小、方向、作用点也不相同,并将影响机翼的受力情况。
"其他部件、装载传来的集中载荷
机翼上连接有其他部件(如起落架、发动机)、副翼、襟翼等各类附翼和布置在机翼内、外的各种装载(如油箱、炸弹)。由于这些部件、装载一般都是以有限的连接点与机翼主体结构相连的,因此,不论是起落架传来的地面撞击力或副翼等翼面上的气动载荷以及机翼上各部件、装载本身的质量力(包括重力和惯性力),都是通过接头,以集中载荷的形式传给机翼。机翼整体油箱的燃油载荷(包括燃油的质量力和油箱增压载荷等)则为分布载荷。
"机翼结构的质量力
机翼本身结构的质量力为分布载荷 %,其大小与分布情况取决于机翼结构质量的大小和分布规律。它的数值比气动载荷要小得多。在工程计算中,它的分布规律可近似认为与弦长成正比。
综上所述,若以载荷形式分,机翼的外载有两种类型。一种是分布载荷,以气动载荷为主,还包括机翼本身结构的质量力,这是机翼的主要载荷形式;另一种是由各接头传来的集中载荷(力或力矩)。
&"机翼的总体受力
在以上各种载荷作用下,机翼的总体受力如下。
机翼的各种外载,总的在机翼、机身连接处,由机身提供支持来平衡。因此在上述载荷作用下,可把机翼看做固定在机身上的一个“梁”。当机翼分成两半,与机身在其左右两侧相连时,可把每半个机翼看做支持在机身上的悬臂梁;若左右机翼连成一个整体时,则可把它看做支持在机身上的双支点外伸梁。这两种情况虽然在支持形式上有所不同,但对外翼结构来说,都可以看做悬臂梁。必须指出,在把机翼看做一个“工程梁”时,它与“材料力学”课程中介绍的一般工程梁相比,有以下特殊性。
(’)机翼高度(厚度)小,但其弦向尺寸(相当于梁宽)大多与翼展有相同量级(尤其如三角机翼)。而一般工程梁是指高度和宽度均比长度要小得多的单尺度梁,这类梁仅注重沿长度方向分布的载荷。而对于机翼,弦向分布的载荷也很重要。
()一般工程梁支承简单,计算简化也容易,而机翼在机身上的固定形式要复杂得多。此外考虑到结构支承的弹性效应,精确计算中,应认为机身是一弹性支承。
前述各种外载在机翼结构中将引起相应的内力:剪力 (、弯矩 )和扭矩 )*。现取翼展方向为 +轴;与 +轴垂直的翼弦方向为 ,轴;与 ,-+平面垂直的方向为 .轴,则剪力 (/和 (0分别表示沿 .轴和 ,轴的分量。外载引起的弯矩分别为 )/和 )0。此外由于外载合力作用点一般与机翼结构各剖面的刚心不重合,因而还会引起相对于机翼刚心轴的扭矩 )*,这些统称为机翼的总体内力。因为机翼的升力很大,且作用在机翼刚度最小的方向上;而阻力相对于升力要小得多,且作用在机翼刚度最大的
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"平面内。因此在进行结构受力分析时,常着重考虑气动载荷沿垂直于 —平面的分量—
—升力引起的内力 %,&%等。此时,机翼上剪力、弯矩和扭矩的分布见图 ’ "(。为简便起见略去下标 %,则
((
) ( +, -./,&) ( ,(( "’ "()
**
四、尾翼的外载特点
在全动水平尾翼与舵面上,作用有分布的气动载荷和自身的质量力。安定面上除作用有这类载荷外,还有舵面悬挂接头传来的集中力。由于舵面与安定面、全动平尾与机身的连接情况和机翼与机身的连接情况有所不同,因而此时安定面或机身各自提供的支持力的形式也不同。
尾翼上的气动力外载以它的作用分,有以下三类。(()平衡载荷0用以保证飞机纵向气动力矩平衡的平尾上的载荷。此时水平安定面上的载荷往往与升降舵的载荷方向相反,所以平尾受有较大扭矩。
图 ( "’ "(0机翼的内力 ,&,&1分布图
(2)机翼的剪力图;机翼的弯矩图;机翼的扭矩图
(3)(4)(*)机动载荷0在不平静气流或机动飞行时偏转升降舵或方向舵产生的载荷,这是尾翼的主要受力情况。
(’)不对称载荷0对平尾来说由侧滑或横滚引起的载荷是不对称载荷,它们一般比机动载荷小得多。但此不对称载荷引起的 &却较大,所以对机身结构有影响。垂尾除上述横滚影响外,还有不对称的发动机推力也会引起垂尾上的载荷。
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第二节翼面结构的典型构件及其受力特性
一、翼面结构的典型构件
从构造上看,机翼、尾翼结构及其构件的组成是完全一致的,故通称为翼面结构。因翼面结构属薄壁型结构型式,构造上主要分蒙皮和骨架结构。骨架结构中,纵向构件有翼梁、长桁、墙(腹板);横向构件有翼肋(普通肋和加强肋)。
蒙皮的直接功用是形成流线形的机翼外表面。为了使机翼的阻力尽量小,蒙皮应力求光滑,减小它在飞行中的凹、凸变形。从受力看,气动载荷直接作用在蒙皮上,因此蒙皮受有垂直于其表面的局部气动载荷。此外蒙皮还参与机翼的总体受力—
—它和翼梁或翼墙的腹板组合在一起,形成封闭的盒式薄壁结构承受机翼的扭矩;当蒙皮较厚时,它与长桁一起组成壁板,承受机翼弯矩引起的轴力。壁板有组合式或整体式。某些结构型式(如多腹板式机翼)的蒙皮很厚,可从几 ""到十几 "",常做成整体壁板型式,此时蒙皮将成为最主要的,甚至是惟一的承受弯矩的受力元件。
长桁(也称桁条)是与蒙皮和翼肋相连的构件。长桁上作用有气动载荷。在现代机翼中它一般都参与机翼的总体受力———承受机翼弯矩引起的部分轴向力,是纵向骨架中的重要受力构件之一。除上述承力作用外,长桁和翼肋一起对蒙皮起一定的支持作用。
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