關(guān)于民用飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)演變的研究

摘 要：飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是飛行器設(shè)計(jì)中重要的組成部分，本文從飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求出發(fā)、詳細(xì)介紹了機(jī)身、機(jī)翼、尾翼的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，總結(jié)了飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的演變趨勢(shì)，對(duì)飛行器設(shè)計(jì)人員和維修人員具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：民用飛行器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；演變

飛行器內(nèi)部構(gòu)造說(shuō)的是用幾個(gè)或者多個(gè)零件組合構(gòu)成的機(jī)體，飛行器可以更好地承受載荷以及社會(huì)環(huán)境壓力的作用下形成應(yīng)力、發(fā)生形狀的變化，同時(shí)材料的強(qiáng)度還必須符合相應(yīng)的要求、剛度以及壽命方面的要求要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。飛行器的大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致包括三個(gè)層次的工作：第一，飛行器在結(jié)構(gòu)方面的布局。主要是開(kāi)展全機(jī)結(jié)構(gòu)總體布局或者是選擇結(jié)構(gòu)分離面，確定每一個(gè)組成部分主要承受力量結(jié)構(gòu)，并研究力采用什么樣的形式傳播，布置其主要受力構(gòu)件。第二，設(shè)置結(jié)構(gòu)元件的參數(shù)。做好整體的結(jié)構(gòu)布局之后，可以適當(dāng)?shù)倪x擇合適的部件進(jìn)行優(yōu)化。第三，結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。為了能夠讓結(jié)構(gòu)有更好的承受能力，在做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，在結(jié)構(gòu)的造型上也要精心修改。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

1.1 機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)翼作為飛機(jī)的主要?dú)鈩?dòng)面，它的作用是承受氣動(dòng)，對(duì)飛行器而言起到了至關(guān)重要的作用。機(jī)翼的承載能力越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)高度越低就會(huì)對(duì)整體的結(jié)構(gòu)布局造成更大的設(shè)計(jì)困難，所以我們對(duì) 機(jī)翼的設(shè)計(jì)要求也相應(yīng)的有所提升。

機(jī)翼質(zhì)量主要集中在機(jī)翼的結(jié)構(gòu)上，大致能夠占到機(jī)翼總重量的三道五層，而機(jī)翼的重量占到整個(gè)飛機(jī)的8%～15%。各個(gè)機(jī)翼的類(lèi)型是不同的，機(jī)翼的結(jié)構(gòu)布局也各具特色。機(jī)翼結(jié)構(gòu)通常都是在強(qiáng)度上游要求，之后再檢測(cè)彈性方面是否能夠符合標(biāo)準(zhǔn)，之后參考分析結(jié)果盡心合理的改造。

機(jī)翼主要是用蒙皮以及結(jié)構(gòu)骨架這兩大部分構(gòu)成。其中蒙皮是由平板、加筋板或者是夾層板等形式構(gòu)成，主要的作用的保持機(jī)翼的外形以及承載能力。

1.2 機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)身結(jié)構(gòu)大致可以分成三個(gè)部分，這三個(gè)部分是機(jī)身、短艙、尾撐，他們都是筒形結(jié)構(gòu)。這種筒形結(jié)構(gòu)主要的作用就是能夠承受更大的力。飛行器上的氣動(dòng)荷載能夠占到飛行器總荷載量的比例比較小，其承載的主要是慣性載荷。機(jī)身的結(jié)構(gòu)主要是承受機(jī)翼及尾翼部分傳來(lái)的力，用于平衡機(jī)身。

機(jī)身結(jié)構(gòu)通常是由蒙皮或者是內(nèi)部骨架組成。內(nèi)部骨架通常是由縱向元件或者是橫向元件構(gòu)成。機(jī)身與機(jī)翼的蒙皮發(fā)揮的作用是一樣的。當(dāng)承受局部力量的時(shí)候，比方說(shuō)受到局部的動(dòng)力，蒙皮所承受的力就會(huì)傳遞給機(jī)身結(jié)構(gòu)。

縱向骨架中主要包含有加筋條和梁。加筋條與蒙皮組合形成加筋板，加筋板的主要作用就是承受機(jī)身彎曲而出現(xiàn)的軸向力，加筋條對(duì)蒙皮提供相應(yīng)的支撐。機(jī)身因?yàn)榱和咕壍拿娣e相對(duì)比較大，梁凸緣因?yàn)槭菣C(jī)身的一個(gè)部分，主要承受的就是機(jī)身開(kāi)口處壓力。水上飛機(jī)的機(jī)身通常是在機(jī)身下部的位置設(shè)置龍骨架，這個(gè)梁凸緣所承受的是其中一部分縱向彎矩，不僅如此還要承受機(jī)身著水的沖擊力。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的演變

飛行器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的思想是，能夠確保飛行器結(jié)構(gòu)的安全性能，飛行器注重安全主要是因?yàn)樵趯?shí)踐的過(guò)程中安全扮演著極為重要的角色，不僅如此目前的科技水平以及生產(chǎn)力水平也受到了很大程度的制約，所以安全方面使我們最先需要考量的內(nèi)容。飛行器的結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)思想方面來(lái)看，整個(gè)演變的過(guò)后才能大致被分成五個(gè)不同的階段。（1）靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)；（2）安全壽命設(shè)計(jì)；（3）安全壽命/破損安全設(shè)計(jì)；（4）安全壽命/損傷容限設(shè)計(jì)；（5）耐久性/損傷容限設(shè)計(jì)。不僅如此，參考可靠性分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的發(fā)展方向，不過(guò)到目前為止還沒(méi)有形成一套比較系統(tǒng)的方法?？傊?，我們?cè)O(shè)計(jì)師用的結(jié)構(gòu)最重要的就是簡(jiǎn)易性，這是不斷改善設(shè)計(jì)的重要原因之一。

靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)載荷范圍之內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)性的故障；經(jīng)過(guò)使用載荷，卸載之后保證不會(huì)出現(xiàn)變形等方面的問(wèn)題。

安全壽命設(shè)計(jì)是以靜強(qiáng)度作為基本的設(shè)計(jì)理念，能夠有效的延長(zhǎng)設(shè)備的安全使用時(shí)限。安全設(shè)計(jì)最重要的內(nèi)容就是：一架新飛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)不論是在結(jié)構(gòu)內(nèi)還是結(jié)構(gòu)表面都沒(méi)有形成缺陷或者是裂痕，設(shè)計(jì)通過(guò)一段時(shí)間的試用之后，有可能會(huì)出現(xiàn)裂紋或者是其他會(huì)影響試用壽命的問(wèn)題。

破損安全設(shè)計(jì)是在安全壽命設(shè)計(jì)思想之后新提出來(lái)的一個(gè)理念。破損安全設(shè)計(jì)的提出主要是為了解決飛機(jī)中部分可能被隱藏的小瑕疵，小細(xì)節(jié)的問(wèn)題，這些結(jié)構(gòu)在使用的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些安全性問(wèn)題，所以我們必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)，馬上進(jìn)行補(bǔ)救。

損傷容限設(shè)計(jì)把不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)歸為兩個(gè)大類(lèi)，分別是緩慢裂紋擴(kuò)展結(jié)構(gòu)、破損安全結(jié)構(gòu)。無(wú)止裂特性的單傳力被歸為前一種類(lèi)型，而多途徑傳力則被歸為第二種類(lèi)型。

耐久性/損傷容限設(shè)計(jì)的思想主要是為了能夠確保飛機(jī)的結(jié)構(gòu)在使用期限內(nèi)不會(huì)因?yàn)槠?、腐蝕或者是其他的外部因素而造成嚴(yán)重的破壞。不僅如此，還能確保結(jié)構(gòu)在壽命以及維修經(jīng)濟(jì)性上能有良好的表現(xiàn)。耐久性/損傷容限設(shè)計(jì)能夠保證經(jīng)濟(jì)壽命，為飛行安全保駕護(hù)航。

3 結(jié)語(yǔ)

要想對(duì)飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)詳細(xì)了解飛行器各部分的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并且跟隨飛行器的發(fā)展，以及不同飛行器種類(lèi)，采用不同的飛行器設(shè)計(jì)思想，以期充分發(fā)揮飛行器的使用性能。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：彭云飛（2001.），男，漢族，重慶江津人，高中在讀，研究方向：航天、航空、飛行器。