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时间:2011-02-10 15:42来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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单块式机翼的上、下壁板成为主要受力构件。这种机翼比梁式机翼的刚度特性好(这点对后掠机翼很重要)。同时由于结构分散受力,能更好地利用剖面结构高度,因而在某些情况下(如飞机速度较大时)材料利用率较高,重量可能较轻。此外单块式机翼比梁式机翼生存力强。它的缺点是不便于开口。为了充分发挥单块式的传力特点,在它的设计分离面处必须采用周缘连接形式,这种连接形式的构造复杂、装配工艺也比较困难。该式机翼应尽量设计成整体贯通机身。然而当飞机为中单翼布局时,往往由于机身内部布置的限制,机翼难以贯通机身,而只能用几个集中接头与机身在其侧边相连,此时势必会使翼根处的相当一部分材料不能充分利用致使重量有所增加。
多腹板式机翼主要由上、下厚蒙皮承受弯矩。它与梁式、单块式机翼相比,材料分散性更大。一般来说,该式机翼的刚度大、材料利用率也更好些。然而也存在类似单块式机翼的缺点。
必须注意的是,如果希望笼统地、简单地对以上几种受力型式的优、缺点做一比较是不合适的。由于它们受力的形式有所不同,因而针对不同的机种(如教练机、歼击机或旅客机),要求达到的飞行速度就可能不同,机翼的外形几何参数也会不同,还有其他很多因素的影响,那么就有可能对一个具体飞机来说,采用梁式较好,而对另一飞机就可能采用单块式更好些。这里所说的好坏,主要是指在满足同样设计要求的前提下,机翼的结构重量最轻。
第五节 后掠翼和三角翼的受力分析
一、后掠机翼的受力特点
后掠机翼可看做由直机翼向后转动一个角度而得。它的左、右两侧的机翼不是彼此连续的直梁,而是一个有转折的盒式梁。因而其外段实质上就是一个直机翼,所有关于直机翼受力,分析的结论仍然适用。其主要特点反映在根部三角区 "  %内。当机翼受载产生弯曲变形时,由于根部剖面的变形(转角)在后梁区受到了机身的限制,不能自由变形,致使整个剖面发生翘曲。因而平剖面假设在根部区不能成立,从而使机翼根部的应力分布与根据平剖面假设得到的结果相比发生了重大变化。
以一单块式后掠机翼,为例,取出其根部附近的一段机翼(包括三角区 &’ ()。当机翼受垂直气动载荷作用时,上、下壁板上的各纵向构件(长桁、梁的缘条等)分别受轴向拉、压。由于根部三角区的存在,这些纵向构件的长度不等(靠近前梁附近的纵向构件较长,靠近后梁附近的较短)。而杆元的拉、压刚度与其长度成反比。
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因此,根部各纵向构件的拉、压刚度必定不相等。当它们受到由弯矩产生的轴力时,为了满足相应的变形一致条件,将按它们的刚度大小分配它们共同承担的轴向力。因前梁附近的纵向构件刚度小,分配到的载荷较小,应力较低;而后梁附近的纵向构件刚度大,分配到的载荷也较大,应力较高。因此出现了应力向后缘集中的现象,通常称之为“后掠效应” 理论研究和试验证明,根部剖面 "—处的应力沿剖面的 轴近似呈双曲线分布。
后掠机翼也有各种结构型式,如单块式、梁架式等。下面仅以一、二种典型结构介绍一下后掠机翼根部的传力特点。
二、单块式后掠机翼的传力
单块式后掠机翼的具体结构情况有很多种,现仅以纵向构件在机身侧边转折的单块式后掠翼为例讨论之。这种机翼的外段和单块式直机翼相似。其根部由以下主要受力构件组成:上、下壁板 %&’(由纵向元件:梁缘条、长桁以及蒙皮组成,可受正应力)、侧边加强肋 % &、根部加强肋 %’、前梁 &’。为研究方便起见,将根部三角区以外的机翼切除,并在根部剖面上加上剪力 (、弯矩 )、扭矩 )来代替机翼外段对根部的作用。扭矩 )*在根部剖面处继续由三角形上、下壁板和前梁腹板向中翼和机身传递,后梁上的前流直接由对接接头传给机身。其各分离体平衡图如图 " + ( ,)所示。剪力 (分为两部分。作用在后梁与机身对接点处的力 (直接传给机身。人用
-
在前梁与根肋交点上的剪力 ("分两路传递,一路由前梁传给机身,另一路由根肋向月点传递,在 &点传给机身,此时各构件的分离体平衡图如图 " + 所示。在剪力 (、扭矩 )的传递过程中,三角形壁板和侧边翼肋均需受载。此时侧肋的平衡如图 " + (.)所示。
弯矩 )以壁板上的轴向力形式作用到稂部剖面 %—’上。如以图 " + ( /)中所示 %点为例,由于在机身侧边处,长桁发生转折,中翼长桁只能提供垂直于机身轴线的支反力,因而如要 %点处于平衡,必须有另一构件提供另一个支反力。为此机翼机身接合处也要求布置一侧边加强肋。
由以上分析可知,对于单块式后掠机翼,由于纵向构件在机身侧边转折,因此侧边加强肋在受力上成为必不可少的受力构件,它在传递弯矩、剪力、扭矩时都起重要作用。在传力时,侧边肋上、下缘条上的剪流(外载荷)的方向总是相反的,这一对剪流形成一个力矩,并由前、后梁的腹板提供一对大小相等、方向相反的垂直方向剪流来平衡。因此侧边翼肋基本上是受剪,弯矩很小,所以缘条不需十分强,但腹板要强,而且为了提高侧边肋腹板的剪切稳定性,腹板上一般铆有较密的加强型材。
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图  " "%扭矩、弯矩、剪刀和传递
(&)扭矩的传递 %(’)剪力的分配 %(()前力的传递 %())弯矩的传递 %(*)侧边肋的平衡
—前梁 %+—三角形上壁板 %—根肋 %,—侧边加强肋 %-—中翼上壁板
.—长桁 %—中翼盒段 %/—外翼

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另一种型式的单块式后掠机翼,它与带有中央平直翼盒的后掠翼的不同点在于左、右机翼在机身对称面处对接。剪力 和扭矩 ",的传递与前面一种类似,并在机身侧边传给机身,不再传往中翼。弯矩 "引起的轴力将在机翼对称面处分成两个分量, 向分量由左右机翼自身平衡, %向分量以一个个小集中力的形式作用在中央翼肋的上、下缘条上,形成力矩,再由中央翼肋通过中翼段盒段受扭向外侧倒转到机身侧边传给机身接头。这种形式必须有相当强的中央翼肋。
三、三角翼的结构特点
随着飞行速度的提高,机翼后掠角增大。当后掠角大于 &&’之后,对机翼的强度、刚度的要求与后掠翼在结构上实现的可能性之间的矛盾越来越尖锐。因此,在飞行 "数大于 () &以上的飞机,很多采用了各种形式的三角翼,它保持了后掠翼气动方面的优越性。然而由于它的后掠角大(  * &&’ + ,&’)、根梢比 -大(可达十几)且展弦比 "小(()& +.)&),因此机翼大部分面积靠近根部,压力中心内移,使根部弯矩减小;而且压力中心相对于根部剖面刚心的力臂减小,扭矩也就相应的减小。三角翼根弦长,在相对厚度;相等的条件下,根部结构的绝对高度较大,梁的结构效率较高,因而其根部结构的抗弯曲刚度和扭转刚度较大,大大改善了机翼的强度、刚度特性。
 
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