图311机翼的外载荷.doc

3.1 机翼 机翼的第一个功能，也是最主要的功能就是产生升力，同时也起到一定的稳定和操纵作用。通常在机翼上装有用于横向操纵的副翼和扰流片，可以控制飞机的滚转；机翼前后缘部分通常设有各种型式的襟翼，用于增加升力或改变机翼升力的分布。关于机翼的这些功能已在本教材第二章中的2.3和2.4节中有了较详细的论述，本章不再赘述。机翼的第二个功能是将分布在其上的气动载荷传到机身上以使全机的载荷平衡，本节侧重于第二个功能，主要介绍机翼的传力结构。此外，机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等。 3．1．1 典型的机翼结构 机翼的外载特点 可以把机翼看成是支持在机身上的悬臂梁或双支点外伸梁，其主要外载有三类：空气动力载荷、其它部件、装载传来的集中载荷以及机翼结构的质量力，如图3.1.1所示。 图3.1.1 机翼的外载荷 qa—空气动力分布载荷 qc—机翼质量力分布载荷 P—发动机或其他部件传来的集中载荷 R—机身支反力 空气动力载荷。空气动力载荷是分布载荷，它可以是吸力或压力，直接作用在机翼表面上，形成机翼的升力和阻力。其中升力是机翼最主要的外载荷。 其它部件、装载传来的集中载荷。机翼上连接有其它部件(如起落架、发动机)、副翼、襟翼等各类附翼和布置在机翼内、外的各种装载(如油箱、炸弹)。除了在以翼盒作为整体油箱情况下燃油产生的是分布载荷外，由于这些部件、装载一般都是以有限的连接点与机翼主体结构相连，因此，不论是起落架传来的地面撞击力或副翼等翼面上的气动载荷，以及其上各部件、装载本身的质量力(包括重力和惯性力)，都是通过接头，以集中载荷的形式传给机翼。其中有些力的数值可能很大。 机翼结构的质量力。机翼本身结构的质量力为分布载荷，其大小与分布情况取决于机翼结构质量的大小和分布规律。它的数值比气动载荷要小得多。 各种质量力的大小和方向与飞机过载系数有关，其方向与升力相反，对机翼有卸载作用。 若以载荷形式分，机翼的外载有两种类型。一种是分布载荷，以气动载荷为主，还包括机翼本身结构的质量力，这是机翼的主要载荷形式；另一种是由各接头传来的集中载荷(力或力矩)。 机翼的总体受力 机翼的各种外载，总要在机翼、机身连接处，由机身提供支持力来平衡。因此在上述载荷作用下，可把机翼看作是固定在机身上的一个“梁”。当机翼分成两半，与机身在其左右两侧相连时，可把每半个机翼看作支持在机身上的悬臂梁；若左右机翼连成一个整体时，则可把它看作支持在机身上的双支点外伸梁。这两种情况虽然在支持形式上有所不同，但对外翼结构来说，都可以看作悬臂梁。 前述各种外载在机翼结构中将引起相应的内力：剪力Q、弯矩M和扭矩Mt，统称为机翼的总体受力，如图3.1.2所示。 图3.1.2 机翼上所受的力矩和剪力 （a） 机翼的总体内力 （b） 与外载相平衡的总体内力 Mn—由Qn引起的、作用在垂直面内的弯矩 Mh—由Qh引起的作用在弦平面内的弯矩 Mt—扭矩 因为机翼的升力很大，且作用在机翼刚度最小的方向上；而阻力相对于升力要小得多，且作用在机翼刚度最大的弦平面内。因此在进行结构受力分析时，常着重考虑气动载荷沿垂直于弦平面的分量——升力引起的Qn、Mn 等。 机翼的典型结构元件 机翼一般由下述典型元件组成：纵向元件有翼梁、长桁、墙(腹板)；横向元件有翼肋(普通肋和加强肋)以及包在纵、横构件组成的骨架外面的蒙皮，如图3.1.3所示。 蒙皮。蒙皮的直接功用是形成流线形的机翼外表面。 为了使机翼的阻力尽量小，蒙皮应力求光滑，为此应提高蒙皮的横向弯曲刚度，以减小它在飞行中的凹、凸变形。 从受力看，气动载荷直接作用在蒙皮上，因此蒙皮受有垂直于其表面的局部气动载荷。此外蒙皮还参与机翼的总体受力——它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁梁承受机翼的扭矩；当蒙皮较厚时，它常与长桁一起组成壁板，承受机翼弯矩引起的轴力。壁板有组合式或整体式(见图3.1.4)。某些结构型式(如多腹板式机翼)的蒙皮很厚，可从几毫米到十几毫米，常做成整体壁板形式，此时蒙皮将成为承受弯矩最主要的，甚至是惟一的受力元件。 图3.1.3 机翼的典型结构元件 1—翼梁2—前纵墙3—后纵墙4—普通翼肋 5—加强翼肋6—对接接头7—硬铝蒙皮8—长桁 图3.1.4 蒙皮 (a) 金属蒙皮 (b) 整体蒙皮(整体壁板) 长桁(也称桁条)。长桁是与蒙皮和翼肋相连的元件,，如图3.1.5所示。长桁上作用有气动载荷。在现代机翼中它一般都参与机翼的总体受力——承受机翼弯矩引起的部分轴向力，是纵向骨架中的重要受力元件之一。除上述承力作用外，长桁和翼肋一起对蒙皮起一定的支持作用。 图3.1.5 各种长桁 图3.1.6腹板式翼肋 1—腹板2—周缘弯边3—与翼梁腹板连接的弯边4—