第7章 机身结构设计
南京航空航天大学 飞机设计技术研究所
机身结构设计受机身内部装载的要求和与 其他部件的协调的影响较大,因此机身结 构设计不能仅考虑结构受力本身,还要综 合考虑其它各方面的要求.
7.1 机身结构型式的选择 7.1.1 机身的内部布置
合理地布置各种载重,燃油 协调机身与机翼,尾翼,起落架等部件的关系 这些布置是总体设计阶段协调安排确定的. 满足机身断面形状与尺寸大小沿纵轴的分布符 合气动布局的要求 满足飞机对于重心的要求 机身的内部布置和机身与其它部件的连接往往 决定了机身主要传力元构件的布置.
7.1.2 机身结构型式的选择 桁梁式:桁梁的截面面积很大,蒙皮很薄, 长桁很弱.这种结构型式适合于大开口, 小载荷的情况. 桁条式:长桁较密较强,蒙皮较厚.这种 结构适合于小开口,中等载荷的情况. 硬壳式:厚蒙皮结构,几乎没有纵向构件, 其外形和刚度好.这种结构适合于无开口, 大载荷的情况.
相对弯矩
4M Z MZ = Deff
2M X MX = Deff
相对扭矩
图7.1 当量直径Deff的定义
机身结构型式的选择
7.2 机身主要受力构件布置 受力构件布置的依据: 开口(位置,形状,大小和开口特性): 由内部布置和机身与其它部件的连接协 调关系确定 集中力载荷:由装载布置与机身机翼, 机身尾翼,机身起落架 机身受力构件布置主要是指横向构件(加 强框,普通框),纵向构件(长桁,桁梁, 纵向加强壁板,加强长桁)以及蒙皮的布 置.
图7.2 某强击机机身内部布置与主要受力构件的布置 1-前机身桁条;2-垂尾安定面的后梁轴线;3-机身设计分离面;4-减速伞 舱;5-炸弹舱;6-发动机;7-驾驶舱;8-加强框(8,12,13,16,20,24, 25,29,30,41,44号,其中:24号加强框为机翼主梁对接框;17号为 机翼前梁对接框;41号为全动平尾对接框;44为与平尾和垂尾相连的加 强框;29,30为工艺分离面加强框);9-油箱;10-前起落架舱;11-设备舱
一,加强框的布置 (1) 大集中力作用处(如:机翼梁接头处); (2) 大开口的两端; (3) 设计分离面前后; (4) 气密增压座舱端框. 加强框的数目应尽量少,布置加强框必须 遵循"一框多用"的基本设计原则.
普通框 在加强框布置好以后进行的,取决于框之 间的间距. 普通框的间距与长桁的截面或蒙皮的厚度 有一定关系,一般地歼击机的间距为 300mm左右,大型飞机的框间距约了350500mm范围内. 普通框的间距根据统计数据或原准机确定, 然后再根据机身内部安装需要作些调整.
二,桁梁的布置
桁梁一般布置在机身 剖面的四个象限的中 间,即±45°附近 桁梁沿纵向一般等幅 布置 桁梁尽可能保持连续 不断并避免急剧转折
图7.3 桁梁布置
图7.4 桁梁错位的设计方案
图7.5 桁梁转折的传力
三,桁条的布置 加强桁条: 一是为了传递平行于机身纵轴方向的集 中力:机身减速板,机翼接头,尾翼接 头,发动机推力接头 二是在机身的背部(上零纵)和腹部(下零 纵),以承受机身的弯矩MZ. 注意与原有的长桁或桁梁结合起来 "一件多用"
加强长桁 R 腹板 p
集中力扩 散件
机身轴线
隔框
普通桁条: 布置比较密,它们与蒙皮组成承力壁板 设计的初始阶段可按原准机或统计数据 来确定长桁的间距与截面形状. 纵向布置应尽可能按等角辐射线布置, 受力和工艺形好
歼击机:80～150mm 轰炸机和运输机:150～250mm
四,蒙皮的布置
受剪承担剪力和扭距,作为壁板承受正应力 与机翼相比:结构高度大,载荷小,蒙皮薄 一般按受剪来确定 M3的飞机,在受热影响较大的部位 机身蒙皮采用钛合金或不锈钢板材 一般机身中部受力大,两头受力小,故中部蒙 皮比两头的厚. 必须考虑工艺制造,供货来源,生产成本等因 素.
图7.6 某轰炸机机身蒙皮厚度分布
7.3 加强框的设计 类型: 刚框(环形)式 腹板式(包括球面框) 构架式 结构型式和参数与机身外形,内部装载布 置,集中力大小,性质以及支持它的机身 结构的特点有密切关系.
7.3.1 刚框式加强框 由内,外缘条,腹板,支柱等元件组成. 组合式:由挤压型材弯制的缘条,腹板及 支柱铆接而成 整体式:用整体锻造毛坯经机械加工而成 混合式

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