第8讲翼面结构

12上一讲回顾上一讲回顾S梁式、单块式、多腹板式平直机翼的传力分析梁式、单块式、多腹板式平直机翼的传力分析S 后掠机翼与平直机翼的主要区别后掠机翼与平直机翼的主要区别S有侧边加强肋的单梁式后掠翼的受力分析有侧边加强肋的单梁式后掠翼的受力分析S翼梁在机身侧边弯折的双梁式后掠翼的受力分析翼梁在机身侧边弯折的双梁式后掠翼的受力分析S纵向构件在机身侧边转折的单块式后掠翼的受力分析纵向构件在机身侧边转折的单块式后掠翼的受力分析S有中央加强肋的单块式后掠翼的受力分析有中央加强肋的单块式后掠翼的受力分析3六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析有些后掠机翼为了解决受力和布置之间的矛盾，往往在某些部有些后掠机翼为了解决受力和布置之间的矛盾，往往在某些部位（如根部）采用梁架式结构。位（如根部）采用梁架式结构。梁架式结构是由主梁（内撑梁）、前梁、后梁等若干个梁和根部加强肋、侧肋等组成一个受力构架，即梁架。由它来承受并向机身传递外段机翼传来的由它来承受并向机身传递外段机翼传来的弯矩、剪力和扭矩，以及作用在根部区的各种载荷。弯矩、剪力和扭矩，以及作用在根部区的各种载荷。这里以某型这里以某型强击机为例，介绍梁架式后掠翼的一种较为简单的设计计算方强击机为例，介绍梁架式后掠翼的一种较为简单的设计计算方法。法。4歼六立体剖视结构图歼六立体剖视结构图5简化分析简化分析模型模型6六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析六、梁架式后掠翼的受力分析 该机翼根肋以外为单块式结构，受力情况与一般平直机翼相同。该机翼根肋以外为单块式结构，受力情况与一般平直机翼相同。机翼根部为了收置主起落架，在前梁、主梁之间的下翼面布置机翼根部为了收置主起落架，在前梁、主梁之间的下翼面布置了大开口，大开口，破坏了原单块式结构的传力路线，因此在根肋（破坏了原单块式结构的传力路线，因此在根肋（1414肋）之内采用了梁架肋）之内采用了梁架式结构。式结构。此处只讨论机翼外段传来的剪力、弯矩和扭矩的传递过程，其它此处只讨论机翼外段传来的剪力、弯矩和扭矩的传递过程，其它载荷（如局部气动力、惯性力、起落架传来的载荷等）传递分析类载荷（如局部气动力、惯性力、起落架传来的载荷等）传递分析类同。同。1）结构的简化假设：）结构的简化假设：（1 1）认为全部载荷均由根部梁架来承受。除侧边肋和根肋之外的）认为全部载荷均由根部梁架来承受。除侧边肋和根肋之外的其它翼肋均不参加总体传力。其它翼肋均不参加总体传力。（2 2）因为前梁与主梁间下翼面为大开口，且机翼与机身只有两个）因为前梁与主梁间下翼面为大开口，且机翼与机身只有两个集中接头相连接，因而上翼面壁板自根部向外是逐渐参加承受正应集中接头相连接，因而上翼面壁板自根部向外是逐渐参加承受正应力的，故近似假设上壁板蒙皮仅受剪切，整个三角区力的，故近似假设上壁板蒙皮仅受剪切，整个三角区ABCABC的下翼面的下翼面壁板不受力。壁板不受力。7（3 3）根肋在外翼传来的载荷作用下，其变形近似符合平剖面假设。）根肋在外翼传来的载荷作用下，其变形近似符合平剖面假设。（4 4）各构件的支持情况简化为：）各构件的支持情况简化为：前梁前梁 两端铰支梁，分别支持在机身两端铰支梁，分别支持在机身1717框和主梁端头框和主梁端头B B点上；点上；主梁主梁 固支在机身固支在机身2424框和侧肋框和侧肋(铰支铰支)上的悬臂梁；上的悬臂梁；后梁后梁 固支在主梁和侧肋固支在主梁和侧肋(铰支铰支)上的悬臂梁；上的悬臂梁；81 1 1）结构的简化假设：）结构的简化假设：）结构的简化假设：）结构的简化假设：）结构的简化假设：）结构的简化假设：根肋根肋 看作为一双支点梁。它的一端与后梁铰接，另一端与前梁看作为一双支点梁。它的一端与后梁铰接，另一端与前梁和主梁的交点和主梁的交点B B相连，因为有加强蒙皮把前梁、主梁和根肋相连，因为有加强蒙皮把前梁、主梁和根肋的缘条连接在一起，且腹板也相连，所以，前支点可看作的缘条连接在一起，且腹板也相连，所以，前支点可看作弱固支，在传递扭矩时，起固支作用；弱固支，在传递扭矩时，起固支作用；侧肋侧肋 接受由前、主、后梁传来的分力矩，并认为它最后铰支在接受由前、主、后梁传来的分力矩，并认为它最后铰支在前、主梁上，以双支点梁形式受弯，然后把弯矩转化成剪前、主梁上，以双支点梁形式受弯，然后把弯矩转化成剪力的形式传给两梁；力的形式传给两梁；2 2号前肋号前肋 固支在前梁上。固支在前梁上。910 Mt=-105 kNm（相对于前缘的低头力矩）（相对于前缘的低头力矩）Mt=-105+2080.31=-40.5 kNm（转为相对于前梁轴线）（转为相对于前梁轴线）几何尺寸和刚度数据几何尺寸和刚度数据 l1=302.6 cm,J1=5862.9 cm4 （前梁）（前梁）l2=122.0 cm,J2=4908.4 cm4 （后梁）（后梁）l3=180.4 cm,J3=7799.0 cm4 （主梁）（主梁）载荷载荷 已知在已知在A 情况下传到根肋情况下传到根肋(14肋肋)切面上的载荷分别为切面上的载荷分别为 Q=208 kN M=387 kNm 2)原始数据原始数据11 B 剪力剪力Q 如果我们给出的载荷如果我们给出的载荷 Q 作用在刚心上，作用在刚心上，Mt 是相对是相对刚心的，那么我们可以根据变形一致条件，认为刚心的，那么我们可以根据变形一致条件，认为B点和点和D点的点的挠挠度度应相等：应相等：fB=fD 并根据力的平衡条件并根据力的平衡条件 Q=Q1+Q2 分别计算出分别计算出承担的剪力承担的剪力 Q1 和和承担的剪力承担的剪力 Q2。前缘闭室扭转刚度前缘闭室扭转刚度式中式中 Jp 扭转剖面系数扭转剖面系数 材料材料 超硬铝超硬铝 LC4，E=7104 MPa；G=2.2104 MPa262109.84cmkNlFGGJKpt 2 2 2）原始数据）原始数据）原始数据12但是本例中给出的但是本例中给出的 Mt 是相对于前梁的，故是相对于前梁的，故 Q 作用在前梁作用在前梁上，上，再，再向机身传递。向机身传递。3 3 3）传力分析的定量计算）传力分析的定量计算）传力分析的定量计算）传力分析的定量计算）传力分析的定量计算）传力分析的定量计算假设外翼传来的弯矩在假设外翼传来的弯矩在14肋（根肋）处分配给前、后梁的弯肋（根肋）处分配给前、后梁的弯矩分别为矩分别为 M1、M2，则可根据，则可根据14肋切面上转角变形一致假设来求肋切面上转角变形一致假设来求 M1、M2。分别写出前后梁在根肋分别写出前后梁在根肋(14肋肋)切面处的转角计算公式：切面处的转角计算公式：B 弯矩弯矩M 1113 EJlMB 前梁在前梁在B点处的转角。它为前、主梁综合变形而得，把前点处的转角。它为前、主梁综合变形而得，把前梁看作双支点简支梁时，前梁梁看作双支点简支梁时，前梁B点处在点处在 M1 作用下的转角为作用下的转角为13主梁作为悬臂梁在剪力主梁作为悬臂梁在剪力 M1/l1 的作用下，在的作用下，在B点将产生的挠度为点将产生的挠度为333113EJllMfB由于主梁在由于主梁在B点有挠度，而引起前梁在点有挠度，而引起前梁在B点的转角为点的转角为 1 lfBB 333211111 33EJllMEJlMB BB 11/KMB K1 称为由前、主梁所组成三角架的弯曲刚度称为由前、主梁所组成三角架的弯曲刚度弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩MMM所以在所以在 M1 作用下作用下 B 点的总转角为点的总转角为14 后梁后梁 D 点的转角点的转角:将后梁看作悬臂梁，在将后梁看作悬臂梁，在 M2 作用下得作用下得弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩MMM15lEJM15EJlM222222Dcos/cosK2 即即为后梁的弯曲刚度为后梁的弯曲刚度 根据转角变形一致假设有根据转角变形一致假设有DB 又因为又因为 M=M1+M2 22KMD 15代入各原始数据，即可求得代入各原始数据，即可求得K1=502 E Ncm,K2=402 E NcmM1=0.557 M,M2=0.443 M =215.56 kNm;=171.44 kNm但因为后梁与机身不直接相连，而且在根部与主梁有一夹角，但因为后梁与机身不直接相连，而且在根部与主梁有一夹角，所以弯矩所以弯矩 M2传到根部后，一部分传给主梁，另一部分则由侧肋传到根部后，一部分传给主梁，另一部分则由侧肋（1 1肋）承受。肋）承受。由于主梁与机身轴线不垂直，主梁因剪力由于主梁与机身轴线不垂直，主梁因剪力M1/l1 引起的弯矩分引起的弯矩分成两分量，分别传给成两分量，分别传给2424框和侧肋。框和侧肋。弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩弯矩MMM16B扭矩扭矩 Mt扭矩分成两部分扭矩分成两部分 Mt1 和和 Mt2 进行传递（进行传递（图图4-42），它们的传递），它们的传递过程分别为过程分别为扭扭矩矩Mt1前梁弯矩前梁弯矩侧肋弯矩侧肋弯矩机身机身2号号前前肋肋扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩MMM扭扭矩矩Mt2前后梁弯矩的剪力力偶前后梁弯矩的剪力力偶前梁集中弯矩、主梁集中弯矩前梁集中弯矩、主梁集中弯矩14肋肋t 2Mt 2M17为了求得各部分扭矩所占总扭矩的比例，仍可像求弯矩一样，认为了求得各部分扭矩所占总扭矩的比例，仍可像求弯矩一样，认为为14肋切面受扭后，变形符合平剖面假设。肋切面受扭后，变形符合平剖面假设。运用运用B点扭角变形一致条件，解决静不定问题。点扭角变形一致条件，解决静不定问题。前缘闭室的扭角前缘闭室的扭角 1t1t1KlM式中式中Kt1 前缘闭室的扭转刚度，前缘闭室的扭转刚度，l 前缘闭室纵向长度，前缘闭室纵向长度，Mt1 扭矩扭矩 297ffDB2.式中的式中的 fB 和和 fD 分别是主梁分别是主梁B点和后梁点和后梁D点在垂直剪力作用下的挠度。点在垂直剪力作用下的挠度。扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩MMM2tM18 水平力偶水平力偶 作用下的扭角计算作用下的扭角计算 水平力偶引起的扭角变形，水平力偶引起的扭角变形，将由前、主梁的弯曲变形来决定。将由前、主梁的弯曲变形来决定。2 建立静力平衡和变形一致协调方程建立静力平衡和变形一致协调方程q 静力平衡方程：静力平衡方程：22221ttttttMMMMMM;q 变形协调方程：变形协调方程：21222 2tM 主梁在主梁在 作用下的扭转变形作用下的扭转变形+前梁在前梁在 作用下的扭转变形作用下的扭转变形2tM 2tM 19求解上面各方程组，可得求解上面各方程组，可得t2tt1t322t2t2t2tM9080MM0910Mrad103223M4130MM5870M.;扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩MMM20 )(mkN58.78MmkN867.7MM2t1tt低低头头力力矩矩 )(mkN45.32M)(mkN13.46MM 2t2t2t水平力偶水平力偶垂直力偶垂直力偶 mkN65.43MmkN21.29MMC2tA2t2t传给前梁传给前梁传给主梁传给主梁21B 侧肋在传递剪力、弯矩和扭矩时，都要受到主梁、后梁和侧肋在传递剪力、弯矩和扭矩时，都要受到主梁、后梁和2 2号号前肋等传来的弯矩前肋等传来的弯矩。侧肋本身是以双支点简支梁形式支持在前、侧肋本身是以双支点简支梁形式支持在前、主梁上的，故又将上述各弯矩转成一对垂直剪力，分别由前主梁主梁上的，故又将上述各弯矩转成一对垂直剪力，分别由前主梁与机身的连接接头传给机身。与机身的连接接头传给机身。扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩扭矩MMM2223梁 架 式 后 掠 翼 图24简化后的梁架布置图25简化后的梁架布置图26简化后的梁架布置图M1 -在根肋截面处作用在前梁上力矩在根肋截面处作用在前梁上力矩M2 -在根肋截面处作用在后梁上力矩在根肋截面处作用在后梁上力矩27扭矩 Mt 的传递图28垂直力偶作用垂直力偶作用下主梁与前梁下主梁与前梁的变形的变形（1414肋）肋）29扭矩 Mt 的传递图30扭矩 Mt 的传递图