战斗机机翼结构设计研究

飞机结构设计报告

39051210齐士杰

本学期上了2节飞机结构设计设计现场课，我从中学到了很多知识。在现场课上我们近距离接触了许多飞机结构，下面我对我们接触的飞机结构进行简单的分析。

1右图所示为梁式翼面结构

主要的构造特点是蒙皮很薄，常用轻质铝合金制作，纵向翼梁很强(有单梁、双梁或多梁等布置)．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纵墙。该型式的机翼通常不作为一个整体，而是分成左、右两个机翼，用几个梁、墙根部传集中载荷的对接接头与机身连接。薄蒙皮梁式翼面结构常用于早期的低速飞机或现代农用飞机、运动飞机中，这些飞机的翼面结构高度较大，梁作为惟一传递总体弯矩的构件，在截面高度较大处布置较强的梁。

2右图所示为翼肋

普通翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状。一般它与蒙皮、长桁相连，机翼受气动载荷时，它以自身平面内的刚度向蒙皮、长桁提供垂直方向的支持。同时翼肋又沿周边支持在蒙皮和梁(或墙)的腹板上，在翼肋受载时，由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面内的支承剪流。

加强翼肋虽也有上述作用，但其主要是用于承受并传递自身平面内的较大的集中载荷或由于结构不连续(如大开口处)引起的附加载荷。

3右图所示为铝蜂窝蒙皮

机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形，并保持表面光滑，所以它承受局部空气动力。蒙皮在机身总体受载中起很重要的作用。它承受两个平面内的剪力和扭矩；同时和长桁等一起组成壁板承受两个平面内弯矩引起的轴力，只是随构造型式的不同，机身承弯时它的作用大小不同。

4右图所示为机体结构

机身的主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备；还可将飞机的其它部件如尾翼、机翼及发动机等连接成一个整体。

桁梁式机身结构特点是有几根(如四根)桁梁，桁梁的截面面积很大。在这类机身结构上长桁的数量较少而且较弱，甚至长桁可以不连续。蒙皮较薄。这种结构的机身，由弯曲引起的轴向力主要由桁梁承受，蒙皮和长桁只承受很小部分的轴力。剪力则全部由蒙皮承受。

摘 要：大型飞机承担着十分重要的客运、物运等功能，因此飞机的整体性能就显得十分重要。在飞机装配阶段，尤其是对于飞机机翼来说，更应该掌握良好的装配方法。基于此，本文结合自身的理论知识和实践经验，就装配技术方面展开一定探讨，并提出了相关的注意事项，旨在能够为相关业内人士提供一定的参考。

关键词：大型机翼；飞机装配；技术

在大型飞机众多结构中，机翼具有十分重要的作用。从体型上讲，机翼本身较为巨大，因此在装配的过程中较为复杂，如果不能采取有效的方法将难以充分满足其质量要求。与一些小型飞机有所不同，在大型飞机装配实施阶段，应优先选取良好的工艺技术，现对相关技术予以详细阐述。

一、大型飞机机翼装配准备工作

在整个工艺过程中，准备阶段起到不可忽视的作用。只有做好相关的工艺准备，才能为后续各项分析提供良好的铺垫作用。在工艺准备过程中，应着重做好相关的计划，尤其是对于不同部件的装配，需要按照一定的顺序进行。在工艺分离面方面，需要结合实际情况进行合理选取，另外还应该确定工艺形式等内容。一般来说在设计阶段，相关人员已经着手分析工艺分离面，然而站在生产的角度进行考虑，还应该以此作为有效基础，将其进行十分细致的分类，这样才能不断完善平行工作面等，同时还能够降低成本。目前来说积木式较受欢迎，在试制进行的过程中，无论是机翼前后梁部位还是其壁板部位，均应该予以一次完成。批量生产进行的过程中，应力求将各道工序予以不断细化，如果需要添加单独前梁，我们只需要取出前梁卡板，然后将其安装于新工装即可，不仅节省了大量的时间，而且能够节省人工费用等。就细节方面来说，目前数控加工等相关工艺技术逐渐走向成熟，在飞机的零部件加工方面，精度也变得越来越高，所以我们应该广泛推广通过定位孔进行定位，这样工装结构就不会像之前那样复杂，而是变得更加简化。

二、飞机机翼的上下蒙皮操作

对于当今大型飞机而言，上下蒙皮往往都体形较为巨大，常含有复合材料、加强口框等，并且在造价上也不尽合理，一般会相对较为昂贵。在进行实际装配的过程中，制孔位置一定要保持正确，否则极有可能将会造成报废更换等问题。另外对紧固件方面的要求普遍较高，通常螺栓应具备相应的高抗剪特点，同时无论是孔的尺寸、角度等方面都具有十分严格的要求。在钻制方法上，不仅应该做到定位较为准确，而且应该找到较为合适的角度。另外在人为操作的过程中，需要尽量避免出现过大的偏差。以往人们经常采取手工钻制，即利用划线的方法进行钻孔，目前普遍通过钻模卡板等工具进行。一般来说无需人工移动卡板，我们就能够十分顺利的进行钻初孔的操作，然后一直延续到终孔。对于多数大型机翼来说，材料厚度普遍要较大，因此如果是通过手工的方法进行钻制，推进力应达到一定数值，如果短期内不能钻制完成，时间拖得越长的话将会造成孔径不符合规范要求，比如说内壁划伤等。因此要想利于钻孔的整体质量，需通过自动进给钻进行，最好选择复合钻头，这样就能够保证一次完成全部的操作过程。除此之外，对于钻机与钻头等工具，应注意进行提前检查，并认真做好及时的维护。

关于飞机机翼

机翼各翼面的位置图

图片说明：上图为机翼各翼面的位置图，民航飞机的机翼各翼面位置一般类似。机翼上各操纵面是左右对称分布，部分由于图片受限未标出

机翼的基本概念

机翼的主要功用是产生升力，以支持飞机在空中飞行；同时也起一定的稳定和操纵作用。是飞机必不可少的部件，在机翼上一般安装有飞机的主操作舵面：副翼，还有辅助操纵机构襟翼、缝翼等。另外，机翼上还可安装发动机、起落架等飞机设备，机翼的主要内部空间经密封后，作为存储燃油的油箱之用。

相关名词解释：

翼型：飞机机翼具有独特的剖面，其横断面（横向剖面）的形状称为翼型。

前缘：翼型最前面的一点。

后缘：翼型最后面的一点。

翼弦：前缘与后缘的连线。

弦长：前后缘的距离称为弦长。如果机翼平面形状不是长方形，一般在参数计算时采用制造商指定位置的弦长或平均弦长

迎角(Angleofattack)：机翼的前进方向(相当与气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角叫迎角，也称为攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

翼展：飞机机翼左右翼尖间的直线距离。

展弦比：机翼的翼展与弦长之比值。用以表现机翼相对的展张程度。

上（下）反角：机翼装在机身上的角度，即机翼与水平面所成的角度。从机头沿飞机纵轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。同理，向下垂时的角度就叫下反角。

上（中、下）单翼：目前大型民航飞机都是单翼机，根据机翼安装在机身上的部位把飞机分为上（中、下）单翼飞机也有称作高、中、低单翼。

机翼安装在机身上部（背部）为上单翼；机翼安装在机身中部的为中单翼，机翼安装在机身下部（腹部）为下单翼。

上单翼的飞机一般为运输机与水上飞机，由于高度问题，此时起落架等装置一般就不安装在机翼上，而改在机身上，使用上单翼的飞机一般采用下反角的安装。

中单翼因翼梁与机身难以协调，几乎只存在理论上；

下单翼的飞机是目前民航飞机常见的类型，由于离地面近，便于安装起落架，进行维护工作，使用下单翼的飞机一般采用上反角的安装。

飞机机翼形状的优化设计

飞机机翼形状是决定其飞行性能的重要因素之一。正确的机翼形状能够提高飞机的升力、减小阻力、延长续航能力，诸多优点都是这设计者所需要考虑的。因此，飞机机翼的形状设计至关重要，机翼形状的优化设计也成为了现代航空工业的研发热点之一。

传统的机翼形状设计思路是基于一个经验法则，通过模拟和仿真得出相对适用的方案，但是这种方法的缺陷也是显著的，首先是缺乏理论性和科学性，其次是易受工程师个人经验的影响，难以充分考虑多方面的设计问题以及解决优化问题。

因此，在现在的机翼设计中，通过计算流体力学(CFD)等数值模拟软件在多个设计参数之间寻找最佳平衡点成为了一种新的设计思想。 机翼设计的一个主要优点是利用先进的计算技术，基于多重仿真和模拟，能够更加准确地确定机翼的优化设计方案，改变传统的经验设计方式。

CFD仿真技术能够让航空工程师在机翼的风洞试验之前做出更科学的决策。利用CFD和其它仿真技术，设计者可以优化各个参数，包括悬挂和气流动力学。这种仿真的准确性和重现性非常高，各类设计参数可随意变更，如气体动力学参数（如翼型、桨叶计算、实地试验分析）、摩擦、生力学和声波等参数，并能频繁地进行迭代优化，从而得出最佳曲线翼型。

在确定了最佳曲线翼型之后，建模和制作也是关键的技术环节。常规的制作方法是使用铝合金、碳素纤维等材质进行叶片制作。但这种制作方式并不能实现工艺的灵活性或者是生产的廉价性。这里，3D打印使得机翼的制作也向智能化和自动化方向迈出了更大一步，3D打印制造的机翼材质能够提供更多的选择，更改机翼宽度和角度、减轻机翼重量，增加整机承载力、强度和刚度、同时降低成本。

此外，在飞机机翼的优化设计过程中，还需要考虑机翼的材料和结构。机翼的材料和结构的选择与设计同样重要，常用的材料有铝合金、钛合金、复合材料、玻璃纤维等，以及一些新型的材质，如纳米技术、碳纳米管等用于机翼的材料，因为这些具有非常好的强度和轻量化的效果。此外，结构设计方面也是需要注意的，不同机翼材料适用的结构设计也是不同的。