飞机结构设计(第2章)2012讲解
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⼒。
外壳摩擦⼒是最难降低的寄⽣阻⼒类型。
没有完全光滑的表⾯。
甚⾄是机械加⼯的表⾯,通过放⼤来检测的话,仍然可以看到粗糙的不平坦的外观。
这种粗糙的表⾯会使表⾯的空⽓流线型弯曲,对平滑⽓流产⽣阻⼒。
通过使⽤光滑的磨平的表⾯,和去掉突出的铆钉头,粗糙和其他的不规则物来最⼩化外壳摩擦⼒。
设计飞机时必须要增加另⼀个对寄⽣阻⼒的考虑。
这个阻⼒复合了形阻⼒效应和外壳摩擦,称为所谓的⼲涉阻⼒。
如果两个物体靠近放置,产⽣的合成紊乱会⽐单个测试时⼤50%到200%。
形阻⼒,外壳摩擦⼒和⼲涉阻⼒这三个阻⼒都要被计算以确定⼀个飞机的寄⽣阻⼒。
寄⽣阻⼒中⼀个物体的外形是⼀个很⼤的因素。
然⽽,说道寄⽣阻⼒时指⽰空速也是⼀个同样重要的因素。
⼀个物体的外形阻⼒保持在⼀个相对⽓流固定的位置,⼤约以速度的平⽅成正⽐增加;这样,空速增加为原来的两倍,那么阻⼒就会变成原来的四倍,空速增加为三倍的话阻⼒也就增加为九倍。
但是,这个关系只在相当的低⾳速时维持很好。
在某些更⾼速度,外形阻⼒的增加会随速度⽽变的突然很快。
第⼆个基本的阻⼒类型是诱导阻⼒。
以机械运动⽅式⼯作的系统没有⼀个可以达到100%的效率,这是⼀个确定的物理事实。
这就意味着⽆论什么特性的系统,总是以系统中消耗某些额外的功来获得需要的功。
系统越⾼效,损失就越⼩。
在平飞过程中,机翼的空⽓动⼒学特性产⽣要求的升⼒,但是这只能通过某种代价才能获得。
这种代价的名字就叫诱导阻⼒。
诱导阻⼒是内在的,在机翼产⽣升⼒的任何时刻,⽽事实上,这种阻⼒是升⼒的产物中不可分离的。
继⽽,只要有升⼒就会有这种⼒。
机翼通过利⽤三种⽓流的能量产⽣升⼒。
⽆论什么时候机翼产⽣升⼒,机翼下表⾯的压⼒总是⼤于机翼上表⾯的压⼒。
结果,机翼下⽅的⾼压区空⽓有向机翼上⽅的低压去流动的趋势。
在机翼的翼尖附近,这些压⼒有区域相等的趋势,产⽣⼀个从下表⾯到机翼上表⾯的向外的侧⾯⽓流。
这个侧向⽓流给予翼尖的空⽓和机翼后⾯的尾流⼀个旋转速度。
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。