机身的主要结构形式

飞机机身的结构是从早期的木桁架结构发展到硬壳结构,再到当前的半硬壳结构。现在常见的歼击机基本都是半硬壳式结构中的桁梁式,民航机型基本都属于半硬壳式结构中的桁条式。

1  桁架式机身(Truss Structure)

图 1

在早期的低速飞机上,机身的承力构架都做成四缘条的立体构架。为了减小飞机的阻力,在承力构架外面,固定有整形用的隔框、桁条和蒙皮,这些构件只承受局部空气动力,不参加整个结构的受力。机身的剪力、弯矩和扭矩全部由构架承受。其中弯矩引起的轴向力由构架的四根缘条承受;垂直方向的剪力由构架两侧的支柱和斜支柱(或各对张线)承受;水平方向的剪力由上、下平面内的支柱、斜支柱(或张线)承受;机身的扭矩。则由四个平面构架组成的立体结构承受。构架式机身的抗扭刚度差,空气动力性能不好,其内部容积也不易得到充分利用。只有一些小型低速飞机机身采用构架式机身。

2  硬壳式机身 (Monocoque)

图 2

硬壳式机身结构是由蒙皮与少数隔框组成。其特点是没有纵向构件,蒙皮较厚,由蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴向力和剪力。普通框和加强框用于维持机身截面形状,支持蒙皮和承受、扩散框平面内的集中力。

这种机身的优点是结构简单,气动外形光滑,内部空间可全部利用。但因为机身的相对载荷较小,而且机身不可避免要大开口,会使蒙皮材料利用率不高,因开口补强增重较大。所以这种形式的机身实际上用得很少,只在机身结构中某些气动载荷较大、要求蒙皮局部刚度较大的部位,如机身头部、机头罩、尾锥等处有采用。

3  半硬壳式机身 (Semi-monocoque)

图 3

为了使机身结构的刚度器满足飞行速度日益增大的要求,需要使蒙皮参加整个结构的受力。因此,目前的机身结构广泛采用了金属蒙皮,并且将蒙皮与隔框、大梁、桁条牢固地铆接起来。成为一个受力的整体,通常称为半硬壳式机身。

在半硬壳式机身中,大梁和桁条用来承受弯矩引起的轴向力;蒙皮除了要不同程度地承受轴向力外,还要承受全部剪力和扭矩;隔框用来保持机身的外形和承受局部空气动力,此外,还要承受各部件传来的集中载荷,并将这些载荷分散地传给蒙皮。 [1] 

3.1  桁梁式机身

桁梁式机身结构特点是有几根桁梁,桁梁的截面积很大。在这类机身结构上长桁的数量较少而且较弱,甚至长桁可以不连续,蒙皮较薄。这种结构的机身,由弯曲引起的拉、压轴向力主要由桁梁承受,蒙皮和长桁承受很小部分的轴向力。剪力则全部由蒙皮承受。普通框的作用是维持机身外形,支持纵向构件,加强框除维持外形外,主要承受集中载荷,如机翼、尾翼和机身连接的接头等都安排有加强框。

从桁梁式机身的受力特点可以看出,在桁梁之间布置大开口不会显著降低机身的抗弯强度和刚度。虽然因大开口会减小结构的抗剪强度和刚度而必须补强,但相对桁条式和硬壳式结构的机身来说,同样的开口,桁梁式的机身补强引起的重量增加较少。因此这种形式的机身便于开较大的舱口

图 4

3.2  桁条式机身

桁条式机身的桁条和蒙皮较强,受压稳定性好,弯矩引起的轴向力全部由上、下部的蒙皮和桁条组成的壁板受拉、受压来承受。由于蒙皮加厚,改变了机身的空气动力性能,增大了机身结构的抗扭刚度,所以与桁梁式机身相比,它更适用于较高速飞机。此外,桁条式机身的蒙皮和桁条。在结构受力中能够得到充分利用。但是,这种机身由于没有强有力的大梁,不宜开大的舱口,如果要开口,必须在开口部位用专门构件加强。桁条式机身各构件受力比较均匀,传递载荷时必须采取分散传递的方法,因而机身各段之间都用很多接头来连接。

图 5

参考-百度百科-机身结构

《机身的主要结构形式》上的一个想法

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