的先进性。
从“一”中各项要求不难看出,这些要求相互之间是互相联系、互相制约的,在具体进行结构设计时有的还是互相矛盾的。如按良好的维修性和按损伤容限设计准则设计的飞机,要求有大量的开口和检修通道(包括飞机表面和某些内部结构上)以提高结构的可达性和开敞性,但这必定会增加结构重量。而结构完整性与重量本身就是一组矛盾。例如高寿命要求结构设计要考虑疲劳问题,而金属材料的疲劳极限远小于其静抗拉极限应力 ,有时只有 " 左右;按损伤容限设计的结构要控制应力水平,有时可能只有(%&’),甚至更小,以上这些要求显然与减轻结构重量之间存在着矛盾。因此在设计结构时,必须分析各结构设计要求之间,以及结构设计要求与飞机的(战术或使用)技术要求之间的相互关系,结合具体情况,分清主次,综合考虑。
目前飞机性能和寿命要求越来越高,高科技飞速发展,飞机越来越复杂,机载设备不断更新,新材料、新工艺、新结构不断出现,交叉学科、边缘学科的发展以及新技术的大量涌现,都使飞机设计的综合设计思想愈显重要。这种综合性已渗透到现代飞机设计和飞机结构设计的各个层次和顶层设计、平台设计、具体技术设计等各个设计阶段中。以隐身飞机为例,隐身技术是一项跨学科的综合技术,它涉及到电磁原理、新材料、能量转化、信息处理及大量高难度动态测试等多种专业,设计时必须运用系统工程方法,综合应用飞机、动力装置和电子对抗等技术。而正在发展中的 (%世纪第四代战斗机,还需同时兼有隐形、超音速巡航、高机动性和综合程度更高的航空电子系统等多项高性能,则更需统筹协调有关专业之间的关系,谋求飞机性能的最佳化。又如在 %)))年科索沃战争之后,美国空军在未来攻击机计划下制订今后 "年战略轰炸机新的概念设计,提出将配备具有隐形能力和广泛应用新技术的新型的亚音速、超音速(*+ ,( -.)、高超音速( *+ /.)三者配套的高性能轰炸机,有可能是有人驾驶的,也可能是无人驾驶的。实践表明,要设计出各种高性能的飞机绝不是靠某几项单项技术突破就可以实现的,而必须是多项技术的综合效果。这种综合效果得到的总体综合性能超过了简单堆砌的局部性能之和,这正是系统工程和综合设计的意义和重要性所在。也只有以综合设计的思想和应用与之相适应的新研制模式— ——并行工程的方法进行结构设计,方能设计出满意的、先进的飞机结构。
第四节 0飞机结构设计方法
一、引言
在 (世纪 .年代前后,飞机结构设计一般根据所设计对象的具体要求、条件, •%1%•
根据经验或参考原准机,结合设计原理、知识进行定性分析,选出结构方案;然后进行初步的设计计算(初定量计算),以确定结构主要元件的截面尺寸(对杆元即为杆的横截面尺寸,对板元即为板的厚度);最后进行强度、刚度校核,以验算截面尺寸能否保证安全。如果满足强度要求,即认为设计完毕;当强度不够,或设计人员认为剩余强度太大时则修改设计。再估算、修改主要截面尺寸,然后再进行强度校核,一般可能重复 "次。计算分析均以工程梁理论为基础,并对结构中受力特性不符合工程梁基本假设的结构进行修正计算。这种计算分析方法对于大展弦比直机翼与小尺寸机身等尚有一定的精确度,与试验结果基本符合。但由于当时计算方法和计算工具的限制,计算中作了许多简化处理,总的说计算结果的精度不高。需要说明的是,现代飞机广义的结构强度不仅仅指强度,还包括了刚度和稳定性。而目前的设计分析中对飞机结构完整性的评定则包含了更多的内容。
随着科学技术的发展,飞机结构设计方法也在不断进步。 %年代以后,由于电子计算机的出现,极大地提高了计算能力,成功地发展了适用于复杂结构的应力分析有限元方法和结构优化设计方法,使飞机结构设计从定性和初定量设计向比较精确的定量设计和优化设计跨进了一大步。并且出现了结构设计与总体、气动、工艺等设计紧密配合、互相协调的计算机辅助一体化设计方法。以下将目前采用的这些方法作一概要介绍。
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