图 " ",集中力在薄板上的扩散从接头 ’(来看,由于有板的支持,它的杆子从 -( ’点)逐渐减小到零( (点),而
.
&/及 %+的杆力则分别由零( &及 %点)逐渐增加到 0-12( )点)及 -12( *点),在 )
..
及 *点以后,杆力不再增加(等轴力杆)。由此可以看出,对薄板上作用的集中载荷,要通过合理布置扩散构件进行扩散。
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第七章 机翼、尾翼结构分析
第一节 机翼、尾翼的功用与要求
一、机翼的功用与要求
"机翼的功用
机翼是飞机的一个重要部件,其主要功用是产生升力。当它具有上反角时,可为飞机提供一定的横向稳定性。在它的后缘,一般布置有横向操纵用的副翼、扰流片等附翼。为了改善机翼的空气动力效用,在机翼的前、后缘越来越多地装有各种型式的襟翼、缝翼等增升装置,以提高飞机的起飞着陆或机动性能。
机翼上常安装有起落架、发动机等其他部件。近代歼击机和歼击轰炸机往往在机翼下布置多种外挂,如副油箱和导弹、炸弹、火箭弹等军械设备。机翼的内部空间常用来收藏起落架、放置一些小型设备、附件和储存燃油。特别是旅客机,为了保证旅客安全,很多飞机不在机身内储存燃油,而把燃油全部储存在机翼内。放置燃油的油箱有整体油箱和软油箱两种,为了减轻重量,近代飞机机翼油箱很多为整体油箱。
机翼的设计要求
机翼的设计要求与飞机结构设计的五项基本要求是一致的,只是各种部件因功用不同,而侧重点有所不同。
(")机翼主要用于产生升力,因此满足空气动力方面的要求是首要的。机翼除保证升力外,还要求阻力尽量小(少数特殊机动情况除外)。机翼的气动特性主要取决于其外形参数(如展弦比、相对厚度、后掠角、翼型等),这些参数在总体设计时确定;结构设计则应从强度、刚度、表面光滑度等各方面来保证机翼气动外形要求的实现。
()在外形、装载和连接情况已定的条件下,重量要求是机翼结构设计的主要要求,具体地说就是要设计出一个既能满足强度、刚度和耐久性要求,又尽可能轻的结构来。强度包括静强度、动强度和疲劳强度。对于按“安全寿命”或“损伤容限”设计的机翼,应在其受力构件布置、各连接关系设计、零构件细节设计以及关键件的可检性等各个环节中给予认真考虑,以便为结构提供较长的寿命和较好的破损安全特性,
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从而保证结构使用的可靠性。
机翼外载随过载系数的增大而增大。通常各类飞机的最大、最小过载系数由强度规范规定,如歼击机最大过载系数可达 " 。当飞机在高速飞行时,很小的变形就可能严重恶化机翼的空气动力性能;刚度不足还会引起颤振和操纵面反效等严重问题。值得注意的是:随着飞行速度的提高,机翼所受载荷增大;然而,由于减小阻力等空气动力的需要,此时机翼的相对厚度却越来越小,再加上后掠角的影响,致使机翼结构的扭转刚度、弯曲刚度越来越难保证,这些都将引起机翼在飞行中的变形增加。因此对高速飞机,为满足机翼的气动要求,刚度问题必须给予足够重视。然而也正由于上述原因,此时要解决好机翼的最小重量要求与强度、刚度要求之间的矛盾将更为困难。这种矛盾促进了机翼结构的受力型式不断发展,在以后的分析中我们将更清楚地看到这一点。
(%)使用、维护要求。飞机应该使用方便,便于检查、维护和修理。对于按损伤容限设计的飞机,还应满足相应的特殊要求。当机翼结构作为整体油箱舱使用时,必须保证燃油系统工作的高度可靠性。当该可靠性要求与结构重量轻的要求相矛盾时,应首先保证燃油系统的可靠性,因为它涉及到飞行的安全性。用作油箱舱的翼箱除满足一般的强度、刚度要求外,应具有较高的疲劳强度、良好的破损安全性能,并应妥善解决密封问题。
(&)工艺性和经济性要求,与一般飞机结构相同,此处不再重复。
二、尾翼的功用与要求
’(尾翼的主要功用
尾翼用于保证飞机的纵向和航向的平衡与稳定性,以及实施对飞机的纵向(俯仰)和航向的操纵。一般飞机的尾翼由水平尾翼(简称平尾)和垂直尾翼(简称垂尾)两部分组成。正常式平尾包括水平安定面和升降舵。为了改善跨音速和超音速飞机在高速飞行中的纵向操纵性,在这类飞机上,大多采用全动水平尾翼。垂尾一般由垂直安定面和方向舵组成。
)(尾翼的设计要求
尾翼的功用是通过它所产生的升力来实现的,所以从本质上说尾翼的直接功用就是产生升力,它也是一个升力面,因而尾翼的设计要求和构造与机翼十分类似。对尾翼的主要要求也是保证它所承担的空气动力任务的完成;应具有足够的强度、刚度、寿命而重量尽可能轻。
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第二节 机翼、尾翼的外载特点
一、机翼的外载特点
机翼的外载有以下三类。
"空气动力载荷
空气动力载荷 %是分布载荷,单位为 &’ ()。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。在各种设计情况下,机翼的气动载荷的数值和分布情况是不同的,因此其合力的大小、方向、作用点相应地也不相同,并将影响机翼的受力情况。
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