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1、2019/7/15,1,第 七 讲,飞机结构分析与设计,2019/7/15,2,第四章：机翼、尾翼结构分析与设计,4.1 机翼的功用与要求 4.2 机翼的载荷与内力 4.3 机翼的结构形式,4.4 平直机翼的传力分析,一、传力分析的一般原理,2019/7/15,3,二、梁式机翼的传力分析,重点以双梁式平直机翼为例，详细分析载荷在结构中的传力过程。,1、气动载荷的传递,蒙皮把气动载荷分别传给桁条和翼肋 蒙皮受气动吸力时，桁条和翼肋通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力；蒙皮受气动压力时，蒙皮直接压在桁条和翼肋上，此时铆钉不受力。,2019/7/15,4,桁条又把自身承担的那部分气动载荷传给翼肋,桁条与翼肋
2、直接用角片或间接通过蒙皮与翼肋相连，因此，桁条可以看成支持在翼肋上的多点连续梁受横向弯曲。,至此，作用在蒙皮上的气动载荷全部传给了翼肋：一部分是直接传给翼肋的，另一部分是通过桁条间接传给翼肋的。,2019/7/15,5,翼肋将载荷传给翼梁腹板和蒙皮,翼肋的受载形式是一根梁，其支持是分散的、弹性的。翼肋上的载荷有蒙皮传来初始局部气动载荷，以及由桁条传来的小集中力形式的载荷。,2019/7/15,6,翼梁将载荷向根部传递,翼梁腹板受到由翼肋传来的剪力，使腹板受剪。由于腹板与很多翼肋相连，翼肋传给腹板的剪力也就一个一个叠加上去，所以从翼尖至翼根，梁腹板上的剪力成阶梯形增加。,2019/7/15,7,
3、翼梁将载荷向根部传递,腹板上所有剪力的总和最终在机身侧边接头上得到平衡。 这种横向剪力还会引起弯矩，这些剪力在向根部传递时引起的弯矩，依靠梁的上、下缘条提供一对沿着翼展方向相反的支反剪流所形成的支反力矩来平衡。 腹板也就将弯矩以轴向剪流的形式传给了翼梁的上、下缘条。最后在机翼根部通过与机身的固接接头传给机身。,2019/7/15,8,周缘闭室将扭矩以剪流形式向根部传递,扭矩传到机翼根部，由于机翼是用梁上的集中接头和其它部件连接，因此，根部必须设置加强肋，以便将扭矩从分散剪流形式转变成一对力偶传给前后梁，再通过加强支柱或加强垫板传给连接接头。,2019/7/15,9,2、集中载荷的传递,机翼上较
4、小的集中载荷可由普通翼肋承受。 机翼上较大的集中载荷，如副翼、襟翼、发动机、起落架、各种外挂和装载传来的集中力，通过加强翼肋转化成分散力传给翼梁腹板和蒙皮。,加强翼肋受集中力时，肋剖面中有相当大的剪力和弯矩，因此翼肋腹板和上下缘条都相当强，与翼梁腹板和蒙皮连接也很强，必要时腹板上还铆上支柱。,2019/7/15,10,单梁式机翼的传力分析,与双梁式机翼对比： 相同处：单梁式机翼的结构受力形式和各结构的受力功用与双梁式机翼基本相同。 相异处：单梁式机翼仅有一根强有力的梁，另外还有12根纵墙； 机翼机身连接，梁上有可传递弯矩的接头，纵墙上是只能传递剪力的铰链接头。因此，纵墙在根部不能传弯，它所承受
5、的弯矩要通过根段蒙皮以剪流方式传到梁上，再传给机身。,2019/7/15,11,三、单块式机翼的传力分析,单块式机翼的结构特点： 长桁较多、较强，蒙皮较厚，翼肋较密，一般梁缘条的剖面面积与长桁的剖面面积接近或略大一些，有时只布置纵墙而不采用缘条面积特别大的翼梁。,桁 条,翼 肋,气动载荷,蒙 皮,梁（墙）腹板,缘条、桁条和蒙皮组成的壁板,2019/7/15,12,三、单块式机翼的传力分析,梁缘条传给蒙皮的剪流,相临的蒙皮,铆 钉,最近的桁条,桁 条,蒙皮内剪流的分布,2019/7/15,13,四、多腹板式机翼的传力分析,多腹板式机翼的结构特点： 这类机翼布置了较多的纵墙（一般多于5个，有的多达
6、10余个），蒙皮较厚，无长桁，翼肋很少。厚蒙皮单独承受全部弯矩。,气动载荷,蒙 皮,腹 板,蒙 皮,侧 边 翼 肋,机翼根肋,机 身,2019/7/15,14,补充：扭矩在多闭室中的分配,薄壁管的剪流计算公式为,式中F0 为管壁中线所围的面积。,薄壁管单位长度扭转角为,双闭室薄壁结构中，各闭室的扭转角相同，即 1 = 2,又因为 Mt1 + Mt2= Mt 所以,上式说明：剖面扭矩在各闭室间按扭转刚度 GJp 正比分配。多闭室的扭矩分配同法类推。,2019/7/15,15,五、中外翼对接处的传力,梁式机翼 垂直耳片传力,2019/7/15,16,梁式机翼 水平耳片接头传力,垂直剪力,耳片挤压力
7、,2019/7/15,17,单块式机翼对接处的传力,分散对接接头,多腹板式机翼多采用对孔连接给中翼传力,2019/7/15,18,六、机翼机身对接接头的传力与平衡,2019/7/15,19,单块式机翼上下壁板和前后墙腹板组成的翼盒通常完整地贯穿机身，以保证壁板连续传力。,单块式机翼,2019/7/15,20,4.5 后掠机翼的结构特点和受力分析,一、后掠机翼与平直机翼的主要区别,后掠机翼的功用：为了延迟激波的发生，或减弱激波强度以减小波阻，而采用后掠机翼。 后掠机翼与平直机翼的主要区别：后掠机翼可以看成由平直机翼向后转一个角度所形成。它的外段实质就是一个平直机翼，构造和受力与直机翼没有太大区别
8、。主要区别： 1）在根部三角区内结构比较特殊，这一点后面将作重点讨论； 2）翼肋有两种布置方式：顺流布置和正交布置。（正交机翼比较普遍，有工艺性好、节省材料，蒙皮不易失稳等优点。）,2019/7/15,21,机翼由于后掠带来的问题,机翼由于后掠带来的问题有： 1）直观地看， 在相同的展弦比和梯形比下，后掠翼的真实长度比平直翼长; 垂直于机翼刚度轴的弦较短，又采用了相对厚度较小的翼型，因此后掠翼显得细长而薄，弯矩刚度有所降低; 后掠翼的气动合力作用点向翼尖靠近，使弯矩和扭矩增大。 所以总的来说，后掠翼的强度、刚度特性都差，后掠角越大，这一问题越突出。 为了保证足够的强度刚度，必然要付出重量代价。
9、,2019/7/15,22,2）后掠翼根部由于纵向元件长度不同，因而前缘纵向元件受力减小，后缘纵向元件受力增大。这种载荷向后缘集中的现象叫做 “后掠效应” 。后掠角越大，后掠效应越严重。,后掠机翼的分类：,从总体上后掠机翼分为,根据根部的结构特点后掠机翼分为,后掠机翼的分类,2019/7/15,23,二、有侧边加强肋的单梁式后掠翼的受力分析,由于翼梁或壁板在机身侧边转折，需布置侧边加强肋。,将根部加强肋1-2以外的机翼看成外段，其受力特点与普通单梁式平直机翼相同。弯矩和剪力沿翼梁传向翼肋1-2处的机翼剖面，扭矩沿闭室周缘传向这一剖面。,2019/7/15,24,在翼肋1-2以内的根部三角区中，
10、外段传来的剪力 Q 在梁腹板中继续向根部传递，然后通过固接接头3传给翼梁。,1）剪力的传递,弯矩 M 沿翼梁继续向根部传到固接接头处，由于中翼梁与外翼梁形成一个折角，因此分成两路传递：,2）弯矩的传递,2019/7/15,25,2）弯矩的传递,弯矩 M 分为两路,一路为中翼梁，其大小为： M1= M cos 当飞机受对称载荷时，在中翼梁中自相平衡,另一路为侧边加强翼肋1-3，其大小为： M2 = M sin 以力偶形式从接头1、3传给机身。,2019/7/15,26,扭矩 Mt 以闭室上的剪流 q 的形式被根部肋1-2的接头1、2处的反力所平衡，由它以力偶的形式将载荷传递到接头1和点2处的,3
11、）扭矩的传递,由于侧边加强肋和根部加强肋都要承受弯矩或剪力，所以，侧肋和根肋都是加强肋，在结构上均制成双缘条梁的形式。,翼梁上。再由翼梁以剪切和弯曲形式传给接头3。,2019/7/15,27,三、翼梁在机身侧边弯折的双梁式后掠翼的受力分析,这种机翼的传力特性与单梁式后掠翼的传力特性基本相同，只是有一个剖面中剪力和弯矩的分配问题。,1）梁间弯矩的分配,取任一剖面n-n来分析。在剖面内侧，前后梁的长度不同，刚度不同。前梁刚度小，后梁刚度大，这是由于后掠效应所造成的。n-n剖面越靠近根部，纵向构件的长度相差越大（l1 / l2大），这种载荷向后缘集中的趋势越严重。,2019/7/15,28,按平面假
12、设，1 = 2 ，则,上式说明，前后梁的弯矩分配不再和直机翼一样地与弯曲刚度成正比，而是要把后梁的刚度乘上一个放大系数，按此放大了的刚度进行分配。,设n-n剖面上的弯矩是 M，分配给前梁的是M1，分配给后梁的是 M2，则前后梁的弯曲转角分别为,另有：M1 +M2=M ，所以有：,2019/7/15,29,设n-n剖面上的剪力是 Q，分配给前梁的是 Q1，分配给后梁的是 Q2，则它们的挠度分别为,按剖面平移假设有: y1 = y2 因此有：,也就是说剪力也是按放大的弯曲刚度分配。,2）剖面剪力的分配,因为 Q1+Q2=Q , 所以得：,2019/7/15,30,由上面的推导可见：在载荷作用下，越
13、靠近根部，剖面越容易畸变，这就是后掠效应的特点。,如图所示为双墙单块式后掠翼，外翼盒段在机身侧边转折，机身内的中央翼盒为平直翼盒。 根部的剪力、弯矩盒和扭矩的传递情况。,四、纵向构件在机身侧边转折的单块式后掠翼的受力分析,2019/7/15,31,剖面剪力 Q 的分配：与双梁式后掠翼的分配方法相同。 剪力 Q 的传递： 后墙剪力Q后机身加强框接头1 机身 前墙剪力 Q前前墙接头2 机身 根肋接头1 机身 上、下三角壁板内的剪流q肋 侧，Q 和 q侧，Q 中翼上下壁板和侧肋对称载荷情况下自身平衡,1）剪力的传递,2019/7/15,32,2）弯矩的传递,剖面弯矩 M 以正应力的形式作用在上、下壁
14、板中根侧，M 和 q侧，M 。 剖面正应力可以认为由基本应力（平均应力） 0和附加应力（次应力） 组成。 是由于后掠效应引起的应力，其影响范围仅在根部翼段（长度约为前后墙之间的距离B）。,2019/7/15,33,侧，M 和 q侧，M 的传递方式见右图。,3）扭矩的传递,正应力侧，M 中翼壁板 剪流q侧、M 接头1和接头2上的力偶,剪流的传递：,后墙剪力接头1机身 前墙剪力接头2机身 上下三角壁板内的剪流 上下三角壁板内的剪流侧，Q 和 q侧，Q 中翼上下壁板和侧肋 侧肋接头1和2上的力偶,2019/7/15,34,五、有中央加强肋的单块式后掠翼的受力分析,这种机翼与带有中央平直翼盒的单块式后
15、掠翼不同点在于：左右翼在机身对称面处对接。 剪力和扭矩的传递与上一种类似，并在机身侧边传给机身，不再传往中翼。 弯矩在上下壁板中引起的轴力沿中央翼盒继续向中间传递，到中央翼肋之后，其垂直于中央加强肋的分量左右平衡，在肋平面内的分量转变成剪流，传回机身接头。,2019/7/15,35,总 结,梁式、单块式、多腹板式平直机翼的传力分析 后掠机翼与平直机翼的主要区别 有侧边加强肋的单梁式后掠翼的受力分析 翼梁在机身侧边弯折的双梁式后掠翼的受力分析 纵向构件在机身侧边转折的单块式后掠翼的受力分析 有中央加强肋的单块式后掠翼的受力分析,2019/7/15,36,第七讲结束,退 出,2019/7/15,37,练习题,题1: 双墙单块式后掠机翼根部的扭矩与翼梁在机身侧边弯折的双梁式机翼的传递有何不同？为什么？请画出它们的内力。,题2: 画出图示三梁式机翼侧肋IVII在传递总体内力的弯矩M时，其力平衡图和内力图。,2019/7/15,38,练习题,题3: 单块式机翼在气动载荷作用下，它的普通肋的支反剪流与梁式机翼（单梁、双梁或多梁式）有何不同？为什么？请画出它们的内力。,