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第1章 引论1

1.1机体初步设计1

1.2适航性目标2

1.2.1引言2

1.2.2民用飞机2

1.2.3军用飞机的考虑2

1.2.4失效概率的定义3

1.3适航目标的实现——载荷及因子4

1.3.1要求4

1.3.2载荷的种类4

1.3.3载荷频数5

1.3.4载荷因子5

1.3.5结构寿命6

1.3.6系统设计8

1.4定义及基本假设9

1.4.1参考坐标轴9

1.4.2惯性特性12

1.4.3气动特性13

1.5设计状态的规定15

1.5.1操纵和设计飞行包线15

1.5.2速度的定义15

1.5.3飞机的质量和重心16

1.5.4发动机状态16

1.5.5高度17

第2章 结构设计规范18

2.1历史回顾18

2.1.1引言18

2.1.2军用飞机规范的发展18

2.1.3民用飞机规范20

2.2现行的适航规范24

2.2.1引言24

2.2.2军用飞机24

2.2.3民用飞机规范27

2.3飞机的分类28

2.3.1军用飞机28

2.3.2民用飞机29

2.4主要的载荷类型29

2.4.1飞行器构型与载荷情况29

2.4.2对称飞行情况29

2.4.3非对称飞行情况29

2.4.4地面情况30

2.4.5纵向载荷情况30

2.4.6局部载荷及其他载荷情况30

2.5载荷情况说明30

2.6速度设计31

2.6.1简介31

2.6.2设计速度31

第3章 飞行载荷工况35

3.1绪言35

3.2对称机动飞行35

3.2.1引言35

3.2.2对称机动飞行状态35

3.2.3飞行包线或n—V图37

3.2.4俯仰状态39

3.3非对称机动飞行40

3.3.1绪言40

3.3.2滚转状态40

3.3.3偏航／侧滑机动43

3.4发动机失效状态47

3.5大气湍流和突风47

3.5.1引言47

3.5.2突风表示法48

3.5.3突风和湍流要求50

3.5.4非对称突风规范52

附录A3滚转性能要求54

A3.1军机54

A3.2民机54

第4章 刚性机体动力学55

4.1引言55

4.2纵向配平情况55

4.2.1对称飞机的力和力矩55

4.2.2各项气动力的定义58

4.3静稳定性63

4.3.1纵向静裕度——操纵面固定63

4.3.2纵向机动裕度——操纵面固定64

4.3.3横向静稳定性66

4.3.4航向静稳定性67

4.4一般运动学方程67

4.4.1引言67

4.4.2加速度的构成67

4.4.3广义力和广义力矩方程69

4.4.4初始定常配平状态70

4.4.5扰动力和扰动力矩70

4.4.6运动方程的整理及线性化72

4.4.7运动方程的无量纲化74

4.4.8运动方程的解耦77

4.5运动方程的解78

4.5.1引言78

4.5.2解耦运动方程的微分算子求解79

4.6载荷计算的纵向方程组分析79

4.6.1引言79

4.6.2无量纲纵向导数的定义81

4.6.3飞机对俯仰操纵输入的响应84

4.6.4飞机对发动机推力变化的响应88

4.7横／航向运动方程解析89

4.7.1引言89

4.7.2横／航向无量纲导数的定义90

4.7.3横／航向运动学方程组的解耦93

4.7.4飞机对滚转操纵输入的响应93

4.7.5飞机对于偏航操纵输入的响应94

4.7.6飞机对发动机推力变化的响应96

4.8对特殊飞机构型的注释97

4.8.1一般情况97

4.8.2采用鸭翼布局的飞机97

4.8.3无尾飞机98

4.8.4全动平尾99

附录A4二阶线性微分方程组特性99

A4.1引言99

A4.2余函数100

A4.3定解积分101

第5章 飞行机动载荷105

5.1绪言105

5.1.1概述105

5.1.2配平飞行105

5.1.3机动载荷105

5.2控制激励器运动模态106

5.2.1引言106

5.2.2无校验模态106

5.2.3校验模态108

5.2.4激励模态108

5.3纵向运动——俯仰激励偏转108

5.3.1定常飞行状态108

5.3.2俯仰加速度110

5.3.3无校验俯仰机动分析111

5.3.4校验俯仰机动分析116

5.3.5有校验和无校验控制运动载荷比较118

5.3.6水平安定面上载荷总结118

5.3.7后缘操纵装置载荷120

5.4横向运动——滚转激励器偏转120

5.5航向运动——偏航激励器偏转120

5.5.1引言120

5.5.2偏航激励器的阶跃输入122

5.5.3偏航激励器的正弦输入124

5.5.4偏航控制激励器载荷125

5.5.5横向和偏航加速度126

5.6侧滑产生的非对称水平安定面载荷130

5.7飞行机动载荷分析130

第6章 大气湍流引起的载荷131

6.1大气湍流的本质131

6.1.1概述131

6.1.2大气湍流的数学模型131

6.2减缓陡边型突风分析——突风n—V图133

6.2.1减缓因子133

6.2.2突风n—V图134

6.2.3对称突风引起的水平安定面载荷136

6.2.4鸭式布局飞机136

6.2.5垂直安定面的横向突风载荷137

6.3调谐突风方法137

6.3.1对称突风137

6.3.2横向突风140

6.4连续湍流分析141

6.4.1连续湍流分析基础141

6.4.2应用于飞机突风响应144

6.4.3连续湍流突风设计准则147

6.4.4 A和N0的确定148

6.4.5动力放大因子的结构响应155

6.5总结155

附录6横向两自由度连续湍流分析应用举例156

A6.1引言156

A6.2飞机和算例数据156

A6.3减缓陡边型突风分析156

A6.4连续湍流分析的A和N0计算157

A6.5设计包线分析应用158

A6.6任务分析的应用159

第7章 着陆载荷161

7.1引言161

7.1.1概述161

7.1.2强度规范的适用范围161

7.1.3飞机设计质量条件162

7.1.4飞机纵向姿态162

7.2缓冲器设计特性概述163

7.2.1引言163

7.2.2缓冲器的性能和效率163

7.2.3充气轮胎特性曲线165

7.2.4缓冲器反作用力因子和行程166

7.2.5能量吸收方程166

7.2.6能量耗散168

7.3能量吸收要求168

7.3.1引言168

7.3.2着陆时垂直方向速度要求168

7.3.3垂直方向上的能量在各起落架单元上的分配170

7.4着陆条件引起的载荷工况171

7.4.1引言171

7.4.2在有阻力和侧向载荷的条件下着陆——载荷工况（1）172

7.4.3侧向载荷——载荷工况（2）173

7.4.4高阻力着陆——载荷工况（3）173

7.4.5单轮着陆情形——载荷工况（4）176

7.4.6运动部件的弹跳——载荷工况（5）176

7.5地面机动引起的载荷工况176

7.5.1引言176

7.5.2刹车工况177

7.5.3转向和绕轴转动178

7.5.4起飞工况179

7.5.5附加前轮载荷——转弯179

7.5.6牵引载荷179

7.6不平整地面上的操纵180

7.6.1引言180

7.6.2跑道不平整度和颠簸因子F的定义180

7.6.3军用飞机稳定刹车工况——Def.Stan.00-970第305章181

7.6.4起飞工况182

7.7附加载荷工况182

7.7.1概述182

7.7.2方向控制和前轮转向——Def.Stan.00-970第300、 302和303章；JAR-25.499182

7.7.3触地时和触地后的前向速度——JAR-25.479和481183

7.7.4滑行和起飞滑跑183

7.7.5机轮和轮胎上的不相等载荷183

7.7.6轮胎间隙183

7.7.7起落架的收放183

7.8水平方向的能量吸收——刹车183

7.9机身弹性和其他因素的影响184

7.10算例计算184

附录A7着陆的动力学分析184

A7.1引言184

A7.2问题的定义185

A7.3起落架弹簧和阻尼特性的推导186

A7.4作用力的推导188

A7.5动能项189

A7.6势能项189

A7.7外力功189

A7.8运动方程的推导190

A7.9运动方程的简化和求解190

A7.10讨论192

第8章 飞机结构各部件的载荷193

8.1引言193

8.2其他的整体载荷情况193

8.2.1纵向加减速193

8.2.2尾旋194

8.2.3地面操纵载荷195

8.2.4适坠性195

8.3升力面196

8.3.1引言196

8.3.2鸟撞196

8.3.3燃油系统——整体油箱和分隔油箱198

8.3.4操纵面与增升装置沿有效铰轴线的载荷198

8.3.5操纵面后缘顶风的载荷工况198

8.3.6增升装置198

8.3.7安装在机翼上的扰流板和减速板200

8.4机身200

8.4.1概述200

8.4.2减速200

8.4.3舱内气压200

8.4.4鸟撞201

8.4.5装载货物时的载荷条件202

8.5发动机的安装——安装发动机引起的载荷202

8.5.1引言202

8.5.2英国军用飞机——Def.Stan&00-970第200章第8段和活页 200/3.203

8.5.3民用飞机——JAR-25和JAR-23中第361段、363段和371段203

8.5.4鸟撞——吸入204

8.5.5发动机安装位置204

附录A8鸟撞条件下的风挡设计公式204

A8.1引言204

A8.2穿透公式205

A8.3风挡变形分析206

第9章 气动载荷分布208

9.1绪言208

9.2升力面概述208

9.3亚声速流动中升力面的展向载荷210

9.3.1无后掠升力面210

9.3.2后掠（或前掠）升力面的展向载荷214

9.3.3滚转产生的展向载荷分布215

9.3.4亚声速流中升力面展向载荷概述216

9.4亚声速流动中升力面的弦向载荷220

9.4.1载荷分量220

9.4.2弦向上压力中心和气动中心221

9.4.3总弦向载荷和力矩223

9.4.4基本翼型上的弦向载荷分布224

9.5机身在亚声速流动中的纵向气动载荷分布226

9.6超声速流动中升力面上的压力分布226

9.6.1超声速无黏流动中无限展长升力面上压力分布226

9.6.2超声速无黏流中有限展长、无掠角升力面上的压力分布227

9.6.3边界层效应228

9.6.4后掠翼／前掠翼的超声速前缘和后缘229

9.6.5后掠翼／前掠翼的亚声速前缘和后缘230

9.6.6超声速流动中升力面上压力分布的讨论232

9.6.7超声速流动中偏航作用下的压力分布235

9.6.8超声速流动中控制偏角产生的压力分布235

9.7超声速流动中机身和翼-身组合体的气动载荷分布238

9.7.1单独机身238

9.7.2超声速流动中翼-身组合体的气动载荷分布239

9.8零升力时的总载荷对零升俯仰力矩的影响240

9.8.1引言240

9.8.2翼型弯度240

9.8.3升力面扭转240

9.8.4机身弯度241

9.8.5翼-身效应241

9.8.6总零升俯仰力矩242

第10章 重复性载荷的规范与分析243

10.1引言243

10.2疲劳设计要求243

10.2.1引言243

10.2.2民用运输机规范243

10.2.3英国军用飞机规范243

10.2.4美国军用飞机规范244

10.3疲劳载荷分析的假设244

10.4重复载荷数据245

10.4.1数据表示245

10.4.2机动飞行工况246

10.4.3大气湍流247

10.4.4起落架载荷250

10.4.5其他显著重复载荷来源252

10.5重复载荷工况的意义253

10.5.1引言253

10.5.2地面载荷253

10.5.3地-空-地载荷253

10.5.4加压253

10.5.5飞行机动载荷——对称253

10.5.6飞行机动载荷——非对称253

10.5.7操纵面作动载荷254

10.5.8飞行突风载荷254

10.5.9着陆载荷254

10.6飞机结构寿命规范254

10.7疲劳设计过程255

10.7.1引言255

10.7.2初步设计阶段的抗疲劳设计（图10-11）255

10.7.3选择设计原理256

10.7.4设计过程——安全寿命和故障安全（图10-12）257

10.7.5设计过程——损伤容限（图10-13）257

第11章 气动弹性设计概要258

11.1引言258

11.2气动弹性现象258

11.2.1发散258

11.2.2操纵效能降低与反效260

11.2.3颤振260

11.3结构响应262

11.4气动弹性规范262

11.5刚度准则262

11.6惯性和质量分布264

11.7结构阻尼265

11.8其他刚度和有关考虑265

11.8.1操纵面间隙265

11.8.2操纵面及其护板的变形265

11.8.3铰接门、俯冲制动器等266

11.8.4机翼翼型轮廓266

第12章 结构设计数据的推导267

12.1引言267

12.2结构设计的基本目标267

12.2.1引言267

12.2.2强度267

12.2.3刚度268

12.2.4适用性268

12.2.5先进控制系统的内涵268

12.3要求分析——结构设计数据269

12.3.1一般流程269

12.3.2无约束梁分析例子269

12.3.3主要设计工况下的着陆载荷269

12.4主要结构部件上的载荷源274

12.4.1引言274

12.4.2机翼上的总体受载274

12.4.3机身载荷275

12.4.4起落架276

12.5参考基准线276

12.5.1参考线276

12.5.2后掠翼277

附录A12无约束梁分析的示例277

A12.1问题定义277

A12.2总载荷分析278

A12.3讨论281

第13章 飞机结构材料及其应用282

13.1引言282

13.2飞机结构材料282

13.2.1概述282

13.2.2金属材料282

13.2.3纤维增强复合材料283

13.3选材标准283

13.3.1概述283

13.3.2静（拉伸）强度284

13.3.3断裂韧性285

13.3.4刚度285

13.4飞机材料的应用285

13.4.1金属285

13.4.2复合材料288

13.4.3智能材料290

13.4.4其他飞机结构材料290

13.5初步结构设计所需的材料性能291

13.5.1引言291

13.5.2刚度291

13.5.3金属材料的许用应力291

13.5.4许用应力——纤维增强复合材料294

第14章 构件的作用与布置297

14.1引言297

14.2升力面——机翼和安定面297

14.2.1总体要求297

14.2.2展向翼梁概念298

14.2.3机翼油箱304

14.2.4翼梁的弦向位置304

14.2.5翼肋位置及其方向305

14.2.6固定的次承力结构305

14.2.7水平安定面306

14.2.8垂直安定面306

14.3辅助升力面308

14.3.1概述308

14.3.2铰接操纵面308

14.3.3全动操纵面310

14.3.4增升系统310

14.4机身312

14.4.1一般要求312

14.4.2截面构型313

14.4.3基本结构布置——外壳314

14.4.4机身框316

14.4.5舱门、窗户及风挡玻璃／舱盖316

14.4.6地板317

14.5升力面连接结构317

14.5.1连续贯通结构317

14.5.2机翼载荷的机身传力318

14.6战斗机内埋式发动机320

14.6.1引言320

14.6.2机翼位置320

14.6.3发动机拆卸320

14.6.4垂直起降设计的特殊问题321

14.7起落架321

14.7.1起落架机械布置321

14.7.2起落架的收进322

第15章 综合设计——构件尺寸的初步确定323

15.1引言323

15.1.1基本说明323

15.1.2载荷分配323

15.1.3综合技术324

15.2升力面盒式梁325

15.2.1翼盒结构的横截面325

15.2.2扭转刚度要求326

15.2.3总体扭矩327

15.2.4总体弯矩328

15.2.5翼盒上下蒙皮厚度329

15.2.6梁腹板329

15.2.7桁条配置330

15.3翼肋331

15.4辅助气动面（操纵面、襟翼、缝翼和扰流板）333

15.4.1铰支撑位置333

15.4.2主要元件尺寸334

15.5机身336

15.5.1增压336

15.5.2扭转剪切要求336

15.5.3总体弯矩336

15.5.4蒙皮厚度的确定337

15.6机身壳体的支撑框337

15.7主要连接框和腹板框338

15.7.1高承载框338

15.7.2受压腹板框339

15.8地板339

第16章 初等理论的重要偏差341

16.1引言341

16.2屈曲设计依据341

16.2.1概述341

16.2.2立柱342

16.2.3分布式缘条——桁条的设计优化342

16.2.4屈曲受剪腹板346

16.3盒式梁开口、约束及后掠效应348

16.3.1引言348

16.3.2 Bredt-Batho扭转——开口及约束效应348

16.3.3后掠翼盒的约束效应350

16.4接头351

16.4.1概述351

16.4.2运输类接头351

16.4.3生产类接头351

16.4.4接头细节352

16.5开口及载荷扩散352

16.5.1开口352

16.5.2载荷扩散355

第17章 总结357

17.1回顾和分析357

17.2载荷计算357

17.3结构设计357

17.3.1简介357

17.3.2结构设计检查列表358

附录A17参考书目359

符号表362

附录1飞行工况的应用示例378

AD1.1举例范围378

AD1.2 Cranfield Al特技飞机378

AD1.3飞机数据379

AD1.3.1概述379

AD1.3.2惯性参数379

AD1.3.3几何参数380

AD1.4设计载荷工况的定义383

AD1.4.1概述——应用要求383

AD1.4.2法向机动及速度的设计规定384

AD1.4.3机动包线图384

AD1.4.4载荷谱385

AD1.4.5载荷分析的设计工况385

AD1.5对称机动——升降舵偏转386

AD1.5.1引言386

AD1.5.2飞机特征参数计算387

AD1.5.3基准飞行情况的载荷计算387

AD1.5.4定常转动389

AD1.5.5无校验机动390

AD1.5.6 Vc下的校验机动393

AD1.5.7平尾最大设计载荷393

AD1.5.8升降舵上的载荷395

AD1.5.9平尾扭矩395

AD1.5.10应力数据的获取396

AD1.6横向机动——副翼偏转396

AD1.7航向机动——方向舵偏转396

AD1.7.1概述396

AD1.7.2飞机特性参数计算397

AD1.7.3无校验航向机动——方向舵的阶跃输入397

AD1.7.4方向舵的正弦输入398

AD1.7.5垂尾和方向舵的设计总载荷399

AD1.7.6方向舵上的载荷399

AD1.7.7垂尾扭矩400

AD1.7.8应力数据的获取400

AD1.8侧滑引起的非对称平尾载荷400

AD1.9突风和连续紊流的考虑400

AD1.9.1引言400

AD1.9.2离散突风——对称飞行401

AD1.9.3设计包线分析401

AD1.10模拟仿真403

AD1.10.1引言——模拟范围403

AD1.10.2配平状态404

AD1.10.3俯仰机动405

AD1.10.4滚转机动（参见AD1.6节）423

AD1.10.5偏航和侧滑运动426

AD1.10.6结论432

附录2对称飞行——平衡过程433

AD2.1绪言433

AD2.2基本状态433

AD2.3分析过程总结434

AD2.4算例435

AD2.4.1前言435

AD2.4.2飞机基本数据435

AD2.4.3设计状态436

AD2.4.4配平状态436

AD2.4.5 3g下定常滚转（常俯仰速度）437

AD2.4.6俯仰加速437

AD2.4.7飞机从平飞到3g俯仰抬头的状态的分析438

AD2.4.8飞机从3g到平飞俯仰低头的状态的分析439

AD2.5剪切力和弯矩计算440

AD2.5.1配平平飞状态440

AD2.5.2 3g定常机动状态442

AD2.5.3 3g机动的初始抬头状态443

AD2.5.4从3g到定常平飞的低头俯仰状态445

AD2.6剪力图和弯矩图450

附录3非对称飞行——平衡过程452

AD3.1绪言452

AD3.2假设452

AD3.3导数的一致性452

AD3.4分析过程453

AD3.5横向平衡算例454

AD3.5.1前言454

AD3.5.2基本飞机数据454

AD3.5.3设计状态455

AD3.5.4相关数据455

AD3.5.5基本方程和侧滑基准值455

AD3.5.6运动加速度和变化率456

AD3.5.7平衡、剪力和弯矩456

附录4起落架——载荷分析465

AD4.1引言465

AD4.2设计案例465

AD4.3设计工况466

AD4.4能量吸收特性分析466

AD4.4.1引言466

AD4.4.2每个起落架支柱单元上的静载荷467

AD4.4.3每个起落架单元的吸能要求467

AD4.4.4设计着陆质量工况下垂向反作用力467

AD4.5设计载荷的推导468

AD4.5.1引言468

AD4.5.2伴随着阻力和侧滑力的着陆——第7章7.4.2.2节，工况（lc）468

AD4.5.3侧向力——第7章7.4.3节，工况（1）469

AD4.5.4高阻力着陆和起落架回弹——第7章7.4.4节，工况（3）469

AD4.5.5高阻力着陆和回弹——MIL-A-8862分析方法470

AD4.5.6单轮着陆——第7章7.4.5节，工况（4）471