一、飞机研制技术要求（1）战术技术要求军用飞机（2）使用技术要求（民用飞机) 它包括飞机最大速度、升限、航程、起飞着陆滑跑距离、载重量、机动性(对战斗机)等指标和能否全天候飞行，对机场以及对飞机本身的维修性、保障性等方面的要求。 二、飞机的研制过程四个阶段：1．拟订技术要求2．飞机设计过程3．飞机制造 过程4．飞机的试飞、定型过程 三、飞机的技术要求是飞机设计的基本依据 四、飞机设计一般分为两大部分：总体设计结构设计 五、飞机结构设计是飞机设计的主要阶段 “结构”是指“能承受和传递载荷的系统”——即“受力结构”。 六、安全系数：安全系数定义为设计载荷与使用载荷之比也就是设计载荷系数与使用载 荷系数之比。其物理意义就是实际使用载荷要增大到多少倍结构才破坏，这个倍数就是安全系数。 八、飞机结构设计的基本要求1．空气动力要求和设计一体化的要求2．结构完整性及 最小重量要求3．使用维修要求4．工艺要求5．经济性要求 九、结构完整性：是指关系到飞机安全使用、使用费用和功能的机体结构的强度、刚度、 损伤容限及耐久性(或疲劳安全寿命)等飞机所要求的结构特性的总称。 十、全寿命周期费用(LCC) (也称全寿命成本) 主要是指飞机的概念设计、方案论证、 全面研制、生产、使用与保障五个阶段直到退役或报废期间所付出的一切费用之和。 十一、现代军机和旅客机的新机设计，规范规定都必须按损伤容限／耐久性或 按损伤容限／疲劳安全寿命设计。 十二、结构完整性及最小重量要求就是指：结构设计应保证结构在承受各种规定的 载荷和环境条件下，具有足够的强度，不产生不能容许的残余变形；具有足够的刚度，或采取其他措施以避免出现不能容许的气动弹性问题与振动问题；具有足够的寿命和损伤容限，以及高的可靠性。在保证上述条件得到满足的前提下，使结构的重量尽可能轻，因此也可简称为最小重量要求。 十三、使用维修要求飞机的各部分(包括主要结构和装在飞机内的电子设备、燃油 系统等各个重要设备、系统)，须分别按规定的周期进行检查、维护和修理。良好的维修性可以提高飞机在使用中的安全可靠性和保障性，并可以有效地降低保障、使用成本。对军用飞机，尽量缩短飞机每飞行小时的维修时间和再次出动的准备时间，还可保证飞机及时处于临战状态，提高战备完好性。为了使飞机有良好的维修性，在结构上需要布置合理的分离面与各种舱口，在结构内部安排必要的检查、维修通道，增加结构的开敞性和可达性。 十四、飞机设计思想的发展过程大致可划分为五个阶段（1）静强度设计阶段
4-1 梁的根部接头是固接，梁的缘条可以传递弯矩，纵墙的根部接头是绞接，它本身不能传递弯矩。 4-2 4-3
4-23 4-24 4-26 （1）在A-A 肋处，蒙皮没有发生突变，所以A-A 肋在传扭时不起作用。 （2）前梁在A-A 剖面处发生转折，前梁上弯矩M 分为两部分21M M M +=，1M 由前 梁传给机身，2M 传给A-A 肋。
4-30 机翼外段长桁上的轴向力通过蒙皮剪切向前后梁扩散，到根部全部转移到前后梁的缘条上去。 4-31 1. L 前=L 后
（1） Q 的分配 K=2 2EJ L L 前=L 后 ∴ 只与2EJ 有关 Q 1=112K Q K K += 122EJ L [22L （121EJ EJ +）]Q = 112EJ Q EJ EJ + = 1 12Q + = 0.333Q = 3330kg = 33.3KN Q 2= 6670kg = 66.7KN (2) M 的分配 K=KJ L ∴ 关系式仍同上 1M = 0.333?5?105 = 1666.7 KN m M 2= 0.667?5?105 = 3335 KN m （3） M t 的分配 M t1= 5510t M += 0.333?3?103 = 0.999?103 kg.m = 10 KN m M t2 = 0.667?3?103 = 2.001?103 kg.m = 20 KNm 2. L 前=3000 mm L 后=1500 mm (1) Q 的分配 K=2 2EJ L K 1= 2? () 12 2 103000= 2?12 6 10910 ?=2 9?106 = 2?106?0.111 K 2= 2?( )12 2 101500= 2?29?106 = 22 2.25??106 = 2?106?0.889 K 1+ K 2 = 2?106 ( 19 +1 2.25) = 2?106 ( 0.111 +0.889) = 1?2?106 ∴ Q 1= 0.111?10000 = 1110kg = 11.1KN Q 2= 8890kg = 88.9KN （2） M 的分配 K 1 = KJ L = 12103000 = 0.333?109 K 1 = 12 101500Q ? = 1.333?109 K 1+ K 2 = 1.666?109 1M = 0.333 1.666?5?105 = 0.1999?5?105 = 0.2?5?105 = 105 kg m = 1000 KN m 2M = 4?105 kg m = 4000 KN m （3） M t 的分配
《飞行器结构设计》课程大作业指导书 哈尔滨工业大学航空宇航制造系 2015年4月16日
一、要求与说明 1. 学生必须按照相关规范，在规定的时间内完成两个备选题目之一的大作业，并提交纸质和电子版文件。 2. 要求每名学生独立完成作业内容，如有抄袭、伪造等作弊行为则取消成绩，大作业的分数计入期末考核成绩。 二、题目 三、内容要求及规范 （二）分离机构连接计算与结构设计 1、设计的目的与意义 连接于分离机构的计算与设计是飞行器结构与机构分系统设计的重要部分，连接分离机构直接影响分离面处的连接刚度，而连接分离面又是飞行器载荷较为严重的部位。因此，为保证连接的可靠性，必须对分离机构中的关重件进行计算与校核，特别是起到连接与分离作用的爆炸螺栓组件。本设计作业的主要目的是通过对典型连接分离机构的计算与设计，使学生掌握此类结构设计的基本原理和方法，同时加深对飞行器结构设计的具体认识，为开展相关技术领域的研究与设计奠定基础。 2、设计输入条件 假设某型号导弹在发射阶段，由于横向载荷的作用，在连接面A1-A2会产生M=1500Nm的弯矩，同时已知气动过载的等效轴向载荷为F=800N，以压力形式作用于一二级分离面上，分离舱段对接框为环形接触面，被连接件间均采用石棉垫片。图2所示为轴向连接式对接框结构尺寸，图3所示为卡环式对接框尺寸，
两个舱段的平均壁度为6mm。假设舱段承力结构材料均为TC4，在设计过程中不考虑横向载荷产生的剪力，为使分离面紧密贴合，取安全系数f=1.5。此外，假定轴向连接分离机构由6个爆炸螺栓连接，卡环式连接分离机构由2个爆炸螺栓连接，爆炸螺栓螺杆材料为45号钢，且尺寸、规格同C级六角头螺栓。 图1 导弹一二级分离面受力示意图 3、设计任务 1）根据设计的输入条件，选择轴向连接或外置卡环式连接分离方式中的一种进行计算分析与结构设计。要求详细计算用于连接和分离的爆炸螺栓所受的工作总拉力，以及螺栓最大预紧力，并根据爆炸螺栓材料的屈服极限条件确定螺栓尺寸和规格。 2）按照计算分析的结果以及选择的爆炸螺栓结构尺寸，设计连接分离装置的具体结构，画出装配草图。 2 a) 轴向连接式分离面结构尺寸
静强度设计：安全系数d e P f P d p 设计载荷 e p 使用载荷 u p 极限载荷 静强度设计准则：结构材料的极限载荷大于或等于设计载荷，即认为结构安全u p ≥d p 载荷系数定义：除重力外，作用在飞机某方向上的所有外力的合力与当时飞机重量的比值， 称为该方向上的载荷系数。 载荷系数的物理意义：1、表示了作用于飞机重心处除重力外的外力与飞机重力的比值关系； 2、表示了飞机质量力与重力的比率。 载荷系数实用意义：1、载荷系数确定了，则飞机上的载荷大小也就确定了； 2、载荷系数还表明飞机机动性的好坏。 着陆载荷系数的定义：起落架的实际着陆载荷lg P 与飞机停放地面时起落架的停机载荷lg o P 之 41.杆只能承受（或传递）沿杆轴向的分布力或集中力。 2.薄平板适宜承受在板平面内的分布载荷，包括剪流和拉压应力，不能传弯。没有加强件加 强时，承压的能力比承拉的能力小得多，不适宜受集中力。厚板能承受一定集中力等。 3.三角形薄板不能受剪。 刚度分配原则：在一定条件下（如机翼变形符合平剖面假设），结构间各个原件可直接按照 本身刚度的大小比例来分配它们共同承担的载荷，这种正比关系称为“刚度分配原则” P1l1/E1F1=P2l2/e2f2 K=EF/l p1/p2=k1/k2 p1=k1p/(k1+k2) （翼面结构的典型受力形式及其构造特点： 1.薄蒙皮梁式：蒙皮很薄，纵向翼梁很强，纵向长桁较少且弱，梁缘条的剖面与长桁相比要 大得多，当布置有一根纵梁时同时还要布置有一根以上的枞墙。常分左右机翼-----用几个集 中接头相连。 2.多梁单块式：蒙皮较厚，与长桁、翼梁缘条组成可受轴向力的壁板承受总体弯矩；纵向长 桁布置较密，长桁截面积与梁的截面积比较接近或略小；梁或墙与壁板形成封闭的盒段，增 强了翼面结构的抗扭刚度。为充分发挥多梁单块式机翼的受力特征，左右机翼一般连成整体 贯穿过机身，但机翼本身可能分成几段。 3.多墙厚蒙皮式：布置了较多的枞墙，厚蒙皮，无长桁，有少肋、多肋两种，但结合受集中 力的需要，至少每侧机翼上要布置3~5个加强翼肋。可以没有普通肋。） 大型高亚音速运输机或有些超音速战斗机采用多梁单块式翼面结构，Ma 较大的的超音速飞 机多采用多墙（或多梁）或机翼结构。 局部失稳问题：翼梁缘条受轴向压力时，由于在蒙皮平面内有蒙皮支持，在翼梁平面有腹板 支持，因此一般不会产生总体失稳，但需考虑其局部失稳问题。 翼梁的主要功用承受或传递机翼的剪力Q 和弯矩M 。 （各典型形式（梁式、单块式、多墙式）受力特点的比较： 机翼结构受力形式的发展主要与飞行速度的发展有关。速度的增加促使机翼外形改变并提高 了对结构强度、刚度、外形的要求。比较三者的受力特点可以发现，单纯的梁式、薄蒙皮和 弱长桁均不参加机翼总体弯矩的传递，只有梁的缘条承受弯矩引起的轴力。对于高速飞机， 由于气动载荷增大，而相对厚度减小又导致了机翼结构高度变小，只靠梁来承弯将使承弯构 件的有效高度减小；加之对蒙皮局部刚度和机翼扭转刚度要求的提高，促使蒙皮增厚，长桁 增多、增强。因此，在单块式、多墙式机翼中，蒙皮、长桁，乃至主要是蒙皮发展成主要的 承弯构件。由于蒙皮、长桁等受轴向力的面积较之梁缘条更为分散、更靠近外表面，故承弯 构件有效高度较大，因此厚蒙皮翼盒不仅承扭能力较高，抗弯特性也较好，因此，此种机翼
第二章 习题答案 2．飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r 的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度H 1＝2000 m ，开始转入水干飞行的高度H 2＝1000 m ，此时飞行速度v ＝720 km/h ，(题图2.3)，求 （1）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数n y ； （2） 如果最大允许过载系数为n ymax ＝8，则 为保证攻击的突然性，可采用何种量级的大速度或大机动飞行状态?(即若r 不变，V max 可达多少? 如果V 不变，r min 可为多大? 解答 （1） 08.5)(8.9) 36001000720(11212 2=-?? +=+==H H gr v G Y n y （2） h km r g n v y /2.94310008.9)18(.).1(max =??-=-= m n g v r y 1.583) 18(8.9) 36001000720()1(2 2min -?? =-=
3．某飞机的战术、技术要求中规定：该机应能在高度H ＝1000m 处，以速度V=520 Km/h 和V ’＝625km ／h(加力状态)作盘旋半径不小于R ＝690m 和R ’＝680m(加力 状态)的正规盘旋(题图2.4)。求 (1) 该机的最大盘旋角和盘旋过载系数n y ； (2) 此时机身下方全机重心处挂有炸弹，重G b ＝300kg ，求此时作用在炸弹钩上的载荷大小及方向(1kgf ＝9.8N)。 解答： （1） βcos 1 = = G Y n y ∑=01X r v m Y 2 sin =β① ∑=01 Y G Y =βcos ② 由 ①与②得 2 = =gr v tg βο04.72=β（非加力） 523 .4680 8.9) 36001000625(2 =??=βtg ο5.77=β（加力） 6.4cos 1 == βy n （2） r v m N X 2 1 = 6．飞机处于俯冲状态，当它降到H ＝2000m 时(H ρ=0.103kg ／m 3 。)遇到上升气
飞机结构设计答案 一、填空题（15分） 1．目前通常将战斗机分成四代，米格-21是典型的二代机，F-22是四代机的第一个代表机种，我公司正在研制的L15高级教练机为三代机。 2. 飞机结构设计要满足空气动力要求和设计一体化要求，结构完整性要求和最小重量要求，使用维修性要求，工艺性要求，经济性要求。 3. 飞机在飞行过程中，外界作用于飞机的载荷主要有：升力、阻力、发动机推力、重力。 4. Y向载荷系数表示了飞机升力与重力的比值。L15高级教练机正向设计过载为8，负向设计过载为3。 二、简答题（70分） 1．飞机结构的设计思想就其发展过程看，大致可划分为哪5个阶段？ 答：静强度设计阶段，静强度和刚度设计阶段，强度、刚度、疲劳安全寿命设计阶段，强度、刚度、损伤容限和耐久性设计阶段、结构可靠性设计试用阶段。 2. 使用载荷的定义 答：飞机使用中实际可能遇到的最大载荷称为使用载荷。
3. 设计载荷的定义 答：为了保证一定的安全裕度，飞机结构通常按能承受高与使用载荷的载荷设计，设计的结构所能承受而不破坏的最大载荷称为设计载荷。 4. 安全系数的定义 答：安全系数定义为设计载荷与使用载荷之比。 5. 机身的主要功用？ 答：主要功用：1 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和货物等。2 把机翼、尾翼、起落架及发动机等连接在一起，形成一架完整的飞机。 6. 机身主要外载荷？ 答：1 装载加给机身的力 2 其他部件传来的力 3 增压载荷 7. 机身结构的典型受力形式有哪三种? 答：桁梁式、桁条式、硬壳式 三、计算题（15分） 已知飞机机翼全翼展长L=9.7m，其最大使用升力Y W=643KN，半机翼的结构重量G W/2=7.7KN，半机翼的升力合力与重心假设展向作用于Z=0.5(L/2)处。此外机翼上Z=0.6(L/2)处，挂有G B=1KN 的炸弹。安全系数f=1.5，求：机翼根部Z=0.1(L/2)处的设计弯矩
《飞行器结构优化设计》 ——课程总结 专业航天工程 学号GS0915207 姓名
《飞行器结构优化设计》课程总结报告 通过这门课程的学习，大致了解无论是飞行器、船舶还是桥梁等工程项目的传统结构设计流程：首先是根据技术参数、经验和一些简单的分析方法进行初始的结构设计，然后用较为精确的分析方法对初始设计进行核验，根据核验结果，逐步调整设计参数，直到得到满意的设计方案。但是这种传统设计方法的产品性能优劣主要就取决于设计人员的水平，而且设计周期长，并要耗费大量的人力和物力。随着高速、大容量电子计算机的广泛使用和一些精度高的力学分析数值方法的建立和应用，使得复杂的结构分析过程变得更加高效、精确。 本课程重点就在于介绍结构优化的各种分析方法。这些分析方法都是以计算机为工具，将非线性数学规划的理论和力学分析方法相结合，使用于受各种条件限制的承载结构设计情况。 优化问题的数学意义是在不等式约束条件下，求使目标函数为最小或最大值的一组设计变量值，在实际工程应用中，优化问题所包含的函数通常是非线性的和隐式的。建立在数学规划基础上的优化算法，是依据当前设计方案所对应的函数值与导数值等信息，按照某种规则在多维设计变量空间中进行搜索，一步一步逼近优化解。随着计算机的发展和数学计算方法不断进步，结构分析。优化的方法也是随之水涨船高。 一、有限元素法 这是基于在结构力学、材料力学和弹性力学基础上的一种分析方法。研究杆、梁，经简化薄板组成的结构的应力、变形等问题。其方法是首先通过力学分析将结构离散化成单一元素，然后对单一元素进行分析，算出各单元刚度矩阵后，进行整体分析，根据方程组K·u=P求解。这种方法求解的问题受限于结构的规模、形式和效率。 二、敏度分析 结构敏度是指结构性状函数，如位移、应力、振动频率等对设计变量的导数。近似函数的构成，以及许多有效的结构优化算法，皆要利用这些参数的一阶导数，以至二阶导数信息。 结构敏度分析的基础是结构分析，对于复杂的结构，精确的结构分析工作是
第二章 习题答案 2．飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r 的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度H 1＝2000 m ，开始转入水干飞行的高度H 2＝1000 m ，此时飞行速度v ＝720 km/h ，(题图2.3)，求 （1）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数n y ； （2） 如果最大允许过载系数为n ymax ＝8，则 为保证攻击的突然性，可采用何种量级的大速度或大机动飞行状态?(即若r 不变，V max 可达多少? 如果V 不变，r min 可为多大? 解答 （1） 08.5)(8.9) 36001000720(11212 2 =-?? +=+==H H gr v G Y n y （2） h km r g n v y /2.94310008.9)18(.).1(max =??-=-= m n g v r y 1.583) 18(8.9) 36001000720()1(2 2 min -?? =-=
3．某飞机的战术、技术要求中规定：该机应能在高度H ＝1000m 处，以速度V=520 Km/h 和V ’＝625km ／h(加力状态)作盘旋半径不小于R ＝690m 和R ’＝680m(加力 状态)的正规盘旋(题图2.4)。求 (1) 该机的最大盘旋角和盘旋过载系数n y ； (2) 此时机身下方全机重心处挂有炸弹，重G b ＝300kg ，求此时作用在炸弹钩上的载荷大小及方向(1kgf ＝9.8N)。 解答： （1） βcos 1 = = G Y n y ∑=01X r v m Y 2 sin =β① ∑=01 Y G Y =βcos ② 由 ①与②得 085.3690 8.9) 36001000520(2 2 =?? = =gr v tg β 04.72=β（非加力） 523 .4680 8.9) 36001000625(2 =??= βtg 5.77=β（加力） 6.4cos 1 == βy n （2） r v m N X 2 1 =
飞机结构设计习题答 案
第二章 习题答案 2．飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r 的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度H 1＝2000 m ，开始转入水干飞行的高度H 2＝1000 m ，此时飞行速度v ＝720 km/h ，(题图2.3)，求 （1）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数n y ； （2） 如果最大允许过载系数为n ymax ＝8， 则为保证攻击的突然性，可采用何种量级的大速度或大机动飞行状态?(即若r 不变，V max 可达多少? 如果V 不变，r min 可为多大? 解答 （1） 08.5)(8.9) 36001000720(11212 2 =-?? +=+==H H gr v G Y n y （2） h km r g n v y /2.94310008.9)18(.).1(max =??-=-= m n g v r y 1.583) 18(8.9) 36001000720()1(2 2min -?? =-=
3．某飞机的战术、技术要求中规定：该机应能在高度H ＝1000m 处，以速度V=520 Km/h 和V ’＝625km ／h(加力状态)作盘旋半径不小于R ＝690m 和R ’＝680m(加力 状态)的正规盘旋(题图2.4)。求 (1) 该机的最大盘旋角和盘旋过载系数n y ； (2) 此时机身下方全机重心处挂有炸弹，重G b ＝300kg ，求此时作用在炸弹钩上的载荷大小及方向(1kgf ＝9.8N)。 解答： （1） βcos 1= = G Y n y ∑=01X r v m Y 2 sin =β① ∑=01 Y G Y =βcos ② 由 ①与②得 2 = =gr v tg β 04.72=β（非加力） 523 .4680 8.9) 36001000625(2 =??= βtg 5.77=β（加力） 6.4cos 1 == βy n （2） r v m N X 2 1 =
2-01 飞机在铅垂平面内作圆周运动，在A 点过载可能最小，在B 点过载最大。 A 点： G N Y y =+ gR v G N n y y 2 11- =- = 02.01000 *8.9)6.3/360(12 -=- =y n 或 y N G Y =+ 112 -= -= gR v G N n y y 02.011000 *8.9)6.3/360(2 =-= y n B 点： y N G Y += gR v G N n y y 2 11+ =+ = 02.21000 *8.9)6.3/360(12 =+ =y n
2-02 （1）发动机重心处的过载系数 2.18 .93*92.3== = ?g L n z yE ω（()() 3.92*3 1.29.8 z yE L n g ω--?= = =） 8.12.13-=+-=?+=yE y yE n n n （2）质量载荷 1) 由发动机惯性矩引起的支座反力： 120( 3.92)470.4z M I kgm ω==?-=- 470.4470.41.0 M N kg l -= ==- (1) (1) /470.4/470.4A B N M l kg N M l kg ==-=-= 2) 由发动机重心过载引起的支座反力： (2) (2)0.8*( 1.8)*100014400.2*( 1.8)*1000360A B N kg N kg =-=-=-=- (1) (2) (1)(2)1440470.41910.4360470.4110.4A A A B B B N N N kg N N N kg =+=--=-=+=-+= 发动机作用于机身结构接头上的质量载荷应反向，即 ' ' 1910.4110.4A B A B N N kg N N kg =-==-=-
飞机构造学结课大作业 ——超轻型飞机结构总体设计 目录 一．总体外形设计 二．机翼结构设计 三．机身结构设计 四．尾翼结构设计 五．起落架结构设计 六．连接处结构设计 七．设计心得与体会一．总体外形设计
飞机主机翼采用中单翼布局，附加翼尖小翼。主翼接口放在机身重心附近，机翼内部布置储油箱和起落架的收纳藏。垂尾平尾采用平尾安装在垂尾上的后掠翼式布局，整体采用对称翼型。飞机采用前三点可收放式起落架，机身上设置整流罩减阻。 二．机翼结构设计 1.机翼 平直翼型：低速气动特性良好，诱导阻力小，升阻比大。 梯形结构：制造工艺比较简单且诱导阻力比较小且结构重量轻。机翼翼尖有一定的后掠，能增加横向安定性。 平凸翼型：结构简单，便与生产，而且气动特性比较好。 中单翼型：干扰阻力最小，起落架高度相对降低，收藏所占空间也较小。翼尖小翼：可增加飞机的飞行速度，飞行时间，减小了飞行阻力，减少油耗，翼尖涡流。 2.翼梁
翼梁是飞机中的主要受力构件,它承受机翼的剪力和弯矩。翼梁主要由上、下缘条和腹板组成,缘条承受由弯矩而产生的拉,压轴向力;腹板承受剪切力。本次设计采用具有“工”字形剖面的腹板式翼梁。 腹板式翼梁：相同的高度和同等的重量的情况下,带有立柱加强而腹板上无任何开孔,其强度最大。另外，这种结构的翼梁制造工艺简 单,成本低，适用于超轻型飞机的设计与制造。 3.纵墙 它是一根缘条很弱或无缘条的腹板式翼梁，位于机翼后缘的纵墙可用来连接副翼和襟翼。它不能承受弯矩,主要用来承受剪力,并与蒙皮构成闭室结构承受机翼扭矩。 4.翼肋
构架式翼肋：由缘条,直支柱,斜支柱组成。用于结构高度较大的机翼上。 普通翼肋：此种翼肋只承受气动载荷,形成并维持翼剖面形状,把蒙皮传给它的局部气动力传给翼梁腹板。 加强翼肋：主要用于传递和承受较大的集中载荷。其中缘条承受弯矩引起的轴力, 腹板受剪力作用。 5.蒙皮 蒙皮是包围在骨架外面保持机翼气动外形的构件。此次还参与机翼的总体受力。蒙皮与桁条和翼梁缘条共同承受由弯矩引起的轴向力的同时，还与翼梁腹板或纵墙形成的闭室承受扭矩。本次设计采用夹芯蒙皮。 夹芯蒙皮：（1）刚度高，质量轻，气动表面质量好。 （2）隔热效果好，保护内部设备。 （3）耐疲劳性好，不易产生疲劳裂纹。 （4）密封性好，减少密封环节 三．机身结构设计
飞机结构设计第三章习题解答 一、 一双粱机翼，外翼传到2＃肋剖面处的总体内力分别力剪力Q ＝100 kN(作用在刚心上)，弯矩M=5×l 03 Kn ·m、扭矩M t = 30 kN·m。已知前、后粱的平均剖面抗弯刚度为EI 前＝1010k N·mm 2、EI 后＝2×1010k N·mm 2；前、后闭室平均剖面抗扭刚度为K t 前＝5×108 kN·mm 2，K t 后＝109 kN·mm 2。求： (1)当L 前＝L 后＝1500 mm 时，Q 、M 、M t 在2#肋剖面如何分配(题图3．2(a))? (2)当L 前＝3000 mm 、L 后＝1500 mm 时，Q 、M 、M t 在此剖面又如何分配(题图 3．2(b))?(计算扭矩分配时，假设不考虑前、后闭室之间和1#肋对前闭室的影响)。 1. L 前=L 后 （1） Q 的分配 K= 22EJ L L 前=L 后 ∴ 只与2EJ 有关 Q 1=112K Q K K += 12 2EJ L [22L （121 EJ EJ +）]Q = 112 EJ Q EJ EJ + = 112Q + = 0.333Q = 3330kg = 33.3KN Q 2= 6670kg = 66.7KN (2) M 的分配 K= KJ L ∴ 关系式仍同上 1M = 0.333?5?105 = 1666.7 KN m M 2= 0.667?5?105 = 3335 KN m
（3） M t 的分配 M t1= 5510 t M += 0.333?3?103 = 0.999?103 kg.m = 10 KN m M t2 = 0.667?3?103 = 2.001?103 kg.m = 20 KNm 2. L 前=3000 mm L 后=1500 mm (1) Q 的分配 K=22EJ L K 1= 2? () 12 2 103000 = 2? 12 6 10910?=29 ?106 = 2?106 ?0.111 K 2= 2? () 12 2 101500= 2? 29?106 = 222.25 ??106 = 2?106?0.889 K 1+ K 2 = 2?106 ( 19 +12.25 ) = 2?106 ( 0.111 +0.889) = 1?2?106 ∴ Q 1= 0.111?10000 = 1110kg = 11.1KN Q 2= 8890kg = 88.9KN （2） M 的分配 K 1 = KJ L = 12 103000 = 0.333?109 K 1 = 12 101500 Q ? = 1.333?109 K 1+ K 2 = 1.666?109 1M = 0.333 1.666 ?5?105 = 0.1999?5?105 = 0.2?5?105 = 105 kg m = 1000 KN m 2M = 4?105 kg m = 4000 KN m （3） M t 的分配 K 1=105103000 ?=1.667?107 K 2=1010101500?=6.667?107 K 1+ K 2 = 8.334?107 M t1 = 1.667 8.334?3?103 = 0.2?3?103 = 0.6?103 kg.m = 6 KN m M t2 = 6.667 8.334 ?3?103 = 0.8?3?103 = 2.4?103 kg.m = 24 KN m
参考文献 1 叶格尔C M等著. 飞机设计. 杨景佐等译. 北京：航空工业出版社，1986 2 杨景佐，曹名编. 飞机总体设计. 北京：航空工业出版社，1991 3 Raymer D P. Aircraft Design: A Conceptal Approach. AIAA Education Series, 1992 4 [美]雷曼尔 D P著. 现代飞机设计. 钟定逵等译. 北京：国防工业出版社，1992 5 方宝瑞主编. 飞机气动布局设计. 北京：航空工业出版社，1997 6 Roskam J. Airplane Design. Part I Preliminary Sizing of Airplane, Part II Preliminary Configuration Design and Integration of the Propulsion System. DAR Corporation, 1997 7 朱宝鎏等. 作战飞机效能评估. 北京：航空工业出版社，1993 8 张恒喜等. 现代飞机效费分析. 北京：航空工业出版社，2001 9 顾诵芬等. 飞机总体设计. 北京：北京航空航天大学出版社，2002 10 Stinton, D. The Design of the airplane. Second Edition, AIAA, Inc. 2001 11 Corke, T C. Design of aircraft. Prentice Hall, Pearson Education, Inc. 2003 12 ЖеребинАМ，КоротинОС. ЕлементыВнешнегоПроектированияУдарных. Москва：МАИИэдателъство，1987 13 李学国. 飞机设计中的主动控制技术. 北京：航空工业出版社，1985 14 徐鑫福等. 现代飞机操纵系统. 北京：北京航空学院出版社，1987 15 郭锁凤等. 先进飞行控制系统. 北京：国防工业出版社，2003 16 Sobieski J. etal. Multidisciplinary Aerospace Design Optimization: Survey of Recent Developments. Structural Optimization. V ol.14, No.1. 1997 17 Kroo I etal. Collaborative Optimization: Status and Directions. AIAA2000-4721. 212
第一章 1 1.1-1.3节 1、名词解释蠕变：材料的塑形变形量随时间增大而增大 2、填空属于航天器的是人造地球卫星、载人飞船、空间站等 3、简答飞行器结构设计的基本准则：最小质量准则、气动力准则、使用维护准则、可靠性准则、结构工艺性准则、最小成本准则 2 1.4-1.6节 1、静电陀螺仪为什么选用铍合金？密度小、强度硬度高、线膨胀系数小 2、断裂韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力 剩余强度系数：破坏载荷/设计载荷=破坏应力/设计应力 3、给出部件设计内容的排序：调查研究-方案设计-技术设计-强度校核-绘制零件图-编制技术文件-试验 第二章 3 2.1-2.2节 1、画图说明过载系数的由来： 2、以攻角为例解释导弹采用刚体假设的原因： 3、过载系数：作用在物体上的所有表面力的合力与该物体的重量之比
4、导弹发射三种过载形式：机动飞行时最大过载系数、限制舵面最大偏转角、阵风载荷及其最大附加过载系数 4 2.3-2.5节 1、导弹的设计情况：空中飞行时、地面使用时的设计情况 2、在进行内力计算时常用方法：初等粱理论、有限元法、平切面法 3、压心：导弹弹翼上所受空气作用力合力的作用中心 4、安全系数：设计载荷与使用载荷之比。在传统设计中，为了保证结构安全可靠，对这些因素都是用大于1的系数来考虑，这个系数即为安全系数f 5 2.6节 1、P37双梁式直弹翼 ①属于静定/静不定结构？为什么？ ②受力分析图： ③标出压心和刚心： ④两根翼梁在载荷Q及其引起的弯曲力矩M作用下的传力，翼剖面闭室提供的支反扭矩： 2、P39单梁式翼面中翼肋和蒙皮之间相互支撑互相传力关系： 6 2.7节 1、①加强肋将集中力转化为分布力对
飞行器结构设计实验 一、实验目的 通过参观航天馆内的实物及模型结合课堂学习内容，加深对蜂窝夹层结构、陀螺副翼、舱段的结构形式、舱段承力元件等的理解。 二、实验内容 1、蜂窝夹层结构 图1 蜂窝夹层结构图2 蜂窝夹层结构局部放大图 夹芯层形似蜂窝的一种夹层结构，又称蜂窝夹层结构（见图1和图2）。这种结构的夹芯层是由金属材料、玻璃纤维或复合材料制成的一系列六边形，四边形及其他形状的孔格，在夹芯层的上下两面再胶接（或钎焊）上较薄的表板。早期使用的轻质巴萨木夹层不耐潮，抗腐性差,不耐火,人们遂把注意力转向金属蜂窝夹层。1945年试制成最早的蜂窝夹层结构。蜂窝结构比其他夹层结构具有更高的强度和刚度,与铆接结构相比,结构效率可提高15%～30%。夹层的蜂窝孔格大小、高矮及其构成格子的薄片厚度等决定表板局部屈曲、孔格壁板屈曲的临界应力及夹层结构的保温性能。这些尺寸的选择，一般要保证能够承受一定的去取载荷的前途下具有一定的保温性能。蜂窝结构的受力分析与一般夹层结构相同。在航空航天工业中,蜂窝结构常被用于制作各种壁板,用于翼面、舱面、舱盖、地板、发动机护罩、尾喷管、消音板、隔热板、卫星星体外壳、刚性太阳电池翼、抛物面天线、火箭推进剂贮箱箱底等。 2、陀螺副翼
图1 陀螺副翼结构 1— 安定面 2—盖板 3—风轮 4—螺钉 5—副翼 6—锁紧销 7—销套 8—止动件 9—卡箍 10—轴座 11、12— 上下板 13—转轴 图1是陀螺副翼。它位于安定面的翼尖后缘，由上下板、风轮和转轴等组成。 工作原理：风轮轴被嵌在上下板的铜套座中，上下板由螺钉连接成一体。平时锁紧销6插在销套7内，副翼被锁在中立位置。导弹发射后，止动件8尾部的易熔材料被发动机燃气熔化，在弹簧作用下，锁紧销被拔出，陀螺副翼便被开锁。 图2 陀螺副翼工作原理 导弹在飞行过程中，受到气动力作用，风轮在气动力作用下作高速旋转，自转角速度为Ω ，方向如图2所示，相当于一陀螺转子。由二自由度陀螺的进动性知0ω ?Ω=J M 进动。当0ω ，方向为顺时针时，产生的进动力矩进动M 如图2所示。进动M 使两个陀螺副翼反向偏转，从而形成操纵导弹的滚动力矩，使导弹逆时针旋转， 恢复到原来位置，保证导弹具有横向稳定性。 3、舱段的结构形式 常见的舱段结构有：硬壳式结构、半硬壳式结构、整体式结构、波纹板式结构、夹层结构、构架式结构。 根据受力形式不同，半硬壳式结构又可分为下列三种形式 （1） 梁式结构 Ω 进动 M 进动 Ω
飞机结构设计第三章习题解答 一、 一双粱机翼，外翼传到2＃肋剖面处的总体内力分别力剪力Q ＝100 kN(作用在刚心上)， 弯矩M=5×l03 Kn ·m 、扭矩M t = 30 kN ·m 。已知前、后粱的平均剖面抗弯刚度为EI 前＝1010kN ·mm 2、 EI 后＝2×1010kN ·mm 2；前、后闭室平均剖面抗扭刚度为K t 前＝5×108 kN ·mm 2，K t 后＝109 kN ·mm 2。 求： (1)当L 前＝L 后＝1500 mm 时，Q 、M 、M t 在2#肋剖面如何分配(题图3．2(a))? (2)当L 前＝3000 mm 、L 后＝1500 mm 时，Q 、M 、M t 在此剖面又如何分配(题图 3．2(b))?(计算扭矩分配时，假设不考虑前、后闭室之间和1#肋对前闭室的影响)。 1. L 前=L 后 （1） Q 的分配 K=2 2EJ L L 前=L 后 ∴ 只与2EJ 有关 Q 1=112K Q K K += 122EJ L [22L （121EJ EJ +）]Q = 112EJ Q EJ EJ + = 1 12Q + = 0.333Q = 3330kg = 33.3KN Q 2= 6670kg = 66.7KN (2) M 的分配 K=KJ L ∴ 关系式仍同上 1M = 0.333?5?105 = 1666.7 KN m M 2= 0.667?5?105 = 3335 KN m
（3） M t 的分配 M t1= 5510t M += 0.333?3?103 = 0.999?103 kg.m = 10 KN m M t2 = 0.667?3?103 = 2.001?103 kg.m = 20 KNm 2. L 前 =3000 mm L 后=1500 mm (1) Q 的分配 K=2 2EJ L K 1= 2? () 12 2 103000= 2?12 6 10910 ?=2 9?106 = 2?106?0.111 K 2= 2?()12 2 101500= 2?29?106 = 22 2.25??106 = 2?106?0.889 K 1+ K 2 = 2?106 ( 19 +1 2.25) = 2?106 ( 0.111 +0.889) = 1?2?106 ∴ Q 1= 0.111?10000 = 1110kg = 11.1KN Q 2= 8890kg = 88.9KN （2） M 的分配 K 1 = KJ L = 12 103000 = 0.333?109 K 1 = 12 101500Q ? = 1.333?109 K 1+ K 2 = 1.666?109 1M = 0.3331.666?5?105 = 0.1999?5?105 = 0.2?5?105 = 105 kg m = 1000 KN m 2M = 4?105 kg m = 4000 KN m （3） M t 的分配 K 1=10 5103000?=1.667?107 K 2=1010101500?=6.667?107 K 1+ K 2 = 8.334?107 M t1 = 1.667 8.334?3?103 = 0.2?3?103 = 0.6?103 kg.m = 6 KN m M t2 = 6.667 8.334?3?103 = 0.8?3?103 = 2.4?103 kg.m = 24 KN m 二. 题图3.3所示两机翼，(a)为单块式，且双梁通过机身，而长桁在机身侧边切断；(b)为单 块式，整个受力翼箱通过机身。请画出两种情况下a —a 、b —b 段长桁的内力图，并筒要说明 何以如此分布？
沈阳航空航天大学 飞机构造学结课大作业 ------超轻型飞机设计说明书 指导教师：邓忠林 学院：航空航天工程学部 专业：飞行器制造工程 学号：20 班级：
姓名：马振宇 目录 一.轻型飞机总体外形设计 二. 机翼结构设计 三. 起落架的构造设计 四. 机身的构造设计 五. 尾翼的构造设计 六. 设计体会 七. 参考文献
超轻型飞机设计说明书 一.超轻型飞机总体外形设计 飞机采用上单翼.正常式尾翼.以及前三点固定式起落架，机翼和尾翼骨架是由铝管制成的，机身座舱骨架是由航空钢管焊接而成，外覆合成纤维布的航空蒙布，结构简单，重量轻，造价低廉。 二.机翼结构设计 1.机翼的功用 由于超轻型飞机飞行速度较低，且发动机提供的动力有限，此时我们要求机翼产生的动力要大，且自身重量要小。速度慢，所以减小阻力就显得次要，首先应排除其他因素，简单的认为机翼面积和升力成正比，相同面积的矩形和平行四边形或梯形，平行四边形和梯形的周长都要长一些，这样就会带来更多的结构重量，降低飞机的飞行效率，故机翼应采用矩形机翼。从成本讲，矩形机翼的设计也更简单，如每个翼缘结构都是相同的，只要设计出一个就可以。且使用的材料相对较少，设计费用和制造费用都会降低。并且，上单翼使飞机的横向稳定性增大，发动机离地面较高，不易吸附杂质。
1).翼梁 翼梁是飞机中的主要受力构件,它承受机翼的剪力和弯矩.翼梁主要由上下缘条和腹板组成,缘条承受由弯矩而产生的拉,压轴向力;腹板承受剪切力.本机型采用的翼梁构造形式是工字形,沿长度方向采用等强度设计.腹板式翼梁的优点是在相同的高度和同等的重量的情况下,带有立柱加强而腹板上无任何开孔,其强度最大.这种结构的翼梁制造工艺简单,成本低.适用于轻型飞机的设计与制造. 2).纵墙 它是一根缘条很弱或无缘条的腹板式翼梁.位于机翼后缘的纵墙可用来连接副翼和襟翼.它不能承受弯矩,主要用来承受剪力,并与蒙皮构成闭室结构承受机翼扭矩. 3).翼肋 本机型翼肋---构架式翼肋.由缘条,直支柱,斜支柱组成.用于结构高度较大的机翼上.翼肋按功用为普通翼肋.此种翼肋只承受气动载荷,形成并维持翼剖面形状,把蒙皮传给它的局部气动力传给翼梁腹板.腹板用来承剪,上下缘条用来承受因弯矩而产生的正应力,并连接蒙皮,普通翼肋的腹板抗剪强度,本机型翼肋有较大的承受预度,因此在腹板上开减轻孔以减轻重量. 4).蒙皮 蒙皮是包围在骨架外面保持机翼气动外形的构件.机翼还参与机翼的总体受力.蒙皮与翼梁腹板所构成的机翼盒式梁受到由各翼肋沿闭室周缘传来的引起机翼扭转变形的力矩 2.机翼与机身的连接 超轻型飞机属于低速小型飞机，故采用垂直耳片叉耳连接，连接螺栓水平放置，接头在传递剪力和弯矩时，螺栓均受剪切力作用。 三.起落架的构造设计 起落架采用前三点固定式起落架。 1.前三点起落架避免了后三点起落架的“倒立”和“飘起”的危险。 2.前三点起落架防止倒立，因此可以强烈制动，解决了跑道较短的问题
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 飞行器设计分析与仿真实现 实验报告
目录 第一章飞行器简介 (2) 第二章飞行器设计分析 (4) 2.1飞行器设计总体规范 (4) 2.2机翼结构设计 (5) 2.3机翼的连接结构设计 (5) 第三章飞行器设计仿真 (6) 3.1 机翼设计 (6) 3.2 水平翼设计 (8) 3.3 垂直翼设计 (9) 第四章总结 (12)
第一章飞行器简介 飞行器（flight vehicle）是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间（太空）飞行的器械飞行物。在大气层内飞行的称为航空器，在太空飞行的称为航天器。现代飞行器的发展，得益于19世纪工业革命带来的科学和技术的巨大飞跃。19世纪，不断有人试图突破空气的束缚，但都失败了。随着内燃机的发明和广泛应用，在空气中的飞行也逐渐成为可能。1903年，美国的莱特兄弟率先在美国制造出能够飞行的飞机，并且实现了飞行的梦想。随后，飞机及其相关的科学和技术，得到了飞速发展。 飞行器分为5类：航空器、航天器、火箭、导弹和制导武器。在大气层内飞行的飞行器称为航空器，如气球、滑翔机、飞艇、飞机、直升机等。它们靠空气的静浮力或空气相对运动产生的空气动力升空飞行。在空间飞行的飞行器称为航天器，如人造地球卫星、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轨道运动。火箭是以火箭发动机为动力的飞行器，可以在大气层内，也可以在大气层外飞行。导弹是装有战斗部的可控制的火箭，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。制导武器是能够按照一定规律进行的、在大气中飞行的、高命中率武器，如末敏弹、制导炮弹等。本课程仅就飞机作为研究对象来展开。 飞机按功能分类可以分为军用飞机和民用飞机。民用飞机客分为、通用航空飞机。航线飞机/民用运输机指的是用于商业飞行的客机和货机；通用航空飞机是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动。军用飞机具有完成空中拦截、侦察、轰炸、攻击、预警、反潜、电子干扰、军事运输、空降等任务。显然其种类按功能分类可分为歼击机、侦察机、轰炸机、攻击机、预警机、反潜机、电子干扰机、运输机等。飞机还可以按照构造型式分类：按机翼型式中又可以按照机翼数量和位置、机翼平面形状分类；按尾翼型式和位置可分为平尾、V 型尾翼、垂尾；按动力装置分类可分为螺旋桨式和喷气式；按机身型式分类可分为单机身飞机和双尾撑飞机；按发动机位置可分为翼内、翼上、翼下、翼下吊舱、机身尾吊、机身内。大多数飞机由五个主要部分组成：机翼、机身、尾翼、起落