飞机结构与系统(第四章 飞机机身结构)

机身开口区结构
1. 小开口结构补强
二、开口补强
2）蒙皮同时承受剪应力和正应力（有口盖） • 合理选择开口形状和相对于正应力作用方向的位置 ； • 当有很多小开口时，应尽量 排在同一轴线上； • 在正应力方向布置加强筋。
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机身开口区结构
二、开口补强
2. 中开口结构补强 开口周围布置井字型排列的纵、横型材（含很强的口框）， 和外侧的纵横型材组成一圈围框。
机身开口区结构
二、开口补强
1. 小开口结构补强 小开口在机体内部，一般没有口盖；在蒙皮上，则大多为不受力口盖。 1）小开口去掉受剪板时的补强（无口盖） • 开口尽量设计成圆形，降低应力 集中系数； • 口框加强。 口框：绕开口周围布置一圈截面具有 抗弯能力的加强结构，类似刚 框。 法兰盘式口框 组合式口框 南京航空航天大学民航学院
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
2. 机翼连接于机身两侧 2）对接框
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
2. ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ翼连接于机身两侧 3）接头型式
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
3. 中央翼通过机身
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机身外载荷
1. 外载类型 1）装载加给机身的力 • 装载引起的质量力（集中、分布） • 机身结构的质量力（分布） 质量力大小与载荷系数成正比 （沿机身轴线各处载荷系数大小方向可能不同）
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机身外载荷
1. 外载类型 2）其他部件传来的力
飞机两点接地时机身的载荷
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机身开口区结构
一、开口与口盖的分类
2. 口盖的分类
(2) 按受力特性： 口盖的受力特性及开口区加强与基体结构的受力特性有关。 开口的基体结构：开口附近的原结构。 可分为： • 不受力基体结构： 不参与整体受力，如：机身头部处蒙皮。 • 受剪基体结构： 只承受剪流，不承受轴向力，如：薄蒙皮强梁(桁) 结构的蒙皮。 • 受轴向力基体结构。 能承受剪流，也能承受轴向力，如壁板。（开口将切断其长桁 或厚蒙皮） 南京航空航天大学民航学院
机身开口区结构
一、开口与口盖的分类
2. 口盖的分类
(2) 按受力特性：
• 不受力口盖 只承受口盖上局部气动载荷。并传 给基体结构。 • 受剪口盖 • 受轴向力口盖
传剪加强 轴向力加强
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机身开口区结构
一、开口与口盖的分类
3. 飞机上的典型开口、口盖布置
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机身结构组成
5. 地板结构 横梁与纵梁的连接：
地板块结构： 上下面板、轻质芯材、边条。
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机身典型结构型式
1 桁梁式：
结构特点： • 有若干桁梁(如四根)，桁梁强； • 长桁少且弱，甚至可以不连续； • 蒙皮薄。 受力特点： • 机身弯曲引起的轴向力主要由桁梁 承担； • 剪力由蒙皮承担。 在桁梁间可布置大开口而不会显著影 响机身抗弯强度和刚度。 南京航空航天大学民航学院
桁梁剖面
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机身结构组成
3. 机身蒙皮 1）功用： • 构成机身气动外形，保持表面光滑，承受局部空气动力； • 承受xoy,xoz两个平面内的剪力和绕x轴扭矩； • 和长桁一起组成壁板承 受两个平面内弯矩引起 的轴力； • 气密增压座舱部位的蒙 皮还要承受环向和轴向 的张应力。
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机身与其它部件的连接
二、起落架与机身的连接
前起落架（前三点布置）均连接 在机身上，主起落架一般布置在机 翼上居多，当机翼较高时也可布置 在机身上。 起落架通常固定在机身加强框和 纵梁上。
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机身与其它部件的连接
二、起落架与机身的连接
前起落架（前三点布置）均连接在机身上，主起落架一般布置在 机翼上居多，当机翼较高时也可布置在机身上。 起落架通常固定在机身加强框和纵梁上。
各类飞机增压座舱分布
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机身外载荷
3）增压载荷 在机身增压舱部分基本自身平衡，对机身的总体内力影响很小。 在机身增压舱结构内产 生轴向正应力和机身横截 面内的环向正应力，前后 端框产生侧压力。 对于旅客机而言，是重 要的疲劳载荷。
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机身外载荷
1. 外载类型
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机身与其它部件的连接
三、机身设计分离面处的对接
某些飞机在机身布置可拆卸的设计分离面，将机身分成前后两 段，便于对发动机等进行检查维修。
通常采用沿对接框四 周均布对接螺栓：
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机身与其它部件的连接
四、发动机在机身上的安装
1. 机身内发动机的安装 一般置于机身内的机身后段， 要求：安装方便；避免机身变形 对发动机的影响；允许发动机轴 向、径向的热膨胀。
作用在机身上的不对称载荷
M扭 = Y · c
水平尾翼不对称载荷
M扭 = P · h
垂尾侧向水平载荷
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机身外载荷
1. 外载类型 3）增压载荷（p255） 大气压力和温度随飞行高度的增大 而下降，超过2500m将使人无法正常工 作，继续增大会使人不能生存。 解决办法：座舱增压、加温。 气密增压座舱，从发动机压气机引 入并通过自动调节装置进入座舱。 增压载荷：增压舱内的空气压力与 周围大气空气压力之差。
第四章 飞机机身结构 本章内容
机身结构的设计要求 机身外载荷 机身结构组成 机身典型结构型式
机身与其它部件的连接
机身开口区结构
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机身结构设计要求
一、机身功用
1. 安置空勤组人员、旅客、装载燃油、武器、设备和
货物；
2. 将机翼、尾翼、起落架及发动机连接在一起，形成 一架完整的飞机。
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机身结构设计要求
二、结构设计要求
1) 2) 3) 4) 5) 6) 需满足众多使用要求（最主要）； 总体协调性要好，这样有利于飞机减重 ； 保证结构完整性前提下的最小重量要求； 合理使用机身的有效容积，保证飞机性能； 气动力要求主要是减小阻力； 装载多，本身结构复杂，故对开敞性（便于维修）要 求更高； 7) 良好的工艺性、经济性要求；
1）机翼、机身框各自独立
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
3. 中央翼通过机身
2）中央翼梁与机身对接框为整体结构
主要目的是减轻重量。
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
4. 尾翼与机身对接 尾翼与机身的连接，机翼 与机身的连接，两者没有根 本区别。
主要指飞行或起飞、着陆滑 跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。 若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
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机身外载荷
1. 外载类型 2）其他部件传来的力 主要指飞行或起飞、着陆滑 跑过程中，机翼、尾翼或起落架 上传来的力。 若发动机安装在机身上，还 有发动机推力和陀螺效应产生的 集中力。
机身垂直面内剪力图及弯矩图
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机身结构组成
机身主要构件： • 蒙皮 • 纵向骨架:长桁、桁梁 • 横向骨架：隔框
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机身结构组成
机身主要构件： • 蒙皮 • 纵向骨架:长桁、桁梁 • 横向骨架：隔框
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机身结构组成
1. 隔框 1）分类
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机身结构组成
3. 机身蒙皮 2）材料及布置：
蒙皮材料（p242） 一般采用铝合金，如LY12，2024-T4； Ma>3的飞机，受热影响大的区域采用钛合金或不锈钢。 蒙皮厚度： 载荷、工艺性、经济性 要求的综合考虑
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机身结构组成
4. 机身骨架元件与蒙皮 之间的连接
4）气动载荷 只在机身局部区域（如机身头部和座舱盖等）局部载荷较大， 对机身的总体内力基本没有什么影响。
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机身外载荷
2. 机身总体受力特点
机身可看作支持在机翼上的 双支点或多支点外伸梁。 总体内力：两个平面内的弯 矩、剪力和绕机身轴线的扭矩 。 受力和机翼相似，但对于机 身垂直方向和水平方向的载荷 基本为同一数量级。
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
1. 机翼－机身对接形式
机翼不通过机身(连接于机身两侧) 整个中央翼盒贯通 机翼通过机身几根翼梁通过
双框式 多框式
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机身与其它部件的连接
一、机翼(尾翼)－机身对接
2. 机翼连接于机身两侧 1）接头数量
机身典型结构型式
2 桁条式：
结构特点： • 无桁梁； • 长桁密且强； • 蒙皮较厚。 受力特点： • 机身弯曲引起的轴向力主要由桁条 和较厚蒙皮组成的壁板承担； • 剪力由蒙皮承担。 不宜大开口，抗弯、扭刚度大；蒙皮 局部变形小，有利于改善气动性能。
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机身典型结构型式
1. 典型受力型式
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机身结构组成
1. 隔框 3）构造型式 ① 环形刚框 组合式刚框： 型材、薄板经铆接组合而成。 内外缘条：弯矩和轴力； 腹板：剪力 支柱：将集中力扩散成腹板上剪流。
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机身结构组成