飞行器的构造

飞行器的构造概要--大型民用飞机构造飞机构造特点：􀀴在满足强度和刚度要求的前提下使重量尽可能的小；部件尺寸大而刚度小；零件数量多，装配以铆接为主。飞机构造组成：􀀴尾翼机翼机身起落架操纵面§9.1机翼9.1.1机翼的基本结构元件9.1.2机翼的构造形式9.1.1机翼的基本结构元件机翼是飞机最主要的部件之一，其主要功用是产生升力。机翼内部可以用来装置油箱和设备等；在机翼上还安装有改善起降性能的增升装置和用于飞机侧向操纵的副翼；很多飞机的起落架和动力装置也固定在机翼上。翼梁蒙皮翼肋桁条纵墙接头机翼的组成上缘条下缘条腹板支柱翼梁翼梁是最强有力的纵向构件，承受全部或大部分的弯矩和剪力。翼梁由缘条、腹板和支柱等组成，剖面多为工字型。翼梁固支在机身上。纵墙纵墙与翼梁的区别在于其缘条很弱且不与机身相固支，也即纵墙与机身铰接。纵墙通常布置在机翼的前后缘处，与机翼的上下蒙皮相连，形成封闭的盒段以承受扭矩。弱缘条腹板桁条用铝合金型材或板弯件制成，铆接在蒙皮内表面，支持和加强蒙皮。翼肋形成并维持翼剖面之形状；并将纵向骨架与蒙皮连成一体；把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁。如果是加强翼肋，则还要承受和传递集中载荷。蒙皮蒙皮通常用硬铝板材制成，用铆钉或粘接剂固定于纵横向骨架上，形成光滑的表面。空气动力直接作用在蒙皮上。接头接头的功用是将载荷从一个构件传递到另一个构件。9.1.2机翼的构造形式机翼的构造形式随着飞机速度的增加而改变。在机翼构造形式的发展过程中，最主要的变化是维形构件和受力构件逐渐合并。机翼的主要构造形式有：•构架式机翼•梁式机翼•单块式机翼构架式机翼构架式机翼主要用于飞机发展的初期，其结构特点是受力件与维形件完全分工。构架式机翼的受力骨架是由翼梁、张线、横支柱（或翼肋）等组成的空间桁架系统；其蒙皮是用亚麻布制成，只起维形作用。构架式机翼梁式机翼梁式机翼的特点是布置有强有力的翼梁、较少且较弱的桁条并采用较薄的硬质蒙皮，常用金属铆接结构，为现今飞机所广泛采用。根据翼梁的数量不同，可以进一步将梁式机翼分为单梁式机翼、双梁式机翼和多梁式机翼。梁式机翼单块式机翼单块式机翼的特点是蒙皮较厚，桁条较多也较强，翼梁的缘条很弱，甚至没有翼梁而只有纵樯。单块式机翼的维形构件和受力构件已经完全合并，亦为现代飞机所广泛采用。单块式机翼§9.2机身民用飞机机身的主要功用：􀀴装载乘员和货物；􀀴安置各种系统设备；􀀴连接机翼和尾翼等部件；有的还固定动力装置和起落架。9.2.1机身的构造形式9.2.2大型民用客机机身舱位9.2.1机身的构造形式机身的构造形式也是随着飞机速度的增加而改变的，也是维形构件逐渐与受力构件合并。机身的主要构造形式有：•构架式机身•桁梁式机身•桁条式机身•大型民用客机的机身结构构架式机身构架式机身由受力空间桁架系统和不参与总体受力的蒙皮构成。桁梁式机身桁梁式薄壁结构机身的受力构件包括桁梁、桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。桁梁式机身的特点是布置有剖面较大的桁梁、桁条较少且较弱、蒙皮较薄。桁梁式机身桁条式机身桁条式机身的受力构件包括桁条、隔框（普通框、加强框）、蒙皮和接头。其特点是蒙皮较厚，桁条较多、较强。桁条式机身大型民用客机的机身结构大型民用客机的机身结构大多是以桁条式为基础，增加承载能力很强的地板结构。地板结构一般包括隔框、地板横梁、纵梁（龙骨梁）以及地板块。机身空间因此被地板分为上、下两部分。大型民用客机的机身结构9.2.2大型民用客机机身舱位大型民用客机机身一般分为：机鼻机鼻用雷达天线罩整流(减缓机外气动力、气动加热和声振)，内部主要安置气象雷达等。机身前段机身前段为气密增压舱；其上部是驾驶舱，下部为设备舱。驾驶舱内一般装有中央和侧边操纵台以及靠舱门的后控制台；左、中、右、顶部仪表板；正、副驾驶座椅；飞行工程师座椅等。驾驶舱罩为金属骨架装风挡玻璃，风挡玻璃一般由三层回火硅酸盐电加温玻璃贴合而成，厚度在30mm以上。机身前段机身中段机身中段亦为气密增压舱；其上部是客舱，下部为货舱、设备舱、起落架舱等。客舱两侧壁上开有安装着双层有机玻璃的观察窗，前、中、后部布置有数个登机门以及应急出口。舱内服务设施和设备齐全，座椅舒适，空气新鲜，灯光柔和，并配备有应急供氧设备、水上救生设施等。机身后段机身后段一般不增压，主要安装尾翼、辅助动力装置APU（向飞机独立地提供电力和压缩空气）及部分设备。尾锥尾锥部分主要是辅助动力装置（APU）的排气管。§9.3尾翼尾翼的主要功用是保证飞机的纵向和方向的平衡，并使飞机在纵向和方向上具有必要的稳定性和操纵性。一般，尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。前者由固定的水平安定面和活动的升降舵组成，后者则由固定的垂直安定面和活动的方向舵组成。尾翼的构造基本上与机翼的构造相似，也由纵、横向骨架和蒙皮、接头组成。小型飞机的安定面多采用梁式构造，大型飞机的安定面一般都采用多纵墙的单块式构造。§9.4操纵面5.4.1主操纵面5.4.2辅助操纵面大型民用飞机的操纵面9.4.1主操纵面操纵面亦称舵面。通常，飞机具有三个主操纵面，即升降舵、方向舵和副翼。通过操纵这三个主操纵面的偏转，就可以实现对飞机的俯仰、方向和横侧姿态的控制。主操纵面的构造通常为由梁、肋、蒙皮、接头以及后缘型材组成的无桁条单梁式。升降舵通常，升降舵安装在水平安定面的后缘，由驾驶员推、拉驾驶杆／盘进行操纵，以供飞机作俯仰运动之用。部分高速飞机采用了全动式水平尾翼，目的是为了提高飞机在高速飞行时的操纵效能。方向舵方向舵位于垂直安定面的后缘，由驾驶员踩动脚蹬控制，以供飞机作偏航运动之用。副翼副翼装在机翼的后缘，由驾驶员左右移动驾驶杆或转动驾驶盘进行操纵。两侧机翼上的副翼偏转方向总是相反的，从而使一侧机翼上的升力增加而另一侧机翼上的升力减小，以达到使飞机作倾侧运动之目的。副翼小型飞机的副翼位于机翼后缘的外侧。大、中型飞机一般左右机翼各有内、外两块副翼，外副翼也称低速副翼。飞机低速飞行时，内、外两组副翼同时使用；当飞行速度超过一定Ma数后，外侧副翼锁定，由内侧副翼以及副翼上偏一侧机翼上的空中扰流片共同来保证飞机的横侧操纵。9.4.2辅助操纵面辅助操纵面的作用主要是为了改善飞机的某一方面的性能。现代飞机上的辅助操纵面主要包括：•增升装置•扰流片•减速板•调整片增升装置增升装置的主要功用：是在起飞降落时增加机翼的升力，从而降低飞机的离地和接地速度，缩短起飞和降落滑跑距离。增升装置增升装置的增升原理：目前所使用的增升装置的增升原理主要有三类：①增大翼型弯度；②增大机翼面积；③控制机翼上的附面层，推迟气流的不利分离(大迎角时气流分离导致升力骤降，即失速)。增升装置增升装置的主要种类：目前所使用的增升装置的种类主要有：•襟翼•前缘缝翼•前缘襟翼和克鲁格襟翼•附面层控制襟翼一般的襟翼位于机翼后缘，靠近机身，在副翼的内侧。襟翼放下时，既增大机翼的升力，同时也增大飞机的阻力，因此通常在起飞阶段，襟翼只放下较小的角度，而在着陆阶段才放下到最大角度。襟翼的种类很多，常用的有：•分裂襟翼•简单襟翼•开缝襟翼•后退襟翼•复合襟翼襟翼简单襟翼简单襟翼的形状与副翼相似，用铰链连接于机翼后缘，其构造比较简单，不偏转时形成机翼后缘的一部分。简单襟翼放下最大角度时，大约能使Cymax增大65％～75％分裂襟翼分裂襟翼（也称开裂襟翼）象一块薄板，用铰链安装于机翼后缘下表面并成为机翼的一部分。分裂襟翼一般可把机翼的Cymax提高75％～85％开缝襟翼开缝襟翼是在简单襟翼的基础上改进而成的，当开缝襟翼放下时，其前缘与机翼之间形成一条缝隙。开缝襟翼的增升效果较好，一般可使Cymax增大约85％～95％后退襟翼后退襟翼工作时，既向下偏转同时又沿滑轨向后移动，也即既增大翼型弯度又增加机翼面积。后退襟翼一般可使翼型的Cymax增大约110％～140％复合襟翼复合襟翼由后退襟翼和开缝襟翼合并设计而成，其增升效果更好，为现代飞机所广泛采用，但其结构相应地也更复杂。前缘缝翼前缘缝翼是安装在机翼前缘的一段或几段狭长的小翼面，当前缘缝翼打开时，它与基本机翼前缘表面形成一道缝隙，前缘缝翼的作用相当于附面层控制。通常，前缘缝翼在大迎角，特别是接近或超过基本机翼临界迎角时才使用。前缘缝翼目前所使用的大多是自动式前缘缝翼。这种前缘缝翼用滑动机构与基本机翼相连，依靠前缘空气动力的压力和吸力来自动控制其闭合和打开。前缘襟翼和克鲁格襟翼前缘襟翼就是可偏转的机翼前缘。在大迎角下，前缘襟翼向下偏转，使前缘与来流之间的角度减小，气流沿上翼面的流动比较光滑，避免发生局部气流分离，同时也增大了翼型的弯度。前缘襟翼与襟翼配合使用可进一步提高增升效果。前缘襟翼和克鲁格襟翼克鲁格襟翼的作用与前缘襟翼相同。它一般位于机翼根部的前缘，靠作动筒收放。打开时，伸向机翼前下方，既增加机翼面积，又增加翼型弯度，具有较好的增升效果，但其结构相当复杂，故实际应用的不多。附面层控制附面层控制系统的增升作用主要是利用泵吸取(左)或利用发动机引气吹除(右)机翼上的附面层，以防止气流分离。附面层控制的增升效果比一般的增升装置的效果要大得多。9.4.2辅助操纵面•增升装置•扰流片•减速板•调整片扰流片定义：目前大型飞机的扰流片大多是安装在机翼上表面襟翼之前的可偏转小片。扰流片扰流片扰流片的工作：扰流片闭合时，紧贴于机翼上表面；当打开使用时，扰流片向上张开而与上翼面形成一定夹角。由于扰流片的阻挡，一方面使机翼的升力减小，同时使阻力增加。扰流片扰流片的种类：扰流片根据其用途分为：•地面扰流片：位于内侧襟翼的前面，仅在飞机着陆落地后使用，主要是增加阻力以缩短着陆滑跑距离，同时也减小机翼升力。•飞行扰流片：位于外侧襟翼的前面，主要用来减小机翼升力，协助副翼改变飞机的倾侧姿态。着陆时，亦与地面扰流片一起使用。扰流片减速板减速板是对称地布置在机身和／或机翼上的阻力板，平时紧贴于机身或机翼以保持表面流畅，使用时打开以增加阻力，从而降低飞机的飞行或地面滑跑速度。调整片调整片的功用：调整片的主要功用是抵消飞行中由各种原因引起的不平衡力，使飞机保持一定的飞行姿态（平飞、上升或下降）。调整片铰接在主操纵面后缘，用机械或电气方法操纵。调整片调整片的主要种类目前所使用的调整片的种类主要有：􀀴•平衡调整片•配平调整片•随动调整片•固定调整片平衡调整片平衡调整片也称气动补偿片或补偿片。其作用是通过减小铰链力矩的方式来减小驾驶员偏转操纵面所需的操纵杆力，从而使操纵省力。平衡调整片平衡调整片的转轴悬挂在操纵面上，同时用一刚性的随动连杆将调整片与安定面（或机翼）相连。当操纵面偏转时，由于随动连杆的牵动，调整片便向相反方向偏转，从而使铰链力矩减小。但与此同时将损失部分操纵升降力。铰链力矩铰链力矩指的是作用在操纵面上的空气动力的合力相对于操纵面转轴的力矩。铰链力矩通过摇臂转变为操纵拉杆的杆力，通过操纵拉杆传至驾驶杆或脚蹬，与驾驶员的操纵力相平衡。配平调整片配平调整片也称配平片或操纵副片。它利用气动平衡的作用来消除长时间稳定飞行期间的操纵力，以减轻驾驶员的体力负担；另外，也用来消除飞机在飞行中由某些原因引起的不平衡力矩。配平调整片有其独立的配平控制机构，当飞机需要平衡时，驾驶员通过此机构操纵配平调整片偏转。配平调整片当配平调整片偏转时，调整片上产生的空气动力对操纵面转轴形成力矩，从而使操纵面向着与调整片相反的方向偏转。当调整片和操纵面上的空气动力对转轴的力矩相等时，操纵面便可保持在一定的偏转角度，而此时驾驶杆上的力为零。有的飞机还通过改变水平安定面的安装角来实现纵向配平。随动调整片随动调整片也称飞行调整片。它在工作上和构造上与配平调整片十分相似，主要用于大型飞机的主操纵面的辅助操纵，作用是帮助主操纵面运动，并使主操纵面保持在所需要的位置上。随动调整片随动调整片的操纵摇臂可绕主操纵面铰链轴的旋转中心自由转动，它只随驾驶舱内的操纵而偏转。当操纵随动调整片偏转时，作用在调整片上的空气动力对主操纵面转轴的力矩使主操纵面向相反的方向偏转，从而达到操纵主操纵面的目的。使用了随动调