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摘要
機身機翼對接接頭對于一架飛機來說是非常重要的，飛機能夠依靠升力飛上藍天，其結(jié)構(gòu)設(shè)計將會影響到飛機的性能與安全。因此，本文將從飛機的發(fā)展開始研究，根據(jù)國內(nèi)外機身機翼的連接結(jié)構(gòu)的不同，我們能更加深入地了解機翼與機身對接形式，并比較不同的機翼機身對接結(jié)構(gòu)的異同點，本文也會對主要部件的受力進行分析。機身機翼對接結(jié)構(gòu)中主要涉及的零部件有：耳片，翼梁，翼肋，長桁，腹板等。通過研究我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代飛機的機身機翼對接結(jié)構(gòu)中，耳片是非常重要的。
最后，我們會利用CATIA軟件對一種機身機翼的對接結(jié)構(gòu)進行建模，并將零部件進行裝配。這樣能夠讓我們對機身機翼的對接結(jié)構(gòu)有個更加清楚的認識。
關(guān)鍵詞：機翼機身對接結(jié)構(gòu);CATIA建模;對接形式
II
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Abstract
The butt joint of fuselage and wing is very important for aircraft, because the plane can fly on the sky because of the lift, the structure design will influence aircraft’s safety and performance. So, this article will start research from the development of aircraft , according to the difference of the wing fuselage joint structure from domestic and abroad ,we can understand butt joint structure of fuselage and wing more deeply, and compare the similarities and differences among different butt joint structure of fuselage and wing, this article will analysis the stress of the main parts. The parts that butt joint structure of fuselage and wing mainly involved are: lugs,spar,wing rib,stringer,web etc. Through research we found that in connections forms of fuselage and wing, lugs are very important.
Finally, we will make use of CATIA software to modeling a type of structure , and the parts are assembled. This would allow us have a more clear understanding of the docking of the fuselage wings the structure.
Key words: butt joint structure of fuselage and wing; CATIA modeling; the form of butt joint
目 錄
摘要 II
Abstract III
第1章 緒 論 1
1.1課題研究背景和意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3
1.2.2國外研究現(xiàn)狀 4
1.3本文主要的研究內(nèi)容 6
第2章 機身機翼對接形式 7
2.1機翼的種類 7
2.2機翼相對機身位置 9
2.3機身機翼的對接形式 10
第3章 受力分析 16
3.1翼肋承受的載荷 16
3.2機翼翼梁受載情況 18
3.3螺栓受力形式 19
3.4長桁的受力 19
3.5耳片的受力 20
3.6機身和機翼連接結(jié)構(gòu)的受力 21
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模 23
4.1CATIA軟件的簡介 23
4.2機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模 23
第5章 總結(jié)和展望 38
5.1論文總結(jié) 38
5.2展望未來 38
參考文獻 39
致謝 40
III
第1章 緒 論
1.1課題研究背景和意義
在慢慢的人類長河中，人們每當(dāng)看到鳥兒在填空飛翔，便想象著人類能夠有朝一日飛上藍天。中國古代，古人們相像鳥兒一樣自由地在天空飛翔但是這只是人們的幻想。后來人們隨著科技的發(fā)展， 美國的萊特兄弟第一次駕駛飛機飛上了藍天。
圖1-1 萊特兄弟第一架飛機試飛
萊特兄弟當(dāng)時的飛機還是雙層機翼飛機，設(shè)計的可靠性還不夠高，飛機機翼的材料也十分落后。到了后來，隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟的提高，人們在飛機的設(shè)計與應(yīng)用上也取得了長俗的進步。
在飛機的設(shè)計與制造中，飛機機翼與機身的對接結(jié)構(gòu)也隨著時代的發(fā)展而變化著。設(shè)計師從最初的手工繪圖逐漸走向了電腦繪圖的發(fā)展道路，本文中運用到的CATIA軟件就是飛機設(shè)計中常用的軟件之一。
1
第1章 緒論
現(xiàn)在人們的生活不斷提高，人們從以前選擇公路鐵路出行到現(xiàn)在越來越多的選擇坐飛機出行。但是飛機出行也有一定的危險性，據(jù)有關(guān)資料顯示，在飛機的結(jié)構(gòu)性失效過程中，80%都來自于連接的位置，這其中也包括機身和機翼的連接。
在飛機這種大型的交通工具的日常使用中，如果連接設(shè)計的不合理，就有可能導(dǎo)致嚴重的災(zāi)難。航空業(yè)發(fā)展至今，許多空難都是因為飛機的連接結(jié)構(gòu)受損而產(chǎn)生的。根據(jù)美國的調(diào)查顯示，螺栓的聯(lián)接如果在設(shè)計上不合理會引起螺栓連接失效，占比達到20%，而裝配的不合理引起的事故也占到了所有事故的30%左右，我們應(yīng)該注意這些問題。
因此，機身機翼的連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于飛機來說也是非常重要的，飛機設(shè)計師也在飛機的設(shè)計中更加注意飛機連接結(jié)構(gòu)上的設(shè)計的合理性，從而讓飛機能更加穩(wěn)定。所以，我在畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師的指導(dǎo)下查閱有關(guān)資料，選擇對典型飛機機身機翼的對接結(jié)構(gòu)進行探討與研究。
隨著飛機的動力的發(fā)展飛機的飛行性能得到了極大地提高。而新型材料的使用，也使飛機的性能得到了長俗的進步，使飛機的重量更輕強度更大。機身機翼的連接也從原來的原始的連接方式逐漸走向了一體化連接的道路。另外在零件的制造與裝備上也實現(xiàn)了模塊化，方便平時的裝備與維護。
機翼是為飛機提供升力的結(jié)構(gòu)，而機身與機翼的連接結(jié)構(gòu)也是飛機設(shè)計中十分重要的一個部件，它的一個作用是用來連接機身和機翼，另一個作用是轉(zhuǎn)移載荷，保護機翼使其不易折斷。對于機身機翼對接結(jié)構(gòu)做必要的分析與設(shè)計也是十分必要的，這樣可以有效地避免飛機結(jié)構(gòu)上的損壞。
為了讓飛機的結(jié)構(gòu)更可靠，性能更優(yōu)越，同時減輕飛機重量，讓飛機制造更加方便快捷，在機身機翼的連接上面，我們必須根據(jù)實際的情況來采取不同的方法。
同時運用CATIA軟件也可以做到設(shè)計的精細化與可靠性，在全世界的設(shè)計領(lǐng)域，越來越多的公司和設(shè)計機構(gòu)運用CATIA軟件來進行設(shè)計，CATIA軟件在各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。
不同的機型會采用不同的飛機機身機翼連接形式，比如戰(zhàn)斗機就和運輸機在連接上有一定的差異，而運輸機又和名航客機有一定的差異。因此，我們必須了解不同種類的飛機機身機翼連接類型，并能夠運用CATIA軟件對其進行三維建模，畫出機翼機身連接的零件，并對其有一定的認識。
作為一個工科生，在以后的工作中會經(jīng)常遇到設(shè)計方面的問題，這就要求我
42
第1章 緒論
們多多學(xué)習(xí)不同方面的知識。雖然說飛機典型機身機翼對接結(jié)構(gòu)CATIA建模并不在我們專業(yè)的范圍之內(nèi)，但是我覺得如果我能參照老師所給資料，盡力完成這個畢業(yè)設(shè)計也會讓我從中學(xué)到一定的知識，也鍛煉了我學(xué)習(xí)和查找資料的能力。所以說，做這個畢業(yè)設(shè)計對我來說是一種挑戰(zhàn)，也是一種鍛煉。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀
近代由于中國發(fā)展有限，飛機機身機翼的研究方面還十分滯后。后來在前蘇聯(lián)的幫助下，中國也有了自行設(shè)計生產(chǎn)飛機的能力，機身與機翼的制造與設(shè)計也進一步跟上了世界發(fā)展的步伐。在我國綜合國力的帶動下，我們國家的飛機設(shè)計也取得了很大的進步。例如C919，J20等一大批軍用民用飛機。
但是回顧我國的飛機發(fā)展歷史，蘇聯(lián)的飛機設(shè)計思想對我國影響深遠，在這幾十年中，我國幾乎每一代主力戰(zhàn)斗機和運輸機及其轟炸機都是走的仿制蘇聯(lián)的老路。例如我國仿制米格-17、米格-19和米格-21分別研制了我國的主力戰(zhàn)斗機殲-5、殲-6、殲-7，所以說我們國家在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計上還是有一點蘇聯(lián)的風(fēng)格。在機翼的設(shè)計上喜歡多肋梁式、長桁式的布局，根據(jù)機翼剖面的高度和根肋弦長長度的不同而有所區(qū)分。下面的表1.1是不同機型機身機翼的對接交點的配置。
表1-1 不同機型機身機翼的對接交點配置
飛機型號
主機翼平面形狀
交點數(shù)目
承彎交點數(shù)
殲5
后掠翼
3
1
殲6
后掠翼
2
1
殲7
三角翼
5
3
殲8
三角翼
6
4
蘇式（俄羅斯）喜歡在設(shè)計上運用多肋梁式與長桁的結(jié)構(gòu)，這兩種設(shè)計的特點是交點不多，承受彎矩的交點數(shù)量也比較少，因此在機翼部位的結(jié)構(gòu)的力的傳遞比
第1章 緒論
較集中，在制造接頭時就要采用高強度的合金鋼來保證強度。
飛機設(shè)計在初期，因為飛機的發(fā)動機技術(shù)有限，飛機速度不快而且機動性不強，在飛機機身機翼結(jié)構(gòu)的疲勞問題上沒有那么明顯的不足。
在早期我國的飛機設(shè)計中，設(shè)計的原則是依照靜強度，在結(jié)構(gòu)上的重要部件大多運用高強度的鋼。但是此材料的裂紋擴展速率大，而且斷裂韌性低，這就讓結(jié)構(gòu)抗疲勞斷裂能力差。在設(shè)計連接接頭時，因為飛機機翼梁架式結(jié)構(gòu)的特點致使力的傳遞非常集中，為了減輕重量，同時讓飛機擁有更好的性能， 必須用高強度鋼做材料，但總體結(jié)構(gòu)布局和氣動外形又不允許接頭結(jié)構(gòu)有大的改變， 這種情況下，如何進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保飛機的安全。是設(shè)計飛機的結(jié)構(gòu)時所面臨的一個難題。
1.2.2國外研究現(xiàn)狀
眾所周知，世界上航空技術(shù)最發(fā)達的兩個國家就是美國和前蘇聯(lián)（俄羅斯）， 兩個國家的軍事上的競爭，也體現(xiàn)在飛機設(shè)計上的競爭。美國和蘇聯(lián)（俄羅斯）在飛機的機身機翼連接上有很多異同點，如下：
（1）在結(jié)構(gòu)上美國采用多墻厚蒙皮結(jié)構(gòu)： 蘇聯(lián)（俄羅斯）多采用的是多長桁、 多肋梁式的結(jié)構(gòu)。
（2）美式連接接頭處交點數(shù)多于蘇聯(lián)（俄羅斯），蘇聯(lián)（俄羅斯）的傳力比美式更加集中。
（3）美國在飛機機翼機身的對接螺栓的放置上多采用的水平放置方式； 而蘇聯(lián)（俄羅斯）多采用豎直的放置方式。
（4）美國式飛機的對接接頭與蘇聯(lián)（俄羅斯）相比不笨重， 能夠減少加工時間， 減少材料的浪費， 而且工藝性較好；
（5）蘇聯(lián)（俄羅斯）設(shè)計時由于接頭少的原因而造成連接結(jié)構(gòu)的傳力大，因此對加工有很高要求； 而美國飛機在這個地方的要求沒有那么嚴格。
（6）蘇聯(lián)（俄羅斯）在機身機翼接頭設(shè)計上比美國更加重視綜合性能的設(shè)計，而美國比蘇聯(lián)（俄羅斯）的飛機有更好的工藝性同時也更加便于維護。在薄翼中， 也就是相對的厚度小于0.45時， 美國飛機有比較合理的結(jié)構(gòu)布局， 對于減輕結(jié)構(gòu)設(shè)計的重量、 改善產(chǎn)品工藝、 提高互換性和使飛行更加安全 都起著重要的作用。蘇聯(lián)（俄羅斯）在以后飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷向美國學(xué)習(xí)，并將美國的優(yōu)點運用到自己的飛機設(shè)計中去。
總結(jié)一下蘇美飛機接頭設(shè)計特點：
(1) 蘇式（俄羅斯）看中結(jié)構(gòu)繼承性與部件的綜合的利用，美國機型看中低成本、良好的工藝、使用維護方便。
(2) 接頭形式：蘇式傳力比較集中，美式交點數(shù)量多趨于分散傳力。
第1章 緒論
(3) 工藝性：蘇聯(lián)的方法設(shè)計時材料利用率低，接頭比美式大，交點比美式少且工藝性和美國相比較粗糙。
(4) 螺栓放置：蘇式飛機更多是垂直放置的方式；美式飛機更多采用水平放置的方式兩者不同如下：
表1-2 螺栓放置形式
飛機型號
飛機的機翼平面形狀
螺栓垂直放置
螺栓水平放置
機翼機身相對位置
機翼兩邊各自交點數(shù)
承彎、 剪交點數(shù)
備注
沿航向
垂直對稱面
米格17
√
中單翼
3
1
米格19
√
√
中單翼
2
1
米格21
√
√
中單翼
5
2
在交點中有沿航向放置也有垂直放置螺栓
米格31
√
上單翼
5
3
蘇27
√
中單翼
4
3
殲7
√
√
中單翼
6
4
F84
√
中單翼
周邊連接
RF101
√
下單翼
3
2
F100
√
下單翼
5
3
F104G
√
中單翼
5
5
F4
√
下單翼
4
2
F5
√
下單翼
3
F15
√
上單翼
5
5
F16A
√
中單翼
6
4
F18
√
中單翼
4
3
A7
√
上單翼
7
7
幻影2000
√
下單翼
5
4
海盜
√
中單翼
3
2
第1章 緒論
1.3本文主要的研究內(nèi)容
本次設(shè)計的課題是典型機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模，主要目的是讓我提高自己的學(xué)習(xí)能力，能夠自己翻閱設(shè)計手冊并學(xué)習(xí)相關(guān)知識并運用到設(shè)計中去，同時訓(xùn)練對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行三維建模的能力。
本文研究的主要內(nèi)容是飛機機身機翼的典型對接結(jié)構(gòu)的CATIA三維建模，因此我們會對本課題的發(fā)展做一個全面的調(diào)查與追溯，對于典型機翼機身對接結(jié)構(gòu)的課題來源做一個概括，并說明本課題的研究的意義，讓我們對本課題有一個基本的認識。
然后再調(diào)查有關(guān)國內(nèi)的研究現(xiàn)狀與國外的研究現(xiàn)狀，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)與案例來體現(xiàn)發(fā)展的成果，同時我們也可以從以往的發(fā)展中得到相關(guān)的經(jīng)驗。通過學(xué)習(xí)我也知道了自己的不足，在今后的設(shè)計中也要參考別別人的經(jīng)驗，從而能夠做的更好。簡單來說，本文的主要研究內(nèi)容是：
1.課題來源及研究的背景和意義
2.機身機翼對接形式
3.受力分析
4.機身機翼對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
第2章 機身機翼對接形式
第2章 機身機翼對接形式
2.1機翼的種類
我們這里所介紹的主要是固定翼飛機的翼型，機翼在大布局上固定翼飛機分為大三角翼、常規(guī)、鴨翼的布局形式。
1.常規(guī)翼型：在世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的一種翼型就是常規(guī)布局，它的特點就是在飛機的尾部有尾垂，而且它后面的機翼小而前翼大，這部分設(shè)計室是最為基本的設(shè)計。但是按照常規(guī)布局設(shè)計的飛機在設(shè)計上也不是一成不變的，例如現(xiàn)在很多的大型運輸機和民航客機在其垂尾頂有小翼，在現(xiàn)代戰(zhàn)斗機設(shè)計中，很多第三四代戰(zhàn)斗機都采用了雙垂尾的布局，與此形成鮮明對比的是二代戰(zhàn)斗機大多采用單垂尾布局。
很多常規(guī)翼型飛機會在機翼上裝一個小翼，它的作用是防止飛機在面對氣流時會產(chǎn)生紊流，但是這種設(shè)計也有他的弊端，因為他會英雄飛機的性能，而且結(jié)構(gòu)重量也會對飛機產(chǎn)生影響，因此很多類型的飛機在設(shè)計時不會選擇安裝這種小翼。
圖2-1 常規(guī)翼型飛機
第2章 機身機翼對接形式
2.三角翼布局：三角翼型飛機是在世界飛機類型中是非常常見的一種類型。在世界范圍內(nèi)，運用這種設(shè)計的有中國和美國的部分無人機、B2隱形轟炸機、F117等都采用這種翼型。上述這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是其有利于飛機的隱形設(shè)計，而且在設(shè)計上結(jié)構(gòu)相對簡單，有利于增加機翼內(nèi)的空間提高載油量和載彈量。但是其不利的方面就是因為只有一個主翼一個尾翼，因此飛機機動性轉(zhuǎn)向性較差。另外，這種設(shè)計主要適合機動性要求不高的機型，可以提高飛機的載彈量與適航性，一般用于像隱形轟炸機和無人機這種對機動性要求不高的機型，對于戰(zhàn)斗機來說不太合適。
圖2-2 三角翼型飛機
3.鴨翼布局：人們在三角翼無法使飛機有好的機動性的前提下，設(shè)計師別出心裁地在大三角翼的前面裝了一對小的機翼，在尾翼的選擇上大多選擇雙垂尾布局，在改進了這種飛機的設(shè)計上飛機外形像一個鴨子，因此人們也形象地叫它鴨翼。
在原本的設(shè)計上加裝了鴨翼的飛機可以大大地提高飛機的機動性，這也使飛機的設(shè)計上又多了選擇。鴨翼的優(yōu)點顯而易見，它具備了三角翼的優(yōu)點，同時又具備了很強大的機動性能。比較典型的戰(zhàn)斗機是瑞典“鷹獅”等。
第2章 機身機翼對接形式
圖2-3 鴨翼布局飛機
2.2機翼相對機身位置
我們可以根據(jù)機翼在機身上的位置的不同，將機身機翼的連接類型分為上單翼、下單翼、中單翼。機翼相對機身位置如下圖所示：
圖2-4 機翼相對機身位置
圖（a)上單翼；圖（b)下單翼；圖（c)(d)中單翼
1—機翼；2—翼、身對接框；3—鍛件；4—貫通部分
上單翼：就是說機翼位于機身的上方，它的穩(wěn)定性高，但是機身難以做出滾轉(zhuǎn)等動作，機翼離地距離大，發(fā)動機不易吸入地面的碎石和泥土等雜物。這種翼型經(jīng)常運用于運輸機，因為運輸機對機動性要求不高，但有時在戰(zhàn)時必須在條件較差的機場起飛完成戰(zhàn)略運輸任務(wù)。此種翼型的飛機因為機翼離地高，機身起落架離地低，非常適合戰(zhàn)略運輸機。現(xiàn)在世界主流運輸機都采用上單翼構(gòu)形。
下單翼：飛機機翼相對機身位置在下方，小型飛機體積小機翼離地近，發(fā)動機的安裝緊湊，所以它的發(fā)動機多在機翼的上翼面。這種結(jié)構(gòu)的飛機機動好但是不穩(wěn)定。民航客機因為對安全穩(wěn)定要求較高，體積大寬度大，但民航客機也得考慮到維修保養(yǎng)，如果機翼比較高也會增加保養(yǎng)費用，而且由于飛機穩(wěn)定性和它的翼展成正比，所以只要翼展足夠?qū)捑湍軌虮ＷC一定的穩(wěn)定性。下單翼飛機重心低，這也增加了下單翼飛機的著陸的安全性，正是因為以上的幾點所以很多客機多用下單翼。
中單翼;機翼位于機身的中部，中單翼有自己的優(yōu)點，但是在飛行特點上不如上面兩種形式，中單翼和它的字面解釋一樣顯得很平庸，但是它的穩(wěn)定性很好飛行機動性也很強，適用于多用途的飛機。在當(dāng)下的戰(zhàn)斗機轟炸機的設(shè)計中幾乎都采用中單翼，因為這種結(jié)構(gòu)各個方面的性能都比較均衡，符合戰(zhàn)斗機發(fā)展的規(guī)律。自從噴氣式飛機出現(xiàn)以來，世界各國戰(zhàn)斗機都采用了中單翼的設(shè)計，到目前為止，大多數(shù)世界著名的第三、四代戰(zhàn)斗機都采用了中單翼布局。
2.3機身機翼的對接形式
機身機翼對接形式總的來說可以分為兩種類型，第一種是在機身的側(cè)面和機身進行對接，這種設(shè)計在中單翼中比較常見；另外一種是左邊和右邊的機翼連在一起，中間的中央翼再與機身連接，這種設(shè)計大多用于上單翼和下單翼還有一種是允許機翼貫通機身的中單翼的類型。
在上單翼中有以下幾種對接形式：
1.翼梁與框直接連接形式
結(jié)構(gòu)特點：機身的加強框向外延伸分別翼梁與框直接連接形式
優(yōu)點：對接結(jié)構(gòu)重量輕
圖2-5 翼梁與框直接連接形式
1-梁緣條；2-腹板；3-框外伸立梁；4-端肋；5-機身側(cè)壁版
2. 過渡接頭耳片叉耳連接式
圖2-6 過渡接頭耳片叉耳連接式
1—梁緣條；2—翼梁前支臂；3—翼梁后支臂；4—單叉耳接頭；5—雙叉耳接頭；6—機身框加強件
結(jié)構(gòu)特點：（1）機翼貫通機身，通過中央翼的翼梁和機身框連接。
(2) 中央翼的下緣條外部設(shè)單叉耳過渡接頭盒機身框雙耳接頭連接，順航向放置螺栓。
缺點：此連接結(jié)構(gòu)的重量比較大。
3. 緣條直接連接式
圖2-7 緣條直接連接式
1-梁緣條；2-立梁內(nèi)支臂；3-立梁外支臂4-立梁外伸接頭
結(jié)構(gòu)特點：中央翼的翼梁緣條加厚處，設(shè)置前后的支臂，在連接處通過螺栓和機身加強框外伸立梁接頭連接。連接的螺栓受拉和壓力。
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較輕。
在下單翼結(jié)構(gòu)中，機翼與機身的常見連接類型有三種：嵌入式對接形式、翼梁與框直接連接形式、翼梁與框過渡連接形式。
1.嵌入式連接形式
通過空心銷將翼梁連接到機身上
第2章 機身機翼對接形式
圖2-8嵌入式連接形式
1—空心銷；2—中央翼腹板；3—定位螺栓；4—梁接頭大鍛件；5—側(cè)肋腹板；6—中外翼腹板；7—機身框大鍛件；8—塞子
結(jié)構(gòu)特點:（1）用空心銷將機身與翼梁對接到機身上面；把中央翼嵌入兩個機身加強框之間。
(2) 孔和銷子之間涂了潤滑劑，機翼受力發(fā)生彎矩變形時，因為單個銷子不能傳遞彎矩只能夠傳遞剪力。只能和另外的銷子配合起來傳遞反對稱彎矩或者扭矩。
(3) 銷子需要同時滿足有足夠的擠壓強度和剪切強度。
缺點：由于機身和框是一體式的，因此不能利用機翼作為受力結(jié)構(gòu)的一部分，而且連接處有偏心彎矩。
2、翼梁與框直接連接形式
第2章 機身機翼對接形式
圖2-9 翼梁與框直接連接形式
1-機身蒙皮；2-機身加強框；3-梁緣條；4-梁腹板；5-機身下蒙皮
結(jié)構(gòu)特點：（1）中央翼梁的上下緣條及腹板都與機身加強框直接連接。
（2）螺栓受剪
優(yōu)點：連接結(jié)構(gòu)重量比嵌入連接形式輕。
3、翼梁與框過渡連接形式
第2章 機身機翼對接形式
圖2-10 翼梁與框過渡連接形式
1-中央翼；2-中外翼；3-過渡接頭
結(jié)構(gòu)特點：中央翼和中外翼交匯處機身加強框與上緣條伸出雙叉耳接頭連接。
如上圖，有些下單翼飛機也可以通過過渡接頭把翼梁和機身框連接。
第3章 受力分析
第3章 受力分析
3.1翼肋承受的載荷
（1）慣性載荷：自身重量所載貨物的慣性載荷。
（2）外部載荷：受到空氣動力的吸力與壓力并傳遞力。
（3）壓縮載荷：當(dāng)機翼在外力作用下發(fā)生形變時，在翼肋上會出現(xiàn)向里的作用載荷，如圖：
圖3-1 機身彎曲翼肋受壓皺載荷
（4）當(dāng)蒙皮受力發(fā)生形變彎曲時，翼肋緣條就會支承壓力。
（5）支持壓縮和剪切載荷作用下的壁板載荷。
（6）雙梁機翼翼肋受彎矩和剪力情況如下圖：
第3章 受力分析
圖3-2 雙梁機翼翼肋受彎矩和剪力情況
翼肋受外載的方式：
（1）腹板式翼肋設(shè)計中，一般是把集中載荷施加在翼盒上，比如起落架和發(fā)動機等載荷重量。
（2）桁架式翼肋中，機翼所承受的載荷分別作用在桁架的接點的地方。在兩個連接點之間的翼肋的緣條，受到的力會全部轉(zhuǎn)移到臨近的對接點上，所以兩點間的桿子受到拉伸與彎曲的作用。
（3）密封肋在整體的油箱當(dāng)中，會受到油箱中燃油的擺動和燃油壓力等所產(chǎn)生的側(cè)向的載荷。
（4）腹板開減輕孔的翼肋當(dāng)中，翼肋上的剪切載荷與彎曲力矩室友緣條、腹
第3章 受力分析
板和立柱所形成的完整的構(gòu)件所承擔(dān)的。
翼肋緣條的最低剛度要求：
設(shè)計中桁架肋的設(shè)計不單考慮滿足強度的要求，同時也要符合最低剛度要求，最低剛度的表達式：
表達式當(dāng)中：E——翼肋緣條的材料彈性模量
——翼肋緣條的慣性矩
L——翼肋間距
b——桁架肋立柱間距
D——單位弦長的壁板沿展向的彎曲剛度
3.2機翼翼梁受載情況
（1）機翼的梁腹板在受力時主要承受扭轉(zhuǎn)剪流與剪力，因為受到剛心氣動力壓心不同位置的影響，后梁腹板受到的剪力小而前梁受到的大。
（2）如果機翼的后掠角比較大并且集中應(yīng)力向后，機翼的后梁實際剛度比要小于機翼后梁所承受的彎矩。
（3）機翼翼梁承受拉壓力，大部分力是壁板支承的。而載荷分配比決定真壁板與翼梁的各自承擔(dān)多少比例。另外，分配比也是由剛度的大小來決定。通常情況下載荷分配比在7%至15%之間，不可以超過20%。單塊式機翼的結(jié)構(gòu)效率取決于翼梁的占比，占比越大效率越低。
（4）當(dāng)代飛機設(shè)計時設(shè)計油箱都會設(shè)計成整體式，所以飛機 受載時不僅受到氣動載荷，還要受到機體內(nèi)部油箱的內(nèi)壓和燃油晃動所產(chǎn)生的載荷。因此要求腹板在限制載荷下，不能夠出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)。
（5）在平時的設(shè)計中我們要保證設(shè)計使得腹板不受正應(yīng)力，但是因為腹板它的臨界力的提高，機翼的緣條和腹板一起承受正應(yīng)力，腹板中承受應(yīng)力的寬度叫做有效寬度。設(shè)計中通常選擇和梁緣條立筋處對接平齊的那部分的腹板的寬度。有的情況下也可以取腹板高度的八分之一到六分之一當(dāng)成有效寬度。
（6）通常可以將緣條與壁板一同考慮，設(shè)計時應(yīng)該考慮到要增加梁緣條的慣性半徑，這樣才會有較高的失穩(wěn)臨界應(yīng)力。
第3章 受力分析
3.3螺栓受力形式
螺栓的受力形式有三種：分別是拉、剪、拉剪復(fù)合三種。
在實際的應(yīng)用過程中，我們應(yīng)該根據(jù)不同的受力情況來選擇相應(yīng)的螺栓。在受到拉應(yīng)力時應(yīng)該選擇承拉螺栓，如果受到剪切力選擇承剪螺栓，如果同時受到兩種作用力而且兩種作用力都不能視而不見對此我們應(yīng)該采用拉剪螺栓。在實際應(yīng)用中，對于那些要求不高、受力小的對接，如果螺栓的數(shù)量比較多、裝配時用間隙孔補償時，這種情況下采用承拉螺栓。
在受力形式的選擇上我們應(yīng)該考慮疲勞性能的要求和結(jié)構(gòu)的特點。當(dāng)受到的力比較大，有較高的疲勞性能要求的對接我們應(yīng)該選擇受剪形式。如果有時有一些大受力的連接并且采取了抗疲勞的措施，也能采取受拉形式。
在實際應(yīng)用過程中，如果要考慮到抗疲勞的要求也要受到受拉形式的約束，我們應(yīng)該采用抗拉疲勞螺栓。
圖3-3 螺栓受剪力和拉壓力示意圖
3.4長桁的受力
在機翼中長桁與蒙皮和翼肋相連，它會承受氣動載荷。長桁會承受機翼的彎矩所產(chǎn)生的部分軸向力，是機翼的縱向元件中非常重要的一個結(jié)構(gòu)。另外除此之外，長桁還對蒙皮有一定的支撐。如下圖：
第3章 受力分析
3-4 長桁示意圖
3-5 長桁受力示意圖
3.5耳片的受力
（1）載荷：通過機翼的彎矩可以計算得出耳片的設(shè)計載荷P0。因為是比較重要的接頭所以要乘螺栓受載不均勻系數(shù)1.15和附加安全系數(shù)1.25.
耳片受載P=P0×1.25×1.15
（2）耳片擠壓
第3章 受力分析
3-6 耳片擠壓受力示意圖
式中：d——螺釘直徑；
T——耳片厚度；
Kc——擠壓系數(shù)
(3)耳片拉斷
其中：b——耳片上釘孔邊距
Kt——不均勻系數(shù)，查曲線或近似按下式確定
(4) 耳片剪切
（5）螺栓剪切
因為考慮到螺栓雙面受剪：
因為連接處有空隙，螺栓會受到彎矩的影響，機身機翼結(jié)合的精度會影響載荷的傳遞，因此要求比較嚴格。
3.6機身和機翼連接結(jié)構(gòu)的受力
由于有相似的受力情況所以我們將單塊和多腹板式的飛機對接結(jié)構(gòu)的受力稱為無對稱彎矩受力；而對于沒有直接貫通飛機機身的中單翼類型的情況，我們
第3章 受力分析
稱為有對稱彎矩受力。
有對稱彎矩受力，如圖3-7，我們可以看見機翼的大部分載荷（扭矩、彎矩和剪力）全部在通過接頭傳遞給機身框架，從而導(dǎo)致框的受力非常大。
扭矩：對稱扭矩是翼盒上的腹板和蒙皮受剪切向根部傳遞的。因為長桁與蒙皮在實際中不會與機身對接，因此要在翼根部放一個加強肋，將閉合剪流變成兩個垂直方向的力偶，再通過對接的接頭傳遞給機身。不對稱扭矩會進入機內(nèi)部，再讓機身平衡承受。
剪力：機身連接處螺栓會受到剪切力并轉(zhuǎn)移給框架，而接頭會受到擠壓，也會有縱向力作用給機身。
彎矩：彎矩作用在機身的框架上，螺栓在機身機翼連接處受剪力，
3-7 有對稱彎矩受力示意圖
如圖3-8。由于沒有扭矩，在受力時機翼所受到的負荷會由接頭直接轉(zhuǎn)移給機身框架。
彎矩：梁式機翼的彎矩主要由梁條承擔(dān)，單塊式的彎矩一般由其上下壁板來承受。
剪力：通過對接的接頭所受到壓或者拉的方式來傳遞給機身。
扭矩：對稱扭矩由側(cè)面的肋把剪流轉(zhuǎn)變成一對方向相反大小相等的剪流，在機身和機翼的連接處再傳遞給機身，對于中央翼來說影響不大。反對稱扭矩到中央翼盒內(nèi)，并在中央翼當(dāng)中能夠達到自身平衡。
3-8 無對稱彎矩受力示意圖
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
4.1CATIA軟件的簡介
CATIA是達索公司出品的一款軟件。達索公司的產(chǎn)品“幻影”和“陣風(fēng)”系列戰(zhàn)斗機，作為一種世界著名的三代戰(zhàn)斗機，受到世界各個國家的好評。CATIA作為達索旗下的產(chǎn)品，自然也是在世界各國飛機設(shè)計中大量采用的設(shè)計軟件。
正是因為CATIA軟件能夠解決幾乎全部的設(shè)計任務(wù)，而且它的混合建模和DMU電子樣機模塊這項功能也讓CATIA軟件在同行業(yè)的競爭中占據(jù)了主導(dǎo)地位。另外CATIA軟件的功能也非常廣泛，CATIA都能設(shè)計。使用者可以使用共13萬套以上的CATIA進行設(shè)計，可以讓使用者隨心所欲地進行大大小小的設(shè)計，設(shè)計范圍也十分廣泛。
我這次使用的就是CATIA V5版本，這個版本的CATIA軟件能夠很好地適應(yīng)個人計算機的日常使用。這個版本更加人性化，增加了一定的功能，對硬件要求不高，兼容性強，而且在不斷地改進中。
CATIA的運用：機械加工、飛行器設(shè)計、日常生活用品設(shè)計、各種工業(yè)設(shè)計等。
4.2機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
通過學(xué)習(xí)CATIA軟件，并選取一種機身機翼的連接形式進行建模，這種連接主要是靠螺栓螺母與固接接頭和鉸接接頭進行連接的結(jié)構(gòu)。主要零部件有：鉸接接頭、固接接頭、機翼（翼肋、翼梁、長桁等）、螺栓、螺母。
（1）鉸接接頭CATIA作圖過程：
首先點擊進入CATIA V5軟件，點擊開始按鈕選擇機械設(shè)計按鈕選擇零件設(shè)計。
再選擇YZ平面進行草圖繪制，點擊草圖，然后點擊編輯多重約束對草圖1進行約束，然后進行拉伸，再點擊去除材料來移除材料。再點擊草圖鍵來繪制草圖，點擊約束按鈕來約束盒體的參數(shù)，再進行拉伸，得到盒體。
圖4-1鉸接接頭約束
圖4-2鉸接接頭盒體草圖及其約束
圖4-3鉸接接頭示意圖
(2) 固接接頭CATIA作圖過程：
首先點擊進入CATIA V5軟件，點擊開始按鈕選擇機械設(shè)計按鈕選擇零件設(shè)計。
再選擇YZ平面進行草圖繪制，點擊草圖，然后點擊編輯多重約束對草圖1并且進行約束，然后進行拉伸。再進行平移操作，得到對稱體。繪制草圖2，進行約束，再進行拉伸，進行限制長度為20mm。
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-4 固接接頭草圖及其約束示意圖
圖4-5對草圖進行多重約束示意圖
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-6固接接頭盒體草圖及其約束
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-7 固接接頭示意圖
（3）十字槽盤頭組合螺栓的建模過程：
平墊圈建模過程：先按草圖按鈕畫草圖，再進行約束，最后拉伸。
圖4-8 螺栓草圖及其約束
彈簧墊圈建模過程：先按草圖按鈕畫草圖，再進行約束，最后拉伸。
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-9 彈簧墊圈草圖及其約束示意圖
旋轉(zhuǎn)體建模過程：先按草圖按鈕進行畫草圖1,旋轉(zhuǎn)體，在進行按約束按鈕進行約束。再在上表面畫一個十字槽草圖，半徑0.25mm。選擇移除材料按鈕來去除材料。
圖4-10 旋轉(zhuǎn)體建模過程示意圖
凸臺1和2的建模過程：先通過草圖按鈕畫草圖，再約束其尺寸凸臺1的半徑為1.3mm,凸臺2的半徑為1.5mm。再對凸臺1和2進行倒角，選擇倒圓角按鈕，凸臺1的倒角長度和寬度分別為0.2mm和45度，凸臺2為0.5mm和45度。
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-11 凸臺1和2的草圖及其約束
圖4-12 螺栓示意圖
(4)螺母CATIA作圖過程：
首先點擊進入CATIA V5軟件，點擊開始按鈕選擇機械設(shè)計按鈕選擇零件設(shè)計。
新建零部件，選擇XY平面再點擊草圖進行草圖繪制，在點擊矩形按鈕，選擇正六邊形，再在原平面上畫一個圓，然后點擊編輯多重約束對草圖1接著進行約束，然后拉伸。再點擊去除材料來移除材料。
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-13 螺母草圖及其約束示意圖
圖4-14 螺母
凹槽缺角的設(shè)計：
如圖繪制草圖再按凹槽按鈕去除材料，得到凹槽倒角。
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-15 凹槽缺角的草圖
(5) 機翼
機翼主要由翼肋、長桁，翼梁，縱墻，接頭等組成。我們在實際的作圖過程中先將機翼的每個零部件先畫出來，最后再進行裝配。機翼各個零部件圖如下列圖所示。
圖4-16 翼肋
圖4-17 通過平移得到一組翼肋
圖4-18 翼梁及其接頭
圖4-19 前縱墻及其接頭
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
圖4-20 機翼裝配示意圖
（6）固接接頭與機翼連接
固接接頭與機翼連接是一種連接方式，結(jié)構(gòu)在兩個方向的平動和一個平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動都被固定，因此這種結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，如圖4-21。
圖4-21 固接接頭與機翼連接示意圖
第4章 機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模
（6） 鉸接接頭與機翼連接
鉸接接頭與機翼連接也是機身機翼連接的一種方式，如圖4-22。
圖4-22鉸接接頭與機翼連接示意圖
第5章 總結(jié)和展望
第5章 總結(jié)和展望
5.1論文總結(jié)
在老師的教導(dǎo)下，通過學(xué)習(xí)所給資料讓對世界上的各種飛機的基本連接結(jié)構(gòu)也有了一定的認識，了解到了不同種類的飛機在機身機翼的對接結(jié)構(gòu)上必須按照適當(dāng)?shù)姆椒▉磉B接。
本文從飛機的發(fā)展開始研究，根據(jù)國內(nèi)和國外在機身機翼的對接結(jié)構(gòu)上的不同，更加深入地了解機翼與機身對接形式，并比較不同的機翼機身對接結(jié)構(gòu)的異同點，對主要部件的受力傳力進行分析。
同時，我也意識到在設(shè)計中一個考慮到多個方面的問題，既要考慮到連接的穩(wěn)定性又要考慮到剪切力的問題，也要注意不同構(gòu)件之間的相互配合，還要考慮結(jié)構(gòu)重量的問題。考慮到各個方面的問題之后，我們才能更加合理地選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
通過學(xué)習(xí)CATIA軟件，對所選擇的結(jié)構(gòu)進行建模，鍛煉了自己運用CATIA軟件的能力，也使得機身機翼連接件能夠更加直觀地呈現(xiàn)在我們眼前。
5.2展望未來
通過本次的典型機翼機身對接結(jié)構(gòu)CATIA三維建模這個課題的畢業(yè)設(shè)計，我們可以看到CATIA在實際的設(shè)計中運用面還是十分廣泛的，更好地學(xué)習(xí)CATIA軟件對于我們來說也十分必要。因此在今后還要多多學(xué)習(xí)CATIA的相關(guān)知識。
航空航天業(yè)在一天一天地進步，飛行器越來越快，這就要求在材料上連接結(jié)構(gòu)必須能夠承受大的載荷，在結(jié)構(gòu)上也必須做出更大的改進，使得結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)新的發(fā)展需求。特別是現(xiàn)在的一體式機身機翼連接的發(fā)展，對行業(yè)來說是一次大的機遇，它將使機身機翼的連接更加合理，氣動效果更加好，更有發(fā)展前景。
中國民航業(yè)的規(guī)模有了長俗的發(fā)展，我國的飛機制造業(yè)也迎來了春天。比如國產(chǎn)客機C-919的出現(xiàn)就打破了歐美的壟斷，中國在機身機翼連接方面也取得了長俗的進步。我也希望我們國家在機身機翼對接結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造上能夠緊追世界發(fā)達國家，優(yōu)化設(shè)計，改進工藝，從而滿足中國飛機的生產(chǎn)要求。
參考文獻
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致謝
致謝
經(jīng)過長時間的努力，我查閱了很多資料，也根據(jù)老師的要求完成了相關(guān)的任務(wù)，最終我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。這次畢業(yè)設(shè)計凝聚了了我還有我的老師的心血，在這里我要先感謝老師耐心地教導(dǎo)，平時我一有什么地方有疑問就會去找老師，老師也會十分耐心地教我。正是在老師的不厭其煩的教導(dǎo)下我才能順利地一步一步地將畢業(yè)設(shè)計完成。
另外老師還給了我相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計資料，讓我學(xué)習(xí)了飛機設(shè)計手冊中的