"長桁與桁梁
長桁作為機身結(jié)構(gòu)的縱向構(gòu)件,在桁條式機身中主要用以承受機身彎曲時產(chǎn)生的軸力。另外長桁對蒙皮有支持作用,它提高了蒙皮的受壓、受剪失穩(wěn)臨界應(yīng)力;其次它承受部分作用在蒙皮上的氣動力并傳給隔框,與機翼的長桁相似。桁梁的作用與長桁相似,只是截面積比長桁大。
"蒙皮
機身蒙皮在構(gòu)造上的功用是構(gòu)成機身的氣動外形,并保持表面光滑,所以它承受的載荷為局部空氣動力。且蒙皮在機身總體受載中起很重要的作用,它承受 %&,%’兩個平面內(nèi)的剪力 (&、(’(繞 軸)同時和長桁等一起組成壁板承受兩個平面
和扭矩 )*;內(nèi)彎矩引起的軸力,只是隨構(gòu)造型式的不同,機身承彎時它的作用大小不同。
二、機身結(jié)構(gòu)的典型受力型式
+"桁梁式(見圖 + ,-,+(.))
圖 + ,-,+/機身結(jié)構(gòu)典型受力形式(0)桁條式 /(.)桁梁式 /(1)硬殼式 +—長桁 /—桁梁 /—蒙皮 /2—隔框
它的結(jié)構(gòu)特點是有幾根(如四根)桁梁,桁梁的截面積較大。在這類機身結(jié)構(gòu)上長桁的數(shù)量較少而且較弱,甚至長桁可以不連續(xù);蒙皮較薄。這種結(jié)構(gòu)的機身,彎曲引起的軸向力主要由桁梁承受,蒙皮和長桁只承受很小部分的軸力。剪力則全部由蒙皮承受。從它的受力特點可以看出,在桁梁之間布置大開口,不會顯著降低機身的抗彎強度和剛度。雖然因大開口會減小結(jié)構(gòu)的抗剪強度與剛度而必須補強,但相對桁條式和硬殼式來說,同樣的開口,桁梁式補強引起的重量增加較少。
"桁條式(見圖 + ,-,+(0))
這種型式機身的特點是長桁較密、較強;蒙皮較厚。此時彎曲引起的軸向力將由許
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多桁條與較厚的蒙皮組成的壁板來承受;剪力仍全部由蒙皮承受。從其受力特點可以看出,蒙皮上不宜開大口。但與桁梁式相比,它的彎、扭剛度(尤其是扭轉(zhuǎn)剛度)比桁梁式大。由于蒙皮較厚,在空氣動力作用下,蒙皮的局部變形也小,有利于改善性能。
桁條式和桁梁式,統(tǒng)稱為半硬殼式。現(xiàn)代飛機絕大部分采用半硬殼式結(jié)構(gòu)。而且由于桁條式的優(yōu)點,只要沒有很大的開口,機身多數(shù)采用桁條式結(jié)構(gòu)。
"硬殼式(見圖 % (&))
硬殼式機身結(jié)構(gòu)是由蒙皮與少數(shù)隔框組成。其特點是沒有縱向構(gòu)件,蒙皮厚。由厚蒙皮承受由機身總體彎、剪、扭載荷形成的全部軸力和剪力。隔框用于維持機身截面形狀、支持蒙皮和承受、擴散框平面內(nèi)的集中力。因為蒙皮厚、局部剛度大,所以隔框數(shù)量少。這種型式由于材料都布置在結(jié)構(gòu)最大高度上,在其他條件相同的情況下,有較大的彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度。但實際上這種型式在機身上用得很少,其根本原因是因為機身的相對載荷較小,而且機身不可避免要有大開口,因而蒙皮材料的利用率不高,開口補強增重較大。所以只在直徑較小的機身上和機身結(jié)構(gòu)中某些氣動載荷較大、要求蒙皮局部剛度較大的部位如頭部、機頭罩、尾錐等處有采用。
三、機身結(jié)構(gòu)的受力分析
機身結(jié)構(gòu)的受力分析與機翼類似,只是根據(jù)機身的特點,重點是討論集中力或力矩的傳遞。本節(jié)將以作用在機身后段上的一個垂直集中力 ’(
(例如由平尾安定面接頭傳來)來分析對不同的結(jié)構(gòu)受力型式,載荷是如何傳給機身結(jié)構(gòu)的,又是如何在機身結(jié)構(gòu)中傳遞的。
圖 % )*桁條式機身在框平面內(nèi)受 ’(力時的傳力分析
(+)支反剪流分布圖( ,)蒙皮和長桁的平衡( &)’力向機身段傳遞時彎矩引起的軸向力在長桁上的分布
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圖 " "表示桁條式機身的一個加強隔框,它和水平尾翼某接頭相連接。該強隔框受到由接頭傳來的 %&力。該框受到 %&力后,要有向上移動的趨勢,對此桁條起不了直接的限制作用,而由蒙皮通過沿框緣的連接鉚釘給隔框以支反剪流 ’。’的分布與機身的受力型式,更明確地說,是和該框平面處機身殼體上受正應(yīng)力面積的分布有關(guān)。對桁條式機身,假設(shè)只有桁條承受正應(yīng)力,而蒙皮只受剪切時(蒙皮受正應(yīng)力能力可折算到桁條上),剪流沿周緣按階梯形分布(見圖 " ")。若蒙皮也受正應(yīng)力,則在兩桁條間的剪流值將不是等值,而成曲線分布。又因為蒙皮與桁條連接,蒙皮因剪流 ’受剪時將由桁條提供軸向支反剪流平衡,也即蒙皮上的剪流 ’將在桁條上產(chǎn)生拉、壓的軸向力,如圖 " "( ()所示。由圖 " "( ))可知蒙皮 *的剪流比蒙皮 上的剪流小,所以使蒙皮 ,間的桁條受壓。同理蒙皮 、,之間的桁條則受拉。最后可得:%&力在機身結(jié)構(gòu)中傳遞時,沿某一剖面上各長桁上的軸力分布如圖 " "(+)所示。圖 " "( (),( +)表示一個空間薄壁梁在受到一個集中力后,梁內(nèi)的剪力及由彎矩引起的軸向力的分布。
由上面的分析可知,作用在框平面內(nèi)的集中力:由加強框承受該集中載荷;"框?qū)⒓辛U散,以剪流形式傳給蒙皮;剪流在蒙皮中向機身中段(此處是向前)傳遞時,其剪切內(nèi)力 ,通過蒙皮連續(xù)向前傳遞,而彎曲內(nèi)力 -則通過桁條的軸向拉、壓力向前傳遞,距 ./0框愈遠( 1向),該軸力將越大,沿工向近似為直線分布。,和 -即屬機身的總體內(nèi)力。
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