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—机翼外载和几何形状有关的参数:( )和 %&& (
(%&& * %&& ( %&& ( +,-)作参考,对结构型式的选择做初定量分析。相对载荷 ( )代表单位宽度翼盒壁板上的轴力,为最大弯矩,和 )分别为翼盒的平均高度和宽度。%&&为有效高度比。若略去 .和 的影响,则可假设: 3 143()* /0• 2 •2•[(5" 6’7)(5" 87)] *5" /80 12 " ’
若 ( )大、%&&小,则采用承弯能力相对较高的单块式或多墙式显然较合理。但对低速飞机,’大、( )较小,则单块式可能导致壁板上为数很多的长桁面积过小,以致在受拉区强度足够的情况下,在受压区却因失稳临界应力 ’9过低而不得不加大长桁面积。此时采用薄蒙皮梁式可使轴力集中于少数几根梁缘条上,其面积和 ’9不致太小,反而可能使结构重量更轻。
三角机翼一般用于速度很大的超音速飞机上,’小;但展弦比 "也小,且根梢比 大;根弦长,故梁根部高度的绝对值较大,梁的结构效率尚较好;且三角机翼的刚度特性较大后掠角的机翼好,故此时可选用多梁式结构,这样也便于与机身连接。但在气动载荷较大、结构高度很小的三角翼翼尖和前缘部位,仍宜采用单块式或整体结构。
/"不同结构型式损伤容限特性比较按损伤容限要求,传力路线不宜过于集中。长桁—蒙皮加筋板单块式结构和厚 •/4:•
蒙皮多墙式结构都可看成是分散传力结构布局。此时若壁板上长桁强一些,对提高壁板的止裂能力,并从而提高壁板的剩余强度,延长裂纹扩展寿命均更为有利。
"机翼—机身对接形式的影响
机翼—机身相对位置及机身的内部布置会影响到机翼 机身的对接形式,并进而影响到机翼的结构型式(主要在翼根部分)。梁式机翼只需通过少量的集中接头连接,简单、方便。而单块式和多墙式机翼从传力有利看,最好能将左、右机翼做成整体贯穿机身,将中央翼与机身固定。这对于大多数采用上单翼或下单翼布局的运输机比较容易实现。但大多数战斗机为中单翼布局,由于机身内部布置的限制,机翼往往难以贯通机身;此外像 %&’, %(等多墙式结构的外翼有十几根墙,若在机身侧边与机身连接则要布置十几个接头和相应的对接框,一般说于全机结构重量不利,对机身内部布置也可能造成困难。因而, %&’在根部由 %根墙转成多梁式结构()根梁);有的单块式机翼到根部也转成多梁式(如歼— *)或梁架式(如米格 %)、歼 ()这样只需几个接头与机身相连。但机翼—机身的对合交点数也不宜太少,因为交点多,传力路线就多,较容易实现破损安全结构特征。如果某一接头失效,其余 个接头还有一定承载能力。反之如米格 %*、歼 (等机翼根部转成梁架式结构,且根部只有主梁接头能传弯,同时又采用了断裂韧性差的 &+,-./01023高强度合金钢,裂纹扩展速率高,一旦断裂,此种单传力途径结构就可能造成灾难性事故,不利于保证损伤容限要求。
应注意到上述情况下由于结构型式的转换,势必会使过渡区的部分承弯构件(壁板或厚蒙皮)处于参与区而不能充分利用,使机翼结构重量可能有所增加,但有时这是不可避免的,从全局观点看可能是更合理的结构布局。
’"机翼内部布置及大开口的影响
当主起落架收入翼盒内时必然影响到起落架舱附近的结构型式,局部选择梁式结构将便于大开口用于布置起落架舱。
)"变后掠机翼的布局特点
美国的 %’, %%%,4 %和俄罗斯的米格 2均采用可变几何形状机翼。
%’的可动外翼处于平直位置时 5*;高速飞行时后收, 6 5 ()7, 52" (。因此变后掠翼飞机能在一个较宽的速度范围内飞行,它的结构型式也就应兼顾到各种速度和平面形状下的气动载荷和结构受力特点。它们的相对厚度比速度相应的一般超音速飞机大。可动部分可采用多墙式或单块式结构(如 %’), %’的中央翼则为钛合金焊成的等截面盒形梁,宜承受各种载荷。变后掠翼从结构强度和损伤容限观点看有其不足之处,特别是单传力途径的机翼转动枢轴,必须采取一系列措施保证飞机安全性,因此增加了设计难度,且结构重量较大。
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第三节 机翼主要受力构件布置
机翼主要受力构件布置是指确定机翼翼面壁板中的蒙皮—长桁(或整体壁板中的筋条)、梁、墙、加强翼肋、普通翼肋以及机翼—机身连接接头等的数量和位置。影响受力构件布置的因素很多,包括机翼的载荷情况、平面形状、内部布置、使用维护和工艺性要求等。构件布置首先要保证受力合理。最主要的是以下两点:
(")确保气动载荷引起的弯、剪、扭能顺利传到机身。为此要特别注意结构不连续处的构件布置,如开口处、结构型式变化处、梁和长桁的轴线转折处等。
()在集中力、集中力矩作用处布置相应构件,必要时加辅助短梁或加强肋,其作用是将集中载荷扩散;并将扩散后的分布力传给机翼受力盒段的相应元件,传往机身。
在承受和传递所有载荷时除使结构受力合理,还应有利于提高整个机翼结构的损伤容限特性,在构件间的连接设计中注意损伤容限、耐久性细节设计。
对同样的设计要求和设计原始数据,往往可提出多个可行的布置方案,应由有关各方综合权衡协调,从中选出结构效率佳、重量轻、又能较好满足各方面要求的一种方案。
一、机翼翼盒受力构件布置
"翼面壁板结构
现代飞机的大多数机翼为单块式、多墙(或多梁)式厚蒙皮结构,翼面结构可能占到整个机翼结构重量的 %&’ ( )&’左右,设计时应尽可能使它具有最大的承载效能。由于各类飞机的正过载系数均大于负过载系数,所以上翼面结构主要受压,设计重点主要是防止屈曲;而下翼面结构主要是受拉,设计以疲劳和损伤容限要求为重点。因此,下壁板一般选用静强度较低,而疲劳和断裂性能较好的材料,同时要控制应力水平,其容许的拉应力往往低于上翼面的最大压应力,故一般下翼面较重。
壁板有长桁—蒙皮铆接组合式和整体壁板两种。在整体油箱区大多采用机械加工的整体蒙皮或整体壁板,较便于密封。(")铆接组合式壁板。
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