第6章 机身结构分析
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直升机结构图解之一……机身结构图图解直升机的结构之二……机身机体用来支持和固定直升机部件、系统,把它们连接成一个整体,并用来装载人员、物资和设备,使直升机满足既定技术要求。
机体是直升机的重要部件。
下图为UH—60A直升机的机身分段图。
机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重要影响。
在使用过程中,机体除承受各种装载传来的负荷外,还承受动部件、武器发射和货物吊装传来的动负荷。
这些载荷是通过接头传来的。
为了装卸货物及安装设备,机身上要设计很多舱门和开口,这样就使机体结构复杂化。
旋翼、尾桨传给机体的交变载荷,引起机身结构振动,影响乘员的舒适性及结构的疲劳寿命。
因此,在设计机身结构时,必须采取措施来降低直升机机体的振动水平。
军用直升机机体结构应该有耐弹击损伤和抗坠撞的能力。
近年来,复合材料日益广泛地应用于机身结构,与铝合金相比较,它的比强度、比刚度高,可以大大减轻结构重量,而且破损安全性能好,成型工艺简单,所以受到人们的普遍重视。
例如波音360直升机由于采用了复合材料结构新技术以及先进气动、振动和飞行控制技术,可使巡航速度增加35%,有效载荷增加1296,生产效率提高50%。
之三……发动机直升机的动力装置大体上分为两类,即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。
在直升机发展初期,均采用技术上比较成熟的航空活塞式发动机作为直升机的动力装置。
但由于其振动大,功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题,人们就利用已经发展起来的涡轮喷气技术寻求性能优良的直升机动力装置,从而研制成功直升机用涡轮铀发动机。
实践证明,涡轮轴发动机较活塞式发动机更能适合直升机的飞行特点。
当今世界上,除部分小型直升机还在使用活塞式发动机外,涡轮轴发动机已成为直升机动力装置的主要形式。
航空涡轮轴发动机航空涡轮轴发动机,或简称为涡铀发动机,是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。
法国是最先研制涡轴发动机的国家。
50年代初,透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机,功率达到了206kW(280hp),成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机,定名为“阿都斯特—l”(Art ouste—1)。
飞机结构介绍-课件 (一)飞机结构介绍-课件飞机是一种非常复杂的机器,由许多部分构成。
这些部分一起工作,使飞机能够起飞、飞行和降落。
在本文中,我们将更详细地了解一些飞机的主要结构部分。
1. 机身飞机的机身是整个飞机最大、最重要的部分。
它通常被称为飞机的“躯干”,起着支撑和保护其他部分的作用。
机身由多个部件构成,包括壳体、翼下盖、起落架和液压系统。
2. 机翼机翼是飞机的主要升力部件。
它们带有多个部件,包括翼展、翼面积和翼端。
翼展是机翼的长度。
翼面积是机翼下面的面积。
翼端是支撑翼展的部分。
机翼上还有襟翼和襟缝,襟翼是在机翼前端向下伸出的部件,以增大机翼的升阻比;襟缝则是为了使翼前向下部分的充气率增大,从而增加升力和改善沟通情况。
3. 推进器推进器是发动机推力的部分。
它们可以是螺旋桨或喷气式推进器。
螺旋桨由至少一个旋转的桨叶组成,以产生推力,驱动叶片旋转;喷气式推进器由发动机喷出的高速气流产生推力。
4. 发动机发动机是飞机的重要组装部件。
通常分为往复式发动机,涡轮螺旋桨发动机和涡喷发动机等。
往复式发动机是最常见的发动机,运行方式类似于汽车发动机。
涡轮螺旋桨发动机主要用于支持小型飞机或直升机。
涡喷发动机则主要用于大型民用飞机和军用飞机。
5. 机尾部件机尾部件是飞机的后部。
它包括方向舵、高度舵和俯仰舵。
这些部件可以通过飞行员的操纵杆和脚蹬进行操作,以控制飞机的方向和飞行高度。
6. 起落架起落架是可以伸缩的三角形构架,它可在起飞和降落时支撑整个飞机。
它由前轮和后轮构成,并且可以收起,以减少阻力和空气阻力。
7. 电气系统电气系统是飞机上的电力系统,它提供了飞机所需的电力,以支持各种设备,例如航电系统,通信设备和仪表板。
电气系统由多个部件构成,包括发电机、电池和电线。
总之,飞机的构造非常复杂,由多个部分构成。
这些部分的组合使得飞机飞行、降落和操纵时能够更加可靠和安全。
了解这些飞机部分的功能和组织结构,可以帮助大家更好地理解和欣赏飞机的优美和飞行原理。
6.2 机身结构元件的设计与布置本节主要介绍半硬壳机身结构元件的布置与设计。
半硬壳式机身尺寸最大、受力也最严重的结构件是由蒙皮和桁条(或桁梁)组成的壁板构成的加筋筒状盒段结构。
它承受几乎所有的总体内力——垂直平面和水平面内的弯矩、剪力以及机身的扭矩、轴力(如发动机推力);还有外部气动压力、内部增压座舱压力等所引起的一切载荷。
盒段内以一定的间隔配置机身隔框,以防机身压屈并维持其剖面形状。
除蒙皮或桁条(或桁梁)破坏外,这类加筋筒状盒段结构还有三种可能的失稳失效形式:(1)蒙皮失稳。
薄蒙皮在较低的压应力和剪应力下就会出现屈曲。
如果设计要求规定蒙皮在受载时不能屈曲,那么蒙皮必须较厚,或布置较密的桁条,这有可能导致结构效串降低.机身的舱内增压能使蒙皮失稳问题有一定的改善。
考虑到蒙皮屈曲后仍能以张力场形式承受、传递剪切载荷<此时机身结构内的应力会重新分配),因此在某些情况下设汁规范规定,低于百分之几十的限制裁荷(即使用载荷)或极限载荷(即设计载荷)下才不允许出现屈曲。
但应注意到蒙皮以张力场梁受剪时,桁条和框缘条会有附加的轴向载荷和弯曲载荷.(2)壁板失稳。
这是指两框之间的一段壁板(蒙皮和桁条组成的加筋板)失稳。
该段壁板的长度即框距.(3)总体失稳。
它所造成的破坏超出两个或两个以上隔框间距。
一般半硬壳式机身不允许出现总体失稳。
当壁板出现失稳时,各隔框的刚度可以支持住长桁,但当框的刚度不足时,就会发生总体失稳破坏。
此时增加桁条效果不大,而增加框的刚度却可产生较大影响.以下对机身的典型结构元件设计作一介绍,对于桁条和桁梁剖面形状的确定等与机翼相似,不再赘述。
一、机身蒙皮设计机身蒙皮是机身盒段结构中的重要受力元件,其重量约占机身结构重量的25%~30%。
它承受并传递机身中的剪力Qy,Qz和扭矩Mx的剪流。
在桁条式机身中,蒙皮较厚时它还承受一部分弯矩引起的轴向力。
旅客机气密增压座舱部位的蒙皮还承受内外压力差造成的周向(环向)和轴向的张应力。
飞机结构详细讲解机翼机翼是飞机的重要部件之一,安装在机身上。
其最主要作用是产生升力,同时也可以在机翼内布置弹药仓和油箱,在飞行中可以收藏起落架。
另外,在机翼上还安装有改善起飞和着陆性能的襟翼和用于飞机横向操纵的副翼,有的还在机翼前缘装有缝翼等增加升力的装置。
由于飞机是在空中飞行的,因此和一般的运输工具和机械相比,就有很大的不同。
飞机的各个组成部分要求在能够满足结构强度和刚度的情况下尽可能轻,机翼自然也不例外,加之机翼是产生升力的主要部件,而且许多飞机的发动机也安装在机翼上或机翼下,因此所承受的载荷就更大,这就需要机翼有很好的结构强度以承受这巨大的载荷,同时也要有很大的刚度保证机翼在巨大载荷的作用下不会过分变形。
机翼的基本受力构件包括纵向骨架、横向骨架、蒙皮和接头。
其中接头的作用是将机翼上的载荷传递到机身上,而有些飞机整个就是一个大的飞翼,如B2隐形轰炸机则根本就没有接头。
以下是典型的梁式机翼的结构。
一、纵向骨架机翼的纵向骨架由翼梁、纵樯和桁条等组成,所谓纵向是指沿翼展方向,它们都是沿翼展方向布置的。
* 翼梁是最主要的纵向构件,它承受全部或大部分弯矩和剪力。
翼梁一般由凸缘、腹板和支柱构成(如图所示)。
凸缘通常由锻造铝合金或高强度合金钢制成,腹板用硬铝合金板材制成,与上下凸缘用螺钉或铆钉相连接。
凸缘和腹板组成工字型梁,承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。
* 纵樯与翼梁十分相像,二者的区别在于纵樯的凸缘很弱并且不与机身相连,其长度有时仅为翼展的一部分。
纵樯通常布置在机翼的前后缘部分,与上下蒙皮相连,形成封闭盒段,承受扭矩。
靠后缘的纵樯还可以悬挂襟翼和副翼。
* 桁条是用铝合金挤压或板材弯制而成,铆接在蒙皮内表面,支持蒙皮以提高其承载能力,并共同将气动力分布载荷传给翼肋。
二、横向骨架机翼的横向骨架主要是指翼肋,而翼肋又包括普通翼肋和加强翼肋,横向是指垂直于翼展的方向,它们的安装方向一般都垂直于机翼前缘。
* 普通翼肋的作用是将纵向骨架和蒙皮连成一体,把由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁,并保持翼剖面的形状。