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3.1.2飞机结构的一般要求及主要的结构材料
飞机结构的一般要求
与其它类型结构相比,飞机结构有其特殊性.首先,对重量特别敏感-飞机本身的重量必
须尽可能轻,以便多装人员、货物或装备,因而对结构材料要求高;其次,飞机部件的尺寸
大而刚度小-—有的飞机机翼长达几十米,本身又是薄壁结构,易变形,即刚度小(刚度是
指一个结构在受力的情况下抵抗变形的能力),因此飞机结构的精确度不易保证;还有,飞
机零件的数量特别多,装配工作量大-—大型飞机的零件有几万个之多,而铆钉的数量就可达
几十万,所以装配特别费时。
一般说来,飞机结构应满足以下基本要求:
气动外形要求。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。
有足够的强度、刚度且重量要轻.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(所谓强度,是指结构或材料抵抗破坏的能力),不产生不能容许的残余变形;
具有足够的刚度(所谓刚度,是指结构或材料抵抗变形的能力)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。即要求飞机构造满足一定的刚度
与强度要求,但刚度、强度太大又会导致结构重量过重,而重量太轻又会导致刚度、强度不够.
因而应该在满足设计要求所规定的刚度、强度的前提下,重量应该最轻,以便多载人员、货
物、油料,以提高飞行性能.因而,应选择强度高而重量轻的材料来制造飞机的构件。
抗疲劳破坏能力强。飞机有许多结构常处于交变载荷的作用下,容易产生疲劳破坏。因
而结构应该有较好的抗疲劳破坏能力才能保证飞行安全。
高的可靠性和生存力。在规定的时间和规定的条件下,结构能完成规定功能的能力称为
结构的可靠性.飞机的可靠性是无故障性、维修性、耐久性和储存性的综合指标.
飞机的生存力是指被武器击中后,能够继续飞行的能力(两架“受伤”程度相同的飞机,
如果一架还能继续飞行,而另一架不能继续飞行了,则前者较后者的生存力强)。
使用维护要求。为了确保飞机的各个部分(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.
对于军民用飞机,则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或
者重新起飞状态。
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。
工艺性要求。要求飞机结构的工艺性要好,即加工要快、成本要低等.这些需结合机种、
产量、需要迫切性与加工条件等综合考虑.
成本要求——经济性要求.这里所说的成本,主要是指制造成本与运营成本(含与结构的
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。
一般来说,以上各要求中,除气动外形都要保证外,对军机而言,重量要求是第一位的;
对旅客机、运输机则要同时考虑重量和经济性。而经济性要求实质上和重量、使用维护及工
艺要求均密切相关。
重量要求之所以是飞机结构设计的主要要求,是因为对军机而言,重量与性能密切相关,
减重对军机十分重要;对旅客机、运输机而言,重量与经济效益直接相关。由于现代旅客机
使用寿命长(一般可达60000飞行小时以上),因此减轻结构重量意味着可增加商载(即旅客、
货物、邮件等重量),在使用寿命期内增加的经济效益将是十分可观的.
主要的结构材料
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.
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。
铝合金。铝合金除保持了纯铝的优点(如比重小、塑性高、抗腐蚀、导热及导电性良好)
以外,还具有良好的机械性能、物理性能和工艺性能.大多数变形铝合金都易进行切削、压
力加工成形。铸造铝合金则可用砂型、金属型、压力铸造等方法成形。一般来讲铝合金由于
具有接近钛合金、结构钢的比强度、高的比刚度性能以及工艺性能优良、成形方便、成本低
廉等其他合金所不能比拟的
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