1、飞行器结构设计大作业飞行器结构设计大作业J5 飞 机 垂 尾 及 其 与 机 身 的 连 接 设 计 分 析学院：航空学院班级：01041001题目：J5 飞机垂尾及其与机身的连接设计分析姓 名 学 号戚琼 2010300346曹健 2010300351申雁楠 2010300366宿梦嘉 2010300367孙锋 2010300368王斌（组长） 2010300369飞行器结构设计大作业I目 录一、歼 5 飞机概况 .1二、翼面结构分析 .321 尾翼的功用、设计要求和外载特点 .3211 尾翼的功用 .3212 尾翼设计要求 .3213 外载特点 .322 J5 垂尾典型构件及其受力特性 .
2、4221 蒙皮 .4222 长桁 .4223 肋 .5224 翼梁 .5225 纵墙 .623 歼五翼面的结构形式的确定 .624 歼五垂尾受力传递分析 .6241 各结构受力分析 .7242 各力传递分析 .9243 机身受力情况分析 .13三、翼面结构设计 .1431 主要受力构件布置及作用 .14311 翼盒受力构件布置 .15312 集中载荷处加强构件的布置 .1932 结构设计特点 .20321 斜置加强框缘条 .20322 元宝接头 .21四 歼五垂尾与机身连接处的容限损伤设计分析 .234.1 结构设计方面 .23411 破损安全多路传力结构 .23412 破损安全止裂结构 .2
3、44.2 损伤容限结构材料的设计选择方面 .254.3 损伤容限结构细节设计方面 .25431 分布式连接 .26432 元宝接头 .26433 破损安全结构 .27434 结构设计应力水平 .274.4 损伤容限设计小结 .27五、小结 .28飞行器结构设计大作业1一、歼 5 飞机概况歼-5 是中国沈阳飞机公司制造的高亚音速喷气式战斗机(仿制前苏联米格-17)，也是中国制造的第一种喷气式飞机。 图示 1-1沈阳飞机公司于 1955 年初开始试制歼-5。 1956 年 7 月 19 日，试制原型机首次试飞。歼-5 自 1956 年 9 月投入批生产，到 1959 年 5 月停产，共生产767
4、架。歼-5 主要用于昼间截击和空战，也具有一定的对地攻击能力。其改进型歼-5 甲机头装有雷达，主要用于夜间截击空战。歼-5 是一种单座、单发、机头进气、后掠式中单翼喷气战斗机。机翼后掠式中单翼布局，后掠角 45，双梁结构。机翼内侧有后退式襟翼，起飞和着陆可放下不同角度。机翼外侧是副翼，偏转角范围为18。机翼根部有起落架舱，主起落架收在机翼的两个舱内。机身全金属半硬壳式构造，外形为圆形截面的流线体。圆形机头进气道。机身后部装有可操纵的减速板。尾翼垂直尾翼分成上下两段，下段固定在后机身的承力斜框上，上段可拆卸。垂尾后掠角为 5541。垂直尾翼后缘是方向舵，转动角度为 25。水平尾翼后掠角为 45，
5、安装在垂直尾翼下段顶部，其后缘的升降舵，向上可转动32，向下为 16。起落架前三点式起落架，均为单轮。前起落架收入前机身下部的轮舱内，主起落架收入机翼内。主起落架装有缓冲器，前起落架装有减震器和减摆器。主轮轮胎压力为 8.34105 帕(8.5 公斤/厘米 2)。座舱密封式单人座舱，应急时舱盖可抛掉。座椅是可弹射的，可以保证飞结构设计大作业2行员在紧急时迅速安全地脱离飞机。系统操纵系统为硬式操纵。副翼调整片和升降舵调整片为电操纵。液压系统用于收放起落架、襟翼、减速板、可调喷口和操纵副翼。冷气系统用于刹车、密封座舱、应急收放起落架和应急刹车等。动力装置装一台 WP-5 型离心式喷气发动机，带加力
6、。最大推力 25.50 千牛(2600 公斤)，加力推力 33.15 千牛(3380 公斤)。机内燃油 1170 千克，外挂两个 400 升副油箱。机载设备超短波指挥电台、无线电罗盘、无线电高度表、信标接收机、敌我识别器、护尾器、测距器等。武器机头左侧下方装两门 23 毫米机炮，机头右侧下方装一门 37 毫米机炮。备弹量为 200 发。机上装有光学半自动瞄准具，有两具照相枪。左、右翼下可各挂一颗 100250 千克的炸弹。外形尺寸翼展 9.60 米机长 11.36 米机高 3.80 米机翼面积 22.6 米 2主轮距 3.85 米前主轮距 3.37 米结构设计大作业3二、翼面结构分析2 1 尾
7、翼的功用、设计要求和外载特点211 尾翼的功用尾翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置。垂直尾翼由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成，它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用。水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，它在飞机土主要起纵向安定和俯仰操纵的作用。212 尾翼设计要求尾翼的功用是通过它所产生的升力实现的。所以从本质上说尾翼的功用就是产生升力，它也是一个升力面，因而尾翼的设计要求和构造与机翼十分类似。对尾翼的主要要求也是保证它所承担的空气动力的任务的完成；应具有足够的强度、刚度、损伤容限、寿命而重量尽可能轻。213 外载特点1）平衡载荷 用以保证飞机纵向气动力矩平衡载荷。2）
8、 机动载荷 在不平静的气流或机动飞行时偏转升降舵或方向舵产生的载荷。这是唯一的主要是受力情况。3）不对称载荷 在飞机进行侧滑或横滚是引起的载荷是不对称载荷，不对称的发动机推力也会引起垂尾上的载荷。结构设计大作业42 2 J5 垂尾典型构件及其受力特性221 蒙皮蒙皮直接承受气动载荷。同时参与机翼的总体受力，它和翼梁或墙的腹板组合在一起，形成封闭的盒式薄壁结构承受机翼扭矩；较厚的蒙皮与长桁一起组成壁板，承受机翼弯矩引起的轴力。J5 飞机的蒙皮较厚，它与长桁铆接在一起，形成组合式壁板。同时也和翼肋铆接。蒙皮把气动载荷分别传给长桁和翼肋。气动载荷直接作用在机翼蒙皮上。蒙皮通过铆钉以分散连接形式和长桁
9、、翼肋相连。此处为单排铆钉，故可简化为四边简支板。当蒙皮受到气动力作用时。若气动力为吸力，则长桁和翼肋将通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力，使蒙皮处于平衡状态。若气动力为压力时，蒙皮将直按压在翼肋和长桁上。根据作用力与反作用力大小相等、方向相反，分别作用于两相关物体上的原理，蒙皮也就把外载传给了翼肋和长桁。蒙皮本身的受力情况：蒙皮内主要为垂直于蒙皮的横向力引起的弯曲应力。222 长桁长桁是与蒙皮和翼肋相连的构件。一般参与机翼的总体受力，承受机翼弯矩引起的部分轴向力，是纵向骨架中的重要受力构件之一。它和翼肋一起对蒙皮起一定的支持作用。J5 垂尾以等百分比的形式在主梁和前墙之间布置了四条长桁，每条长桁在
10、根部通过元宝接头与机身隔框相连。在主梁与后墙之间布置了一根较短的中断的长桁，且位于机身直接相连。长桁与翼肋直接用角片相连。由于气动载荷方向垂直于长桁轴线，且处于翼肋平面内，在此种载荷下，翼肋的刚度比长桁大得多，因此翼肋向长桁提供支持。此时长桁可看作支持在一排翼肋上的多支点连续梁。这样长桁也就把作结构设计大作业5用在它上面的气动载荷传给了翼肋。至此，作用在蒙皮上的气动载荷直接或间接地由长桁全部传给了翼肋。223 肋翼肋构造上的功用是维持机翼剖面所需的形状。一般与长桁，蒙皮相连。它以自身平面内的刚度向蒙皮，长桁提供垂直方向的支持。加强翼肋主要用于承受并传递自身平面内的较大的集中载荷或由于结构不连续
11、引起的附加载荷。5 平尾以下了十一根正交翼肋，由于机翼是后掠的，所以翼肋长度变化很大。在机翼的根部布置了一根加强肋。平尾连接处布置了一根加强肋，用以传递平尾处的集中载荷。翼肋的外载有蒙皮直接传来的部分初始气动载荷(分布载荷)和由长桁传来的气动载荷(小集中力)，它们的合力作用在该翼剖面的压力中心上，并近似认为它垂直于翼弦线。蒙皮、长桁、梁缘条及梁(墙)腹板与翼肋相连接，故翼肋是被支持在一个由这些元件组成的多闭室上，这些元件提供了翼肋承载的支反力。224 翼梁翼梁有腹板和缘条组成，是单纯的受力构件，主要承受剪力和弯矩。大多在根部与机身固接。J5 采用了一根主梁，通过机身一个斜置的加强框与机身固接，
12、固接处采用了螺栓的形式。翼梁将翼肋传来的剪力及轴力传入机身。翼肋收集到的气动载荷传递到翼盒上，其中一部分传给了翼梁，即以剪流形式传给腹板剪力，以轴向力形式传给梁上下缘条一对大小相等，方向相反的轴力。由于梁腹板的抗弯能力极差，可略去不计，故腹板以平板受剪形式平衡，由此将肋传来的剪力传往翼根。由于腹板和很多翼肋相连，从翼尖到翼根，一个个剪力加到梁腹板上，最终由翼结构设计大作业6根上的连接接头提供 y 向支反力来平衡。225 纵墙纵墙与蒙皮等组成封闭盒段承受机翼的扭矩。J5 飞机在垂尾前缘和后缘均设置了墙，加上主梁，使垂尾形成两个封闭盒段。抗扭特性大大加强。2 3 歼五翼面的结构形式的确定J5 飞机
13、垂尾上共有一根梁，前后两根墙，且长桁布置较密。梁、墙和腹板形成封闭的盒段。增大了结构刚度，提高了防颤振特性。梁缘条、长桁、和蒙皮组成的壁板具有很强的面内拉、压及剪切刚度。最关键的是长桁与机身直接相连，参与剪力、扭矩和弯矩的传递，故属于单块式结构。2 4 歼五垂尾受力传递分析飞机尾翼部分用于保证飞机的纵向及航向的平衡与安定性，以及实施对飞机的纵向及航向的操纵，故飞机尾翼部分设计的好坏直接影响到飞机设计的好坏。歼-5 的垂尾为梁式翼面结构，以中间闭室翼盒（去除前、后缘盒段） 作为主要传力盒段，长桁较多，蒙皮较厚。以中间闭室（即由前墙和翼梁组成的闭室）为主要的传力闭室。无论对分布的气动外载还是与方向
14、舵的对连接接头传来的集中载荷，经加强肋将集中力进行转移，以内力形式对翼剖面中间闭室作用。这些内力一般称为总体力，分为剪力、弯矩和扭矩三种不同的形式。总体力最终传到翼根连接处，进而传给机身结构。结构设计大作业7241 各结构受力分析图示 2- 11）蒙皮：蒙皮把气动载荷分别传给长桁和翼肋。气动载荷直接作用在机翼蒙皮上。蒙皮通过铆钉以分散连接形式和长桁、翼肋相连。此处为单排铆钉，故可简化为四边简支板。当蒙皮受到气动力作用时。若气动力为吸力，则长桁和翼肋将通过铆钉受拉对蒙皮提供支反力，使蒙皮处于平衡状态。若气动力为压力时，蒙皮将直按压在翼肋和长桁上。根据作用力与反作用力大小相等、方向相反，分别作用于
15、两相关物体上的原理，蒙皮也就把外载传给了翼肋和长桁。蒙皮本身的受力情况：蒙皮内主要为垂直于蒙皮的横向力引起的弯曲应力。结构设计大作业8图示 2- 22）长桁：长桁与翼肋直接用角片相连。由于气动载荷方向垂直于长桁轴线，且处于翼肋平面内，在此种载荷下，翼肋的刚度比长桁大得多，因此翼肋向长桁提供支持。此时长桁可看作支持在一排翼肋上的多支点连续梁。这样长桁也就把作用在它上面的气动载荷传给了翼肋。至此，作用在蒙皮上的气动载荷直接或间接地由长桁全部传给了翼肋。图示 2- 33）翼肋：翼肋的外载有蒙皮直接传来的部分初始气动载荷(分布载荷)和由长桁传来的气动载荷(小集中力)，它们的合力作用在该翼剖面的压力中心上，并近似认为它垂直于翼弦线。蒙皮、长桁、梁缘条及梁(墙)腹板与翼肋相连接，故翼肋是被支持在一个由这些元件组成的多闭室上，这些元件提供了翼肋承载的
