機身

機身

機身(fuselage) 飛機上用來裝載人員、貨物、武器和機載設備的部件。它將機翼尾翼起落架等部件連成一個整體。在輕型飛機殲擊機上,還常將發動機裝在機身內。

飛行中機身的阻力占全機阻力的30%~50%。正常式機身(圖1a )套用最為普遍。它是一個中間大,向兩頭緩慢收縮的流線體紡錘形),機身頭部略下垂以擴大駕駛員的視界,尾部略上翹以避免飛機著陸時機身尾部觸地。一些超音速飛機為了減小飛行時的阻力,採用中部收縮的細腰形機身,稱為面積律機身(圖1b)。高亞音速旅客機的機身中部有一個較長的等截面段,頭部和尾部為收縮段。軍用運輸機的機身尾部常有很大的上翹,並開有後門,便於大型武器裝備和車輛的裝卸。尾撐式機身(圖1c、d )流線型不好,阻力大,較少採用。

基本介紹

  • 中文名:機身
  • 外文名:Fuselage
  • 作用:“懸臂樑”裝置
  • 結構:梁式 半硬殼式等
外形,作用,結構,①梁式機身:,②半硬殼式機身:,③硬殼式機身:,增壓艙,靜電消除法,

外形

機身按外形特點分為正常式機身和尾撐式(包括單尾撐和雙尾撐)機身。正常式機身(圖1a )套用最為普遍。它是一個中間大,向兩頭緩慢收縮的流線體(紡錘形)。機身頭部略下垂以擴大駕駛員的視界,尾部略上翹以避免飛機著陸時機身尾部觸地。在一些噴氣式殲擊機上,發動機裝在機身後部,進氣口在機身頭部,機身成為兩頭略小的圓筒形,常稱為雪茄形機身。在一些超音速飛機上,為了減小跨音速飛行時的阻力,採用中部收縮的細腰形機身,常稱為面積律機身(圖1b)。高亞音速旅客機的機身截面多為圓形或近於圓形,機身中部有一個較長的等截面段,頭部和尾部為收縮段,形成一個流線型。這樣的機身具有較大的內部容積。軍用運輸機的機身尾部常有很大的上翹,並開有後門,便於大型武器裝備和車輛的裝卸。尾撐式機身(圖1c、d )也能達到方便貨物裝卸的目的,但是由於機身流線型不好,阻力大,以及細的尾撐剛度較差等原因而較少採用。在輕型飛機上,為了提高機身容積利用效率和便於製造,多採用帶圓角的長方形截面的機身。因此,良好的機身流線型對於減小飛機阻力,改善飛行性能具有重要作用。由於駕駛員、旅客、貨物和機載設備等都集中在機身上,與之有關的飛機使用方面的大部分要求(如駕駛員的視界,座艙的環境要求,貨物和武器裝備的裝卸,系統設備的檢查維修等)都對機身的外形和結構有直接的影響。

作用

直接作用在機身上的氣動載荷較小,飛行中主要的載荷是機身內各裝載物的慣性力和機翼、尾翼接頭傳來的力。從結構上看,機身好像一根中部支持在機翼上的懸臂樑,在裝載物慣性力和尾翼集中力作用下兩端向下彎曲(正過載時)(圖2 )。在垂直尾翼側力作用下,機身在水平方向也產生彎曲,但比垂直方向小得多。垂直尾翼側力對後機身有較大的扭轉作用。飛機在地面滑行和著陸時,地面的撞擊也會使機身受載,如前輪受到側向撞擊就會使前機身受扭。

結構

柱形的機身在結構受力方面比薄的機翼有利得多。因此其結構件剖面尺寸比機翼小,剛度比較大。機身結構由蒙皮、縱向和橫向骨架組成。縱向骨架有桁條、桁梁和縱向局部加強件。橫向骨架有普通框和加強框。除桁梁和縱向局部加強件外,其他結構元件的基本作用與機翼結構元件相同(見機翼)。桁梁相當於機翼翼梁中的緣條,承受彎曲正應力,其剖面尺寸比桁條大。在有桁梁的機身結構中,多布置4根桁梁和少量的(或沒有)桁條,機身軸向力多由桁梁承受。縱向局部加強件的作用是將集中力分散傳給蒙皮和隔框。它可能由幾根縱向短梁組成,也可能是一個短的盒形梁。普通框是一個環形結構,剖面尺寸較小,用以維持機身外形並起加強蒙皮的作用。加強框可以是環形結構,也可以是桁架式和板式結構。機身可按其結構元件的受力特點分為幾種型式(圖3)。
機身機身

①梁式機身:

由4根桁梁承受機身的全部或大部分彎曲正應力。蒙皮較薄,只承受扭矩和橫向剪下力。桁條較少,用於支持蒙皮或承受少量軸向力。這種結構型式多用於機身口蓋較多的部位。如殲擊機的前機身有較多的大開口(座艙蓋、前起落架艙蓋、電子設備艙和武器艙口蓋等),蒙皮不可能受力,宜用梁式結構。

②半硬殼式機身:

沒有強的桁梁。密布的桁條與蒙皮一起承受彎曲正應力。這種結構重量較輕,機身上凡是開口較少的部位大多採用這種結構型式。

③硬殼式機身:

沒有桁梁和桁條。為了改善蒙皮的支持情況,沿機身長度方向布置有較密的普通框,有時也稱密框結構。一般用在彎矩很小而又無大開口的部位。有些輕型飛機為便於製造而採用硬殼式機身。
飛機機身往往要根據不同部位裝載物的特點採用不同的結構型式。

增壓艙

現代飛機的巡航飛行高度多在8000米以上。高空氣壓低,空氣稀薄,難以維持乘員的生命,在駕駛艙和客艙內需要人工增壓,以保持相當於地面的生活環境。這樣,在高空飛行中,機身增壓艙(又稱氣密艙)就相當於一個高壓氣瓶。在內外壓力差的作用下,機身結構就會受載變形。增壓艙的截面如為方形,在內壓力作用下隔框將承受巨大的載荷(圖4 左)。為了保持截面形狀,隔框就要做得非常堅固,從而使機身重量增加。如截面改為圓形,蒙皮便可發揮承載作用,艙壁上的內壓力完全可由蒙皮張力所平衡(圖4中),隔框基本不受載,因此旅客機機身截面多用圓形。在增壓艙的兩頭布置有帶腹板的隔框,由於同樣的原因也常做成球面框。為了提高機身容積的利用率,不少飛機的機身截面做成由不同圓弧組合成的複雜形狀(圖4右)。
機身機身
飛機的使用期限比較長(現代旅客機可達15~20年),必須考慮飛機結構在重複受載下的疲勞損壞問題。通常在受拉應力大且存在應力集中的部位,容易產生疲勞裂紋。機身增壓艙蒙皮在內外壓差作用下經常處於受拉伸狀態,同時在座艙門窗和結構連線接頭附近應力集中比較嚴重,是最易產生疲勞裂紋的地方。為使飛機不因結構疲勞而影響飛行安全,在結構設計時要注意使增壓艙蒙皮的張應力不要過高。在細節設計中儘量避免應力集中(例如採用膠接結構可以減少鉚釘連線孔,減小應力集中,且有利於保持增壓艙的密封性)。同時對關鍵部位採用多路傳力設計和阻止裂紋擴展的措施。

靜電消除法

飛機在空氣中運動,由於空氣和其它雜質的摩擦,在飛機機身上將產生靜電電荷(摩擦生電),一般為正電荷,通常電荷均勻分布在機身表面,但大氣層也是一個電磁場,由於電磁場的作用,導致這些電荷集中到飛機外表比較尖頂、薄等邊緣區域,如果沒有放電刷的作用,在電荷積累到一定能量時將導致空氣或雲層水分子之間的擊穿放電,也就是我們說的閃電現象,從專業方面也就是我們所說的“雷擊”現象。
放電刷是安裝在飛機表面外型尖端部分,由於放電刷的製作特點是在放電刷的頂端還裝了一個很小的金屬針,在大氣中由於電磁場的作用,帶電電荷都集中到放電刷的頂端的金屬針頭上,這樣電荷積聚在非常小的針頭上在不是非常高的電荷能量積聚的狀態下就非常容易導致與空氣或雲層中水分子之間的擊穿放電引起局部非常小能量的“雷擊”效應,從而將積聚在飛機機體表面的電荷能量釋放(所謂的尖端放電);通常對於飛機機身外表為金屬部分的,對放電刷的要求不是非常高,但對於複合材料部分在放電刷的要求方面是比較高的。這是因為金屬材料是電的導體,電荷可以自由流動,而複合材料是電的不良導體,容易積聚電荷。
雷達罩通常必須是複合材料(雷達波必須能夠穿透的材料,一般選用玻璃纖維,芳綸纖維或是石英纖維。),同樣雷達罩的表面在飛行中也會有電荷的積聚,在雷達罩表面電荷的積聚一方面會導致遭“雷擊”,另外一方面也會導致禁止掉雷達波的穿透,造成雷達工作不正常或探測不到應該探測到的氣象或地形狀態;雷達罩上導流條的作用是將非導電體雷達罩表面的靜電電荷通過導體導流條傳導到機身表面去,避免雷達罩表面上電荷的積聚。

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