關于民用飛行器結構設計演變的研究

摘 要：飛行器結構設計是飛行器設計中重要的組成部分，本文從飛行器結構設計的要求出發、詳細介紹了機身、機翼、尾翼的設計特點，總結了飛行器結構設計的演變趨勢，對飛行器設計人員和維修人員具有一定的參考價值。

關鍵詞：民用飛行器；結構設計；演變

飛行器內部構造說的是用幾個或者多個零件組合構成的機體，飛行器可以更好地承受載荷以及社會環境壓力的作用下形成應力、發生形狀的變化，同時材料的強度還必須符合相應的要求、剛度以及壽命方面的要求要達到標準。飛行器的大體結構設計大致包括三個層次的工作：第一，飛行器在結構方面的布局。主要是開展全機結構總體布局或者是選擇結構分離面，確定每一個組成部分主要承受力量結構，并研究力采用什么樣的形式傳播，布置其主要受力構件。第二，設置結構元件的參數。做好整體的結構布局之后，可以適當的選擇合適的部件進行優化。第三，結構細節設計。為了能夠讓結構有更好的承受能力，在做好結構優化之后，在結構的造型上也要精心修改。

1 結構設計的基本要求

1.1 機翼結構設計

機翼作為飛機的主要氣動面，它的作用是承受氣動，對飛行器而言起到了至關重要的作用。機翼的承載能力越強，結構高度越低就會對整體的結構布局造成更大的設計困難，所以我們對 機翼的設計要求也相應的有所提升。

機翼質量主要集中在機翼的結構上，大致能夠占到機翼總重量的三道五層，而機翼的重量占到整個飛機的8%～15%。各個機翼的類型是不同的，機翼的結構布局也各具特色。機翼結構通常都是在強度上游要求，之后再檢測彈性方面是否能夠符合標準，之后參考分析結果盡心合理的改造。

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

1.2 機身結構設計

機身結構大致可以分成三個部分，這三個部分是機身、短艙、尾撐，他們都是筒形結構。這種筒形結構主要的作用就是能夠承受更大的力。飛行器上的氣動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。機身的結構主要是承受機翼及尾翼部分傳來的力，用于平衡機身。

機身結構通常是由蒙皮或者是內部骨架組成。內部骨架通常是由縱向元件或者是橫向元件構成。機身與機翼的蒙皮發揮的作用是一樣的。當承受局部力量的時候，比方說受到局部的動力，蒙皮所承受的力就會傳遞給機身結構。

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身彎曲而出現的軸向力，加筋條對蒙皮提供相應的支撐。機身因為梁凸緣的面積相對比較大，梁凸緣因為是機身的一個部分，主要承受的就是機身開口處壓力。水上飛機的機身通常是在機身下部的位置設置龍骨架，這個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身著水的沖擊力。

2 結構設計思想的演變

飛行器在結構設計方面的思想是，能夠確保飛行器結構的安全性能，飛行器注重安全主要是因為在實踐的過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容。飛行器的結構從設計思想方面來看，整個演變的過后才能大致被分成五個不同的階段。（1）靜強度設計；（2）安全壽命設計；（3）安全壽命/破損安全設計；（4）安全壽命/損傷容限設計；（5）耐久性/損傷容限設計。不僅如此，參考可靠性分析，設計出一個完整的發展方向，不過到目前為止還沒有形成一套比較系統的方法。總之，我們設計師用的結構最重要的就是簡易性，這是不斷改善設計的重要原因之一。

靜強度設計的出發點是：結構在規定的設計載荷范圍之內不會出現系統性的故障；經過使用載荷，卸載之后保證不會出現變形等方面的問題。

安全壽命設計是以靜強度作為基本的設計理念，能夠有效的延長設備的安全使用時限。安全設計最重要的內容就是：一架新飛機的整體結構不論是在結構內還是結構表面都沒有形成缺陷或者是裂痕，設計通過一段時間的試用之后，有可能會出現裂紋或者是其他會影響試用壽命的問題。

破損安全設計是在安全壽命設計思想之后新提出來的一個理念。破損安全設計的提出主要是為了解決飛機中部分可能被隱藏的小瑕疵，小細節的問題，這些結構在使用的過程中可能會出現一些安全性問題，所以我們必須及時發現，馬上進行補救。

損傷容限設計把不同類型的結構歸為兩個大類，分別是緩慢裂紋擴展結構、破損安全結構。無止裂特性的單傳力被歸為前一種類型，而多途徑傳力則被歸為第二種類型。

耐久性/損傷容限設計的思想主要是為了能夠確保飛機的結構在使用期限內不會因為疲勞、腐蝕或者是其他的外部因素而造成嚴重的破壞。不僅如此，還能確保結構在壽命以及維修經濟性上能有良好的表現。耐久性/損傷容限設計能夠保證經濟壽命，為飛行安全保駕護航。

3 結語

要想對飛行器的結構設計，首先應詳細了解飛行器各部分的設計特點，并且跟隨飛行器的發展，以及不同飛行器種類，采用不同的飛行器設計思想，以期充分發揮飛行器的使用性能。

參考文獻：

[1]陳梓昊.飛行器結構設計思想的演變研究[J].傳播力研究，2018（06）.

[2]趙智姝，李偉，李映紅.飛行器結構設計特點及演變[J].現代制造技術與裝備，2016（09）.

作者簡介：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。