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時(shí)間:2011-02-10 15:42來源:藍(lán)天飛行翻譯 作者:admin
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第三節(jié) %機(jī)身典型結(jié)構(gòu)型式的傳力分析
一、機(jī)身結(jié)構(gòu)的組成元件及其功用
現(xiàn)代飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)是由縱向元件(沿機(jī)身縱軸方向) ———長桁、桁梁和垂直于機(jī)身縱軸的橫向元件— ——隔框以及蒙皮組合而成。機(jī)身結(jié)構(gòu)各元件的功用相應(yīng)地與機(jī)翼結(jié)構(gòu)中的長桁、翼肋、蒙皮的功用基本相同。
&"隔框
隔框分為普通框與加強(qiáng)框兩大類。
普通框用來維持機(jī)身的截面形狀。一般沿機(jī)身周邊空氣壓力為對(duì)稱分布,此時(shí)空氣動(dòng)力在框上自身平衡,不再傳到機(jī)身的其他結(jié)構(gòu)上去。普通框都設(shè)計(jì)成環(huán)形框,當(dāng)機(jī)身為圓截面時(shí),普通框的內(nèi)力為環(huán)向拉應(yīng)力;當(dāng)機(jī)身截面有局部接近平直段時(shí),則普通框內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生彎曲內(nèi)力。此外,普通框還受到因機(jī)身彎曲變形引起的分布?jí)毫?’&,’&是自身平衡的。普通框還對(duì)蒙皮和長桁起支持作用。隔框間距影響長桁的總體穩(wěn)定性。
加強(qiáng)框除上述作用外,其主要功用是將裝載的質(zhì)量力和其它部件上的載荷、經(jīng)接頭傳到機(jī)身結(jié)構(gòu)上的集中力加以擴(kuò)散,然后以剪流的形式傳給蒙皮。
•&&•

 
"長桁與桁梁
長桁作為機(jī)身結(jié)構(gòu)的縱向構(gòu)件,在桁條式機(jī)身中主要用以承受機(jī)身彎曲時(shí)產(chǎn)生的軸力。另外長桁對(duì)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(dòng)力并傳給隔框,與機(jī)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(jī)身蒙皮在構(gòu)造上的功用是構(gòu)成機(jī)身的氣動(dòng)外形,并保持表面光滑,所以它承受的載荷為局部空氣動(dòng)力。且蒙皮在機(jī)身總體受載中起很重要的作用,它承受 %&,%’兩個(gè)平面內(nèi)的剪力 (&、(’(繞 軸)同時(shí)和長桁等一起組成壁板承受兩個(gè)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(jī)身承彎時(shí)它的作用大小不同。
二、機(jī)身結(jié)構(gòu)的典型受力型式
+"桁梁式(見圖 + ,-,+(.))

圖 + ,-,+/機(jī)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(diǎn)是有幾根(如四根)桁梁,桁梁的截面積較大。在這類機(jī)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(jī)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(diǎn)可以看出,在桁梁之間布置大開口,不會(huì)顯著降低機(jī)身的抗彎強(qiáng)度和剛度。雖然因大開口會(huì)減小結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度與剛度而必須補(bǔ)強(qiáng),但相對(duì)桁條式和硬殼式來說,同樣的開口,桁梁式補(bǔ)強(qiáng)引起的重量增加較少。
"桁條式(見圖 + ,-,+(0))
這種型式機(jī)身的特點(diǎn)是長桁較密、較強(qiáng);蒙皮較厚。此時(shí)彎曲引起的軸向力將由許
•++•
 
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(diǎn)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(dòng)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(jī)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(diǎn),只要沒有很大的開口,機(jī)身多數(shù)采用桁條式結(jié)構(gòu)。
"硬殼式(見圖  % (&))
硬殼式機(jī)身結(jié)構(gòu)是由蒙皮與少數(shù)隔框組成。其特點(diǎn)是沒有縱向構(gòu)件,蒙皮厚。由厚蒙皮承受由機(jī)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(jī)身截面形狀、支持蒙皮和承受、擴(kuò)散框平面內(nèi)的集中力。因?yàn)槊善ず瘛⒕植縿偠却螅愿艨驍?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(shí)際上這種型式在機(jī)身上用得很少,其根本原因是因?yàn)闄C(jī)身的相對(duì)載荷較小,而且機(jī)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(bǔ)強(qiáng)增重較大。所以只在直徑較小的機(jī)身上和機(jī)身結(jié)構(gòu)中某些氣動(dòng)載荷較大、要求蒙皮局部剛度較大的部位如頭部、機(jī)頭罩、尾錐等處有采用。
三、機(jī)身結(jié)構(gòu)的受力分析
機(jī)身結(jié)構(gòu)的受力分析與機(jī)翼類似,只是根據(jù)機(jī)身的特點(diǎn),重點(diǎn)是討論集中力或力矩的傳遞。本節(jié)將以作用在機(jī)身后段上的一個(gè)垂直集中力 ’(
(例如由平尾安定面接頭傳來)來分析對(duì)不同的結(jié)構(gòu)受力型式,載荷是如何傳給機(jī)身結(jié)構(gòu)的,又是如何在機(jī)身結(jié)構(gòu)中傳遞的。

圖  % )*桁條式機(jī)身在框平面內(nèi)受 ’(力時(shí)的傳力分析
(+)支反剪流分布圖( ,)蒙皮和長桁的平衡( &)’力向機(jī)身段傳遞時(shí)彎矩引起的軸向力在長桁上的分布

•-•
 
圖  " "表示桁條式機(jī)身的一個(gè)加強(qiáng)隔框,它和水平尾翼某接頭相連接。該強(qiáng)隔框受到由接頭傳來的 %&力。該框受到 %&力后,要有向上移動(dòng)的趨勢(shì),對(duì)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(jī)身的受力型式,更明確地說,是和該框平面處機(jī)身殼體上受正應(yīng)力面積的分布有關(guān)。對(duì)桁條式機(jī)身,假設(shè)只有桁條承受正應(yīng)力,而蒙皮只受剪切時(shí)(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?yàn)槊善づc桁條連接,蒙皮因剪流 ’受剪時(shí)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(jī)身結(jié)構(gòu)中傳遞時(shí),沿某一剖面上各長桁上的軸力分布如圖  " "(+)所示。圖  " "( (),( +)表示一個(gè)空間薄壁梁在受到一個(gè)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(qiáng)框承受該集中載荷;"框?qū)⒓辛U(kuò)散,以剪流形式傳給蒙皮;剪流在蒙皮中向機(jī)身中段(此處是向前)傳遞時(shí),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(yuǎn)( 1向),該軸力將越大,沿工向近似為直線分布。,和 -即屬機(jī)身的總體內(nèi)力。
 
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