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民用飞机结构设计选材分析
作者：王国庆
来源：《科技视界》2016年第14期
【摘 要】结构选材是民用飞机结构设计基础，对后续结构设计起着至关重要作用。本文对民用飞机结构设计选材中的发展趋势、适航要求、选用原则、重点部段材料要求进行研究，为民用飞机结构设计提供借鉴。
【关键词】民用飞机；复合材料；适航要求；选材原则；材料性能
0 引言
民用飞机结构材料随着时代的发展也在不断地变化。安全、先进、经济的航空材料正被不断应用于民用飞机结构设计中。
1 国外民机结构选材发展趋势
近些年以波音、空客为代表的国外先进民用飞机制造企业所推出的新机型，在复合材料的应用比例上呈现出逐步提高的趋势。其中空客公司在A380大型客机上先进复合材料应用比例达到23%，同时其即将运营的A350宽体客机的符合材料应用比例更是达到52%。波音公司近年推出的B787“梦想”飞机上，先进复合材料的用量达到机体总重的50%，其复合材料几乎覆盖了飞机大部分的表面，其中包括了机翼、机身和尾翼等机体主要结构。飞机复合材料应用发展变化，详见图1。
2 结构选材适航要求
中国民用航空规章第25《运输类飞机适航标准》§25.603 材料小节中对其损坏可能对安全性有不利影响的零件所用材料的适用性和耐久性必须满足下列要求：
1）建立在经验或试验的基础上；
2）符合经批准的标准（如工业或军用标准，或技术标准规定），保证这些材料具有设计资料中采用的强度和其它性能；
3）考虑服役中预期的环境条件，如温度和湿度的影响。
§25.613 材料的强度性能和设计值的要求如下：
1）材料的强度性能必须以足够的材料试验为依据（材料应符合经批准的标准），在试验统计的基础上制定设计值； 龙源期刊网
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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。 2 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YW=643KN，半机翼的结构重量GW/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GB=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Md为多大？
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基于CATIA的飞机尾翼结构设计
作者：霍雨佳
来源：《科技风》2017年第15期
摘 要：本文以轻型飞机的尾翼结构为研究对象，运用CATIA软件进行尾翼结构设计与建模。首先分析了尾翼各部件的受力特性和各部件间力的传递方式，完成了尾翼的横向构件和纵向构件的布置。最后，运用工程算法对尾翼的水平安定面翼肋进行了腹板开口计算，得到了此模型中水平安定面的翼肋开口处满足剪切弹性失稳要求的结论。
关键词：飞机设计；尾翼；CATIA；工程算法
近年来，超轻型飞机的发展引起了我国航空界人士和使用部门的极大关注，主要原因在于，超轻型飞机具有低空、低速、稳定和安全等特点，而且结构简单、重量轻、价格便宜、比较容易操纵、维护起来方便，可广泛应用于农林畜牧业、徒步勘探、航空摄影、航空体育和居家旅游等。因此，伴随着我国的经济持续发展和人民生活水平的逐步提高，这种飞机将会拥有广泛的应用前景，是通用航空技术未来发展的方向之一。而飞机尾翼是飞机结构中很重要的部件，所以对轻型飞机尾翼的研究有着很大的意义。
1 水平尾翼承力系统及构件布局
运用CATIA软件对平尾进行设计建模[13]。水平尾翼包括水平安定面和升降舵。
水平安定面为梁肋式蒙皮结构，横向主要受力构件为前梁、后梁，纵向受力构件为翼肋，它由8根肋、2根梁、4个接头和蒙皮等组成，翼梁和翼肋均采用δ=1.0mm钣金件。展向左右端肋距离为 1269×2mm，翼根弦长为 500mm，翼梢弦长为 280mm，安装角为9°（绕原点坐标），顺流布置，与前后缘组成梯形翼面。水平安定面是与蒙皮采用铆接的双梁式结构。
升降舵也为梁肋式蒙皮结构。同水平安定面一样，横向受力构件为翼梁，纵向受力构件为翼肋，它由 12 根肋、1 根梁、2 根后缘缘条及蒙皮组成，翼梁和翼肋均采用δ=1.0mm钣金件，升降舵是与蒙皮铆接的单梁式结构。升降舵有四个挂点接头与水平安定面后梁上的四个挂点接头对接。
- 1 - 飞机结构设计准则
1.强度设计准则：飞机结构必须能够承受预期的载荷和应力，在设计中应当考虑疲劳和损伤的影响。
2. 刚度设计准则：飞机结构必须保持足够的刚度以确保其形状和尺寸在使用寿命内保持稳定。
3. 稳定性设计准则：飞机结构必须具有足够的稳定性，以确保在各种飞行条件下的安全性和可控性。
4. 轻量化设计准则：飞机结构必须尽可能轻量化，以提高飞机的性能和经济性。
5. 生产制造性设计准则：飞机结构必须易于制造和组装，以确保生产效率和质量。
6. 维修性设计准则：飞机结构必须便于维修和保养，以确保其在使用寿命内的可靠性和耐用性。
7. 安全性设计准则：飞机结构必须符合相关的安全标准和法规，以确保飞机的安全性和航空安全。
8. 可持续性设计准则：飞机结构必须考虑到环境保护和可持续发展的要求，以确保其在生产、使用和退役后的环境友好性。
