飞行器结构设计.ppt

1、飞行器结构设计与数字化模装,什么是飞行器?,在地球大气层中和太空飞行器械的总称。,1999年参加国庆阅兵式的红旗-2号乙地空导弹,美国第一代中继卫星(1983年),第二代中继卫星(2000，2002年),结构设计?,将抽象的工作原理变成技术图样的过程。1.结构分析2.设计原理3.设计准则4.设计原则5.设计方法,第1章 绪论,导弹弹体组成与功用 飞行器结构设计的基本准则,1.1 导弹弹体的组成与功能,弹身+空气动力面+弹上机构,空气动力面,弹翼：产生升力与横向控制力前翼：起反安定面作用舵面：产生相对于质心的控制力矩稳定面：静稳定性,1.3节 飞行器结构设计准则,思考题1：飞行器结构设计准则是什

2、么？,一、最小质量准则 1.结构力学原则 从结构力学角度减小质量 (1)力的传递路线最短 (2)应力分布均匀 (3)合理使用材料 (4)结构型式与力的分布合理 (5)结构元件,2.等强度原则 (1)按载荷分布规律设计 (2)材料尽量分布在应力放大的区域内 (3)去掉不受力材料 (4) 保证强度条件,考虑刚度问题,3.改变结构型式,提高刚度,降低质量 4.提高空间利用率二、气动力准则 飞行器穿越大气层，飞行器外形要满足 气动特性,三、使用维护准则 四、可靠性准则 可靠性的概念：产品在规定的使用条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，以不发生故障的概率来衡量。,五、工艺准则 加工性，考虑现有加工手

3、段，成本低六、最小成本准则,1.4节 结构材料,结构需要一定的物质基础材料。设计时，形状与几何尺寸总是与材料密不可分。,一、结构材料分类,A.按性质分B.按功能（作用）分,A.按性质分,1.金属材料（1）镁合金（2）铝合金（3）钛合金（4）合金钢（5）铍合金（6）钨合金,A.按性质分,2.非金属材料（1）塑料（2）陶瓷（3）橡胶（4）玻璃,A.按性质分,3.复合材料 （1）玻璃钢 （2）碳纤维/环氧树脂,B.按功能（作用）,1.结构材料 2.导电材料 3.透光材料 4.透波材料 5.耐腐蚀材料 6.耐磨材料 7.隔热材料,二、结构材料选用原则,概念：比强度=强度极限/相对密度 比刚度=弹性模量

4、/相对密度 相对密度=材料的密度/水密度,二、结构材料选用原则,1.结构轻2.有足够环境稳定度、温度、湿度、酸碱度3.有足够的断裂变形4.良好的加工性5.成本低,1.5节 强度计算的基本概念,强度的概念：材料或结构在不同的环境条件下承受外载荷的能力。,一、强度的计算内容,（1）静力强度（2）动力强度（3）热强度（4）疲劳强度（5）断裂强度,二、强度判定的方法,7个基本概念,a.使用载荷：实际使用中,作用在飞 行器上最大载荷.b.设计载荷：使用载荷乘以安全系 数,c.剩余强度：结构内部出现裂纹型的损 伤后具有的承载能力d.剩余强度系数： 剩余强度系数=破坏载荷/设计载荷 =破坏应力/设计应力,剩

5、余强度系数破坏载荷设计载荷元件的破坏应力按计算载荷得到的元件的最大应力,（1-1）,e.许用应力法 许用应力=强度极限除以安全系数 计算应力小于许用应力安全系数通常取,一次多次、载人,f.破坏载荷法 剩余强度系数法，式（1-1）剩余强度系数=,重要结构一般结构特别重要,g.强度试验静强度试验 破坏性试验 打靶试验,三、强度计算流程,材料力学+结构力学+理论力学+弹性力学,1.6节 结构设计的基本概念,思考题2：部件结构设计的任务与步骤是什么？,一、部件结构的有关概念,1.部件结构：由若干零件组成，能承受指定的外载荷，满足一定的刚度、强度与寿命要求。2.零件：设计的最小单元，不可再分割。,二、部

6、件结构设计的任务,导弹总体方案部件结构尺寸材料加工精度重量协调关系生产图纸技术文件 协调关系：部件之间、零件之间,三、部件结构设计的步骤,修改,第2章 弹翼结构设计,图2-3 单梁式翼面,图2-5 桁条的受力,（a）桁条的受力平衡 (b)桁条与翼肋的连接形式,图2-11梁的受力平衡,3.翼梁,翼梁受载如图3-18,图3-18 翼梁受载,翼梁凸缘和腹板如图3-19,图3-19 翼梁凸缘和腹板,梁的凸缘与腹板的受力平衡如图2-12。,图2-12梁的凸缘与腹板的受力平衡,四、受力元件剖面形状的选择,4.翼梁,图3-15 翼梁的结构形式和剖面形状,二、舱段的结构形式1.硬壳式结构,图4-2 硬壳式结构

7、,2.半硬壳式结构 梁式结构、桁式结构、桁梁式结构 （1）梁式结构 如图4-3。,图4-3 梁式结构,（2）桁式结构 如图4-4,图4-4 桁式结构,（3）桁梁式结构,图4-5 桁梁式结构,图4-6 整体式结构,3.整体式结构,图4-10 普通框与桁梁的连接,普通框与桁梁的连接如图4-10。,2.盘式连接（1）轴向盘式连接,4.5节 舱段的强度计算,思考题14: 舱段强度计算的内容与原理是什么?,一、舱体剖面的设计计算1.计算模型,图437半硬壳式弹身剖面与正应力分布图,2.正应力的计算,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),3.剪应力的计算,(9),(10),(11

8、),(13),(12),(14),(15),4.强度条件,(19),(18),(17),(16),二、框的设计计算1.框的受力平衡,图4-38 在集中力作用下框的受力平衡,(20),2.框的计算模型3.框内力的求法,4.剖面的强度计算,(21),(22),(23),图4-39 口框的计算,三、舱口区的强度分析,第3章 卫星中心承力筒结构设计,卫星组成: 平台与有效载荷我国六大系列卫星,一、中心承力筒结构组成,硬壳式桁条加筋式桁梁式蜂窝夹层板式,二、中心承力筒结构功能,承载组装核心安装设备火箭接口工艺基准地面支承面,三、桁条加筋式中心承力筒特点,载荷均布筒体宜采用包带式连接与分离机构承载大利于大直径设备安装开敞性差,四、中心承力筒设计要求,强度刚度构型（形状、位置、连接、火箭接口 ）质量接口要求精度热性能,五、方案选择,光壳结构网格加筋壳波纹壳桁条加筋壳蜂窝夹层壳,六、桁条加筋中心承力筒设计,构型设计（桁条加筋、横向框）基本构件设计蒙皮设计（直径、高度、厚度）桁条设计（金属、帽形）下框（铝合金、1194接口）上、中框纵向连接角片装配连接（铆接、盘式连接）,