飞机结构设计习题答案学习资料

《飞机是怎样设计的》练习题及答案飞机是怎样设计的练题及答案
练题一：简答题
1. 什么是飞机设计？
2. 飞机设计的主要目标是什么？
答案一：
1. 飞机设计是指通过科学方法和工程原理，将多个学科知识综合应用于飞行器的设计过程。

它涉及到结构设计、气动设计、系统设计等方面，旨在设计出安全、高效、可靠且满足需求的飞机。

2. 飞机设计的主要目标是实现飞行器在不同工况下的稳定和安全飞行。

这包括提高飞机的气动性能，减少飞行阻力，优化结构设计以提高强度和刚度，以及设计合理的控制系统和动力系统等。

同时，节约能源、降低噪音和减少对环境的影响也是飞机设计的重要目标。

练题二：选择题
1. 飞机设计的基本原则是什么？
A. 安全性和可靠性
B. 经济性和效率性
C. 可行性和可用性
D. 所有答案都对
2. 飞机的气动设计主要关注什么？
A. 飞机的外形美观
B. 飞机的飞行速度
C. 飞机的升力和阻力
D. 所有答案都对
答案二：
1. D. 所有答案都对
飞机设计的基本原则是综合考虑安全性和可靠性、经济性和效
率性，以及可行性和可用性。

2. C. 飞机的升力和阻力
飞机的气动设计主要关注飞机在飞行过程中产生的升力和阻力，以确保飞机的稳定飞行和高效能量利用。

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。

4-34-244-26 （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 ρρρ+=，1M ρ由前梁传给机身，2M ρ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 980150010*3)(3310311===l EJ K Q 9160150010*2*3)(3310322===l EJ K Q 310*2150010)(71011===l EJ K M 310*4150010*2)(71022===l EJ K M 310150010*5)(6811===l GJ K t t 310*2150010)(6922===l GJ K t t 310032111==+=y Q Q Q Q K K K Q 3200322122==+=y Q Q Q Q K K K Q 3500032111==+=M K K K M M M M 310000322122==+=M K K K M M M M 1032111==+=t t t t t M K K K M 20322122==+=t t t t t M K K K M910300010*3)(3310311===l EJ K Q 9160150010*2*3)(3310322===lEJ K Q 310300010)(71011===l EJ K M 310*4150010*2)(71022===l EJ K M 310150010*5)(6811===l GJ K t t 310*2150010)(6922===l GJ K t t 17100172111==+=y Q Q Q Q K K K Q 17160017162122==+=y Q Q Q Q K K K Q 100052111==+=M K K K M M M M 4000542122==+=M K K K M M M M 1032111==+=t t t t t M K K K M 20322122==+=t t t t t M K K K M4-37 由于前梁在1点处转折，所以由剪力P 产生的弯矩，有一部分要由侧边肋来承担，其大小为弯矩为：)cos (1αe a P M −=，矢量方向向右。

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=22EJLL 前=L后 ∴ 只与2EJ 有关Q 1=112K Q K K += 122EJ L [22L （121EJ EJ +）]Q = 112EJ Q EJ EJ + = 112Q + = 0.333Q= 3330kg = 33.3KNQ 2= 6670kg = 66.7KN(2) M 的分配 K=KJL ∴ 关系式仍同上1M = 0.333⨯5⨯105 = 1666.7 KN mM 2= 0.667⨯5⨯105= 3335 KN m（3） M t 的分配M t1= 5510tM += 0.333⨯3⨯103 = 0.999⨯103kg.m = 10 KN mM t2 = 0.667⨯3⨯103 = 2.001⨯103kg.m = 20 KNm2.L 前=3000 mmL 后=1500 mm(1) Q 的分配 K=22EJ LK 1= 2⨯()122103000= 2⨯12610910⨯=29⨯106 = 2⨯106⨯0.111K 2= 2⨯()122101500= 2⨯29⨯106 = 222.25⨯⨯106 = 2⨯106⨯0.889K 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 = 12103000 = 0.333⨯109K 1 = 12101500Q ⨯ = 1.333⨯109K 1+ K 2 = 1.666⨯1091M = 0.3331.666⨯5⨯105 = 0.1999⨯5⨯105 = 0.2⨯5⨯105 = 105 kg m = 1000 KN m2M = 4⨯105 kg m = 4000 KN m（3） M t 的分配K 1=105103000⨯=1.667⨯107 K 2=1010101500⨯=6.667⨯107K 1+ K 2 = 8.334⨯107M t1 = 1.6678.334⨯3⨯103 = 0.2⨯3⨯103 = 0.6⨯103kg.m = 6 KN mM t2 = 6.6678.334⨯3⨯103 = 0.8⨯3⨯103 = 2.4⨯103kg.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。

飞机构造试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 飞机的机翼通常采用什么样的形状设计？A. 圆形B. 矩形C. 椭圆形D. 流线型答案：D2. 飞机的起落架通常由哪些部分组成？A. 轮胎和轮轴B. 轮胎、轮轴和减震器C. 轮胎、轮轴和转向系统D. 轮胎、轮轴、减震器和转向系统答案：D3. 飞机的发动机通常安装在哪个部位？A. 机翼B. 机身C. 尾翼D. 起落架答案：B4. 飞机的尾翼主要起到什么作用？A. 提供升力B. 保持平衡C. 提供推力D. 增加阻力答案：B5. 飞机的襟翼通常在什么情况下使用？A. 起飞时B. 降落时C. 巡航时D. 滑行时答案：B6. 飞机的副翼主要控制飞机的哪个动作？A. 俯仰B. 滚转C. 偏航D. 爬升答案：B7. 飞机的垂直尾翼主要控制飞机的哪个动作？A. 俯仰B. 滚转C. 偏航D. 爬升答案：C8. 飞机的发动机推力是由什么产生的？A. 燃料燃烧B. 空气压缩C. 机械运动D. 电力驱动答案：A9. 飞机的机舱通常分为哪几个部分？A. 驾驶舱和客舱B. 驾驶舱、客舱和货舱C. 客舱和货舱D. 驾驶舱、客舱、货舱和卫生间答案：B10. 飞机的液压系统主要用于什么？A. 起落架收放B. 飞行控制C. 电力供应D. 环境控制答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 飞机的机翼设计需要考虑哪些因素？A. 升力B. 阻力C. 重量D. 材料答案：ABCD2. 飞机的起落架设计需要满足哪些要求？A. 承受飞机重量B. 减震C. 转向D. 收放自如答案：ABCD3. 飞机的发动机类型有哪些？A. 活塞式B. 涡轮喷气式C. 涡轮风扇式D. 涡轮螺旋桨式答案：ABCD4. 飞机的尾翼包括哪些部分？A. 水平尾翼B. 垂直尾翼C. 副翼D. 襟翼答案：AB5. 飞机的液压系统可以控制哪些部件？A. 起落架B. 襟翼C. 副翼D. 刹车答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分）1. 飞机的机翼越长，升力越大。

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(112122=-⨯⨯+=+==H H gr v G Y n y（2）hkm 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 r v m Y 2sin =β①∑=01YG Y =βcos ②由①与②得2==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） r v mN X 21=6．飞机处于俯冲状态，当它降到H ＝2000m 时(H ρ=0.103kg ／m 3。

)遇到上升气流的作用(题图2.7)，求此时飞机的n y 。

飞机机翼构造习题集及答案一、四个选择题1. 机翼由以下哪些部分组成？- A. 前缘、后缘、缝翼- B. 主翼、辅翼、尾翼- C. 上翼表面、下翼表面- D. 前缘襟翼、后缘襟翼正确答案：A. 前缘、后缘、缝翼2. 机翼剖面的形状通常采用以下哪种类型？- A. 椭圆形- B. 矩形- C. 上凸形- D. 下凸形正确答案：A. 椭圆形3. 在机翼上，用来改变升力和阻力的设备是什么？- A. 襟翼- B. 缝翼- C. 扰流板- D. 风切线正确答案：A. 襟翼4. 以下哪种材料常用于机翼的构造？- A. 钢铁- B. 铝合金- C. 碳纤维- D. 木材正确答案：B. 铝合金二、两个简答题1. 请简要解释机翼结构的主要功能。

机翼结构的主要功能有：- 提供升力：机翼通过空气动力学原理产生升力，使飞机能够在空中飞行。

- 提供阻力：机翼在飞行过程中还会产生一定的阻力，起到制动和稳定飞行的作用。

- 改变升力和阻力：通过控制机翼上的襟翼、缝翼等设备，可以改变机翼的升力和阻力，从而实现飞机的控制和操纵。

2. 请简述机翼剖面形状的选取原则。

机翼剖面形状的选取原则主要考虑以下几个方面：- 升力性能：剖面形状对机翼的升力性能有重要影响，椭圆形剖面在一定速度范围内具有较好的升力性能。

- 稳定性：剖面形状对机翼的稳定性也有影响，合理的剖面形状可以提高飞机的稳定性。

- 阻力性能：剖面形状对机翼的阻力性能也需要考虑，较小的阻力可提高飞机的燃油效率和性能。

- 结构限制：剖面形状的选取还需考虑到实际结构的制造和安装难度，以及对飞机重量和强度的要求。

三、一道计算题1. 一个矩形机翼的翼展为20米，翼面积为150平方米。

求该机翼的平均弦长。

首先，根据翼面积公式，翼面积 = 翼展 ×平均弦长，可以得到平均弦长的计算公式为：平均弦长 = 翼面积 / 翼展带入已知数值，得到：平均弦长 = 150平方米 / 20米计算结果：平均弦长 = 7.5米四、两道解答题1. 请简要说明机翼的结构材料选择原则。

1、以双梁式直机翼为例，说明气动载荷是如何传递的。

(18分)（1）蒙皮把气动载荷分别传给长桁和翼肋：蒙皮受气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，根据作用力与反作用力的原理，蒙皮把外载传递给了翼肋和长桁。

（2）长桁把自身承受的初始气动载荷传给翼肋桁条与翼肋直接用角片（或间接通过蒙皮）相连，此时载荷方向垂直于长桁轴线，翼肋向长桁提供支持。

此时，桁条可以看成支持在翼肋上的多点连续梁，长桁把气动载荷传递给了翼肋。

至此，作用在蒙皮上的气动载荷直接或由长桁间接地全部传给了翼肋。

（3）翼肋把气动载荷转换成了垂直载荷和力矩，并相应的传到了梁腹板和组成封闭翼盒的各元件上（4）翼梁将剪流往根部传递由于梁腹板的抗弯能力比梁的缘条小的多，可略去其承弯能力，因而腹板以平板受剪的形式平衡，并将剪流往根部传递。

最后在根部有机翼—机身对接接头提供垂直方向的支反力来平衡。

（5）蒙皮、腹板承受扭矩。

机翼的第三个总体内力扭矩以蒙皮和腹板受剪的形式，向根部传递，总扭矩到机翼根部应通过加强肋将一圈剪流转换成适合于机翼—机身对接接头承受的一对集中力，再通过接头传给机身。

2、说明双梁式直机翼的普通翼肋的作用。

(10分)（1）用以承受蒙皮传来的局部气动载荷（2）把局部气动载荷转换成适合于主受力盒段各组成元件受力特性的载荷形式（3）然后把它们传到这些主要元件上，向机翼根部传递，并进而通过对接接头传给机身3、比较分析机翼各典型受力型式的结构受力特点。

(20分)（1）梁式机翼：翼梁是主要受力构件，梁式机翼便于开口而不致破坏原来的主要传力路线；机翼、机身通过几个集中接头连接，所以连接简单、方便；主要依靠翼梁承受弯矩（2）单块式机翼：上、下壁板为主要受力构件。

这种机翼比梁式机翼的刚度特性好。

同时，由于结构分散受力，能更好的利用剖面高度，在某些情况下材料利用率较高，重量可能较轻，缺点是不便于大开口。

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 =+ gRv G N n yy 211-=-= 02.01000*8.9)6.3/360(12-=-=y n或y N G Y =+ 112-=-=gRv G N n yy02.011000*8.9)6.3/360(2=-=y nB 点：y N G Y += gRv G N n yy 211+=+=02.21000*8.9)6.3/360(12=+=y n2-02 （1）发动机重心处的过载系数2.18.93*92.3===∆gLn z yE ω（()()3.92*3 1.29.8z 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==⨯-=-470.4470.41.0M N kg l -===- (1)(1)/470.4/470.4A BN 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 BN kg N kg=-=-=-=-(1)(2)(1)(2)1440470.41910.4360470.4110.4A A A B BBN N N kgN 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=-==-=-2-03θcos G N Y y =+ gRv n y 2cos -=θ)(cos y n gR v -=θ 当y n 最小时，取得最大值s m v /9.261))0.3(5.0(*2000*8.9max =--=y N G Y =+θcos θcos 2-=gRv n y(cos )y v gR n θ=+ 当y n 最大时，取得最大值max 9.8*2000*(6.50.5)370.4/v m s =+=2-04G N Y y += 08.51000*8.9)6.3/720(1122=+=+=gR v n y s m n gR v y /92.2617*1000*8.9)1(max max ==-=m n g v R y 09.5837*8.9)6.3/720()1(2max 2min==-=2-05⎩⎨⎧==Rmv Y G Y /sin cos 2γγ γcos 1=y n y n 1cos =γ 211sin y n -=γ gR v n y/122=- gRv tg 2=γ不加力状态：24.31))690*8.9/()6.3/520((1)/(2222max =+=+=gR v n y086.3690*8.9)6.3/520(2max==γtg 72m ax =γ加力状态：63.41))680*8.9/()6.3/625((1)/(2222max =+=+=gR v n y52.4680*8.9)6.3/625(2max==γtg 5.77max =γ不加力状态：kg G n N y 972300*24.3max ===加力状态：kg G n N y 1356300*52.4max ===2-0681.34*902.0*22.5*8.96.111/39200*2/2===b gC S G H y g ρμα368.081.33.581.3*88.03.588.0=+=+=gg w K μμ15.8368.0*6.111/39200*220*145*902.0*22.51/21=+=+=w y y K SG UV C n ρα2-07xβyu2cos 10==βy n 608.32940*2)6.3/900(60sin *20*225.1*4/2===∆ S G UVC n y y ρα608.50=∆+=y y y n n n2-0837.2)800*8.9/()6.3/540(5.0/cos 220-=-=-=gR v n y θ612.088.0*20/8.9*5000*26.3/540*5.0*10*01.1*5.4/2===∆K SG UV C n y y ρα76.1612.037.2-=+-=y n2-092.58.9*82001000*)4.78147643(=--=--=G Y Y Y n tm te w y2/16.412.4*8.9)1(s m n g a y ==-=2/*5.0**2/*4.0**2/*4.0*2/2/L n G L n G L Y M y b y w e --=N M e 4.264072/7.9*))5.0*1004.0*773(*2.5*8.94.0*2/64300(-=--= Nm fM M e d 1.39611-==22.2826.3*8.9*7975*8.9677.5*7840011===∆x gI L Y n z a tm y N G n n f P y y d 7.98168.9*90*)22.22.5(*5.1*)(11=+=∆+=剩余强度η定义为结构的许用应力][σ与结构的最大工作应力σ之比值，即σση][=结构强度设计的任务是在使用载荷下结构工作应力应不大于材料的屈服应力，在设计载荷下结构的工作应力应不大于结构的破坏应力。