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五、机翼连接
机翼的连接是飞机结构设计最重要的环节之一,通常都要花费很大的精力,要研究多种构造。由于连接接头及接头附近结构上的载荷、应力集中程度及工艺因素等难以凭计算得到可靠的答案,在研制阶段常对被认为可采用的构造还须做局部构件试验,以尽量减少设计修改的可能性。
机翼连接包括两方面内容:一是机翼与机身的连接,将于第六章中详述;二是机翼设计分离面处两部分机翼的连接。由于连接增加了结构的复杂性;并且影响到结构强度,尤其是疲劳强度;同时使机翼重量增大,制造成本增加,因此现代飞机(包括大型运输机)已很少如过去那样设置几个机翼设计分离面。
机翼设计分离面处的连接接头多为可拆的。从传力需要必须将壁板和梁的缘
条、腹板以及根肋沿翼盒周缘连接起来。其壁板的连接主要有三类。 "分散的受拉螺栓接头对接螺栓沿展向水平放置,传弯时螺栓受拉,传扭时螺栓受剪。 "对接板式接头靠对接板沿对接面周缘用大量螺栓将上、下壁板和腹板连接起来。现代不少大
型运输机的机翼都采用这种方法连接。其特点是无论传弯、扭、剪,连接螺栓均受剪。
优点是重量轻、可靠性高,有固有的破损安全特性;但成本和制造精确度的要求高。 "对接板和抗拉螺栓的组合其优点是可靠,有破损安全特性,制造精确度要求不高;缺点是重量大。须注意设计时结构连接处应尽可能避免或减小偏心距。
第五节 %机翼整体油箱的结构设计
飞机整体油箱是将机翼或机身承力结构的一部分设计成可储存燃油的结构油 •&&•
箱。现代飞机的机翼上普遍设置有整体油箱,有些旅客机甚至把全部燃油都储存在机翼内。采用机翼整体油箱不仅可以充分利用机翼内的容积多装燃油,增加飞机的航程和续航时间;还可使机翼卸载,有利于减轻其结构重量;油箱远离客舱还可使旅客更为安全。由于燃油系统工作的可靠性将直接影响到飞机的飞行安全,因此整体油箱设计时除满足结构的各项设计要求外,还必须满足为保证燃油系统工作可靠性而提出的一些要求,应综合考虑。
一、对整体油箱结构设计的要求
除对飞机结构的一般要求外还有以下各点须予以考虑。
"首先必须保证整体油箱的密封性
为保证飞机使用的安全可靠,油箱的密封至关重要,须采取各种密封措施,确保各构件接缝处、紧固件结合处等在结构受载状态下不渗漏;并从油箱结构形式的选择、油箱区的构件布置以及各构件间的连接等考虑密封问题。
"强度要求
强度规范和民用航空条例规定“整体油箱应能承受工作中可能有的各种振动、惯性、油液和结构的载荷而不破坏”。整体油箱的结构往往也是机翼的主要受力结构,因此油箱区的结构元件除承受气动力等引起的总体载荷外,还要承受油箱增压(油箱大多采用压力供油)和油液静压引起的局部载荷,比一般情况要设计得更强些,不仅要保证足够的静强度和局部强度,同时要有良好的抗疲劳和损伤容限特性,采用损伤容限特性好的结构形式。
"刚度要求
油箱密封试验结果表明,除密封措施外,结构的刚度也直接影响整体油箱的密封性、安全可靠性。
%"便于检查、维修、拆装和清洗
整体油箱由于载荷和环境(燃油、湿 &热)的作用,会使密封剂老化,密封剂层脱粘和发生裂纹,燃料的腐蚀以及外力造成偶然损伤等,都可能导致密封失效或金属构件的腐蚀。因此结构设计时应保证所有的油箱壁都能从内、外表面触及到,以便做定期的检查、清洗和修理。
二、整体油箱结构设计特点
"整体油箱的构造形式
现代飞机一般直接应用机翼原有的主要受力结构件作为油箱的隔板,这样便于加强件综合利用,不另加构件,减轻结构重量。但主要受力构件的受载和变形相对较大,须认真解决好油箱密封。使整体油箱尽可能在主装配前成为完整的密封结构,对
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工艺性和密封都十分有利。在某些情况下,受力最大的主要构件(如梁)变形很大时,也可另设油箱隔板,这样易密封,但结构重量较大。
"减少油箱表面的连接缝长度和结合孔数量
为此,在歼 ,% &’,苏 (等战斗机和协和号运输机等的整体油箱段均采用了加筋整体壁板。图 &))运输机的机翼整体油箱用整体铣切的铝合金壁板与翼肋、大梁焊接在一起。 % &&&变后掠机翼的中翼整体油箱,则由 **个 +, ’-. )/机械加工零件用电子束焊接而成。
有的飞机采用了少肋、无长桁、多腹板的结构型式(如幻影 );有的飞机虽采用多肋、多长桁的铆接结构,但它多数普通肋只和长桁连接(图 0" ’),只有少数翼肋还与蒙皮相连,上述这些措施减少了连接件数量和重量,也减少了漏油的可能性。
*"构件间的连接和布置
当机翼在展向布置有几个独立的整体油箱时;往往将受轴力的长桁在油箱端肋处切断,另通过接头从左、右两侧对接起来。这样虽会增加些重量,但可使油箱端部翼肋处密封更为可靠。每个油箱的箱角处尽量使梁、肋、壁板(或蒙皮)互成 123,用角盒将它们连接、封堵。如果各构件的交角小于 123,则会增加油箱的清洁、密封和修理密封的困难,从而降低了密封的可靠性。
)"采用刚性较好的结构
整体油箱一般均采用刚度较好的整体加强件,构成较强且刚度较好的骨架构成密封油箱舱。如苏— (战斗机上共有五个机翼、机身整体油箱,由于其结构形式合理,广泛采用钛合金,结构刚度很大,不易变形,又采用了新型密封材料,比较成功地解决了漏油问题。有时长桁通过翼肋时翼肋弯边不切断而制成圆弧拱形,以提高翼肋的刚性。应尽可能避免油箱壁上有大的集中载荷,如不可避免时须局部加强,以减少局部变形。油箱舱部分的蒙皮和梁、肋的腹板等薄板,厚度不得小于 &" (44。
0"采用便于维护、修理的结构措施
大型飞机的机翼整体油箱在保证壁板不失稳的条件下适当使肋距大些,并在高度较大的肋上布置人员通过孔;在壁板上开维修口盖,以形成维修通道。虽然从疲劳设计看,在主要受拉应力的下翼面开口不利,但为了使用维护方便,有的飞机把维修口疬开在下翼面(如图 0" 的波音 (2(,图 0" *的运 &2),此时对开口位置、排列、形状及结构的加强须做精心设计(详见第六章)。有些小型飞机为便于维修,将较大面积的整体油箱上表面设计成可打开的。密封后的油箱应能通过检查口很容易地向内部观察、检查,并能触及到油箱内的各个部位。
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飞机检测与维修实用手册 1(92)