航空概论第二章第05章.docVIP

第5章 飞机构造概要 5.1 对飞机结构的一般要求及主要的飞机结构材料 5.1.1 对飞机结构的一般要求 1. 空气动力要求 当结构与气动外形有关时，结构设计应使结构构造的外形能满足规定的外形准确度要求和表面质量要求。这些要求主要与气动阻力和升力特性有关。为了保证飞机在气动上具有原定的良好稳定性与操纵性，机翼、尾翼与机身不容许有过大的变形。 2. 强度、刚度、寿命及重量要求 结构设计应保证结构在承受各种规定的载荷状态下，具有足够的强度，不产生不能容许的残余变形；具有足够的刚度与采取其他措施以避免出现不能容许的气动弹性问题与振动问题；具有足够的寿命等。在保证上述条件得到满足的同时，应使结构的重量尽可能轻。 这一条要求可以概括为强度(刚度)重量要求，也可简称为最小重量要求，或简称为重量要求。 3. 使用维护要求 为了确保飞机的各个部份(包括装在飞机内的电子设备、燃油系统等各个重要设备和系统以及主要结构)能安全可靠地工作，需要在规定的周期，检查各个指定需要检查的地方，如发现损伤，则需要进行修理或更换。 对于军用飞机，则更需要缩短维护及检修工作的时间，以保证飞机随时处于临战状态。为了保证维护、检修工作的高质量、高速度进行，在结构上需要布置合理的分离面与各种开口。 4. 工艺性要求 要求飞机结构的工艺性要好，即加工要快、制造容易、成本要低等。 5. 成本要求——经济性要求 这里所说的成本，主要是指制造成本和运营成本(与结构的维修有关的那部分)。如果从广义上讲，经济性要求还应包括设计成本。 例如，对于一架现代喷气旅客机，使用寿命一般为20年，按每年飞行300天、每天飞行10小时计算，其在整个寿命期内累计飞行小时可达飞行60,000小时。一架总重100吨的飞机，其结构重量约为30吨。若结构设计人员使飞机结构重量减轻100kg (只减轻了结构总重的0.33%)，而能多载一名乘客或货物100 kg (0.1吨)，设飞机飞行速度为900 km/h，吨-公里收入设为0.50元，则在整个寿命期内能多收益 60,000×900×0.1×0.50=2,700,000.00元 故减轻0.33%的结构重量即能使航空公司增加收入270万元。可见随着飞机寿命的增加，减轻结构重量的经济效益愈来愈大。 5.1.2 主要的飞机结构材料 为了减轻结构重量，除了采用合理的结构形式以外，最有效的方法是选用强度、刚度大而质量轻的材料。同时，应根据不同的飞行条件和工作环境，要求材料有一定的耐高温和抗低温性能；要有良好的耐老化和抗腐蚀能力；要有良好的抗疲劳性能等。此外，还要求材料应具有良好的加工性能；采用的材料要资源丰富、价格低廉，而且要立足国内。 一般纯金属的机械性能都不太好，只有加入一种或几种金属元素后所形成的合金才具有良好的机械性能。 1. 铝合金 飞机上使用较早、使用最广泛的有色轻金属结构材料。其强度虽然只有钢的一半，但其密度(2.8kg/m3)却只有钢的三分之一。而且具有较高的耐腐蚀性、良好的低温性能，价格低廉、生产工艺性较好。 2. 合金钢 飞机上所用的合金钢主要包括高强度的结构钢及耐高温的高温合金钢。 高强度合金钢既有很高的强度，工艺简单、性能稳定、价格低廉，是制造承受大载荷的接头、起落架和主梁最合适的结构材料。 高温合金钢主要是制造发动机热端部件的主要材料。 3. 钛合金 钛的密度小(4.5kg/m3)，但其强度却接近于合金钢。用钛合金制造的飞机结构可以明显的减轻结构重量。此外，钛合金具有良好的抗腐蚀性及超低温性能。钛合金的主要缺点是加工成性比较困难，成本也较高。 4. 复合材料 复合材料是由两种或多种材料复合而成的多项各项异性材料。其具有优异的性能，因而航空航天结构采用复合材料的越来越多。 5.2 机翼、机身构造概要 5.2.1 机翼的配置 1. 双翼 早期低速、小型飞机上采用，目前用的很少。 2. 张臂式单翼 是目前飞机上广泛采用的机翼形式。又可分为三种： (1) 上单翼：机翼位于机身之上。 (2) 下单翼：机翼位于机身之下。 (3) 中单翼：机翼位于机身中间。 5.2.2 机翼的主要受力构件 机翼（梁式、单块式、多腹板式、三角翼）的主要受力构件包括：接头、蒙皮、翼梁（整体锻造梁、铆接梁）、长桁/桁条、纵墙、翼肋等，如下表所示。 5.2.3 机身主要受力构件 机身（前机身、后机身、前后机身连接）主要构件如下表： 5.3 起落架构造概要 5.3.1 起落架的安装/配置形式 起落架的安装/配置形式常见的