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一般说, ",小于 ’,故 " / " 0,此时应取 " 作为腹板的设计厚度。通常为提高腹板的抗剪失稳能力,可在腹板上添加支柱,以提高 1"。
()张力场梁(腹板以张力场形式承剪)。当腹板在外载作用下 / "时,板便失稳,出现了大致互相平行的波纹线。但只要梁的缘条和腹板上的支柱不破坏,仍能对腹板提供支持,腹板就能继续受载,但它将以斜波纹条受拉、压的形式承剪。由于允许腹板失稳,因此可以做得薄些,结构重量也比较轻。腹板起皱后沿波纹条可以继续承担进一步增加的拉应力。当拉应力很大时,压应力与之相比可以忽略,此时可近似认为腹板完全处于受张力状态,即称完全张力场梁。当腹板处于纯剪和完全张力场之间的状态工作时,即为不完全张力场梁。
0)完全张力场梁:
腹板当板内的拉应力(即张力)达到很大时(但 2 ’),压应力与此拉应力相比可以忽略,这时可近似认为腹板完全处于受张力状态,若把梁切成很多斜条带,条带与纵轴夹角为 +,它承受均布拉应力 。此时腹板切面上的总内力即为 "345+。它的 6向分量应与外载 7平衡。
7 "345+589+ 7
"3589+ 589+( () (:)
缘条此时,缘条上除有机翼弯矩引起的轴力 ;( 3)外,还要附加上由腹板张力 引起的轴向压力 <(图 )= )(’)),它由上、下缘条各分担一半,所以 0 7
< ("345+)45+ 0 ( 589+) ( () (0>)
0 7
< 4?+( () (00)
实际上,作用在缘条上的腹板张力口是分布轴向剪流和分布的垂直方向分力 ,。若取 ,表示作用在单位长度缘条上的张力值,则其垂直分力 ,为 •0:*•
)
" %& "(’( "%&)%& " *+,&%&(-./ .’-)
" )0&%&
* 由 引起的最大附加弯矩 12&3(图 /4 /(+))为
12&3 " ’ 0-" )0-0&%&(-./ .’5)
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支柱支柱也将受到由腹板张力引起的附加轴向应力 6,即
6 " 0 " )* 00&%&(-./ .’/)
实际上,由于腹板已失稳起皱,对支柱还有侧向力作用,故支柱处于梁柱受力状态。
-)不完全张力场梁:
完全张力场梁实际上是一种理想的极端情况,一般不可能出现。实际情况是腹板处在纯剪与完全张力场之间的状态下工作。此时外载 )(剪力)一部分仍由腹板以受剪的形式承受;另一部分则以斜条带受拉的形式承受,此时即为不完全张力场梁。对于不完全张力场梁的设计计算大多是配以试验修正系数的半经验公式。为了使结构重量最轻,使梁具有最大的结构效率,应力求使梁的腹板和支柱同时破坏,即设计为等强度梁。
第二节 7气动弹性及刚度设计
气动弹性问题是指飞机结构中的翼面部件由于结构刚度不足或刚度分配不合理而导致气动力与结构变形相互耦合作用,从而产生复杂效应,甚至导致结构破坏的一类问题。因此,结构的气动弹性性质与结构的刚度设计密不可分,并且复杂得多,广泛得多。为深入简出起见,先从飞机结构的刚度要求与设计讲起。
一、飞机结构的刚度要求与设计
对于不同的飞机结构构件或部件,其主要设计要求有所不同。各类舱门,如起落架舱门、旅客出入舱门、货舱门、炸弹舱门等部件一般都应按刚度设计,若变形过大,则可能发生舱门锁死的危险工作状态;而其他一些结构件则可能先以静强度为基本要求进行设计,再校核结构刚度是否符合要求,如不符,再修改设计进行调整。
’4结构的刚度要求
(’)在使用载荷条件下,飞机结构的刚度一般用许可变形程度来表示,即
" %[ " ](-./ .’8)
•’:9•
式中 " —
—结构 "位置点或剖面处的变形位移,也可以是角位移; " —
—结构在 "位置的容许位移。()在某些情况下(如为防止机翼发生颤振),对结构的刚度分布以及翼剖面刚心位置提出一定要求。 刚度要求的提出根据
(%)为了保证飞机各部件具有设计时所预期的气动性能(如升力特性、阻力特性、力矩特性),这就要求机翼、尾翼、机身等具有足够的总体刚度。例如离翼根一定距离处(如在约 &’(翼展处)的翼剖面的扭转变形不允许超过某限制角度,机翼翼尖挠度不应超过某允许值等。其次还有局部刚度要求,特别对于高速飞机,机翼表面的凹凸变形将会严重影响气动特性。
()在高亚音速飞行时,如果机翼的刚度不足或者刚心位置不当,会引起结构出现气动弹性问题。())振动问题。如操纵系统出现共振,或某些结构(如活动面)出现抖振等问题,与结构的固有频率有关,即与结构的刚度特性有关。(*)对于某些附件或操纵面的支撑结构和操纵系统本身均应有一定刚度要求,以免操纵面卡死或造成操纵滞后,甚至不到位,应保证飞机对操纵的跟随性。
(+)必须注意,提出刚度要求并不意味着在任何情况下都是刚度愈大愈好,有时恰恰相反,需要减小结构刚度才能满足某些要求。例如有些附件须应用柔性支座作为隔振措施,以吸收能量来改善附件的受载情况。波音 , -’-飞机机翼结构设计时,并不追求很高的刚度,而是选择了适度的机翼刚度参数,使机翼具有良好的可挠性,用以降低突风引起的载荷,取得了满意的效果。
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