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單塊式機(jī)翼的上、下壁板成為主要受力構(gòu)件。這種機(jī)翼比梁式機(jī)翼的剛度特性好(這點(diǎn)對(duì)后掠機(jī)翼很重要)。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)分散受力,能更好地利用剖面結(jié)構(gòu)高度,因而在某些情況下(如飛機(jī)速度較大時(shí))材料利用率較高,重量可能較輕。此外單塊式機(jī)翼比梁式機(jī)翼生存力強(qiáng)。它的缺點(diǎn)是不便于開口。為了充分發(fā)揮單塊式的傳力特點(diǎn),在它的設(shè)計(jì)分離面處必須采用周緣連接形式,這種連接形式的構(gòu)造復(fù)雜、裝配工藝也比較困難。該式機(jī)翼應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成整體貫通機(jī)身。然而當(dāng)飛機(jī)為中單翼布局時(shí),往往由于機(jī)身內(nèi)部布置的限制,機(jī)翼難以貫通機(jī)身,而只能用幾個(gè)集中接頭與機(jī)身在其側(cè)邊相連,此時(shí)勢(shì)必會(huì)使翼根處的相當(dāng)一部分材料不能充分利用致使重量有所增加。
多腹板式機(jī)翼主要由上、下厚蒙皮承受彎矩。它與梁式、單塊式機(jī)翼相比,材料分散性更大。一般來說,該式機(jī)翼的剛度大、材料利用率也更好些。然而也存在類似單塊式機(jī)翼的缺點(diǎn)。
必須注意的是,如果希望籠統(tǒng)地、簡(jiǎn)單地對(duì)以上幾種受力型式的優(yōu)、缺點(diǎn)做一比較是不合適的。由于它們受力的形式有所不同,因而針對(duì)不同的機(jī)種(如教練機(jī)、殲擊機(jī)或旅客機(jī)),要求達(dá)到的飛行速度就可能不同,機(jī)翼的外形幾何參數(shù)也會(huì)不同,還有其他很多因素的影響,那么就有可能對(duì)一個(gè)具體飛機(jī)來說,采用梁式較好,而對(duì)另一飛機(jī)就可能采用單塊式更好些。這里所說的好壞,主要是指在滿足同樣設(shè)計(jì)要求的前提下,機(jī)翼的結(jié)構(gòu)重量最輕。
第五節(jié) 后掠翼和三角翼的受力分析
一、后掠機(jī)翼的受力特點(diǎn)
后掠機(jī)翼可看做由直機(jī)翼向后轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度而得。它的左、右兩側(cè)的機(jī)翼不是彼此連續(xù)的直梁,而是一個(gè)有轉(zhuǎn)折的盒式梁。因而其外段實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)直機(jī)翼,所有關(guān)于直機(jī)翼受力,分析的結(jié)論仍然適用。其主要特點(diǎn)反映在根部三角區(qū) " %內(nèi)。當(dāng)機(jī)翼受載產(chǎn)生彎曲變形時(shí),由于根部剖面的變形(轉(zhuǎn)角)在后梁區(qū)受到了機(jī)身的限制,不能自由變形,致使整個(gè)剖面發(fā)生翹曲。因而平剖面假設(shè)在根部區(qū)不能成立,從而使機(jī)翼根部的應(yīng)力分布與根據(jù)平剖面假設(shè)得到的結(jié)果相比發(fā)生了重大變化。
以一單塊式后掠機(jī)翼,為例,取出其根部附近的一段機(jī)翼(包括三角區(qū) &’ ()。當(dāng)機(jī)翼受垂直氣動(dòng)載荷作用時(shí),上、下壁板上的各縱向構(gòu)件(長(zhǎng)桁、梁的緣條等)分別受軸向拉、壓。由于根部三角區(qū)的存在,這些縱向構(gòu)件的長(zhǎng)度不等(靠近前梁附近的縱向構(gòu)件較長(zhǎng),靠近后梁附近的較短)。而桿元的拉、壓剛度與其長(zhǎng)度成反比。
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因此,根部各縱向構(gòu)件的拉、壓剛度必定不相等。當(dāng)它們受到由彎矩產(chǎn)生的軸力時(shí),為了滿足相應(yīng)的變形一致條件,將按它們的剛度大小分配它們共同承擔(dān)的軸向力。因前梁附近的縱向構(gòu)件剛度小,分配到的載荷較小,應(yīng)力較低;而后梁附近的縱向構(gòu)件剛度大,分配到的載荷也較大,應(yīng)力較高。因此出現(xiàn)了應(yīng)力向后緣集中的現(xiàn)象,通常稱之為“后掠效應(yīng)” 理論研究和試驗(yàn)證明,根部剖面 "—處的應(yīng)力沿剖面的 軸近似呈雙曲線分布。
后掠機(jī)翼也有各種結(jié)構(gòu)型式,如單塊式、梁架式等。下面僅以一、二種典型結(jié)構(gòu)介紹一下后掠機(jī)翼根部的傳力特點(diǎn)。
二、單塊式后掠機(jī)翼的傳力
單塊式后掠機(jī)翼的具體結(jié)構(gòu)情況有很多種,現(xiàn)僅以縱向構(gòu)件在機(jī)身側(cè)邊轉(zhuǎn)折的單塊式后掠翼為例討論之。這種機(jī)翼的外段和單塊式直機(jī)翼相似。其根部由以下主要受力構(gòu)件組成:上、下壁板 %&’(由縱向元件:梁緣條、長(zhǎng)桁以及蒙皮組成,可受正應(yīng)力)、側(cè)邊加強(qiáng)肋 % &、根部加強(qiáng)肋 %’、前梁 &’。為研究方便起見,將根部三角區(qū)以外的機(jī)翼切除,并在根部剖面上加上剪力 (、彎矩 )、扭矩 )來代替機(jī)翼外段對(duì)根部的作用。扭矩 )*在根部剖面處繼續(xù)由三角形上、下壁板和前梁腹板向中翼和機(jī)身傳遞,后梁上的前流直接由對(duì)接接頭傳給機(jī)身。其各分離體平衡圖如圖 " + ( ,)所示。剪力 (分為兩部分。作用在后梁與機(jī)身對(duì)接點(diǎn)處的力 (直接傳給機(jī)身。人用
-
在前梁與根肋交點(diǎn)上的剪力 ("分兩路傳遞,一路由前梁傳給機(jī)身,另一路由根肋向月點(diǎn)傳遞,在 &點(diǎn)傳給機(jī)身,此時(shí)各構(gòu)件的分離體平衡圖如圖 " + 所示。在剪力 (、扭矩 )的傳遞過程中,三角形壁板和側(cè)邊翼肋均需受載。此時(shí)側(cè)肋的平衡如圖 " + (.)所示。
彎矩 )以壁板上的軸向力形式作用到稂部剖面 %—’上。如以圖 " + ( /)中所示 %點(diǎn)為例,由于在機(jī)身側(cè)邊處,長(zhǎng)桁發(fā)生轉(zhuǎn)折,中翼長(zhǎng)桁只能提供垂直于機(jī)身軸線的支反力,因而如要 %點(diǎn)處于平衡,必須有另一構(gòu)件提供另一個(gè)支反力。為此機(jī)翼機(jī)身接合處也要求布置一側(cè)邊加強(qiáng)肋。
由以上分析可知,對(duì)于單塊式后掠機(jī)翼,由于縱向構(gòu)件在機(jī)身側(cè)邊轉(zhuǎn)折,因此側(cè)邊加強(qiáng)肋在受力上成為必不可少的受力構(gòu)件,它在傳遞彎矩、剪力、扭矩時(shí)都起重要作用。在傳力時(shí),側(cè)邊肋上、下緣條上的剪流(外載荷)的方向總是相反的,這一對(duì)剪流形成一個(gè)力矩,并由前、后梁的腹板提供一對(duì)大小相等、方向相反的垂直方向剪流來平衡。因此側(cè)邊翼肋基本上是受剪,彎矩很小,所以緣條不需十分強(qiáng),但腹板要強(qiáng),而且為了提高側(cè)邊肋腹板的剪切穩(wěn)定性,腹板上一般鉚有較密的加強(qiáng)型材。
•"0+•
圖 " "%扭矩、彎矩、剪刀和傳遞
(&)扭矩的傳遞 %(’)剪力的分配 %(()前力的傳遞 %())彎矩的傳遞 %(*)側(cè)邊肋的平衡
—前梁 %+—三角形上壁板 %—根肋 %,—側(cè)邊加強(qiáng)肋 %-—中翼上壁板
.—長(zhǎng)桁 %—中翼盒段 %/—外翼
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另一種型式的單塊式后掠機(jī)翼,它與帶有中央平直翼盒的后掠翼的不同點(diǎn)在于左、右機(jī)翼在機(jī)身對(duì)稱面處對(duì)接。剪力 和扭矩 ",的傳遞與前面一種類似,并在機(jī)身側(cè)邊傳給機(jī)身,不再傳往中翼。彎矩 "引起的軸力將在機(jī)翼對(duì)稱面處分成兩個(gè)分量, 向分量由左右機(jī)翼自身平衡, %向分量以一個(gè)個(gè)小集中力的形式作用在中央翼肋的上、下緣條上,形成力矩,再由中央翼肋通過中翼段盒段受扭向外側(cè)倒轉(zhuǎn)到機(jī)身側(cè)邊傳給機(jī)身接頭。這種形式必須有相當(dāng)強(qiáng)的中央翼肋。
三、三角翼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
隨著飛行速度的提高,機(jī)翼后掠角增大。當(dāng)后掠角大于 &&’之后,對(duì)機(jī)翼的強(qiáng)度、剛度的要求與后掠翼在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)的可能性之間的矛盾越來越尖銳。因此,在飛行 "數(shù)大于 () &以上的飛機(jī),很多采用了各種形式的三角翼,它保持了后掠翼氣動(dòng)方面的優(yōu)越性。然而由于它的后掠角大( * &&’ + ,&’)、根梢比 -大(可達(dá)十幾)且展弦比 "小(()& +.)&),因此機(jī)翼大部分面積靠近根部,壓力中心內(nèi)移,使根部彎矩減。欢覊毫χ行南鄬(duì)于根部剖面剛心的力臂減小,扭矩也就相應(yīng)的減小。三角翼根弦長(zhǎng),在相對(duì)厚度;相等的條件下,根部結(jié)構(gòu)的絕對(duì)高度較大,梁的結(jié)構(gòu)效率較高,因而其根部結(jié)構(gòu)的抗彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度較大,大大改善了機(jī)翼的強(qiáng)度、剛度特性。
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