关于民用飞行器结构设计演变的研究

摘 要：飞行器结构设计是飞行器设计中重要的组成部分，本文从飞行器结构设计的要求出发、详细介绍了机身、机翼、尾翼的设计特点，总结了飞行器结构设计的演变趋势，对飞行器设计人员和维修人员具有一定的参考价值。

关键词：民用飞行器；结构设计；演变

飞行器内部构造说的是用几个或者多个零件组合构成的机体，飞行器可以更好地承受载荷以及社会环境压力的作用下形成应力、发生形状的变化，同时材料的强度还必须符合相应的要求、刚度以及寿命方面的要求要达到标准。飞行器的大体结构设计大致包括三个层次的工作：第一，飞行器在结构方面的布局。主要是开展全机结构总体布局或者是选择结构分离面，确定每一个组成部分主要承受力量结构，并研究力采用什么样的形式传播，布置其主要受力构件。第二，设置结构元件的参数。做好整体的结构布局之后，可以适当的选择合适的部件进行优化。第三，结构细节设计。为了能够让结构有更好的承受能力，在做好结构优化之后，在结构的造型上也要精心修改。

1 结构设计的基本要求

1.1 机翼结构设计

機翼作为飞机的主要气动面，它的作用是承受气动，对飞行器而言起到了至关重要的作用。机翼的承载能力越强，结构高度越低就会对整体的结构布局造成更大的设计困难，所以我们对 机翼的设计要求也相应的有所提升。

机翼质量主要集中在机翼的结构上，大致能够占到机翼总重量的三道五层，而机翼的重量占到整个飞机的8%～15%。各个机翼的类型是不同的，机翼的结构布局也各具特色。机翼结构通常都是在强度上游要求，之后再检测弹性方面是否能够符合标准，之后参考分析结果尽心合理的改造。

机翼主要是用蒙皮以及结构骨架这两大部分构成。其中蒙皮是由平板、加筋板或者是夹层板等形式构成，主要的作用的保持机翼的外形以及承载能力。

1.2 机身结构设计

机身结构大致可以分成三个部分，这三个部分是机身、短舱、尾撑，他们都是筒形结构。这种筒形结构主要的作用就是能够承受更大的力。飞行器上的气动荷载能够占到飞行器总荷载量的比例比较小，其承载的主要是惯性载荷。机身的结构主要是承受机翼及尾翼部分传来的力，用于平衡机身。

机身结构通常是由蒙皮或者是内部骨架组成。内部骨架通常是由纵向元件或者是横向元件构成。机身与机翼的蒙皮发挥的作用是一样的。当承受局部力量的时候，比方说受到局部的动力，蒙皮所承受的力就会传递给机身结构。

纵向骨架中主要包含有加筋条和梁。加筋条与蒙皮组合形成加筋板，加筋板的主要作用就是承受机身弯曲而出现的轴向力，加筋条对蒙皮提供相应的支撑。机身因为梁凸缘的面积相对比较大，梁凸缘因为是机身的一个部分，主要承受的就是机身开口处压力。水上飞机的机身通常是在机身下部的位置设置龙骨架，这个梁凸缘所承受的是其中一部分纵向弯矩，不仅如此还要承受机身着水的冲击力。

2 结构设计思想的演变

飞行器在结构设计方面的思想是，能够确保飞行器结构的安全性能，飞行器注重安全主要是因为在实践的过程中安全扮演着极为重要的角色，不仅如此目前的科技水平以及生产力水平也受到了很大程度的制约，所以安全方面使我们最先需要考量的内容。飞行器的结构从设计思想方面来看，整个演变的过后才能大致被分成五个不同的阶段。（1）静强度设计；（2）安全寿命设计；（3）安全寿命/破损安全设计；（4）安全寿命/损伤容限设计；（5）耐久性/损伤容限设计。不仅如此，参考可靠性分析，设计出一个完整的发展方向，不过到目前为止还没有形成一套比较系统的方法。总之，我们设计师用的结构最重要的就是简易性，这是不断改善设计的重要原因之一。

静强度设计的出发点是：结构在规定的设计载荷范围之内不会出现系统性的故障；经过使用载荷，卸载之后保证不会出现变形等方面的问题。

安全寿命设计是以静强度作为基本的设计理念，能够有效的延长设备的安全使用时限。安全设计最重要的内容就是：一架新飞机的整体结构不论是在结构内还是结构表面都没有形成缺陷或者是裂痕，设计通过一段时间的试用之后，有可能会出现裂纹或者是其他会影响试用寿命的问题。

破损安全设计是在安全寿命设计思想之后新提出来的一个理念。破损安全设计的提出主要是为了解决飞机中部分可能被隐藏的小瑕疵，小细节的问题，这些结构在使用的过程中可能会出现一些安全性问题，所以我们必须及时发现，马上进行补救。

损伤容限设计把不同类型的结构归为两个大类，分别是缓慢裂纹扩展结构、破损安全结构。无止裂特性的单传力被归为前一种类型，而多途径传力则被归为第二种类型。

耐久性/损伤容限设计的思想主要是为了能够确保飞机的结构在使用期限内不会因为疲劳、腐蚀或者是其他的外部因素而造成严重的破坏。不仅如此，还能确保结构在寿命以及维修经济性上能有良好的表现。耐久性/损伤容限设计能够保证经济寿命，为飞行安全保驾护航。

3 结语

要想对飞行器的结构设计，首先应详细了解飞行器各部分的设计特点，并且跟随飞行器的发展，以及不同飞行器种类，采用不同的飞行器设计思想，以期充分发挥飞行器的使用性能。

参考文献：

[1]陈梓昊.飞行器结构设计思想的演变研究[J].传播力研究，2018（06）.

[2]赵智姝，李伟，李映红.飞行器结构设计特点及演变[J].现代制造技术与装备，2016（09）.

作者简介：彭云飞（2001.），男，汉族，重庆江津人，高中在读，研究方向：航天、航空、飞行器。