飞机结构设计 第7章 机身结构设计(修改)

飞机机身结构设计与优化导语：随着飞机技术的不断发展，飞机机身结构的设计与优化成为了一个关键的研究领域。

本文将从飞机机身结构的重要性、设计原则、优化方法等方面探讨飞机机身结构的设计与优化技术。

一、飞机机身结构的重要性飞机机身结构作为飞机的骨架，承载了飞机的整个重量以及在飞行中产生的各种力和应力。

因此，飞机机身结构的设计与优化是确保飞机运行安全的重要环节。

合理的机身结构设计可以提高飞机的安全性能、减轻飞机的重量、提高飞机的飞行效率，从而减少能源消耗和环境污染。

二、飞机机身结构的设计原则1.安全性原则：飞机机身结构设计的首要原则是确保飞机的安全。

机身结构必须能够承受各种力和应力，不出现破裂和变形。

在设计中，需要考虑飞机在逆风、风切变等恶劣气象条件下的安全性能，以及在碰撞、爆炸等突发情况下的抗冲击能力。

2.轻量化原则：轻量化是飞机设计的重要指标之一。

减轻飞机的重量可以降低燃油消耗、延长飞机的续航能力，并且可以减少对环境的污染。

因此，在飞机机身结构的设计中，需要选择轻量化材料，并采用优化的结构设计方法，使得机身的重量最小化。

3.刚性和稳定性原则：飞机机身结构的刚性和稳定性对于飞机的操纵性和稳定性至关重要。

机身结构必须具有足够的刚性，使得飞机在飞行过程中不会出现过大的变形和振动。

同时，机身结构还需要具有足够的稳定性，以保证飞机的飞行平稳。

三、飞机机身结构的优化方法1.材料优化：飞机机身结构的材料选择对于整体性能的提升至关重要。

研发新型轻质、高强度的材料是目前的研究方向之一。

例如，使用复合材料代替传统的金属材料，可以显著降低机身的重量。

2.结构优化：在飞机机身结构的设计中，结构优化是一种常用的方法。

结构优化可以通过调整结构的几何形状，使得机体在保证刚性和安全性能的前提下，尽量减轻重量。

此外，结构优化还可以通过改变材料厚度、加固关键部位等方式，进一步提高机身的安全性能。

3.计算仿真优化：计算机仿真技术在飞机机身结构的优化中发挥了重要作用。

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。

飞机机身结构设计与分析研究飞机的机身结构是支撑整架飞机的主要构件，它的设计与分析直接关系到整架飞机的综合性能和安全系数。

因此，飞机机身结构的设计与分析是航空学科中极其重要而又复杂的一个领域。

在本文中，我们将详细讨论飞机机身结构的设计与分析，并介绍若干常见的设计方法和分析技术。

一、飞机机身结构的设计方法1.1 材料选择飞机机身的支撑结构通常由金属材料和复合材料构成。

金属材料的优点是韧性好、容易制造和维修；而复合材料则具有重量轻、强度高、抗腐蚀和耐疲劳等特点。

因此，在机身结构设计中，需要根据具体的使用要求和性能要求选择适当的材料。

1.2 结构布局飞机机身的结构布局是指机身的整体设计和构造形式，包括机身的形状、大小、结构细节和系统支撑等。

在设计中，需要考虑机身的翼展、载荷、材料、空气流动和其他重要因素，以确保整架飞机的飞行性能和安全性。

1.3 系统设计飞机机身的系统设计是指飞机各种机械、电子和液压系统的集成和布置。

在设计中，需要考虑这些系统的重量、尺寸、功率、电源和信号传输等因素，以确保整架飞机的可靠性、安全性和效益性。

二、飞机机身结构分析技术2.1 有限元分析有限元分析是一种基于数学原理和计算机技术的现代分析方法，它可以模拟飞机机身结构在受载情况下的应力、形变和变形等情况。

该方法具有高精度、高效率和广泛适用性等特点，已经成为飞机机身结构分析中不可或缺的技术手段。

2.2 结构强度分析结构强度分析是对飞机机身结构在各种不同负载条件下的强度性能进行评估和优化的过程。

该分析方法主要涉及静力学、动力学和疲劳强度等方面，它的结果能够为机身结构的设计和优化提供重要的依据。

2.3 疲劳寿命评估疲劳寿命评估是对飞机机身结构在循环加载和频繁运转条件下的损伤和寿命进行评估和预测的过程。

该评估方法主要涉及疲劳强度、应力分析和损伤评估等方面，可以为机身结构的使用寿命提供科学的依据。

三、飞机机身结构设计与分析的发展趋势未来，随着科技的不断发展和航空工业的不断壮大，飞机机身结构设计与分析也将会迎来更加广阔的发展空间和更多的机遇。

第七章损伤容限设计要求第1节概述1、设计思想的转变飞机结构安全性的要求, 主要依赖于结构的损伤容限设计技术。

损伤容限设计成为保证结构安全、防止发生灾难性破坏事故的重要设计原则和方法。

损伤容限是在“安全寿命”和“破损—安全”之后发展起来的一项工程技术。

它是以断裂力学为基础，以保证结构安全为目标，以损伤检查为手段。

涉及结构设计、载荷、强度、材料、工艺、试验质量控制、使用维修和组织管理各环节的系统工程。

在各环节中的重要改变对传统理论和方法是一个巨大的冲击和革新。

表现在：(1) 设计思想承认损伤不可避免, 不断发展新的设计准则；(2) 结构提出新的结构设计概念, 进行结构分类, 完善结构总体安排和细节设计要求；(3) 载荷和环境要求飞—续—飞载荷谱，强调温度、湿度和介质环境，考虑离散源损伤；——载荷谱的谱型分为“等幅谱”、程序块谱、飞—续—飞谱3种简化的排列形式。

——飞—续—飞载荷谱是以一次飞行接一次飞行地排列飞机所经历的载荷—时间历程。

每次飞行代表飞机一种特定的典型使用任务，该谱一般以一定的时间作为循环周期，在一个循环周期内，各次飞行之间的载荷历程有差别，但它们的总和代表飞机所有典型使用任务。

飞机将周而复始地依次重复该周期内的各次飞行，直至飞机的总寿命结束为止。

(4) 材料大量增加了对材料性能的严格要求, 增加裂纹扩展及断裂、腐蚀的十余个材料常数，提出新的选材准则；(5)强度贯彻损伤容限准则和新的分析方法；(6)工艺对损伤容限重要结构件实施工艺控制；(7)试验增加全尺寸损伤容限试验（裂纹扩展和剩余强度试验）；(8)质量控制无损检验，重要结构件跟踪控制；(9)使用和维修制定并实施结构维修大纲，机队监测监控；(10) 组织管理要实现损伤容限需要设计方（设计、分析、制造、用户保证）、使用方（检查、维护、修理、报告）和适航管理部门（管理条例、机队监控）三方明确分工，紧密合作，才可能实现。

安全性在整个预期使用寿命期内, 每架飞机的飞行结构的安全性将达到和保持规定的剩余强度水平(存在未发现的损伤)的保证。

飞机结构设计•相关推荐飞机结构设计飞机结构设计南京航空航天大学飞机设计技术研究所2005.9一、本课程的特点注重基础理论概念的实用化、感性化以及工程化注重综合运用知识概念权衡复杂问题分析，抓住主要矛盾寻找解决问题途径的基本设计理念大量工程结构实例的剖析注重培养自行分析、动手设计的主观能力以及工程实用化的实践能力具体要求：注意定性分析，要求概念清楚；实践性强，要求常去机库观察实物；理性推理较差，要求认真上课。

二、基本内容和基本要求内容：飞机的外载荷；飞机结构分析与设计基础不同类型飞机结构的分析；飞机结构的传力分析；飞机结构主要元构件设计原则；内容要求：①掌握飞机结构分析和设计的基本手段——传力分析；②能够正确解释飞机结构元件的布置；③能够正确地分析和设计飞机结构的主要元件。

第1章绪论飞机结构设计将飞机构思变为飞机的技术过程；成功的结构设计离不开科学性与创造性；结构设计有其自身的原理和规律，不存在唯一正确答案，需要不断的探索和完善。

1.1 飞机结构设计在飞机设计中的位置飞机功用及技术要求空-空：军用空-地：截击、强击、轰炸. 战术技术要求运输：客运民用货运使用技术要求运动，……技术要求技术要求：Vmax，升限，航程/作战半径，起飞着陆距离，载重/起飞重量，机动性指标（加速，最小盘旋，爬升），使用寿命；非定量要求：全天候，机场要求，维护要求；趋势：V ，Hmax ，载重，航程；苏-30阵风F－117第四代战斗机(俄罗斯称之为第五代战斗机)更着重强调同时具备隐身技术、超音速巡航、过失速机动和推力矢量控制、近距起落和良好的维修性等性能。

由于各种飞机的用途和设计要求不同，会带来飞机气动布局和结构设计上的差别；飞机设计的基本概念、设计原理和设计方法是一致的；本课程将对典型结构型式进行分析的基础上，将主要介绍飞机设计的基本概念、设计原理和方法。

1.1.1飞机研制过程技术要求飞机设计过程飞机制造过程试飞定型1．拟订技术要求通常可由飞机设计单位和订货单位协商后共同拟订出新飞机的战术技术要求或使用技术要求。