可以較好地研究機翼的傳力規律和參加承受機翼總體力的主要結構的受力特點。
"傳力分析中的結構簡化原則
()略去次要構件和次要結構部分。使結構簡化為只有兩根梁之間的單閉室翼盒結構來承受機翼的總體內力,這樣,既降低了結構的靜不定數,又抓住了結構傳力的主要部分。
()略去構件的次要受力特性。因此認為它只是承受軸向力,而忽略其承彎能力。但這不是絕對的,當 很小,以致 %&’ ( ),那么它還是能承受由力戶引起的彎矩。
(*)簡化集中連接為鉸支或固支,簡化分散的鉚連接為連續連接。這種簡化使得傳力分析在一個理想的結構模型中進行,使分析結果理性化。但在安全壽命、損傷容限等分析工作中,這種簡化是不合理的,它忽略了構件連接的細節效應,而這種效應往往是導致結構失效的危險因素。
上述簡化一般應以偏安全為宜。
"結構或構件能夠承載的條件
()一個構件能否傳遞這種或那種載荷,就要看該構件在此種載荷下能否滿足強度要求(不發生破壞)或在通常結構效率下(構件的重量不應過大)構件的形變是否超過了允許值。如不能滿足這其中條件之一,就認為它不能承受并傳遞該載荷。
()除了解結構中各構件能否承受某種載荷或是否適宜承受某種載荷外,還必須考察結構中各構件的連接能否傳遞該種作用載荷,即某個力能否傳到某構件上(傳人);又是否能從該構件傳到另外一些構件上(傳出);最后能否傳到支承該結構的基礎上(傳至基礎)。三個條件缺一不可。
例如,一個薄壁梁要通過某接頭承受彎矩,那末該接頭必須能使彎矩傳人。可使接頭在梁平面內與其上、下緣條相連,以便保證構成彎矩的一對軸力傳人。而若該彎矩直接以集中力的形式加到腹板上,則因不符薄板受力特性,無法傳人。又如討論某一孤立的平面梁,雖然它本身能承受作用于自身平面內的彎矩,但如果根部與基礎是鉸接,那么彎矩就不能從根部傳出去,這樣實際上此梁就不能受此彎矩。因此構件的支承情況應與構件的受力特性相適應才能使構件傳一定的力。
*"靜不定結構受力時的剛度分配原則
一般結構分為靜定結構和靜不定結構。在靜定結構中,力在各元件中的分配是確定的。它們只和各元件(或支座)及作用力的相對幾何位置有關,根據靜力平衡條件即可確定各元件的內力。而靜不定結構,除去靜力平衡方程外,還必須同時根據變形協調條件才能求出各元件所受的力,即力的分配還和各元件本身的剛度和支承條件有關。在一定條件下(如機翼變形符合平剖面假設),結構中各個元件可直接按照本身剛度的大小比例來分配它們共同承擔的載荷,這種正比關系我們稱之為“剛度分
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配原則”。在定性分析中我們往往應用剛度分配法來研究力在靜不定結構中的傳遞規律。
剛度是指材料和結構抵抗變形的能力。這里所說的剛度是指元件(構件)的結構剛度,它的度量是指元件在載荷作用下抵抗變形的能力,即元件產生單位變形所需的外載值。一個結構有各種變形,如伸長、轉角或扭角等,則對應的就有拉伸剛度、彎曲剛度和扭轉剛度。
"傳力分析方法
從結構的外載荷作用處開始,依次取出各個構件部分或元件為分離體,按它們各自的受力痔性合理簡化成典型的受力構件—
—如盒式梁、平面梁、板、桿等,并根據與該部分結構相連的其他構件的受力特性及它們相互間的連接,由靜力平衡條件,確定出各級分離體上的“外載”(作用力)和支承力,并畫出各構件的內力圖。這樣,通過各級分離體圖既可了解力在結構中的傳遞過程,又可知道各構件的傳力功用和大致的內力分布。
二、翼面結構的典型受力型式
所謂翼面結構的受力型式是指結構中起主要作用的受力構件的組成型式。各種不同的受力型式表征了翼面結構不同的總體受力特點。受力型式比相應的真實翼面結構簡單得多。對于組成某受力型式的各主要受力構件(如翼肋、翼梁等),我們并不注意它們本身的具體構造,而"是著重分析它們各自的受力作用。
翼面結構的典型受力型式有:薄蒙皮梁式、多梁單塊式、多墻(多梁)式和混合式等,其中有一些為厚壁結構(如整體壁板式)。下面列舉幾種典型受力型式翼面結構的構造特點。
()薄蒙皮梁式主要的構造特點是蒙皮很薄,常用輕質鋁合金制作,縱向翼梁很強(有單梁、雙梁或多梁等布置);縱向長桁較少且弱,梁緣條的剖面與長桁相比要大得多,當布置有一根縱梁時同時還要布置有一根以上的縱墻。該型式的機翼通常不作為一個整體,而是分成左、右兩個機翼,用幾個梁、墻根部傳集中載荷的對接接頭與機身連接。薄蒙皮梁式翼面結構常用于早期的低速飛機或現代農用飛機、運動飛機中,這些飛機的翼面結構高度較大,梁作為惟一傳遞總體彎矩的構件,在截面高度較大處布置較強的梁,從效率上看還是適宜的。
(%)多梁單塊式從構造上看,蒙皮較厚,與長桁、翼梁緣條組成可受軸力的壁板承受總體彎矩;縱向長桁布置較密,長桁截面積與梁的橫截面比較接近或略小;梁或墻與壁板形成封閉的盒段,增強了翼面結構的抗扭剛度。為充分發揮多梁單塊式機翼的受力特性,左、右機翼最好連成整體貫穿機身。有時為使用、維修的方便,可在展向布置有設計分離面,分離面處采用沿翼盒周緣分散連接的型式將全機翼連成一體,
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然后整個機翼另通過幾個接頭與機身相連。
()多墻厚蒙皮式 "(有時稱多梁厚蒙皮式,以下簡稱為多墻式)這類機翼布置了較多的縱墻(一般多于 個),蒙皮厚(可從幾毫米到十幾毫米),無長桁,有少肋、多肋兩種,但結合受集中力的需要,至少每側機翼上要布置 個加強翼脅。當左、右機翼連成整體時,與機身的連接與多梁單塊式類似。但有的與薄蒙皮梁式類似,分成左、右機翼,在機身側邊與之相連。此時往往由多墻式過渡到多梁式,用少于墻數量的幾個梁的根部集中對接接頭在根部與機身相連。
在“飛機總體設計”課程中,我們已知道,機翼有各種不同的平面形狀,大致可分為直機翼、后掠翼、三角機翼和小展弦比直機翼四種。它們分別用于不同速度、不同類型的飛機上。例如直機翼主要用于低速飛機上。后掠翼主要用于高亞音速和超音速飛機上。國外還有變后掠機翼的飛機,后掠角可在 %&’ (&’之間變化,以適應飛機低空低速、高空高速、低空高速的性能變化要求。三角翼和小展弦比直機翼用于超音速飛機上。不同類型平面形狀的機翼,往往采用不同型式的機翼結構。即使是同一種類型的平面形狀,其結構型式也由于各飛機的具體設計要求之不同而各異。
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