第二章-飞机机翼

2.1机翼的外载荷和力图2.2机翼的结构形式2.3机翼结构的受力分析2.4机翼结构的强度计算2.5尾翼和舵面的载荷和受力分析第2章飞机机翼教学的基本要求：理解机翼的功用、外载荷、力图、结构形式、受力构件；理解平直机翼结构中力的传递、强度近似计算；了解尾翼和舵面结构与受载基本知识主要教学内容：1、机翼的外载荷、力图和结构形式2、机翼结构的受力分析、强度近似计算3、尾翼和舵面的载荷和受力分析重点：机翼的外载荷；平直机翼的力图；梁式机翼与单块式机翼的结构与受力特点；平直机翼结构中力的传递和用近似估算法求截面应力。难点：同上第2章飞机机翼机翼的功用：升力+横侧安定性+操纵性＆（发动机燃料）2.1机翼的外载荷和力图2.1.1机翼的外载荷#1：q气动Y=fn使用G飞机设想：1：分成许多弦段→每段q气动2：Cy近似相等→q气动S=b*1（b:翼弦长度）q气动=fn使用G飞机b/S机翼。q气动：作用在机翼的压力中心线上#2：q机翼=n使用fG机翼b/S机翼#3：P部件=n使用fG部件※：在外载荷的作用下→机翼各截面要承受剪力，弯矩和扭矩→Q剪、M弯、M扭2.1.2机翼的力图平直机翼的剪力图，弯矩图和扭矩图2.2机翼的结构形式#1：随VH空气动力性能→强度＆刚度金属蒙皮夹层结构整体结构---#2：机翼的构件:结构骨架、蒙皮、与机身连接的接头#3：机翼的构件的作用：1：维形2：承力蒙皮桁条纵向骨架翼梁#4：机翼结构骨架纵墙接头普通翼肋横向骨架加强翼肋2.2.1梁式机翼→（单梁式和双梁式）#1：1--2根翼梁，蒙皮薄，桁条#2：翼梁缘条M弯轴向力#3：主要受力构件：翼梁#4：便于开舱口；机身连接比较简单；生存力#：指出图示梁式机翼主要的结构组成、受力及特点2.2.2单块式机翼#1：蒙皮+桁条+翼梁缘条整体（壁板）M弯轴向力#2：蒙皮较厚,桁条多而强，翼梁缘条(也称之为纵墙),#3：保持翼型，抗剪、抗压、抗扭刚度，受力较分散，重量减轻，生存力。不便于开舱口，与机身连接，不便于集中载荷。2.2.3其他形式机翼#1：夹层结构机翼：夹层壁板→蒙皮和其他构件＆夹层壁板由内外两层薄金属片和夹芯层组成→目前应用较多的是蜂窝夹层壁板#2：整体结构机翼:由整体板件连接而成→把蒙皮，桁条和缘条等构件合并成一块整体的板件。2.2.4机翼的主要构件#1：翼梁→缘条+腹板缘条M弯轴向力腹板Q剪腹板式翼梁#2：翼肋→普通＆加强普通翼肋:保持翼形→把q气腹板＆把扭矩全围框＆蒙皮桁条腹板稳定加强翼肋:普通翼肋+承受和传递集中载荷＆机翼开口边缘→扭矩→集中力→翼梁＃３：桁条：支撑蒙皮+蒙皮→把q气翼肋＆→蒙皮的抗剪和抗压稳定性机翼的扭矩和弯矩+蒙皮＋缘条M弯轴向力(单块式)＃４：纵墙→缘条很弱的翼梁或仅有腹板无缘条→承剪不承弯+蒙皮合围框承扭.＃５：蒙皮→局部空气动力+维形→弯扭等＃６：接头→连机翼与机身.固接→翼梁弯剪铰接→纵墙剪接头→连接机翼与机身2.3机翼结构的受力分析2.3.1平直机翼的结构受力分析1、作用力与反作用力#1：力的传递原则2、力按刚度分配的原则3、力沿着最短线传递的原则(刚度相近)1.构件上作用力何种运动趋势※→分析传力2.相邻构件的连接如何阻止运动3.连接部位的相互作用力如何作用#2：受力分析#2-1：蒙皮将局部空气动力传给桁条和翼肋*1：铆钉铆接→桁条和翼肋→外吸→铆钉将局部空气动力传给桁条和翼肋→铆钉承受拉力＆受压→蒙皮直接将力传给桁条和翼肋→铆钉不受力*2：桁条:支持在许多翼肋上的多支点梁一样，要受到剪切，弯曲作用*3：翼肋:蒙皮→分布力＆桁条→集中力。#2-2翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮*1:蒙皮+桁条翼肋Q(压力中心)Q(钢心)+M扭。Q腹板Q1+Q2=Q剪流q→q1=Q1/H1＆q2=Q2/H2(H1,H2前后梁腹板高度)*2:M扭翼肋绕钢心转动。封闭的合围框具有较大的抗扭刚度阻止翼肋转动作用在翼肋上的M扭→剪流q扭的形式经铆钉传给合围框勃立特公式q扭=M扭/2F围(F围:蒙皮合围框包围面积)#2-3:蒙皮将翼肋传来的扭矩传给机身扭矩内侧合围框翼根部。每经一个翼肋，扭矩就要增加一部分→根部机身没开口沿整个周缘连接周缘的连接螺栓以剪流的形式传给机身有舱口翼梁与机身隔框相连蒙皮将扭矩集中力前、后翼梁机身隔框接头#2-4：翼梁腹板将载荷传给缘条*1：翼肋Q翼梁腹板向上运动，腹板内侧阻止外侧向上运动Q往根部逐渐传递。每经过一个翼肋，就要增加一些Q根部接头机身隔框*2：Q腹板转动。腹板上下两端用铆钉和缘条连接缘条阻止转动纵向剪流q缘条。q缘条=q腹板上下q缘条方向相反组成力偶翼梁弯矩。#2-5：缘条将腹板传来的q缘条机身*1：上下缘条纵向剪流q缘条翼根轴向拉压力N拉、N压阻止缘条移动*2：缘条+蒙皮+桁条→壁板→轴向力（单块式）*3：双梁式机翼→传递弯矩→轴向力→大约B处开始→逐步转移到翼梁缘条上→前后梁的四个接点→集中地传给机身隔框平直机翼结构传力过程受力分析归纳桁条(集中力)翼肋机第一步空气动力蒙皮表面翼翼肋(分布力)结ΔQ腹板构第二步翼肋(空气动力+集中载荷)传ΔM扭合围框力传（1）机身周缘接头递第三步ΔM扭∑ΔM扭过（2）开口边缘的加强翼肋程第四步腹板ΔQ∑ΔQ机身隔框的接头(弯矩)缘条壁板根部接头机身隔框（蒙皮+桁条）2.3.2后掠机翼的结构受力分析#:大中型民航旅客机大都采用在机身侧边转折的单块式后掠#1:根部ΔABC（受力）和后掠效应#2:斜撑梁式后掠机翼根部结构受力分析#2-1：主要受力构件:主梁(斜撑梁)（3-1）、前梁（3-2）、后梁（4-1）加强翼肋（4-3）与机身的链接：1固接2铰接#2-2力的传递*1：剪力的传递Q3主梁机身隔框*2：弯矩的传递M弯前梁缘条R弯*L2-3R弯主梁机身隔框*3：扭矩的传递→蒙皮＆铆钉→剪流→加强翼肋→3＆4点→R扭*L3-4来平衡Ex1:双梁式含内撑梁的后掠机翼Ex2:双梁式含内撑梁的后掠机翼—米192.3.3三角形机翼的结构2.4机翼结构的强度计算（截面应力近似计算）2.4.1载荷、变形、应力、强度、刚度的概念#1：载荷(或外载荷）：任何结构和结构中的各个构件，在工作过程中部会受到他其物体对它的作用力，这种作用力通常叫做～（集中和分布）*：静载荷→如果载荷逐渐加到构件，或者载荷加到构件上后，它的大小和方向不变或变化很小，此载荷叫～。*：动载荷→如果载荷是突然加到构件上去的，或者载荷加到构件上后，它的人小和方向有显著变化，这样的载荷称为～。#2：变形：构件在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不同程度的改变，这种尺寸和形状的改变叫做～。*：弹性变形→构件在载荷作用下所产生的变形，当载荷去掉后即能消失的变形叫～。*：永久变形(或残余变形)→构件在载荷作用下所产生的不能消失的变形叫～。#3：内力：当构件受到外力作用而变形时，材料分子之间距离发生变化，这时分子之间会产生一种反抗变形、力图使分子间距离恢复原状的力，这种力叫～。#4：应力：构件在外力作用下，单位横截面面积上的内力叫做应力。*1：正应力→垂直于横截面的应力称为正应力*2：剪应力→平行于横截面的应力称为剪应力#5：强度：构件在外力作用下，抵抗破坏(或断裂)的能力叫做构件的强度#6：刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力称为构件的刚度#7：失稳：构件在外力作用下保持其原有平衡形式的能力称为构件的稳定性。细长杆和薄壁结构受压后易突然失去原有的平衡形式，此种现象叫做失去稳定性，简称失稳※：飞机的5种基本变形※：飞机承受5种主要应力：(1)拉伸应力；(2)压缩应力；(3)扭转应力(扭矩)；(4)剪切应力；(5)弯曲应力(弯矩)2.4.2机翼截面应力的近似估算#设计载荷设计应力材料的强度极限:设计极限设计极限#1：正应力近似估算#1-1.梁式机翼认为弯矩引起的轴向力全部由翼梁上下缘条承受(a)单梁式M弯=NHN=M弯/H翼梁缘条=N/F=M弯/HF(b)双梁式：前=M前/H前F前；后=M后/H后F后#1-2．单块式机翼认为弯矩引起的轴向力由缘条，桁条，蒙皮组成的壁板来承受的。拉=M弯/H壁板（F缘条+nF桁条+Bδ蒙皮）压=M弯/H壁板（F缘条+nF桁条+Bδ蒙皮）Φ:减缩系数#2：剪应力近似估算#2-1:由剪力引起的剪应力认为全部由翼梁腹板承受(a)单梁式剪=Q/F主腹板(b)双梁式剪前梁=Q前腹板/F前腹板剪后梁=Q后腹板/F后腹板(C)单块式各纵墙腹板剪应力相等=Q/F腹板#2-2.由扭矩引起的剪应力认为由蒙皮形成的合围框承受剪=M扭/2F围δ#2-3总的剪应力：总=剪扭2.5尾翼和舵面的载荷和受力分析2.5.1尾翼的载荷和受力分析#1：飞机的尾翼一般由水平尾翼和垂直尾翼两部分组成水平安定面水平尾翼升降舵飞机尾翼垂直安定面垂直尾翼方向舵#2：尾翼的载荷#2-1、水平尾翼的载荷*1：平衡载荷*2：机动载荷*3：不对称载荷#2-2：垂直尾翼的载荷*1：机动载荷*2：发动机推力不对称时的载荷#3：尾翼的力图#：空气动力在尾翼上的传递与机翼相同，尾翼的应力分析基本上与机翼相同，垂直尾翼的剪力、弯矩和扭矩图与水平尾翼的相同。水平安定面升降舵2.5.2舵面的载荷和受力分析--（以副翼为例）#1-1：副翼的作用是使机翼产生滚转力距，保证飞机具有横侧操纵性。它通常由翼梁翼肋、蒙皮和后缘型材组成#1-2：副翼的结构与连接#2：副翼的载荷和力图#2-1:作用在副翼上的外载荷有空气动力Q气动、操作力T和支点反作用力R1、R2、R3。#2-2:副翼结构在空气动力、支点反作用力和操纵力的作用下，象一根支持在机翼上的多支点梁一样，承受剪力、弯距和扭距。本章小结本章主要内容包括：机翼的功用、外载荷和力图、结构形式与受力分析、机翼结构强度的近似计算以及尾翼和舵面的载荷与受力。重点关注（1）机翼外载荷与机翼结构内力、结构特性以及力的传递之间的关联性（2）机翼截面应力的近似估算的特点（3）运用上述机翼的知识内容理解尾翼和舵面的基本内容。