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翼肋
普通翼肋構造上的功用是維持機翼剖面所需的形狀。一般它與蒙皮、長桁相連,機翼受氣動載荷時,它以自身平面內的剛度向蒙皮、長桁提供垂直方向的支持。同時翼肋又沿周邊支持在蒙皮和梁(或墻)的腹板上,在翼肋受載時,由蒙皮、腹板向翼肋提供各自平面內的支承剪流,
加強翼肋雖也有上述作用,但其主要是用于承受并傳遞自身平面內的較大的集中載荷或由于結構不連續(如大開口處)引起的附加載荷。
%翼粱
翼梁由梁的腹板和緣條(或稱凸緣)組成。翼梁是單純的受力件,主要承受剪力 &和彎矩 ’。在有的結構型式中,它是機翼主要的縱向受力件,承受機翼的全部或大部分彎矩。翼梁大多在根部與機身固接。
(縱墻
縱墻(包括腹板)的緣條比梁緣條弱得多,一般與長桁相近,縱墻與機身的連接為鉸接。腹板即沒有緣條。墻和腹板一般都不能承受彎矩,但與蒙皮組成封閉盒段以承受機翼的扭矩。后墻則還有封閉機翼內部容積的作用。
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機翼的特點是薄壁結構,因此以上各構件之間的連接大多采用分散連接,如鉚釘連接、螺栓連接、點焊、膠接或它們的混合型式— ——如膠鉚等。連接縫間的作用力可視為分布剪流型式。
除以上構成機翼結構的基本構件外,還有機翼一機身連接接頭,它是重要受力件。接頭的型式視機翼結構的受力型式而定。連接接頭至少要保證機翼靜定地固定于機身上,即能提供六個自由度的約束。實際上一般該連接是靜不定的。
二、典型構件的受力特性
飛機機體結構及其典型構件大多是薄壁結構,即由最基本的板、桿元件連接組合而成。設計中應根據薄壁構件的最佳受力特性進行恰當組合,使它們各自分擔最符合自身受力特性的載荷,才能使設計的結構重量輕、剛度大。這也是傳力路線分析的基本依據。構件的受力特性是指它在各方向(平面)上的承載及變形能力,最佳受力特性則指在它剛度最大的方向(平面)上的承載特性。顯然,在構件最佳受載特性的方向上作用載荷,構件產生的變形小,內力也小,效率就高。以一圓截面兩端鉸支的桿為例,已知剖面面積 " %%&,’ " (%%,) " *+,,-" .&/)0,1 " &/)0。在 )力作用下可求得桿向應力 ") 2 "/)0,%03 4 1,強度足夠。現若在桿中點 5處單獨作用一橫向集中力 6,并取 %03 4 7,則可求出此桿所能承受的最大橫向力僅為 .8,。
下面分析飛機機體結構中典型構件的主要受力特性。(*)桿。只能承受(或傳遞)沿桿軸向的分布力或集中力。機翼中的長桁、翼梁緣條就屬此類元件。
(&)板。一塊薄平板適宜承受在板平面內的分布載荷,包括剪流和拉壓應力。在薄板受壓和受剪時,必須考慮穩定性問題。一般來說,當薄板沒有加強件加強時,承壓的能力比承拉的能力小得多,故粗略分析時常將它略去。同時要注意薄板不適宜受集中力。由。于板的厚度較薄,很易撕裂,所以要傳遞板平面內的集中力就必須附加一構件,將集中力擴散成分布剪流,否則板不能直接承受此集中力。機翼中的墻、翼梁和翼肋的腹板常簡化成薄板。厚板則能直接受一定的集中力,同時既可受剪,也可受拉、壓,而且在剖面橫向也有較好的彎曲剛度。
(9)平面板桿結構。它由位于同一平面內的板、桿元件組成,適宜受作用在該平面內的載荷。因桿宜于受軸向力,因此可沿板桿結構中的任何桿件加以沿桿軸方向的力。如果某一節點為兩根不同方向的桿的交點時,則可在此節點上加以在該平面內任意方向上的集中力。
當由薄板與桿構成結構時,桿、板之間只能相互傳遞剪流。因為若板將拉伸應力傳遞于桿時,必定會使桿受到一橫向載荷而引起彎矩,這將與桿不能受彎的假設相矛
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盾。由此還可推知,當板桿結構為三角形時,由于不應有橫向載荷給桿,則三角形薄板周邊上將只可能承受純剪流;但根據板的平衡又知,此時對板的任一頂點取力矩均不能平衡,可見三角形薄板不能受剪。但若為可受正應力的三角形厚板,板邊又有合適的支持時,還是能受剪的。飛機結構中最常見的平面板桿結構是由長桁加強的蒙皮壁板結構,這種結構能受拉伸、壓縮和剪切載荷。為了計算方便,根據蒙皮的厚度不同可簡化成不同的模型。常用的一種模型是將板(蒙皮)承受拉壓的能力合并到桿
(長桁)中去,即仍簡化為受剪板和受軸力桿。()平面梁。平面梁可以是薄壁結構組合梁,也可以是整體梁,它適于受梁平面內的載荷。在傳力分析中可以近似認為腹板只受分布剪流形式的剪力。而緣條作為桿元受軸向力,上、下兩緣條分別受拉和受壓,即可承受梁平面內的彎矩。
(")空間薄壁盒式梁這類結構可看成是平面板桿結構在空間上的組合翼面結構都可簡化成薄壁盒式梁結構。經合理設計可承受空間任意方向力,構件或元件以最有利承載特性受載。盒式梁還可分成單閉室或多閉室結構型式,多閉室為靜不定結構。
了解了各種構件的受力特性后,我們在結構設計時就應盡量使構件按各自的受力特性來受載,“揚其所長,避其所短”,才能充分發揮材料的潛力,使結構設計得更輕。而在傳力分析時,就可按各自的受力特性合理簡化各構件、元件(如對梁的緣條可簡化為桿元處理,忽略其承彎能力),這樣既可使分析工作大大簡化,又不致引起太大的誤差。
第三節 翼面典型結構型式及其傳力分析
一、傳力分析方法
實際機翼結構一般都是高度靜不定的復雜結構,從受力的角度看有主要部分(如主要受力翼盒)和主要元件、構件(如翼梁、翼肋、長桁、蒙皮、接頭等),以及次要部分
(如機翼后緣)和次要元件(如連接角片、墊片等)兩大類。在結構分析、設計計算或強度校核時均需進行必要的簡化,只是各階段工作對計算值的精確度要求不同,所取的簡化模型和簡化程度有所不同。傳力分析主要是以工程梁理論為基礎,對結構的傳力規律進行以定性分析為主的分析工作。雖然工程梁理論的基本假設(如細長梁假設)在有些結構情況下不盡滿足,但只要簡化模型取得合理,能抓住主要矛盾,同時對某些局部區域進行必要的理論修正后,分析結果仍有相當的可靠性,而且物理概念清晰,尤其是對中、大展弦比等機翼,有時還可作為粗定量分析之用。通過傳力分析
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