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毕业设计飞机原理与构造基础概论设计人：张萌指导老师：曹建华学号：095031-032目录前言…………………………………………………………………3第一章绪论………………………………………………………41-1飞行器基本概念………………………………………………………………………41-2飞机主要组成部分及功用………………………………………………………………51-3飞机的研制过程…………………………………………………………………………61-4航空发动机概述…………………………………………………………………………7第二章机翼尾翼构造分析………………………………………82-1机翼尾翼的功用与要求…………………………………………………………………82-2机翼尾翼的外载特点……………………………………………………………………92-3后掠翼和三角翼受力分析………………………………………………………………102-4操纵面的结构分析………………………………………………………………………12第三章机身结构分析………………………………………………133-1机身的功用、内部布置和设计要求……………………………………………………133-2机身的外载和受力特点…………………………………………………………………153-3机身加强框………………………………………………………………………………163-4气密座舱的受力特点……………………………………………………………………18第四章飞机的平衡、稳定和操纵…………………………………184-1飞机的平衡………………………………………………………………………………184-2飞机的稳定性……………………………………………………………………………194-3飞机的操纵性……………………………………………………………………………204-4飞机飞行品质简介………………………………………………………………………22第五章飞机起落架装置……………………………………………245-1起落架的安装、构造和收放形式…………………………………………………^…245-2起落架的减震机构………………………………………………………………………275-3起落架的机轮和刹车……………………………………………………………………285-4飞机起落架的一些新方法………………………………………………………………29第六章飞机操纵系统………………………………………………306-1飞机操纵系统的分类……………………………………………………………………306-2飞机主操纵系统…………………………………………………………………………316-3飞机辅助操纵系统………………………………………………………………………336-4自动驾驶仪的组成、功用及工作原理…………………………………………………33参考文献……………………………………………………………373前言毕业设计是我们对专业所学的所有课程及相关内容进行一次全面的综合检查和总结，是一次理论和实践相结合，理论应用于指导实践，而实践来检验理论的实际操作过程。在设计过程中，在老师的耐心帮助指导下，完成飞机制造技术基本概论。此次毕业设计，我综合运用了以前学过的所有专业理论知识，并结合课程设计中所学到的知识，独立的分析问题，对于飞机构造的基本情况有了一定的了解，也熟悉了一些有关飞机构造的图表等技术资料。由于自身能力有限，才疏学浅，毕业设计有许多不足之处，忘各位老师给予批评和指正。4第一章绪论1-1飞行器的基本概念一、飞行器(flightvehicle)在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械统称为飞行器。飞行器可分为4类:航空器、航天器、火箭和导弹。在大气层内飞行的飞行器称为航空器,如气球、飞艇、飞机等。它们靠空气的静浮力或与空气相对运动产生的空气动力升空飞行。在太空飞行的飞行器称为航天器,如人造地球卫星、空间站、载人飞船、空间探测器、航天飞机等。它们在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空,然后在引力作用下完成与天体类似的轨道运动。装在航天器上的发动机可提供轨道修正或改变姿态所需的动力。火箭是以火箭发动机为动力的飞行器(火箭发动机也常简称为火箭),可以在大气层内,也可以在大气层外飞行。它不靠空气静浮力,也不靠空气动力,而是靠火箭发动机的推力升空飞行。导弹有主要在大气层外飞行的弹道导弹和装有翼面在大气层内飞行的地空导弹、巡航导弹等。有翼导弹在飞行原理上,甚至在结构上与飞机颇为相似。导弹是装有战斗部的可控制的火箭。通常运载火箭和导弹都只能使用一次,人们往往把它们归为一类。二、航空器(aircraft)能在大气层内进行可控飞行的各种飞行器统称为航空器。任何航空器都必须产生一个大于自身重力的向上的力,才能升入空中。根据产生向上力的基本原理的不同,航空器可划分为两大类:轻于空气的航空器和重于空气的航空器,前者靠空气静浮力升空,又称浮空器;后者靠空气动力克服自身重力升空。轻于空气的航空器的主体是一个气囊,其中充以密度较空气小得多的气体(氢或氦),利用大气的浮力使航空器升空。气球和飞艇都是轻于空气的航空器,二者的主要区别是前者没有动力装置,升空后只能随风飘动,或者被系留在某一固定位置上,不能进行控制;后者装有发动机、空气螺旋桨、安定面和操纵面,可以控制飞行方向和路线。重于空气的航空器的升力是由其自身与空气相对运动产生的。固定翼航空器主要由固定的机翼产生升力。旋翼航空器主要由旋转的旋翼产生升力。飞机是最主要的、应用范围最广的航空器。它的特点是装有提供拉力或推力的动力装置、产生升力的固定机翼、控制飞行姿态的操纵面。20世纪80年代初出现的航天飞机,虽然也有机翼并具有与飞机类似的外形,但它是靠火箭推动在发射架上垂直发射而飞出大气层,然后在近地轨道上运行的。航天飞机返回时主要靠无动力滑翔着陆,这是它与飞机的主要不同之处。滑翔机与飞机的根本区别是,它升高以后不用动力而靠自身重力在飞行方向的分力向前滑翔。虽然有些滑翔机装有小型发动机(称为动力滑翔机),但主要是在滑翔飞行前用来获得初始高度。旋翼航空器由旋转的旋翼产生空气动力。旋翼机的旋翼没有动力驱动,当它在动力装置提供的拉力作用下前进时,迎面气流吹动旋翼像风车似地旋转,从而产生升力。有的旋翼机还装有固定小翼面,由它提供一部分升力。直升机的旋翼是由发动机驱动的,升力和水平运动所需的拉力都由旋翼产生。扑翼机又名振翼机,它是人类早期试图模仿鸟类飞行而制造的一种航空器。它用像飞鸟翅膀那样扑动的翼面产生升力和拉力。但是,由于人们对鸟类飞行时翅膀的复杂运动还没有完全了解清楚,加之制造像鸟翅膀那样扑动的翼面还有许多技术上的困难,扑翼机至今还没有获得成功。5航空器的应用比较广泛。在军事上,它可用于航空侦察、轰炸、反潜、空战,运输兵员、武器和作战物资;在民用上,可完成货运、客运、农业、渔业、林业、气象、探矿、空中测量、空中摄影等方面的任务。此外,航空器还是进行科学研究的一种重要工具。在人造地球卫星、载人飞船等航天器出现之前,有关高空气象、大气物理、地球物理、地质学、地理学等方面的许多研究工作,都借助于航空器。即使在航天器出现之后,由于航空器的价格较低,运用方便,仍是在高空进行科学研究的重要工具。飞机诞生近百年来,性能有了显著的提高,已研制出最大飞行速度超过三倍音速、飞行高度达30km的军用侦察机;活动半径可达4000多公里、载弹量超过20t的超音速轰炸机;以及载客300～500人、能进行洲际飞行的旅客机。直升机的历史虽然只有50多年,但也已发展成为比较完善的、有特殊功能(垂直起降,空中悬停)的航空器。三、飞机(airplane)由动力装置产生前进推力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的重于空气的航空器称为飞机。无动力装置的滑翔机、以旋翼作为主要升力面的直升机以及在大气层外飞行的航天飞机都不属于飞机的范围。飞机按用途可分为军用飞机和民用飞机两大类。军用飞机是按各种军事用途设计的飞机,其中主要包括歼击机(战斗机)、截击机、歼击轰炸机、强击机(攻击机)、轰炸机、反潜机、侦察机、预警机、电子干扰飞机、军用运输机、空中加油机、舰载飞机等。民用飞机则泛指一切非军事用途的飞机,包括旅客机、货机、公务机、农业机、体育运动机、救护机、试验研究机等。其中旅客机、货机和客货两用飞机又统称为民用运输机。现代运输机具有快速、舒适、安全可靠的优点,并且不受复杂地形的影响,能在两地之间完成最短距离的航行。四、直升机(helicopter)以动力驱动的旋翼作为主要升力来源,能垂直起落的重于空气的航空器称为直升机。它既区别于以旋翼作为主要升力来源但不能垂直起落的旋翼机,又区别于不是以旋翼作为主要升力来源的垂直起落飞机。直升机属于旋翼航空器,装有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼。旋翼安装在机体上方近于铅垂的旋翼轴上,由动力装置驱动,能在静止空气和相对气流中产生向上的升力。旋翼受自动倾斜器操纵又可产生向前、向后、向左或向右的水平分力。因此,直升机既能垂直上升下降、空中悬停,又能向前后左右任一方向飞行。直升机可以在狭小场地上垂直起飞和降落而无需跑道。在超载情况下,有机轮的直升机也可以滑跑起飞。当发动机在空中停车时,直升机还可以利用旋翼自转下滑,安全着陆。1-2飞机的主要组成部分及功用飞机的主要组成部件有机翼、尾翼、机身、起落架、飞机操纵系统、飞机动力装置和机载设备等(见图11)。6(1)机翼:是飞机产生升力的部分。通常在机翼上有用于横向操纵的副翼和扰流片,机翼前后缘部分还设有各种型式的襟翼,用于增加升力或改变机翼升力的分布。(2)尾翼:通常在飞机尾部,分为水平尾翼和垂直尾翼两部分。个别飞机的尾翼设计成V形,它兼起纵向和航向稳定、操纵的作用,称为V形尾翼。一般水平尾翼由水平安定面和升降舵组成,垂直尾翼由垂直安定面和方向舵组成。在超音速飞机上,为了提高飞机纵向操纵能力,常将水平尾翼做成一个整体(不分水平安定面和升降舵),它可以操纵偏转,称为全动平尾。有的飞机上(主要是变后掠翼飞机)还将全动水平尾具设计成可以差动偏转的型式,即平尾的左右两半翼面不仅可以同向偏转,且可反向偏转,此时可起横向操纵作用,这种型式称为差动平尾。带方向舵的垂直尾翼已能满足超音速飞行时的航向操纵要求,所以较少采用全动垂直尾翼。在有些飞机上,水平尾翼不是装在飞机尾部,而是移到机翼的前面,它称为前翼或鸭翼。(3)机身:处于飞机的中央,主要用于容纳人员、货物或其他载重和设备,别的部件也多与机身相连。但是机身并不是飞机不可缺少的部件,早期飞机仅有—个连接各部件的构架,这样的机身在初级滑翔机和超轻型飞机上还可见到。后来为了减少阻力,发展成为流线外形的机身,并用以容纳货物、人员和设备等体积较大的载重物。如果飞机足够大,能将人员、货物、燃油等全部装在机翼内部,则可以取消机身,成为飞翼式飞机,简称飞翼。(4)起落架:是飞机起飞、着陆滑跑和在地面(或水面)停放、滑行中支持飞机的装置,一般由承力支柱、减震器、带刹车的机轮(或滑橇、滚筒)和收放机构组成。在低速飞机上用不可收放的固定式起落架以减轻重量,在支柱和机轮上有时装整流罩以减小阻力。对于陆地上或舰上起落的飞机用机轮,在冰上或雪地起落的飞机用滑橇代替机轮,浮筒式水上飞机则代之以浮筒。(5)操纵系统:包括驾驶杆(盘)、脚蹬、拉杆、摇臂或钢索、滑轮等。驾驶杆(盘)控制升降舵(或全动水平尾翼)和副翼,脚蹬控制方向舵。为了改善操纵性和稳定性,现代飞机操纵系统中还配备有各种助力系统(液压的和电动的)、增稳装置和自动驾驶仪等。(6)动力装置:包括产生推力的发动机和保证发动机正常工作所需的附件和系统,其中包括发动机的起动、操纵、固定、燃油、滑油、散热、防火、灭火、进气和排气等装置或系统。(7)机载设备:包括飞行仪表、通信、导航、环境控制、生命保障、能源供给等设备,以及与飞机用途有关的一些机载设备,如战斗机的武器和火控系统,旅客机的客舱生活服务设施等。1-3飞机的研制过程一种新飞机的投入使用,需经过下述4个阶段。1.拟订技术要求通常可由飞机设计单位和订货单位协