第二章飞机的外载荷与设计规范习题答案_飞行器结构设计

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)处的设计弯矩解：M= （0.5Y W- G W/2）×[0.5(L/2)- 0.1(L/2)]- G B×[0.6(L/2)- 0.1(L/2)] =（0.5×643-7.7）×0.4×9.7/2-1×0.5×9.7/2=608.78-2.43=606.35 KN·MMd=f×M=1.5×606.35=909.53 KN·M。

西工大飞行器结构力学课后答案第一题根据飞机结构力学的基本原理，飞机的结构力学可以被分解为静力学和动力学两个部分。

静力学是研究在静止或恒定速度下的力学行为，包括计算飞机各个部件的受力和应变情况。

而动力学则是研究在变化速度和加速度下的力学行为，包括计算飞机受到的各种动力荷载和振动情况。

第二题飞机的结构力学分析中，常用的方法包括有限元分析、静力学分析和动力学分析。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。

静力学分析是通过平衡方程来计算飞机结构的受力和应变情况，包括应力分析和变形分析。

动力学分析是通过力学方程来计算飞机在动态载荷下的振动响应和疲劳寿命。

第三题飞机的结构力学分析对于设计和制造过程中的决策具有重要意义。

在设计阶段，结构力学分析可以帮助工程师评估不同设计方案的有效性和可行性。

通过分析飞机的受力和应变情况，可以优化设计，并确保飞机在正常工作范围内具有足够的强度和刚度。

在制造阶段，结构力学分析可以帮助工程师确定合适的材料和加工工艺，以确保飞机结构的可靠性和安全性。

通过分析飞机的受力和应变情况，可以预测飞机在使用寿命内的疲劳寿命，并采取相应的措施延长飞机的使用寿命。

此外，结构力学分析还可以应用于飞机维修和事故调查过程中。

通过分析事故飞机的受力和应变情况，可以确定事故原因，并提出相应的维修和改进建议，以减少事故的发生对飞机结构的影响。

第四题对于飞行器结构力学的研究，需要掌握一些基本理论和方法。

首先是静力学的基本原理，包括力的平衡方程、应力和应变的定义和计算方法。

其次是动力学的基本原理，包括力的运动方程、振动的模型和计算方法。

此外，还需要了解一些基本的力学性能指标，如强度和刚度。

在进行结构力学分析时，需要掌握一些基本的计算方法。

常见的方法包括有限元法、解析法和试验法。

有限元法是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。

解析法则是通过解析计算的方法进行力学分析，主要针对简单和规则的结构。

2. 飞机的外载荷飞机结构与强度第二章 飞机的外载荷1/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷 2.2 不同飞行状态下的过载 2.3 其他载荷情况 2.4 疲劳载荷 2.5 飞机设计规范简介2/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷飞机在飞行、起飞、着陆、地面维护等使用过程 中，作用在飞机上的外力称为飞机的外载荷。

(1)飞行时的外载荷。

(2)起飞、着陆时的外载荷。

3/602. 飞机的外载荷 机体坐标系飞机结构与强度yzx4/602. 飞机的外载荷 速度坐标系飞机结构与强度5/602. 飞机的外载荷 载荷分类飞机结构与强度1. 质量力Rm ——飞机的质量和加速度相关的力。

惯性 力：如重力，离心力等。

2. 表面力Rf——物体之间直接接触而产生的力。

例： 升力，空气阻力，发动机推力T，地面支反力。

6/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1.1 过载的概念定义：飞机所受除重力之外的表面力总和与飞 机重量之比称为过载系数n，简称过载。

n = Rf / G飞行中：n = ( Ra + P ) / G= ( Ra + P + Pk ) / G着陆（起飞）时： n过载，过载系数，载荷系数7/602. 飞机的外载荷 过载在机体坐标系中的分解飞机结构与强度n = nx i + n y j + nz kn=2 2 n x + n y + n z2zyx8/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度过载的符号：正过载，负过载。

与机体坐标 系坐标轴方向一致为正，反之为负；通常过载 系数简称为过载。

通常提到过载是指ny。

nx和nz相对较小；飞机 结构x，z方向的强度、刚度较好；主要校核y方 向的过载。

9/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度铅垂平面内飞机曲线运动力学方程（速度坐标系） 平衡方程：P cos(α + ϕ ) − X = G sin θ + maτaτ = dV / dt an = V 2 / RR为飞机运动轨迹的曲率半径Y + P sin(α + ϕ ) = G cos θ + man过载值：1 dV P cos(α + ϕ ) − X = sin θ + ⋅ nx = G g dt Y + P sin(α + ϕ ) 1 V2 ny = = cos θ + ⋅ G g R10/60ga n ga n ga m G mR n n y x f +=+===θθτcos sin //G G G2.2 不同飞行条件下的过载∑F x =0 T =X∑F y =0 Y =G0=−=GX T n x 1==GY n y 0=z n z 匀速水平飞行z等速水平倒飞n=1−yR V g n dtdV g n y x 21cos 1sin ⋅+=⋅+=θθ0=θR V g n y 211max ⋅+=时RV g G N Y 2sin ⋅==γGY =γcos γcos 1==G Y n y 测量n y ，可计算γyn 1cos =γ122−=y cir n g V R 盘旋半径：),,,(/12max max 2maxmax max max p V H c f S G V c GY n y H y y ===ρS G p =z机翼静力加载试验z人体承受过载的能力与过载方向和时间的关系服Military fightersPrimary trainersAdvanced trainersLight planesCargo & passenger transportsHeavy bombersz Different kinds of aircraftsg xn n z y y ε±=0g x n n zx x 20ω±=z Aircraft is Rotating after take offS G V V W c n GS V a c n n n n a y y a y y y y yg /2)/(2/20200ρρ±=Δ±=Δ±=z Gust caused by mountainsKS G WV c n n a y y yg /20ρ±= 水平突风远小于垂直突风，引起的水平方向过载可以忽略不计(不大于1.3-1.5)突风还可能引起振动，特别是在重型飞机上引起周期性的载荷，严重时导致共振。

《航天器结构与机构》题库及参考答案1.1什么是航天器结构？主要功能有哪些?指为航天器提供总体构型，为各分系统仪器设备提供支撑，承受和传递载荷，并保持一定刚度和尺寸稳定性的部件或附件的总称。

功能：承受载荷，安装设备，提供构型1.2什么是航天器机构？主要功能有哪些？指使航天器及其部件或附件完成规定动作或运动的机械部件。

功能：连接（压紧），释放，展开，分离，指向，承载1.3目前我国卫星的主结构采用的形式有哪些?中心承力筒结构，杆系结构，箱型板式结构，壳体结构1.4我国返回式航天器的主结构形式是什么?壳体结构：密封舱等舱体结构1.5航天器鉴定试验和验收试验有何不同？鉴定试验是初样阶段，是设计验证的最有效手段，是对设计思想和设计方法的验证验收试验是正样阶段，是对飞行产品的试验1.6什么是航天器的附件结构？特指在空间伸展在航天器本体之外的部件，如太阳翼和可展开天线。

1.7航天器机构与航天器结构的最主要区别是什么？机构指实现动作和运动的部件，结构指提供稳定构型的部件1.8航天器上的一次性机构有哪些？压紧与释放机构，展开机构，连接与分离机构1.9航天器的研制共分为哪几个阶段？可行性论证阶段，方案阶段，初样阶段，正样阶段1.10航天器的初样研制阶段工作重点是什么？通过初样产品的设计、制造和试验，对航天器结构与机构的设计进行全面鉴定，包括：设计对设计要求的符合程度；设计所采用的分析方法和分析结果的正确性；设计所采用的材料工艺的合理性和可行性；设计所需地面试验的合理性和可行性；设计的可靠性和质量保证措施，等等。

2.1 一般说，航天器承受的载荷最严重的时刻是在哪个过程？起飞（最大噪声）和跨音速时（最大气动载荷）2.2 在下面四个环境中，对航天器机构的影响最大的环境是哪个？（1）地面环境；（2）发射环境；（3）空间环境；（4）再入环境。

（2）发射环境2.3 分别简述发射环境和在轨环境对航天器结构与机构的影响。

（1）发射环境：起飞冲击与噪声：排气压力产生瞬态空气压力脉动，噪声诱发火箭和航天器振动。

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 ，开始转入水平飞行的高度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载荷系数n y ；（2） 如果最大允许载荷系数为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(112122=-⨯⨯+=+==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(22min-⨯⨯=-= 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 rv m Y 2sin =β ①∑=01Y G Y =βcos ②由①与②得085.36908.9)36001000520(22=⨯⨯==grv tg β 04.72=β （非加力） 523.46808.9)36001000625(2=⨯⨯=βtg 5.77=β （加力） 6.4cos 1==βy n （2）F = G b *n y = 300*9.8*4.6 = 13.5KN (Y 正向)6．飞机处于俯冲状态，当它降到H ＝2000m 时(H ρ=0.103kg ／m 3。

飞行器结构设计与优化作为现代航空领域的核心技术之一，飞行器结构设计和优化已成为影响飞行器性能和质量的重要因素。

在飞行器的设计和制造过程中，结构设计和优化涉及到重要的材料、制造工艺和设计参数等方面，其重要性显而易见。

一、飞行器结构设计的原则在飞行器结构设计中，设计原则主要包括受力性、可靠性、轻量化、可制造性和可维护性等多个方面。

在结构设计中，要根据不同部位和不同功能的要求设置不同的设计原则。

例如，机翼和机身整体结构的设计应当考虑到提高飞行器的刚度和强度，而发动机舱的设计则需重点考虑飞行器的耐高温、防火和减重等问题。

在受力性方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的荷载情况，并对不同部位和不同功能的部件进行合理的强度和刚度分配。

在可靠性方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的故障和损耗情况，尽可能避免单点故障和故障的扩展与蔓延。

在轻量化方面，飞行器的结构设计应尽可能减少飞行器的重量，从而提高飞行器的载荷能力和燃油经济性。

在制造方面，飞行器的结构设计应考虑到各种可能出现的制造工艺问题，尽可能降低制造成本。

在维护方面，飞行器的结构设计应考虑到各种不同维护环境，尽可能提高维护效率和疲劳寿命。

二、飞行器结构优化的方法和手段为了在飞行器结构设计中达到最佳的技术和经济效果，飞行器结构优化是必不可少的步骤。

当前飞行器结构优化主要通过有限元分析、优化算法和虚拟样机试验等手段来实现。

有限元分析是一种常用的飞行器结构优化方法，主要用于分析不同荷载条件下飞行器各部位和部件的受力状态和变形情况，进一步优化飞行器的结构，提高飞行器的机械性能和耐久性。

有限元分析是一种非常精准的工具，但需要丰富的理论知识和良好的模型建立能力。

优化算法是另一种常用的飞行器结构优化方法，主要用于寻找最优解，通过数值优化、元启发式算法、人工智能等各种优化手段，提高飞行器的机械性能、重量和生产效率等多个方面。

优化算法具有高效性和可靠性的特点，但需要高超的数学处理能力。

第一章—绪论1.简述飞行器结构、结构的含义与功能。

答：飞行器结构是能承受和传递载荷并且保持一定强度、刚度和尺寸稳定性的机械系统的总称；机构是使飞行器及其部件完成规定的动作或运动等特殊功能的机械组件。

结构的功能：(1).将弹上设备和部件牢牢结合在一起构成整体，并提供气动外形；(2).为装载、设备和人员（运载火箭等）提供良好的环境条件；(3).承载全寿命周期的各种载荷，并保证飞行器始终正常工作。

机构的功能：(1).连接、固定与释放功能：如分离机构；(2).运动功能：如折叠展开机构；(3).锁定功能：到位后锁紧，完成结构功能。

2.飞行器结构设计的内容与原始条件有哪些？答：飞行器结构设计是根据设计的原始条件，构思和拟定满足各项基本要求的结构方案，进行全部零、部件的设计、分析、实验，最终提供全套可供生产的图纸和相应技术文件的过程。

飞行器结构设计的内容：(1).飞行器结构布局设计：部位安排、分离面、结构形式选择、受力构件布置；(2).选择结构元件参数：在结构布局的基础上，选择并优化结构元件尺寸和材料；(3).结构细节设计：细节精心设计、开孔、连接、圆角、机械和电气接口、口盖等。

飞行器结构设计的原始条件：(1).结构设计任务的总体设计参数：外形、尺寸、质量特性、内部装载物的相关数据与安装要求等；(2).结构的工作环境及其对结构特性的要求：自然环境、力学环境（载荷大小、性质和在结构上的分布等，以及对结构特性的要求）；(3).结构的协调关系以及由此产生的限制要求：外挂、发射装置；(4).飞行器结构的生产条件：产量和生产厂的加工能力、装配能力、工艺水平等。

3.飞行器结构设计的技术要求有哪些？为满足质量特性要求，可采取哪些措施？答：飞行器结构设计的技术要求有6个，如下(1).空气动力学要求—前提性要求：外形准确度要求（同轴度、垂直度、曲线误差、安装角等）、外形的表面质量要求（表面粗糙度、局部凹陷、突出物等）。

(2).结构完整性要求—强度、刚度、可靠性，本质性要求（▲▲）：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、不能产生不能容许的残余变形；具有足够的刚度、满足各项结构动力学性能要求，并达到总体规定的可靠度。

飞行器结构学1.安全系数和过载系数的关系？安全系数：f=F d/nG 过载系数：n=R bi/G安全系数随过载系数的增大而减小，反之，随过载系数的减小而增大2.结构设计的基本要求?气动要求、质量要求、使用维护要求、可靠性要求、工艺要求、经济性要求3.翼面的功用：产生升力，平衡飞机或导弹的重力4.主要外载荷？○1空气动力○2翼面结构质量力○3其他部件和外挂物传来的集中力5.翼面主要受力构件和作用？蒙皮：形成流线形的翼面外形桁条：对蒙皮起支撑作用翼梁：缘条承受由弯矩M引起的拉压轴力。

腹板承受剪力Q以及扭矩Mt引起的剪流纵墙：纵墙一般不能承受弯矩，主要用来承受和传递剪力，并与蒙皮以及其他腹板构成闭式，共同承受翼面扭转引起的剪流翼肋：维持翼剖面的形状，并将蒙皮上的局部气动载荷和桁条上的载荷传递给翼梁和蒙皮。

6.翼面的主要结构形式？翼面的主要结构形式是指结构中主承力系统的组成形式，翼面结构典型的受力形式有，蒙皮骨架式、整体壁板式、夹层结构。

7.梁式翼面结构的结构特点、受力特点和优缺点？特点：蒙皮很薄，纵向翼梁很强，纵向长桁较小且弱，有时在与翼肋相交断开，梁缘条的截面面积比长桁的大得多可近似的认为翼面弯矩的绝大部分或全部由梁缘条承担优点：结构比较简单，对接点少连接简单，适宜集中连接缺点：气动性能差，总体受力性能较差，生存性能较低8.单块式翼面结构的结构特点，受力特点和优缺点？单块式翼面结构：蒙皮较薄，与长桁且密，弱梁，翼梁缘条组成可受轴力的壁板承受绝大部分弯矩，纵向长桁布置较低密，长桁截面积与梁的横截面比较接近梁与墙与蒙皮壁板形成封闭盒段，增强翼面结构的扭转刚度优点：蒙皮在气动载荷作用下变形较小，气流质量高，材料想翼剖面外缘分散，抗弯，抗扭刚度与强度均比较高，安全可靠性比梁式结构好缺点:结构比较复杂，大开口后，需加强周围结构以补偿承弯能力，如果加口盖，需要对口盖和口框加强，以保证传力连续。

9.多腹板式翼面结构特点，受力特点和优缺点？多腹板式翼面结构特点：蒙皮厚，无长桁，多腹板，梁弱，解决了高速薄翼型翼面的强度和刚度与结构承重之间的矛盾优点：气动性能好，总体受力性能较强，结构简单，破损安全性好，生存性高缺点:不宜大开口，与机身或弹身连接点多10.什么是传力分析？（弄清楚受力元件在结构中的地位和作用）对结构的各种外载荷通过各种元件逐点、向结构支持基础传递的过程进行分析，了解各主要元件的受力情况及其传力特点11.传力分析的方法主要有？○1弄清结构所收的载荷最后应传向何处○2分清结构主要和次要的受力元件以及主要和次要的受力部分○3弄清各主要元件的连接关系和连接方式，以便正确地确定支持形式和传力方式○4从结构的外载荷作用开始，依次取出各个构件部分或元件为分离体，按它们各自的受力特性合理化简成典型的受力元件○5分析传力必须具备刚度概念12.刚度分配的依据是什么？“刚度是指元件（构件）在载荷作用下抵抗变形的能力”刚度大分配到的载荷大，刚性支持分配到的载荷大，弹性支持分配到载荷小13.板件的主要受力特点？板可以承受垂直于板平面的分布载荷，不适宜承受集中力14.杆件的主要受力特点？杆只能承受和传递沿杆轴方向的集中力和分布力，杆本身受拉能力强，受压易发生局部或总体失稳，承受能力极低15.板杆结构件的主要受力特点？适宜承受横向分布的载荷和板杆平面内的载荷。