第十一講飛機結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計1§4.10機翼整體油箱的設(shè)計特點一、對整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求除了對飛機結(jié)構(gòu)的一般要求之外，還應考慮到以下一些要求整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計要求密封性要求一是采取多種密封措施，以確定各構(gòu)件接縫處、緊固件結(jié)合處等在使用中不漏油；二是從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采取相應措施。剛度要求便于檢查、維修、拆裝和清洗強度要求強度規(guī)范要求“整體油箱應能承受工作中可能有的各種震動、慣性、液壓和結(jié)構(gòu)載荷而不破壞”。2二、整體油箱的構(gòu)造形式整體油箱的構(gòu)造形式把油箱板和受力最大的主要構(gòu)件（如翼梁）分開，另設(shè)隔板。直接運用機翼原有的主要受力構(gòu)件，如翼梁等作為油箱艙的隔板。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)元件綜合利用；重量輕。缺點：對密封措施要求很高。優(yōu)點：艙板結(jié)合處不漏油；便于拆洗更換。缺點：增加結(jié)構(gòu)重量。3三、整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計特點為了保證油箱密封，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有以下特點整體油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計特點盡量減少油箱表面的連接縫和結(jié)合孔構(gòu)件間的連接與布置：如在油箱的密封端肋處將長桁斷開；在箱角處用角盒在三面與蒙皮、梁、密封肋連接。采用剛性較好的元件：如在油箱四周采用剛度較好的整體鍛件加強，以形成密封艙。采用便于修理、維護的結(jié)構(gòu)措施保證整體油箱的局部強度4§4.11飛機結(jié)構(gòu)的剛度要求與氣動彈性問題一、飛機結(jié)構(gòu)的剛度要求1、結(jié)構(gòu)的剛度要求1）飛機結(jié)構(gòu)的剛度要求，一般以在使用載荷下，結(jié)構(gòu)變形小于許可變形表示。即i≤[i]i

—結(jié)構(gòu)在i

節(jié)點或i

剖面處的線位移或角位移；[i]—結(jié)構(gòu)在i

處的許可位移。飛機結(jié)構(gòu)剛度要求結(jié)構(gòu)的剛度要求剛度要求的根據(jù)結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計52、剛度要求提出的根據(jù)（1）為了保證飛機各部件具有設(shè)計時所預期的氣動性能（如升力特性、阻力特性、力矩特性）。其中包括總體剛度要求和局部剛度要求；（2）對于某些附件的支撐點，有時會提出支撐剛度要求；（3）因為結(jié)構(gòu)動強度（如振動、氣彈問題等）要求的需要；（4）有時結(jié)構(gòu)會因剛度不足，在疲勞載荷作用下反復變形過大，而導致疲勞破壞，因此提出剛度要求。（2）在某些情況下（如為了防止機翼顫振），對結(jié)構(gòu)的剛度分布以及翼剖面剛心位置提出一定要求。2、剛度要求提出的根據(jù)63、結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計（1）查閱有關(guān)的規(guī)范、手冊、適航性條例等文件；（2）根據(jù)應力分析，結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗，提出剛度要求與剛度分布要求；（3）根據(jù)飛行試驗和地面試驗的結(jié)果，結(jié)合使用經(jīng)驗和設(shè)計經(jīng)驗，給出一定的剛度要求。3、結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計7剛度要求與氣動彈性問題飛機結(jié)構(gòu)的剛度要求結(jié)構(gòu)的剛度要求剛度要求的根據(jù)結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計機翼彎扭顫振副翼彎曲顫振氣動彈性問題概述機翼變形對氣動力的影響機翼的扭轉(zhuǎn)擴大顫振副翼反效二、氣動彈性問題概述8平直機翼情況：彎曲時，攻角不變；扭轉(zhuǎn)時，攻角發(fā)生變化。所以平直機翼主要由于扭轉(zhuǎn)變形引起載荷變化。后掠機翼情況：后掠機翼的攻角規(guī)定按平行于機身軸線的剖面計算；機翼的變形通常按剛心線以及垂直于剛心線的剖面計算。彎曲和扭轉(zhuǎn)時，都會引起攻角變化。1、機翼變形對氣動載荷的影響機翼變形的形式局部變形總體變形彎曲變形扭轉(zhuǎn)變形9（1）機翼扭轉(zhuǎn)變形擴大的機理扭轉(zhuǎn)擴大是機翼變形與空氣動力交互作用導致結(jié)構(gòu)變形發(fā)散而破壞的現(xiàn)象。2、機翼扭轉(zhuǎn)變形擴大如果彈性恢復力矩>氣動扭轉(zhuǎn)力矩，扭轉(zhuǎn)變形減少（最大飛行速度<扭轉(zhuǎn)發(fā)散臨界速度）；如果彈性恢復力矩<氣動扭轉(zhuǎn)力矩，扭轉(zhuǎn)變形不斷擴大。（2）防止扭轉(zhuǎn)變形擴大措施：剛心前移；或增大抗扭剛度。10（1）副翼反效的機理機翼總體剛度不足，會使副翼的操縱效率降低。以平直機翼為例，存在一副翼反效臨界速度VR。如果飛行速度V

<副翼反效臨界速度VR，保持一定效率的正常操縱；如果飛行速度V>副翼反效臨界速度VR，出現(xiàn)副翼反效。3、副翼（操縱）反效（2）防止副翼反效的措施為了防止副翼反效，就要提高VR。具體措施有：對于平直機翼，增大機翼的扭轉(zhuǎn)剛度；11（2）防止副翼反效的措施（2）防止副翼反效的措施對于后掠機翼，除了增加扭轉(zhuǎn)剛度外，還要保證一定的彎曲剛度；對于三角機翼，副翼反效的問題不嚴重。（1）顫振的概念與扭轉(zhuǎn)變形擴大和副翼反效不同，顫振時除了氣動力和彈性力外，還伴有慣性力。顫振是氣動力、彈性力、慣性力三者相互作用的結(jié)果。機翼顫振有多種形態(tài)，例如彎扭顫振、彎曲-副翼顫振、扭轉(zhuǎn)-副翼顫振、彎扭-副翼顫振等等。4、機翼的顫振12定義：機翼彎曲振動的同時伴隨有扭轉(zhuǎn)振動的顫振，叫彎扭顫振。邊界條件：1）認為機翼是一端固定的彈性懸臂梁；2）振動時副翼相對機翼主體不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。彎扭顫振產(chǎn)生的機理：A、彎扭振動（只考慮彈性力和慣性力的作用）（2）彎扭顫振B、彎扭顫振飛機在飛行中，機翼彎扭變形必然要引起附加的空氣動力P，P作用在剖面的焦點上。13B、彎扭顫振②減振力—P（彎曲引起的）①激振力—P（扭轉(zhuǎn)引起的）③阻尼力—內(nèi)摩擦力PF，與速度V0無關(guān)。14由P、P、PF隨飛行速度V0變化的曲線可以看出：V0<Vcr,F

時，P<P+PF

，是減幅振動；Vcr,F

是機翼開始發(fā)生顫振的速度，叫做彎扭顫振臨界速度。如果飛行速度超過顫振臨界速度，振幅將不斷增大，直至機翼破壞。彎扭顫振臨界速度V0=Vcr,F

時，P=P+PF

，是等幅振動；V0>Vcr,F

時，P=P+PF

，是增幅振動；ΔPθΔPα＋ΔPF15防止彎扭顫振的措施原則：一般建議

Vcr,F>1.1Vmaxmax。其中Vcr,F=f(結(jié)構(gòu)剛度、剛心和重心的相對位置、機翼的幾何參數(shù)、飛行高度等)。防止彎扭顫振的措施措施：（a）合理配置載重、設(shè)備等，使剖面重心移近剛心，以減小扭矩。最有效的辦法是在翼尖前緣加配重；（b）加厚蒙皮和梁（或墻）的腹板，提高抗扭剛度；（c）運用主動控制技術(shù)。16（3）彎曲副翼顫振定義：機翼彎曲振動的同時，因副翼反復偏轉(zhuǎn)引起的顫振，叫做彎曲偏轉(zhuǎn)顫振。假設(shè)：1）機翼扭轉(zhuǎn)剛度極大，只能彎曲不能扭轉(zhuǎn)；2）副翼可以隨意偏轉(zhuǎn)。（3）彎曲副翼顫振發(fā)生彎曲副翼顫振的機理

一般情況下，副翼結(jié)構(gòu)的剖面重心位于轉(zhuǎn)軸之后。當機翼彎曲振動時，副翼的質(zhì)量慣性力Na

作用于副翼重心，方向與加速度a

相反，背離平衡位置，引起副翼偏轉(zhuǎn)。17飛行中，因副翼偏轉(zhuǎn)引起的附加氣動力P為彎曲副翼顫振的機理其中

Cy—副翼單位偏角引起的升力系數(shù)增量18彎曲副翼顫振臨界速度Vcr,F

。由P、P、PF隨飛行速度V0變化的曲線可以看出：

V0<Vcr,F

時，

P<P+PF

，是減幅振動；P的方向與機翼彎曲方向一致，——是激振力。與機翼彎扭顫振相同，同樣也存在減振力P、

PF彎曲副翼顫振臨界速度V0=Vcr,F

時，P=P+PF

，是等幅振動；V0>Vcr,F

時，P=P+PF

，是增幅振動。19防止彎曲副翼顫振的措施原則：1）提高臨界速度

Vcr,F

；2）防止副翼隨便偏轉(zhuǎn)

。防止彎曲副翼顫振的措施措施：（a）副翼采用重量平衡，將其重心前移到轉(zhuǎn)軸上（完全平衡），甚至轉(zhuǎn)軸前（過度平衡）。如加前緣配重等；（b）裝設(shè)副翼振動阻尼器。通過阻力操縱系統(tǒng)實現(xiàn)；（c）增大操縱系統(tǒng)的剛性，減少操縱系統(tǒng)的間隙。20總結(jié)對整體油箱設(shè)計的要求整體油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計整體油箱的構(gòu)造形式整體油箱的設(shè)計特點整體油箱的密封飛機結(jié)構(gòu)的剛度要求剛度要求與氣動彈性問題氣動彈性問題結(jié)構(gòu)的剛度要求剛度要求的根據(jù)結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計機翼的扭轉(zhuǎn)擴大副翼反效顫振機翼彎扭顫振副翼彎曲顫振機翼變形對氣動載荷的影響21練習題習題1：舉例說明飛機結(jié)構(gòu)中哪些部件主要考慮剛度設(shè)計，那些部件主要考慮強度設(shè)計？習題2：改善結(jié)構(gòu)氣動彈性性能的主要設(shè)計方法有哪些？22退出第十一講結(jié)束

23后掠機翼的變形對攻角的