中力¾惯性力71第四讲翼面结构分析„蒙皮72第四讲翼面结构分析„长桁73第四讲翼面结构分析„翼肋翼肋的受力翼肋的支持74第四讲翼面结构分析75第四讲翼面结构分析双梁式盒段„翼肋的支持盒段双梁单块式盒段多腹板式盒段板杆结构76第四讲翼面结构分析正应力分布剪流分布提示：蒙皮上有没有剪流，为什么？„双梁式77第四讲翼面结构分析Z向不能平衡78第四讲翼面结构分析79第四讲翼面结构分析梁式盒段中翼肋受载80第四讲翼面结构分析梁式盒段受载81第四讲翼面结构分析„双梁式机翼翼梁总体受载¾翼梁与多个翼肋依次相连¾每个翼肋传递剪流到翼梁腹板，依次叠加，剪力呈现阶梯状分布、弯矩成斜折线分布。82第四讲翼面结构分析„梁式盒段传力总结剪力梁腹板（梁腹板上下边和端边引起剪流）梁缘条（在梁缘条中引起轴力形成弯矩）机身（通过梁缘条接头与机身的连接）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）接头83第四讲翼面结构分析„梁式盒段内力总结剪力梁腹板（由梁缘条和根部加强肋提供支反剪流）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）弯矩梁缘条84第四讲翼面结构分析„单块式正应力分布剪流分布提示：蒙皮上有没有剪流，为什么？85第四讲翼面结构分析Z向不能平衡Z向平衡86第四讲翼面结构分析剪力引起的剪流剪力和扭矩共同引起的剪流87第四讲翼面结构分析剪力所引起的正应力分布88第四讲翼面结构分析„单块式盒段传力总结剪力梁腹板（梁腹板上下边和端边引起剪流）梁缘条（在梁缘条中引起轴力形成弯矩）机身（通过梁缘条接头与机身的连接）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）接头长桁（通过蒙皮传给长桁和长桁中轴力平衡）89第四讲翼面结构分析„单块式盒段内力总结剪力梁腹板（由梁缘条和根部加强肋提供支反剪流）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）弯矩梁缘条，长桁90第四讲翼面结构分析„多腹板式正应力分布91第四讲翼面结构分析剪力引起的剪流扭矩引起的剪流92蒙皮（在蒙皮中引起轴力形成弯矩）第四讲翼面结构分析„多腹板式盒段传力总结剪力腹板（腹板上下边和端边引起剪流）机身（通过梁缘条接头与机身的连接）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）接头93第四讲翼面结构分析„多腹板盒段内力总结剪力腹板（由蒙皮和根部加强肋提供支反剪流）扭矩蒙皮翼根加强肋（转化为集中载荷）弯矩蒙皮94第四讲翼面结构分析„没有翼肋的多腹板式盒段95第四讲翼面结构分析„翼肋传递集中力96第四讲翼面结构分析„肋腹板缘条比较强;与翼梁蒙皮的连接也比较强。97第四讲翼面结构分析等效需注意的问题„能否用等效力分析内力？„能否将加强肋等效为双支点梁？P98第四讲翼面结构分析„机翼与机身的连接¾集中连接形式¾中央翼连接形式99第四讲翼面结构分析„集中连接形式多用与梁式机翼¾一固一铰¾两固¾多点连接100第四讲翼面结构分析„单块式采用集中的特点101第四讲翼面结构分析„中央翼连接形式102第四讲翼面结构分析¾剪力—前后梁腹板传到对接接头，传入机身¾对称弯矩—在中央翼壁板中平衡¾对称扭矩—由侧肋转换成集中剪力或者由角条传递给机身¾反对称剪力—不进入中央翼¾反对称扭—在中央翼中自平衡¾反对称弯矩？103第四讲翼面结构分析„转化为剪力传递给机身104第四讲翼面结构分析„限制扭转105第四讲翼面结构分析„特殊边界之一：双梁式机翼，三点连接双梁式机翼三点连接：指铰接(单耳)与固接(双耳)的三点连接物理概念：铰接接头不能传弯，该梁会转，但因为有盒段存在，盒段不允许它转，∴盒段限制它，给它提供支反力传力：离开机身侧边L的距离内后梁弯矩→盒段受扭→前梁→机身106第四讲翼面结构分析107第四讲翼面结构分析„后掠机翼结构108第四讲翼面结构分析„副翼反效109第四讲翼面结构分析„后掠效应110第四讲翼面结构分析„后掠翼分析模型简化111第四讲翼面结构分析„后掠翼分析模型简化112第四讲翼面结构分析113第四讲翼面结构分析114第四讲翼面结构分析„梁架式后掠翼分析模型简化115第四讲翼面结构分析116第四讲翼