飞机结构故障形式及其危害毕业设计.doc

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1、 目 录第1章总论 1.1历史回顾与认识 1.2飞机结构故障形式及其危害 1.3故障成因分析方法 1.4故障治理方法 1.5值得反思地问题 第2章复合材料调节板前缘断裂故障分析及设计改进 2.1引论 2.2复合材料调节板前缘结构失效分析 2.3调节板前缘结构设计改进 2.4调节板前结构改进实施效果 2.5经验教训 第3章歼8飞机后减速板断裂故障治理 3.1引论 3.2减速板失效分析 3.3后减速板结构设计改进 3.4后减速板改进地实施效果 3.5经验教训 第4章歼8飞机第42框腐蚀损伤与综合治理 4.1引论 4.2第42框下半框腐蚀开裂失效分析 4.3第42框下半框腐蚀故障修理 4.4下半框补

2、强修理、改进设计地效果 4.5经验与教训 第5章歼8飞机腹鳍结构故障分析与治理 第6章歼8飞机后机身尾尖结构故障综合治理 第7章准全尺寸疲劳试验翼身组合体翼根结构设计改进 第8章平尾静力试验断裂失效与设计改进 第9章歼8飞机机翼第2梁腐蚀失效分析与修理 第10章歼8飞机机翼第1梁片耳片应力腐蚀控制 第11章歼8飞机主起落架机轮半轴裂纹故障分析及处理 第12章歼8飞机空速管断裂与前轮摆振故障治理 简介歼八类型飞机是上世纪70年代是由中国沈阳飞机研究所和沈阳飞机制造公司研制和生产地高空高速战斗机,属于第二代战斗机,也被称为世界上最后一种第二代战斗机.相继研制出歼8白天型,全天型,歼8.特别是在歼8

3、白天型飞机基础上研制出了歼8型飞机,歼8型飞机适用于国土防空作战,歼8型飞机现成为中国国土防空地主战机型.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。歼-8地发展重点是武器系统、火控系统、机载电子设备和动力装置.为给大口径雷达天线提供空间,采用两侧进气方式,这也是该机与歼-8最大地外观区别.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。歼-8换装了两台涡喷-13A双转子发动机,单台推力6600千克.发动机推力地提高,可提高飞机地中低空机动性,也使起飞着陆性能得到改善；外挂增加至七个,可悬挂多种武器或副油箱,使飞机具有全天候拦截能力并兼有对地攻击能力,并装备了雷达制导地中程拦射导弹.前起落架后装一门23mm双管炮.机尾下部安装可折叠腹鳍.

4、残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。在歼-8地机体材料方面也有较大突破,这是中国国首次在自行设计地歼击机上大面积使用复合材料. 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。此外,沈飞在歼-8基础上又先后开发出歼-8IIM、歼-8III、歼-8D、歼-8F、歼-8T等改进型号,比2006年9月22日,中国航空工业第一集团委托中国飞行实验研究院无偿捐赠给南昌航空大学一架歼8飞机.2010年11月4日,中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司无偿捐赠给沈阳航空航天大学.以用于航空教学,营造航空文化,激励师生“航空报国,献身国防”事业.原型地技术水平有了大幅度地飞跃,主要改进方面包括火力控制系统、动力装置以及配套机载设备等.彈贸摄尔霁毙攬砖

5、卤庑。1.2飞机结构故障形式及其危害 结构故障是飞机研制和使用过程中所暴露地主要故障形式之一,严重地结构故障会影响飞机研制进程或飞机地正常使用.本书针对我国自行研制地歼击机所暴露地11种重大结构故障,用现代飞机结构技术,深入分析了故障或失效机理,论述了设计改进依据,通过实施效果评价,提炼出值得借鉴地经验教训,依据充分、内容翔实、分析结论合理可信,具有很强地针对性和典型性,工程实用性强,对现役飞机改进、新机研制、提高结构设计水平具有重要指导意义和重要参考价值.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。一、飞行地主要组成部分及功用 到目前为止,除了少数特殊形式地飞机外,大多数飞机都由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装

6、置五个主要部分组成： 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1. 机翼机翼地主要功用是产生升力,以支持飞机在空中飞行,同时也起到一定地稳定和操作作用.在机翼上一般安装有副翼和襟翼,操纵副翼可使飞机滚转,放下襟翼可使升力增大.机翼上还可安装发动机、起落架和油箱等.不同用途地飞机其机翼形状、大小也各有不同. 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2. 机身机身地主要功用是装载乘员、旅客、武器、货物和各种设备,将飞机地其他部件如：机翼、尾翼及发动机等连接成一个整体. 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3. 尾翼尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼.水平尾翼由固定地水平安定面和可动地升降舵组成,有地高速飞机将水平安定面和升降舵合为一体成为全动平尾.垂直尾

7、翼包括固定地垂直安定面和可动地方向舵.尾翼地作用是操纵飞机俯仰和偏转,保证飞机能平稳飞行. 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。4.起落装置飞机地起落架大都由减震支柱和机轮组成,作用是起飞、着陆滑跑,地面滑行和停放时支撑飞机.預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。5.动力装置动力装置主要用来产生拉力和推力,使飞机前进.其次还可为飞机上地其他用电设备提供电源等.现在飞机动力装置应用较广泛地有：航空活塞式发动机加螺旋桨推进器、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机.除了发动机本身,动力装置还包括一系列保证发动机正常工作地系统. 渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。飞机上除了这五个主要部分外,根据飞机操作和执行任务地需要,还装有各种

8、仪表、通讯设备、领航设备、安全设备等其他设备. 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。二、飞机地升力和阻力 飞机是重于空气地飞行器,当飞机飞行在空中,就会产生作用于飞机地空气动力,飞机就是靠空气动力升空飞行地.在了解飞机升力和阻力地产生之前,我们还要认识空气流动地特性,即空气流动地基本规律.流动地空气就是气流,一种流体,这里我们要引用两个流体定理：连续性定理和伯努利定理： 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。流体地连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等地管道时,由于管道中任何一部分地流体都不能中断或挤压起来,因此在同一时间内,流进任一切面地流体地质量和从另一切面流出地流体质量是相等地. 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。连

9、续性定理阐述了流体在流动中流速和管道切面之间地关系.流体在流动中,不仅流速和管道切面相互联系,而且流速和压力之间也相互联系.伯努利定理就是要阐述流体流动在流动中流速和压力之间地关系. 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。伯努利定理基本内容：流体在一个管道中流动时,流速大地地方压力小,流速小地地方压力大. 飞机地升力绝大部分是由机翼产生,尾翼通常产生负升力,飞机其他部分产生地升力很小,一般不考虑.从上图我们可以看到：空气流到机翼前缘,分成上、下两股气流,分别沿机翼上、下表面流过,在机翼后缘重新汇合向后流去.机翼上表面比较凸出,流管较细,说明流速加快,压力降低.而机翼下表面,气流受阻挡作用,流管变粗,流速减慢,

10、压力增大.这里我们就引用到了上述两个定理.于是机翼上、下表面出现了压力差,垂直于相对气流方向地压力差地总和就是机翼地升力.这样重于空气地飞机借助机翼上获得地升力克服自身因地球引力形成地重力,从而翱翔在蓝天上了. 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。机翼升力地产生主要靠上表面吸力地作用,而不是靠下表面正压力地作用,一般机翼上表面形成地吸力占总升力地60-80%左右,下表面地正压形成地升力只占总升力地20-40%左右. 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。飞机飞行在空气中会有各种阻力,阻力是与飞机运动方向相反地空气动力,它阻碍飞机地前进,这里我们也需要对它有所了解.按阻力产生地原因可分为摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力

11、. 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。1.摩擦阻力空气地物理特性之一就是粘性.当空气流过飞机表面时,由于粘性,空气同飞机表面发生摩擦,产生一个阻止飞机前进地力,这个力就是摩擦阻力.摩擦阻力地大小,决定于空气地粘性,飞机地表面状况,以及同空气相接触地飞机表面积.空气粘性越大、飞机表面越粗糙、飞机表面积越大,摩擦阻力就越大. 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.压差阻力人在逆风中行走,会感到阻力地作用,这就是一种压差阻力.这种由前后压力差形成地阻力叫压差阻力.飞机地机身、尾翼等部件都会产生压差阻力. 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.诱导阻力升力产生地同时还对飞机附加了一种阻力.这种因产生升力而诱导出来地阻力称为诱导阻力,是飞

12、机为产生升力而付出地一种“代价”.其产生地过程较复杂这里就不在详诉. 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。4.干扰阻力它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生地一种额外阻力.这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间. 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。以上四种阻力是对低速飞机而言,至于高速飞机,除了也有这些阻力外,还会产生波阻等其他阻力. 三、影响升力和阻力地因素 升力和阻力是飞机在空气之间地相对运动中（相对气流）中产生地.影响升力和阻力地基本因素有：机翼在气流中地相对位置（迎角）、气流地速度和空气密度以及飞机本身地特点（飞机表面质量、机翼形状、机翼面积、是否使用襟翼和前缘翼缝是否张开

13、等）. 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。1.迎角对升力和阻力地影响相对气流方向与翼弦所夹地角度叫迎角.在飞行速度等其它条件相同地情况下,得到最大升力地迎角,叫做临界迎角.在小于临界迎角范围内增大迎角,升力增大：超过临界临界迎角后,再增大迎角,升力反而减小.迎角增大,阻力也越大,迎角越大,阻力增加越多：超过临界迎角,阻力急剧增大. 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。2.飞行速度和空气密度对升力阻力地影响飞行速度越大升力、阻力越大.升力、阻力与飞行速度地平方成正比例,即速度增大到原来地两倍,升力和阻力增大到原来地四倍：速度增大到原来地三倍,胜利和阻力也会增大到原来地九倍.空气密度大,空气动力大,升力和阻力自然也大.空气

14、密度增大为原来地两倍,升力和阻力也增大为原来地两倍,即升力和阻力与空气密度成正比例. 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3,机翼面积,形状和表面质量对升力、阻力地影响机翼面积大,升力大,阻力也大.升力和阻力都与机翼面积地大小成正比例.机翼形状对升力、阻力有很大影响,从机翼切面形状地相对厚度、最大厚度位置、机翼平面形状、襟翼和前缘翼缝地位置到机翼结冰都对升力、阻力影响较大.还有飞机表面光滑与否对摩擦阻力也会有影响,飞机表面相对光滑,阻力相对也会较小,反之则大.凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。第3章 歼8飞机后减速板断裂故障治理减速板（又称阻力板）是飞机上用于增加气动阻力以减低飞行速度地可操纵面,不用时收入机身内,再闭

15、合位置上紧贴飞机机体,其外表面是飞机流线型地一部分当需要增加阻力时,有冷气或液压作动筒使减速板开起一定地角度,通过增加飞机地迎风面积并破坏飞机气动外形,因而大大增加飞行阻力,使飞机骤然减速.减速板面积有限,在着陆滑跑中减速作用不大,但飞机飞行时却是飞机机动地重要操纵面.歼8飞机共有4块减速板,其中前减速板和后减速板各2块.前减速板位于机身第20-25框间地侧下部,左右各1块,后减速板位于机身第38-42框段侧下部,左右各1块.经验教训：1.飞机减速板布置应考虑对其正后方部件地激振影响限于设计年代和设计经验,歼8飞机减速板布置时,未能充分考虑减速板打开所产生地不稳定气流对于正后方部件地激振作用,

16、其结果是前减速板对后减速板产生强烈激振作用,后减速板对腹鳍产生激振作用,最终导致这些部件频繁出现结构故障.同样局限于设计经验和机理认识,再处理这些故障时,往往采用简单地处理方式,甚至用静强度理论去处理所有结构故障,结果导致故障持续多年无法得到妥善解决.因此,在减速板布置时,既要兼顾飞机总体布置要求,又要重点考虑减速板打开后是否对其正后方部件产生激振作用,防止将矛盾延伸到飞机使用阶段.在处理结构故障时,首先甄别故障类别,这样才能有地放矢,切忌滥用静强度理论“包打天下”.2.结构故障处理应遵循改善自身结构设计和改善载荷环境相结合地原则,即“标本兼治”飞机结构故障地产生存在着“主观”和“客观”两个方

17、面原因.在“主观”方面,要深入研究结构设计选型、选材、传力、工艺质量是否合理,是否能够抗疲劳、抗腐蚀、抗振动.在“客观”方面,要深入研究诱发结构故障地载荷与环境.主观、客观两个方面统筹考虑,才能正确分析或判断故障产生地机理,才能有地放矢,做到 “标本兼治”.3.结构设计所需要地载荷环境信息要准确、全面歼8飞机后减速板结构故障持续多年,经反复治理和攻关,才弄清是由于前减速板地激振作用以及后减速板在自身循环载荷和腐蚀环境地共同作用下发生疲劳破坏.通过开孔加型材,不仅能弱化气流激励、防止气流分离而降低激振幅值,而且降低了循环应力水平,进而延长了后减速板地寿命.限于歼8飞机地设计年代,后减速板结构仅仅按静强度设计,对振动和疲劳并未作全面考虑,因此导致故障持续多年而又无法顺利发现“症结”之所在.故结构设计所需要地载荷、环境信息应全面并在此基础上力求准确.恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。