根据我国环境数据(主要是温度、湿度、雨水、空气中有害介质的含量、风速及太阳光辐射量等),可以把我国飞机服役环境划分为五个典型环境区,即干冷区、温和环境区、内陆湿热区、温和沿海区及湿热沿海区。
()根据使用任务剖面或其他资料,确定各种类型任务不同任务段的时间比例及地面停放时间比例。飞机使用环境谱既要考虑空中飞行,又要考虑地面停放。空中飞行使用方法由任务剖面确定,每种任务剖面规定了任务类型、有效负载、飞行时间和该任务的使用百分比。
当飞机高速飞行时(一般 " %),应考虑气动加热影响。此时由于气流与飞机表面剧烈摩擦,产生高温并传给飞机各部分,因而产生了热载荷。设飞机表面上驻点的绝对温度为 &(’),则 &(&()*+,-%"%)(% .% .%/)式中0 &) —
—飞行高度 )上的大气绝对温度( ’); " ———飞机的飞行马赫数。由下图可看出,随着 "数的增大,&将急剧增高。
图 %-%%0驻点温度 & 1"曲线
(2)获取环境数据。获取环境数据是编制飞行使用环境谱最重要的环节之一。可通过三种方法得到:标准和其他有关资料;( 4)飞行
( )规范、(3)调研和统计分析;实测和其他试验。
(5)编制各类环境谱。当确定了环境种类、飞机典型任务剖面和环境区,以及各种环境的使用数据后,就可以根据实际的需要编制各种不同的环境谱。
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第三章 翼面结构和机身结构分析
第一节 机翼与尾翼的功用、设计要求和外载特点
一、机翼的功用与结构设计要求
"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侧安定性。除后缘布置有横向操纵用的副翼、扰流片等附翼外,目前在机翼的前、后缘越来越多地装有各种型式的襟翼、缝翼等增升装置,以提高飞机的起降或机动性能。
机翼上常安装有起落架、发动机等其他部件。现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、炸弹等军械设备。机翼的内部空间常用来收藏主起落架或其部分结构和贮存燃油。特别是旅客机,为了保证旅客安全,很多飞机不在机身内贮存燃油,而全部贮存在机翼内。为了最大限度地利用机翼容积,同时减轻重量,现代飞机的机翼油箱大多采用利用机翼结构构成的整体油箱。此外机翼内常安装有操纵系统和一些小型设备和附件。
机翼结构设计要求
机翼结构设计要求与飞机结构设计的基本要求是一致的,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,具体地说就是在保证结构完整性的前提下,设计出尽可能轻的结构。结构完整性包含了强度、刚度、耐久性和损伤容限等多方面内容。
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值得注意的是:随着飞行速度的提高,机翼所受载荷增大,特别对于高机动性能歼击机,由于减小阻力等空气动力的需要,机翼的相对厚度越来越小,再加上后掠角的影响,致使机翼结构的扭转刚度、弯曲刚度将越来越难保证,这些均将引起机翼在飞行中的变形增加。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(如副翼)反效等严重问题。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,在以后的设计分析中我们将更清楚地看到这一点。
()使用、维修要求:飞机应该使用方便,便于检查、维护和修理。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,包括油箱的密封。当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。
(")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、尾翼的功用与结构设计要求
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安定性,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。
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