1、 飛行器結構設計 緒論 1.1 飛行歷史與原理 1.2 飛機結構組成及功用 1.3 飛機設計方法與內容 1.4 飛機結構材料 1.5 現代飛機性能的基本概念 2022/7/1511.1 人類飛行歷史與原理 1903年美國萊特兄弟實現了人類 第一次動力飛行。 2022/7/152 1.1 人類飛行歷史與原理 撲翼鳥類 2022/7/153 1.1 人類飛行歷史與原理 固定翼常見飛機 2022/7/154 1.1 人類飛行歷史與原理 旋翼直升機 2022/7/155 1.2 飛機結構組成及功用 飛機結構有五大組成部分： 機身：裝載。 機翼：產生升力。 尾翼：使飛機具有操縱性與穩定性。 起落架：起飛

2、、著陸、滑跑用。 發動機：產生推力。 2022/7/156 1.3飛機設計方法與內容 一.飛機研制過程：（四個階段） 1. 擬定技術要求: 戰術技術要求、使用技術要求。 包括: 主要技術性能指標、 主要使用條件、機載設備等。 2022/7/157 1.3飛機設計方法與內容 軍用飛機的技、戰術要求： 飛機的最大速度；升限；航程/最大作戰半徑；起、降滑跑距離；載重；機動性指標（加力性能，盤旋半徑，爬升性能，最大允許過載系數）；隱身；維護與保障性能；使用壽命；可靠性與安全性能。 民用飛機使用技術要求： 有效載重；航程；安全性、可靠性、維修性、經濟性。 2022/7/158 1.3飛機設計方法與內容

3、技術性能論證與制定（頂層設計）過程 依據：軍事戰略方針及戰術（戰略防御）要求； 商務策略，工、農業生產，賑災救護等要求； 制定：主要性能指標； 主要使用條件； 機載設備等; 效能分析、 費效分析。2022/7/159 1.3飛機設計方法與內容 2.飛機設計過程 1總體設計：氣動外形布局設計；飛行力學性能設計； 機載設備（包括燃油）布置等，重量分 設計；發動機選型設計；結構總體尺寸設計。 2結構設計：理論設計（打樣設計）；強度、剛度設計； 細節設計；工程繪圖。2022/7/1510 1.3飛機設計方法與內容3結構設計的任務 根據飛機型號設計技術要求、飛機三面圖、總體布置圖、外形圖和規定的載荷情況

4、、環境情況、使用方法，結合結構設計基本要求，設計出合乎使用要求且強度、剛度、疲勞、損傷容限品質合格，工藝性良好，滿足重量的機體結構，為試制和批生產提供全套的圖樣和技術文件。 應當注意設計階段的規律：反復、循環、迭代、 反饋；綜合性、權衡性 2022/7/1511 1.3飛機設計方法與內容 3. 飛機制造過程 工藝設計、機械加工、部件/全機裝配。 首批試制出來的新飛機即可投入全機強度、疲勞壽命試驗和試飛。 4. 飛機的試飛、定型過程 地面滑跑試驗；起、降性能試驗； 飛行包線中各飛行科目試飛試驗；2022/7/1512 飛機設計方法與內容 飛機的試飛、定性 2022/7/1513 1.3飛機設計方

5、法與內容定型： 有待結構的靜力及疲勞試驗完成后， 沒問題才定型全尺寸疲勞試驗： 全尺寸飛機的疲勞試驗是波音結構性能數據開發的主要部分。除了驗證飛機設計思想之外，疲勞試驗經常被用來找出設計時未預料到的損壞，進而制定出適當的機隊的預防性維修措施。通常疲勞試驗是在新機型認證時完成，但也有在已使用過的飛機結構上完成的。 2022/7/1514飛機設計方法與內容2022/7/1515飛機設計方法與內容2022/7/1516 1.3飛機設計方法與內容 二、飛機設計過程概述 1、設計的內涵： 創造性的思維過程； 全面、綜合的辨證過程（抓主要矛盾）； 設計的不唯一性； 設計的反復性； 設計與科學實驗 設計的繼

6、承性；的關系。 2022/7/1517 1.3飛機設計方法與內容2、飛機設計的主要階段概述(三個主要階段) 總體設計階段：主要解決飛機的構形布局、 參數、重量以及性能方面的問題。 飛機結構的打樣設計：結構受力形式選擇、受力 構件布置、開口布置、分離面及其連接形式等計。 飛機結構的詳細設計（結構件連接設計、細節設 計、工程制圖）。2022/7/1518 1.3飛機設計方法與內容B777成為第一架無圖設計飛機。2022/7/1519飛機設計方法與內容 三、飛機結構設計的主要依據和原始條件 主要依據： 9條 1. 使用方提出的戰技要求或使用技術要求 2.飛機三面圖及理論外形圖 3.飛機總體布置圖 4

7、.重量指標分配及總重量 5.使用壽命要求 6.載荷和使用環境條件 7.維修性要求 8.生產條件和工藝性要求 9.其它有關設計準則、規范和標準2022/7/1520 1.3飛機設計方法與內容原始條件： 4條 1、飛機結構的外載特征以及對結構承載的要求 外載的形式（集中、分布、沖擊的、周期、熱等）； 外載的歷程特征（不同的飛行，載荷的變化規律）； 外載對結構的作用效應（抖振、顫振）； 結構承載的強度、剛度（靜、動、熱、整體、局部）要求； 結構壽命要求；損傷容限要求； 經濟性要求（生產/維修成本）。 2022/7/1521 1.3飛機設計方法與內容 2、飛機結構的協調關系 各部件的相對位置以及相互間

8、連接交點的位置 （不能改動）； 零、構件之間在連接尺寸上的協調關系； 各構件間或構件與內部裝載間的位置、形狀協調； 部件或組件結構的外邊界一般與飛機的理論外 形相協調； 其內部邊界可能需與某個內部裝載協調，也可能 不需協調。 2022/7/1522 1.3飛機設計方法與內容 3、結構的使用條件 （1）環境條件：指氣象條件或周圍介質條件（溫度、 濕度、腐蝕、有害介質等）。 （2）起降場所條件：水、陸兩棲；陸地：水泥、 土跑道。 （3）維修條件：外場維修；場站或基地維修。 2022/7/1523 1.3飛機設計方法與內容 4、生產條件 （1）工藝條件（熱加工、冷加工、少量或批量， 加工精度與性能的

9、保障性）； （2）加工能力（小量或大批量，加工精度與 加工性能）； （3）裝配能力（裝配精度、裝配量大小）； （4）生產能力（產量）； （5）生產質量保障體系（技術與管理）。 2022/7/1524 1.3飛機設計方法與內容 四、飛機結構設計基本要求：5條 1、氣動外形要求： 在結構設計中，與外邊界相關的結構（框架結構與蒙皮）要保證理論氣動外形的剛度（整體或局部的）以及光潔度（阻力及其他熱效應），強度問題應當是首先保證的。 、重量要求 應當體會到重量設計是在滿足各種結構性能指標的前提下，使重量最輕。從優化數學語言，在滿足各種性能指標約束下，使重量目標函數最小。實際工程設計中，僅為滿意解（總體設

10、計分解到各結構上的重量指標）。 2022/7/1525 1.3飛機設計方法與內容 、使用維修要求： 結構與系統的安全可靠工作需要定期地檢修維護來保障，良好的維修性、保障性是工程設計的主要因素。具體來說，合理地布置分離面及各種開口，結構內部安排必要的檢查維修通道，增加結構的開敞性和可達性。 、工藝要求： 良好的工藝性設計是保證加工、裝配合理精度及性能的前提。 2022/7/1526 1.3飛機設計方法與內容 、成本要求（經濟性）： 飛機的主要成本：設計、研制、制造和運營。 對軍機而言，成本不應當是第一要求，重量與性能是第一位的。對民用客機，成本是第一要求。 一般說，氣動性能、使用要求是“前提性”

11、要求，氣動外形、結構與強剛度設計技術是“前提”技術。 技術要求與技術性能是互相聯系、互相制約的，有的甚至是相互矛盾的，應當在一個好的設計素質基礎上，把握主要矛盾，綜合考慮，權衡處理。 2022/7/1527飛機設計方法與內容 五. 飛機結構設計的基本內容： (1) 結構的打樣設計（畫出部件打樣圖） (2) 組件的打樣設計（畫出組件打樣圖） (3) 零構件設計（畫出零構件圖紙） (4) 組件結構設計（畫出組件裝配圖） (5) 部件結構設計（畫出部件裝配圖） 2022/7/1528飛機設計方法與內容 組件的打樣設計打樣圖 2022/7/1529飛機設計方法與內容 六. 飛機結構設計的典型方法 在二

12、十世紀五十年代以前，飛機結構設計，一般根據所設計對象的具體要求、條件，結合已有經驗與設計原理、知識進 行；定性分析，選出合理的設計方案；然后粗略計算，選擇結構的主要截面尺寸。 2022/7/1530飛機設計方法與內容 在進行強度、剛度校核，以驗算截面尺寸能否保證安全。如果滿足強度要求，即認為設計完畢；當強度不夠，或設計人員認為剩余強度太大時則修改設計。計算分析均以工程梁理論為基礎。 六十年代以后，出現了計算機、飛機結構設計采用了有限元等先進方法進行結構應力分析。 2022/7/1531飛機設計方法與內容 六十年代以后，出現了計算機、飛機結構設計采用了有限元等先進方法進行結構應力分析。 有限元模

13、型2022/7/1532BOEING 三代飛機結構設計思想發展 第一代 ：第一代的波音噴氣客機是在50年代和70年代 間設計的，包括707，727和早期的 737（-100，-200），747（-100,-200,-300,SP）。 這些飛機設計的主要特征著重于結構的強度和失效安全。因此設計的飛機具有足夠的結構強度和超靜定度，即使主要的結構件失效，其周圍的結構仍可安全地承受載荷。 2022/7/1533BOEING 三代飛機結構設計思想發展 第二代 ：第二代的波音噴氣客機是757和767，和 737（-300,-400,-500），以及747-400。 除了原有的強度和失效安全規格之外，還更在

14、設計中結合了耐久和損傷容限標準。此種設計使飛機結構具有足夠的強度，即使飛機結構具有相當程度的損傷，只要有例行的結構檢查，仍可安全地飛行。因為這種計劃中的結構檢查應能在損傷還未到到危險極限以前便可及時地被發現。 2022/7/1534BOEING 三代飛機結構設計思想發展 第三代 ：第三代波音噴氣客機是777和新一代 737（-600,-700,-800）， 除了具有第一，二代客機已有的特性之外， 這一代的客機的設計特點是在腐蝕預防和控制 方面作了重大的改進。 2022/7/1535 1.4 飛機結構材料 合金材料：鋁合金、鈦合金、高強度合金鋼。 復合材料：玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、 芳綸（KEVLAR）復合材料。 2022/7/1536 1.4 飛機結構材料 表1-2 民用飛機結構用材料重量百分比2022/7/1537 1.4 飛機結構材料2022/7/15381. 5 現代飛機性能的基本概念2022/7/15391.5 現代飛機性能的基本概念B-747