飞机结构设计(第1章 绪论)2014要点

第一章—绪论1.各国独立发射首颗卫星时间。

表格 1 各国独立发射首颗卫星时间表2.航天器的分类？答：航天器按是否载人可分为无人航天器和载人航天器两大类。

其中，无人航天人按是否环绕地球运行又分为人造地球卫星和空间探测器两大类；载人航天器可以分为载人飞船、空间站和航天飞机。

3.什么是航天器设计？答：航天器设计就是要解决每一个环节的具体设计，其中主要的几个关键内容为：航天任务分析与轨道设计、航天器构形设计、服务与支持分系统的具体设计。

4.画图说明航天器系统设计的层次关系并简述各组成部分的作用。

答：图 1 航天器系统设计的层次关系图(1).有效载荷分系统：航天器上直接完成特定任务的仪器、设备和核心部分；(2).航天器结构平台：整个航天器的结构体(3).服务和支持系统：有效载荷正常工作的必要条件。

①结构分系统：提供其他系统的安装空间；满足各设备安装方位，精度要求；确保设备安全；满足刚度，强度，热防护要求，确保完整性；提供其他特定功能②电源分系统：向航天器各系统供电③测控与通信系统：对航天器进行跟踪，测轨，定位，遥控，通信；④热控系统：对内外能量管理和控制，实现航天器上废热朝外部空间的排散，满足在飞行各阶段，星船各阶段、仪器设备、舱内壁及结构所要求的温度条件；⑤姿态与轨道控制系统：姿态控制--姿态稳定，姿态机动；轨道控制--用于保持或改变航天器的运行轨道，包括轨道确定（导航）和轨道控制（制导）两方面，使航天器遵循正确的航线飞行。

、⑥推进系统：向地球静轨道转移时的近地点与远地点点火；低轨道转移时，低轨到高轨的提升与离轨再入控制；星际航行向第二宇宙速度的加速过程；在轨运行⑦数据管理系统：将航天器遥控管理等综合在微机系统中⑧环境控制与生命保障：维持密闭舱内大气环境，保证航天员生命安全5.航天器的特点及其设计的特点？答：航天器的特点有5个，(1).系统整体性；(2).系统层次性；(3).航天器经受的环境条件：运载器环境、外层空间环境、返回环境；(4).航天器的高度自动化性质；(5).航天器长寿面高可靠性。

机身结构1 机身的结构类型1)构架式机身隔框立柱图1.225构架式机身2)半硬壳式机身(2)桁条式机身。

ill'亦质慕皮(1)桁梁式机身。

图1.226桁梁式机身2 机身主要构件机身主要部件包括蒙皮、桁条、桁梁和隔框。

1) 蒙皮机身蒙皮的作用与机翼蒙皮的作用一样，用来维持机身外形；同时蒙皮与支撑它的构件一起承受和传递局部气动载荷和弯矩。

2) 桁条和桁梁桁条和桁梁都是机身结构的纵向构件 3) 龙骨梁龙骨梁是机身的一个主要纵向部件，它由上、下两个受压的弦杆和一个带有加强筋的承剪腹板结构件组成。

龙骨梁位于中央翼下方、两主轮舱之间的机身中心线上，如图1.229所示。

3)硬壳式机身桁条式机身结构图1.227 ■罐皮隔梃-图1.228硬壳式机身阻力揑杆连播到孙梁中删严捲头/也机纵轴缄惦流也皮茧捽框一龙骨陀支傑枇一刖图1.229机身龙骨梁4)隔框机身隔框可分为普通隔框和加强隔框两种。

(1)普通隔框。

(a)(b)图1.230普通隔框(2)加强隔框。

图1.231壁板板式加强隔框5)机身上骨架元件与蒙皮的连接机身蒙皮同骨架元件的连接有两种方式：第一种：蒙皮只与桁条相连，如图1.232(a)所示；第二种，蒙皮既与框相连，又与桁条相连，如图1.232(b)所示。

(a)⑹(c)图1.232蒙皮与骨架元件的连接方式1—蒙皮；2—桁条；3—框；4—补偿片(a)(b)图1.233框与桁条的连接1—蒙皮；2—桁条；3—框；4—弯边；5—角片3 增压密封现代飞机大都在空气稀薄的高空中飞行，为了保证空勤人员和旅客在高空飞行时的正常工作条件和生理要求，以及保证仪表、设备可靠地工作，都采用了增压气密座舱。

图1.234所示为波音B737飞机的增压气密座舱区域。

STA｛站位)^TA17K1016ISTAS'fASTASTASiA227.S294.5540663727匚二|增压区墜非增压区图1.234B737飞机增压区增压气密舱内需要密封的地方有：各骨架构件与蒙皮的对接处(铆接和螺栓连接);蒙皮与壁板之间；飞机和发动机操纵系统的拉杆和钢索在座舱内增压区和非增压区交界面的进出口处；飞机液压系统、引气系统、空调系统的导管、电缆束进出口；座舱盖口和应急出口；舱口和窗口等。

第一章- 飞机结构摘要：飞机结构是第一章，主要讲述了飞机的机身，机翼，尾翼，起落架，和发动机这几个主要结构部分。

根据美国联邦法规全书(CFR)第14篇第一部分的定义和缩写，飞行器(Aircraft)是一种用于或者可用于飞行的设备。

飞行员执照的飞行器分类包括飞机(Airplane)，直升机，气球类(lighter-than-air)，动力升力类(powered-lift)，以及滑翔机。

还定义了飞机(Airplane)是由引擎驱动的，比空气重的固定翼飞行器，在飞行中由作用于机翼上的空气动态反作用力支持。

本章简单介绍飞机和它的主要组成部分。

主要组成部分尽管飞机可以设计用于很多不同的目的，大多数还是有相同的主要结构。

它的总体特性大部分由最初的设计目标确定。

大部分飞机结构包含机身，机翼，尾翼，起落架和发动机。

机身机身包含驾驶舱和/或客舱，其中有供乘客使用的坐位和飞机的控制装置。

另外，机身可能也提供货舱和其他主要飞机部件的挂载点。

一些飞行器使用开放的桁架结构。

桁架型机身用钢或者铝质管子构造。

通过把这些管子焊接成一系列三角形来获得强度和刚性，成为桁架结构。

图1-2就是华伦桁架。

华伦桁架结构中有纵梁，斜管子和竖直的管子单元。

为降低重量，小飞机一般使用铝合金管子，可能是用螺钉或者铆钉通过连接件铆成一个整体。

随着技术进步，飞行器设计人员开始把桁架单元弄成流线型的飞机以改进性能。

在最初使用布料织物来实现的，最终让位于轻金属比如铝。

在某些情况下，外壳可以支持所有或者一主要部分的飞行载荷。

大多数现代飞机使用称为单体横造或者半单体构造的加强型外壳结构。

单体横造设计使用加强的外壳来支持几乎全部的载荷。

这种结构非常结识，但是表面不能有凹痕或者变形。

这种特性可以很容易的通过一个铝的饮料罐来演示。

你可以对饮料罐的两头施加相当的力量管子不受什么损坏。

然而，如果罐壁上只有一点凹痕，那么这个罐子就很容易的被扭曲变形。

实际的单体造型结构主要由外壳，隔框，防水壁组成。

第二讲飞机结构设计思想和方法飞机结构设计是指在航空工程领域中，按照一定的设计思想和方法，设计出满足飞机设计要求的结构。

飞机结构设计的过程包括结构布局设计、载荷分析、结构材料选用、结构参数设计、结构优化等阶段。

本文将介绍飞机结构设计的基本思想和常用方法。

飞机结构设计的基本思想是在满足强度、刚度、稳定性等安全性要求的基础上，尽可能减少结构重量，提高飞机的性能和经济性。

为了实现这一目标，飞机结构设计需要综合考虑以下几个方面的因素：1.载荷特性：对于不同类型的飞机，其载荷特性会有所不同，例如商用飞机主要受到飞行载荷和地面载荷的作用，军用飞机还会承受额外的战斗载荷。

在设计中需要根据实际情况合理选择载荷、确定载荷分布和载荷时程。

2.结构材料：飞机结构设计需要选择合适的材料来满足强度、刚度和轻量化的要求。

常用的材料包括金属材料（如铝合金、钛合金）、复合材料（如复合纤维增强塑料、复合层板）等。

选择合理的材料能够提高结构的强度，降低结构重量。

3.结构参数设计：飞机结构设计需要确定结构的几何形状和尺寸。

对于主要受力构件，需要合理选择断面形状和尺寸来满足设计要求；对于非受力构件，需要考虑其功能和集成性，设计合理的连接方式和安装方式。

4.结构优化：飞机结构设计中常采用结构优化方法，通过数值模拟和分析的手段，优化设计参数以达到最优的结构性能。

常用的结构优化方法有拓扑优化、尺寸优化、材料优化等。

结构优化可以提高结构的强度、刚度和轻量化水平。

常用的飞机结构设计方法包括经验设计法、传统设计法和计算机辅助设计法。

1.经验设计法：通过以往的经验和实际应用中的成功案例，总结出一些经验法则和设计准则，作为设计的基础。

这种方法具有简单、快捷的特点，但在设计创新性和设计效果上有一定局限性。

2.传统设计法：传统设计法采用一些经典的设计方法和理论，在满足结构强度、刚度和稳定性要求的前提下，通过手工计算和分析，给出结构的几何形状和尺寸。

这种方法需要设计师具备较强的数学和力学知识，设计过程相对繁琐，但能够提供较为可靠的设计结果。

（上册）第1章飞机结构1、飞机在匀速直线飞行，这些外载荷必须满足下列平衡方程：（图1.1-1）ΣX=0 P0=D0（发动机推力等于气动阻力）ΣY=0 L0=W（气动升力等于飞机重力）ΣM=0 M A=M B（抬头力矩等于低头力矩）2、飞机过载分为机动过载和突风过载。

飞机过载n y的定义是：作用在飞机上的升力L和飞机飞行重量W之比。

即n y=L/W飞机过载是代数值，不但有大小而且有正负。

3、机动过载：滚转角越大，过载值越大。

n y=1/cosγ（图1.1-2）4、对飞机结构受力影响比较大的是垂直突风。

垂直突风主要是改变气流对飞机运动速度的方向，从而产生较大的突风过载n y。

5、当飞机进行水平飞行或垂直上升、下滑时，飞机各部位运动的加速度与飞机重心处运动的加速度相同，此时附加过载等于零Δn y=0，部件过载等于全机过载。

6、当飞机以角加速度绕机体纵轴向右转动时，左侧机翼过载大于右侧机翼过载。

7、当以大速度、小迎角飞行时，机翼上、下表面的吸力都很大。

8、最大使用过载和最小使用过载是对飞机结构进行总体强度设计的主要依据。

9、所谓速度－过载飞行包线就是分别以空速和过载系数为横坐标和纵坐标，根据飞行使用限制条件（最大过载、最小过载、最大速度、最小速度等）画出一条封闭的曲线，形成飞机飞行的限制包线。

10、设计载荷与使用载荷之比叫做安全系数f, f=P设计/P使用使用载荷（限制载荷）是飞机在使用过程中预期的最大载荷；设计载荷又叫极限载荷。

11、结构强度：飞机结构必须能够承受极限载荷至少3秒而不破坏。

12、机构的刚度：结构受力时抵抗变形的能力叫做结构的刚度。

在直到限制载荷的任何载荷作用下，变形不得妨害安全飞行。

13、结构在载荷作用下保持原平衡状态的能力叫做结构的稳定性。

杆件受压有两种破坏形式：一种是杆件轴线变弯，杆件不能保持直杆形状与载荷平衡，这种失稳被称为总体失稳。

另一种是杆件轴线保持直线，组成杆件的薄壁产生了皱折，这种失稳被称为局部失稳。

飞机结构力学分析与设计的要点飞机作为现代交通运输的重要工具，其结构的安全性、可靠性和性能优化至关重要。

飞机结构力学分析与设计是确保飞机能够在各种复杂的工况下安全飞行的关键环节。

下面我们将详细探讨飞机结构力学分析与设计的一些要点。

首先，材料的选择是飞机结构设计的基础。

飞机结构所使用的材料需要具备高强度、高韧性、耐疲劳、耐腐蚀等特性。

常见的飞机结构材料包括铝合金、钛合金、复合材料等。

铝合金具有良好的加工性能和较高的比强度，但在高温环境下性能会有所下降。

钛合金则具有更高的强度和耐高温性能，但成本相对较高。

复合材料如碳纤维增强复合材料具有优异的比强度和比刚度，能够显著减轻结构重量，但在制造和维修方面存在一定的难度。

在力学分析方面，静力学分析是必不可少的。

这包括对飞机在各种载荷条件下（如自身重力、燃油重量、乘客和货物重量、飞行中的气动力等）的结构强度和刚度进行评估。

通过建立飞机结构的有限元模型，可以精确计算各个部件所承受的应力和变形。

如果应力超过材料的许用应力或者变形过大，就需要对结构进行重新设计或加强。

动力学分析也是关键的一环。

飞机在飞行过程中会受到各种动态载荷，如发动机振动、气流颠簸等。

通过模态分析可以确定飞机结构的固有频率和振型，避免与外界激励频率发生共振，从而防止结构的破坏。

此外，还需要进行颤振分析，以确保飞机在高速飞行时不会发生颤振现象，保证飞行的稳定性和安全性。

疲劳分析是飞机结构设计中需要特别关注的问题。

由于飞机在其使用寿命内要经历无数次的起降循环和飞行中的各种载荷变化，结构容易出现疲劳裂纹。

通过对材料的疲劳性能进行研究，并结合实际的飞行载荷谱，采用合适的疲劳分析方法，可以预测结构的疲劳寿命，从而在设计阶段采取相应的措施，如优化结构细节、采用抗疲劳设计方法等，来延长结构的使用寿命。

在结构设计方面，要充分考虑结构的整体性和传力路径的合理性。

飞机结构通常由多个部件组成，这些部件之间的连接方式和传力路径直接影响结构的性能。

第1章 飞机结构及其特点郭 宇南京航空航天大学 航空宇航制造工程系飞行器制造技术基础2本章内容§1.1飞机结构及组成 §1.2 机翼结构形式 §1.3 机身结构形式 §1.4 尾翼结构形式 §1.5 起落架结构形式 §1.6飞机制造工艺的特点3 §1.1 飞机结构及组成主要由机体、飞机操纵系统、飞机动力装置和机载设备等部分组成，其中机体包括机翼、机身及尾翼等部件，构成飞机的主体结构。

4§1.1 飞机结构及组成5 本章内容§1.1飞机结构及组成 §1.2 机翼结构形式 §1.3 机身结构形式 §1.4 尾翼结构形式 §1.5 起落架结构形式 §1.6飞机制造工艺的特点6机翼是飞机产生升力和滚转操纵力矩的主要部件，同时也是现代飞机存储燃油的地方。

机翼作为飞机的主要气动面，是主要的承受气动载荷部件，其结构高度低，承载大。

§1.2 机翼结构形式7 §1.2 机翼结构形式机翼通常有以下气动布局形式：平直翼、梯形翼、三角翼、后掠翼、边条翼、前掠翼、变后掠翼和菱形翼等。

8§1.2.1机翼的基本组成☐机翼重量一般占全机重量的8%－15%，机翼结构重量占机翼重量的30%－50%。

☐机翼一般由机翼主盒、襟翼、扰流片、副翼、前缘襟翼、发动机吊挂等部分组成。

9机翼的基本元件机翼结构属薄壁型结构形式，构造上主要由蒙皮和骨架结构组成。

机翼的基本结构元件是由纵向骨架、横向骨架以及蒙皮和接头等组成。

⏹纵向骨架——沿翼展方向安置的构件。

⏹横向骨架——沿翼弦方向安置的构件。

10（1）机翼蒙皮☐蒙皮的直接功用是保持机翼外形和承载，蒙皮将作用在上面的局部气动力传给结构骨架。

在总体承载时，蒙皮和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁结构承受翼面扭矩，与长桁一起形成壁板承受翼面弯矩引起的轴力。