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此外機(jī)翼后掠后,由于半翼面的壓力中心顯然比直機(jī)翼后移,在根部剖面剛心位置變化不大的情況下會(huì)對(duì)根部剖面處的載荷(主要是扭矩)有較大的增加。
上述這些問(wèn)題均隨著后掠角的增大而更趨嚴(yán)重。為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)后掠翼的剛度提出了更高的要求。然而實(shí)際情況是后掠翼的彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度(尤其是扭轉(zhuǎn)剛度)比直機(jī)翼要小。所以對(duì)后掠翼來(lái)說(shuō),保證強(qiáng)度、剛度的要求與減輕重量要求之間的矛盾更為突出。可是結(jié)構(gòu)型式的選擇不可能僅由結(jié)構(gòu)受力要求來(lái)確定,由于需要開(kāi)口或其他原因,有些部位不能采用上述型式,因此在后掠翼上,有不少就采用了混合式結(jié)構(gòu)。如殲 /0,殲 /1飛機(jī)的外段單塊式、根部梁架式結(jié)構(gòu);23 /4采用的大部分為多腹板式、近根部為多梁式的結(jié)構(gòu),等等。
(5)后掠機(jī)翼的受力特點(diǎn)—
—后掠效應(yīng)。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)折的梁。其外段實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)直機(jī)翼,關(guān)于直機(jī)翼的受力分析仍可沿用。其主要特點(diǎn)是反映在根部三角區(qū)內(nèi)。為了分析該三角區(qū)的存在對(duì)后掠翼根部受力的影響,現(xiàn)以一雙梁?jiǎn)螇K式后掠機(jī)翼為例,取出一段機(jī)翼來(lái)進(jìn)行分析。
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)均受軸向拉、壓。現(xiàn)先假定根肋外的機(jī)翼是絕對(duì)剛硬的,則根部剖面 /5在彎矩 6作用下將繞剖面的中性軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。而該剖面是支持在根部剖面內(nèi)側(cè)的縱向構(gòu)
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件上,因此內(nèi)側(cè)各縱向構(gòu)件應(yīng)產(chǎn)生相同的位移 。然而,由于根部三角區(qū)各縱向構(gòu)件的長(zhǎng)度不同,靠近前緣的長(zhǎng),靠近后緣的短,因此它們的軸向拉、壓剛度不同(拉、壓剛度 " % &)。在滿足變形()一致條件下,各縱向元件所承擔(dān)的軸力將按它們的剛度分配。前梁附近的縱向構(gòu)件剛度小,分配到的載荷小,應(yīng)力較低;后梁附近的縱向構(gòu)件剛度大,分配到的載荷較大,應(yīng)力就較高。這種應(yīng)力向后緣集中的現(xiàn)象,通常稱之為后掠效應(yīng)。后掠角愈大,后掠效應(yīng)愈嚴(yán)重。
理論研究證明,根部剖面 ’ ()處此時(shí)的應(yīng)力 "*沿剖面的 +軸呈雙曲線分布。需要指出的是:上面這一分析是在假設(shè)機(jī)翼外段是絕對(duì)剛硬、根部剖面變形后仍然是平面的條件下得出的。實(shí)際上,機(jī)翼外段是彈性的,因此外段機(jī)翼在附加應(yīng)力 "作用下要發(fā)生變形,剖面在變形后也不是一個(gè)平面,要產(chǎn)生翹曲,因此外段彈性的影響會(huì)使應(yīng)力向后緣集中的現(xiàn)象有所緩和,但后掠效應(yīng)仍是存在的。
如以 " ,表示基本應(yīng)力, " , -&./0,它等于機(jī)翼不后掠時(shí)該剖面處的應(yīng)力( .為機(jī)翼有效高度,月為翼箱寬度, 0為壁板厚度)。另有一組附加應(yīng)力為 ",則根部的實(shí)際應(yīng)力 " * " ,1 "。附加應(yīng)力 "應(yīng)是一組自身平衡的應(yīng)力,稱之為“次應(yīng)力”,這組次應(yīng)力的作用使前梁卸載、后梁加載,其數(shù)值可達(dá)基本應(yīng)力的 )23 4 523。
由彈性力學(xué)的圣維南原理可導(dǎo)出如下結(jié)論:如果在一個(gè)彈性體的任一部分 6上作用一自身平衡力系,那么該自身平衡力系在此物體內(nèi)所引起的應(yīng)力,隨著離開(kāi)部分 6的距離加大而很快地減小,這個(gè)影響區(qū)大致和載荷作用區(qū)域的大小相當(dāng)。因此當(dāng)根部剖面上作用一自身平衡力系 )",后,根據(jù)上述結(jié)論可知,該次應(yīng)力的作用還將延伸到三角區(qū)外側(cè)的直機(jī)翼段上。但它沿展向很快衰減,衰減區(qū)的長(zhǎng)度 7近似等于翼箱寬度(’ 4’89)/,因此在距根部剖面 7以外的機(jī)翼外段,基本上可以不必考慮次應(yīng)力)",的影響。
:8后掠機(jī)翼的傳力分析
后掠機(jī)翼也有各種結(jié)構(gòu)型式,如多梁?jiǎn)螇K式、多墻式以及根部梁架式等。本節(jié)僅以一兩種典型情況進(jìn)行分析,主要目的是掌握后掠機(jī)翼根部結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)以及分析方法,為讀者自行分析其他型式的受力打下基礎(chǔ),起到舉一反三的作用。
雙梁?jiǎn)螇K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)折的雙梁?jiǎn)螇K式后掠翼為例討論之。
這種機(jī)翼的外段和雙梁?jiǎn)螇K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 6(/(;(由梁緣條、長(zhǎng)桁、蒙皮組成或?yàn)檎w加筋板,宜受沿長(zhǎng)桁方向的正應(yīng)力)、側(cè)邊加強(qiáng)肋 6/、根部加強(qiáng)肋 6;、前梁 /;。
為研究方便起見(jiàn),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 -0來(lái)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,
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第二篇 ,現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)
后梁上的剪流直接由對(duì)接接頭傳給機(jī)身。
剪力 分為兩部分。作用在后梁與機(jī)身對(duì)接點(diǎn)處的剪力 "直接傳給機(jī)身。作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 %點(diǎn)傳遞,在 %點(diǎn)傳給機(jī)身。
在剪力 、扭矩 &’的傳遞過(guò)程中,三角形壁板和側(cè)邊翼肋均需受載。
由以上分析可知,對(duì)于雙梁?jiǎn)螇K后掠機(jī)翼,若縱向構(gòu)件在機(jī)身側(cè)邊轉(zhuǎn)折,則側(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(lái)平衡。因此側(cè)邊翼肋基本上是受剪,彎矩很小,因而緣條不需十分強(qiáng)。但腹板要強(qiáng),而且為了提高側(cè)邊腹板的剪切穩(wěn)定性,腹板上一般鉚有較密的加強(qiáng)型材。
梁架式后掠機(jī)翼根部的傳力分析。有些后掠機(jī)翼為了解決受力和布置之間的矛盾,在根部采用梁架式結(jié)構(gòu)。如某強(qiáng)擊機(jī)在 (肋以外為單塊式結(jié)構(gòu),在根部為收藏主起落架在下翼面布置了大開(kāi)口,破壞了單塊式結(jié)構(gòu)的傳力路線;又由于機(jī)身中無(wú)法通過(guò)中央翼;此外還考慮到雙梁式后掠機(jī)翼上出現(xiàn)的后掠效應(yīng)將使后梁受載嚴(yán)重,為減輕后梁載荷,故此在 (肋以內(nèi)的根部采用了增加一根主梁的梁架式結(jié)構(gòu)。
梁架式結(jié)構(gòu)一般是指由主梁(也稱內(nèi)撐梁)、前梁、后梁等若干個(gè)翼梁和根部加強(qiáng)肋(即 (肋)、側(cè)邊加強(qiáng)肋等組成一個(gè)受力構(gòu)架,即謂之“梁架”。(肋以外的情況類同一般單塊式直機(jī)翼;到“根”部(指到 (肋剖面處)要轉(zhuǎn)成梁架式受力。因此在 (肋外將通過(guò)結(jié)構(gòu)參與把彎矩集中到前、后梁上;到 (肋以內(nèi)將由梁架結(jié)構(gòu)來(lái)承受并向機(jī)身傳遞外側(cè)機(jī)翼傳來(lái)的彎矩、剪力和扭矩。實(shí)際上,根部所受載荷除外段傳來(lái)的 &,,&’外,還有根部區(qū)內(nèi)的局部氣動(dòng)載荷、質(zhì)量力以及起落架傳來(lái)的載荷等。下面我們只討論外段傳來(lái)的彎矩、剪力和扭矩向梁架結(jié)構(gòu)傳遞的情況,對(duì)于其他載荷,讀者可自行分析。
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