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機翼(機身)的剛心是一個由機翼(機身)截
面幾何特性確定位置的點。沿縱向將各截面的剛心連
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肘掃
圖1.1- 20扭轉變形產生的剪
切變形和剪應力
圖1.1 - 21扭轉剪應力
接起來叫做機翼(機身)的剛軸。在結構受力和變形中,剛軸的特點是:通過剛軸的外載
荷只能使機翼(機身)產生彎曲變形,而不發生扭轉;不通過剛軸的載荷會對機翼(機身)
產生扭矩,使機翼(機身)扭轉變形,扭矩的大小等于載荷乘以載荷到剛軸的距離;機翼
(機身)扭轉變形時繞剛軸轉動,剛軸不發生位移。
由于起落架與地面接觸點到機翼剛軸的距離比較遠,飛機的地面載荷將對機翼產生比較
大的扭矩,使機翼的結構強度受到考驗。由于垂直尾翼側向載荷作用點到機身剛軸的距離比
較遠,垂直尾翼的側向載荷也會使飛機的后機身承受到比較大的扭矩。
20渦輪發動機飛機結構與系統
機翼剛軸
/機身剛軸
圖1.1 - 22機翼和機身承受的扭矩
(a)起落架載荷在機翼結構中引起的扭矩;(b)垂直尾翼氣動力在后機身結構中引起的扭矩
1.1.4飛機結構基本元件、結構件及受力特點
1.結構基本元件及受力特點
(1)桿件
與橫截面尺寸相比長度尺寸比較大的元件稱為桿件。在飛機結構中,起落架受力構架中
的撐桿、阻力桿(見圖1.1 - 23)、機翼機身的桁條、翼梁的緣條和腹板上的支柱(見圖
1.1 - 24和圖1.1- 27)等都屬于桿件。因為桿件的抗彎能力很弱,所以認為此類元件承受
的載荷主要是沿桿件軸線作用的力,并在力的作用下產生拉伸或壓縮變形和拉應力或壓
應力。
(2)梁元件
飛機結構中的梁元件基本上有兩種類型:一種梁元件的外形與桿件相似,但它具有比較
強的彎曲或扭轉強度(閉合剖面的桿件),可以承受垂直梁軸線方向載荷的作用。圖1.1 -
23中所示的起落架減震支柱就是這類元件。在載荷的作用下,梁元件會產生剪切彎曲和扭
轉變形,同時產生剪應力、彎曲正應力和扭轉剪應力。另一種梁元件是由上下緣條和腹板組
成的,具有比較強的剪切彎曲強度,承受腹板平面內載荷的作用,產生剪切和彎曲變形。梁
緣條承受彎曲產生昀拉壓正應力的作用,腹板則承受剪切產生的剪應力的作用。圖1.1 - 24
中所示的緣條和腹板組成的機翼大梁、翼肋就屬于這種梁元件。
(3)板件
上篇 飛機結構與機械系統21
圖1.1 - 23組成起落架的基本元件
圖1.1 - 24組成機翼結構的基本元件
厚度遠小于平面內另外兩個尺寸的元件稱為板件。在飛機結構中,蒙皮、翼梁和翼肋的
腹板等都屬于板件(見圖1.1 - 24)。板件承受板平面內分布載荷的能力較強,厚度比較小
的薄板承受拉壓的能力比較弱,可以忽略不計,但承受剪切的能力比較強,在載荷作用下只
承受剪應力(見圖1.1 -25 (a));厚度比較大的板件,承受拉壓和剪切的能力都比較強,
在載荷作用下,承受正應力和剪應力(見圖1.1 -25 (b》。
在局部的氣動載荷作用下,飛機蒙皮也要承受垂直板平面的分布氣動載荷的作用,此
時,蒙皮會產生拉應力(對較薄、曲率較大的蒙皮)或剪切彎曲應力(對較厚、曲率較小
22渦輪發動機飛機結構與系統
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(a)(b)
圖1.1 - 25板元件的受力情況
(a)薄板;(b)厚板
的蒙皮),如圖1.1 - 26所示。分布的氣動載荷并不是蒙皮承受的主要載荷,但如果由于飛
行速度過快,蒙皮上的分布氣動載荷過大,也會造成蒙皮與桁條連接的鉚釘被拉壞、蒙皮被
撕裂等局部破壞現象的發生。
3
蒙皮凸起
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渦輪發動機飛機結構與系統(ME-TA)上冊(21)