民机结构分析和设计 第3册 民机结构设计手册2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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第一篇 金属材料结构通用设计准则1

第1章 接头与结构的紧固件设计1

1.1 一般设计原则1

1.1.1 螺栓连接件设计2

1.1.2 螺栓的选择与设计2

1.1.3 螺栓光杆与配合孔的精度和表面粗糙度3

1.1.4 铆钉（永久性紧固件）11

1.1.5 铆钉细节设计方面的考虑13

1.2 结构紧固件的选择13

1.3 结构紧固件的布置14

1.3.1 合理布置螺栓14

1.3.2 螺栓排列的一般要求15

1.3.3 铆缝的形式和铆钉的布置16

1.4 结构紧固件的密封性设计19

1.5 接头与结构紧固件的抗疲劳设计19

1.5.1 合理选择铆钉排列的连接形式与参数19

1.5.2 合理选择铆缝的结构形式20

第2章 防雷设计22

2.1 雷击现象22

2.2 飞机雷击的统计分析22

2.3 飞机的雷击分区23

2.4 雷击对飞机的危害及影响结构损伤的雷击参数24

2.4.1 雷击对飞机的危害24

2.4.2 影响结构损伤的雷击参数25

2.5 雷电的损伤机理26

2.5.1 物理效应26

2.5.2 电磁效应26

2.6 燃油系统的防雷电设计27

2.6.1 金属油箱27

2.6.2 加油口盖和维护口盖27

2.7 部件雷电防护要求29

2.7.1 雷达罩29

2.7.2 座舱盖、风挡29

2.7.3 天线29

2.7.4 空速管及类似的传感器29

2.7.5 航行灯30

2.7.6 螺旋桨和旋翼30

2.8 搭接要求30

2.8.1 一般要求30

2.8.2 主搭接及主搭接线30

2.8.3 外部金属部件搭接30

2.8.4 外部非金属部件搭接30

2.8.5 内部金属部件搭接31

2.8.6 发动机搭接31

2.8.7 飞机整体电阻31

2.9 试验和试验方法31

2.9.1 试验要求31

2.9.2 试验波形31

第3章 抗疲劳设计34

3.1 材料选择34

3.2 一般设计原则34

3.3 细节设计35

3.4 加工工艺35

3.5 防腐蚀设计措施36

3.6 疲劳分析的方法和步骤37

3.7 耐久性设计38

3.7.1 结构耐久性设计的基本要求38

3.7.2 疲劳耐久性分析基本方法38

第4章 损伤容限设计40

4.1 损伤容限设计的目标、要求和内容40

4.1.1 损伤容限的设计目标40

4.1.2 设计要求40

4.1.3 损伤容限的设计内容40

4.1.4 损伤容限设计技术的理论基础40

4.1.5 损伤容限原理41

4.1.6 提高飞机结构损伤容限品质的设计措施41

4.1.7 损伤容限设计的一般程序42

4.2 损伤容限关键件及其危险部位的确定48

4.2.1 损伤容限关键件48

4.2.2 损伤容限危险部位的确定48

4.3 金属结构裂纹止裂设计49

4.3.1 缓慢裂纹扩展结构49

4.3.2 多路传力结构49

4.3.3 破损安全止裂结构49

第5章 防腐蚀设计51

5.1 结构的腐蚀机理51

5.1.1 化学腐蚀51

5.1.2 电化学腐蚀51

5.2 机体结构的腐蚀类型53

5.3 排水设计54

5.3.1 排水孔设计55

5.3.2 机身排水设计56

5.4 易腐蚀零部件的可检测性和可互换性设计58

5.4.1 可检测性设计58

5.4.2 可互换性设计59

5.5 典型金属结构防腐蚀设计59

5.5.1 整体油箱59

5.5.2 起落架59

5.5.3 舱门及口盖59

5.5.4 厨房和卫生间60

5.5.5 发动机舱吊舱高温区61

5.5.6 铝蜂窝夹层61

5.5.7 紧固件及紧固件安装61

第6章 系统安装设计62

6.1 座椅的安装设计62

6.1.1 驾驶员座椅的安装62

6.1.2 服务员座椅的安装63

6.1.3 旅客座椅的安装64

6.2 行李架的安装设计65

6.2.1 顶部行李箱65

6.2.2 顶部行李箱组件与机身结构的连接66

6.3 厨房、卫生间的安装设计67

6.4 水系统67

6.4.1 系统设计一般要求68

6.4.2 对电气系统的要求68

6.4.3 系统的分类和组成68

6.5 污水处理系统71

6.5.1 系统设计要求71

6.5.2 系统的分类及组成72

第7章 民机内饰设计要求与规范76

7.1 座舱整体空间布局76

7.1.1 基本要求76

7.1.2 客舱76

7.1.3 厨房77

7.1.4 卫生间77

7.1.5 衣帽间及行李间78

7.2 座舱装饰设计依据78

7.2.1 飞机总体设计要求78

7.2.2 用户要求80

7.3 座舱装饰设计要求80

7.3.1 强度和刚度要求80

7.3.2 安全性要求80

7.3.3 舒适性要求81

7.3.4 可维护性要求81

7.4 旅客舱装饰设计81

7.4.1 旅客舱装饰方案设计81

7.4.2 色彩设计85

7.5 照明装饰设计86

7.5.1 照明形式86

7.5.2 几种常用光源的特性88

第8章 民机舱内声学设计要求与规范90

8.1 舱内声学设计目标及设计原则90

8.1.1 设计目标90

8.1.2 设计原则90

8.2 舱内主要噪声源91

8.2.1 发动机动力系统噪声91

8.2.2 机体结构气动噪声93

8.2.3 辅助动力装置系统噪声93

8.2.4 环控设备及管路系统噪声93

8.2.5 其他机载设备系统噪声94

8.3 壁板结构声学设计94

8.3.1 双层壁板降噪结构94

8.3.2 隔声绝热层的应用95

8.3.3 隔振器的应用96

8.3.4 阻尼的应用97

8.3.5 吸声设计97

8.3.6 蜂窝刚度壁板结构98

8.4 环控管道消声器声学设计98

8.4.1 消声器设计流程和设计要求98

8.4.2 消声器性能评价及类型99

8.4.3 消声器设计与计算102

8.5 主动噪声控制技术107

8.5.1 主动噪声控制的基本原理107

8.5.2 主动控制算法107

8.5.3 主动降噪系统优化设计方案112

8.5.4 飞机舱内噪声主动控制应用113

第9章 民机声载荷严重部位要求115

9.1 飞机近场噪声环境及其结构的声载荷预计115

9.1.1 声激励环境预测115

9.1.2 声载荷115

9.2 在声载荷作用下的结构设计分析及声疲劳寿命的预计116

9.2.1 抗声疲劳结构设计116

9.2.2 声疲劳的分析及寿命预计118

第10章 先进金属材料和先进加工工艺的应用130

10.1 铝锂合金的特点和应用130

10.1.1 铝锂合金的特点130

10.1.2 铝锂合金的发展和应用130

10.1.3 我国铝锂合金的开发及应用132

10.2 激光焊与搅拌摩擦焊的特点和应用132

10.2.1 激光焊的特点和应用132

10.2.2 搅拌摩擦焊的特点和应用135

第11章 金属结构的工艺性141

11.1 影响结构工艺性的主要因素141

11.2 提高工艺性要求的设计措施141

11.2.1 选择合理的飞机外形141

11.2.2 结构的装配工艺性142

11.2.3 零件的工艺性146

11.2.4 结构的继承性和规格化149

第二篇 复合材料结构通用设计准则151

第12章 FAA资讯通报AC 20-107典型问题解读151

12.1 复合材料设计许用值与设计值151

12.1.1 AC 20-107B有关定义151

12.1.2 许用值和设计值术语的演变151

12.2 许用值和设计值的定义范畴151

12.2.1 许用值151

12.2.2 设计值153

12.3 许用值与设计值的关系153

12.4 许用值和设计值的确定方法154

12.4.1 许用值的确定方法154

12.4.2 确定结构设计值的方法155

12.5 与结构设计有关的材料许用值试验方案157

12.5.1 建议的典型层压板类型157

12.5.2 试验矩阵和试验要求158

12.5.3 建议采用的试验方法161

12.5.4 试样状态调节方法163

12.5.5 冲击能量确定方法的建议165

12.5.6 含缺口试样拉伸与压缩强度估算方法165

12.6 CAI（冲击后压缩强度）168

12.6.1 CAI的由来和演变168

12.6.2 空客公司CAl的确定方法169

12.7 环境影响（结构胶接和结构防护）169

12.7.1 结构胶接169

12.7.2 结构防护170

第13章 复合材料层合板结构铺层设计171

13.1 复合材料层合板结构的铺层设计准则171

13.1.1 层合板与层合结构171

13.1.2 层合结构设计原则172

13.2 复合材料基体与纤维的比例对性能的影响178

13.3 复合材料层合板结构工艺成型179

13.3.1 层合结构件工艺性考虑179

13.3.2 连接部位设计工艺性考虑180

13.3.3 成型工艺对零件结构形状的要求180

第14章 复合材料夹层结构设计准则184

14.1 复合材料夹层结构的面板、芯子、胶粘剂的选择标准184

14.1.1 面板选择184

14.1.2 芯子选择184

14.1.3 胶粘剂选择186

14.2 复合材料夹层结构的边缘闭合设计187

14.2.1 边缘闭合设计187

14.2.2 参考设计案例188

第15章 复合材料机械连接190

15.1 复合材料机械连接概述190

15.2 复合材料机械连接设计基础191

15.2.1 机械连接载荷和破坏模式191

15.2.2 机械连接几何参数的定义及选择193

15.2.3 机械连接形式及选择193

15.2.4 紧固件的选用及对拧紧力矩的要求194

15.2.5 连接区的铺层设计196

15.2.6 影响复合材料机械连接强度的主要因素196

第16章 复合材料零件受环境的影响以及防护203

16.1 气候环境的影响203

16.1.1 湿热环境203

16.1.2 老化环境205

16.1.3 冲击环境206

16.1.4 海洋环境207

16.2 雷击207

16.3 电化学腐蚀209

16.4 其他环境影响210

第17章 复合材料零件损伤检测和结构修理211

17.1 复合材料缺陷和损伤211

17.2 复合材料损伤检测211

17.3 材质检验217

17.4 断口观察分析218

17.5 复合材料损伤修理218

17.5.1 复合材料修理要求和设计原则218

17.5.2 复合材料修理特点219

17.5.3 复合材料修理方法219

17.6 复合材料结构常见损伤修理227

17.6.1 层压结构常见损伤修理227

17.6.2 夹层结构常见损伤修理228

17.6.3 结构损伤修理程序231

第18章 热塑性复合材料和热塑性复合材料焊接的应用233

18.1 热塑性复合材料的特点233

18.2 热塑性复合材料的应用234

18.3 热塑性复合材料焊接的特点和应用236

18.3.1 超声波焊接236

18.3.2 电阻焊237

18.3.3 感应焊237

18.3.4 热板焊接238

18.3.5 激光焊接238

18.3.6 红外焊接238

第19章 先进纤维金属层板的特点和应用240

19.1 纤维金属层板材料分类240

19.1.1 ARALL241

19.1.2 CARALL241

19.1.3 GLARE241

19.2 纤维金属层板材料特点242

19.2.1 GLARE层板的基本力学性能243

19.2.2 GLARE层板的冲击性能244

19.2.3 GLARE层板的挤压性能245

19.2.4 GLARE层板的疲劳性能245

19.2.5 GLARE层板的缺口剩余强度246

19.2.6 GLARE层板的环境耐久性246

19.2.7 GLARE层板的检测和修理247

19.3 纤维金属层板材料应用247

第三篇 机身结构设计249

第20章 隔框、长桁及蒙皮设计249

20.1 长桁的连接设计249

20.1.1 长桁的布置249

20.1.2 长桁设计的几种典型形式249

20.1.3 长桁的组合形式251

20.1.4 长桁的连接设计252

20.2 隔框的布置261

20.2.1 普通隔框在机身中的布置261

20.2.2 加强框布置262

20.3 隔框的设计262

20.3.1 隔框的功能及特点262

20.3.2 承压加强隔框265

20.3.3 复合材料框的设计267

20.3.4 复合材料框与壁板的连接设计269

20.3.5 复合材料框对接设计269

20.4 复合材料蒙皮、长桁、框的结构及形式270

20.4.1 复合材料在飞机结构设计中的重要性270

20.4.2 某预研商用飞机复合材料机身结构布置及结构形式271

20.4.3 等直段主要结构件设计277

第21章 机身开口及加强设计280

21.1 梁腹板上的开口280

21.1.1 小开口280

21.1.2 中等开口280

21.1.3 大开口281

21.2 机身上的舱门开口285

21.2.1 确定开口尺寸的几点考虑285

21.2.2 情况Ⅰ：机身蒙皮剪切——各种飞行条件288

21.2.3 情况Ⅱ：截断桁条载荷——各种飞行条件292

21.2.4 情况Ⅲ：纵向和周向拉伸载荷——座舱增压条件292

21.2.5 情况Ⅳ：插塞压力和门销座的再分布效应296

21.2.6 复合材料机身登机门框加强结构297

21.2.7 复合材料机身窗框加强结构298

第22章 机身舱门设计301

22.1 货舱门设计301

22.1.1 货舱门结构组成301

22.1.2 结构设计初步计算302

22.2 起落架舱门设计303

22.2.1 典型民机起落架舱门示例1303

22.2.2 典型民机起落架舱门示例2303

22.3 舱门开启机构设计305

22.3.1 舱门机构的设计准则305

22.3.2 机构设计305

第四篇 机翼结构设计311

第23章 机翼翼盒设计311

23.1 机翼蒙皮与壁板的设计311

23.1.1 概况311

23.1.2 壁板的受载情况312

23.1.3 壁板分类312

23.1.4 壁板分块314

23.1.5 蒙皮分类315

23.1.6 蒙皮厚度设计317

23.2 长桁设计317

23.2.1 概况317

23.2.2 长桁的剖面形状318

23.2.3 长桁的布置318

23.2.4 长桁的连接319

23.3 翼梁设计320

23.3.1 概况320

23.3.2 翼梁的受载情况320

23.3.3 翼梁布置321

23.3.4 翼梁典型结构形式321

23.4 翼肋设计322

23.4.1 翼肋受载322

23.4.2 分类323

23.4.3 顺气流航向布局324

23.4.4 正交布局324

23.5 油箱设计325

23.5.1 油箱布局325

23.5.2 油箱密封设计325

第24章 机翼与起落架和机身的连接设计329

24.1 机翼与起落架的连接设计329

24.1.1 主起落架连接结构形式329

24.1.2 主起落架连接结构设计要点336

24.2 机翼与机身的连接设计338

24.2.1 机翼与机身的连接形式338

24.2.2 典型翼身连接结构339

第25章 机翼前缘与后缘结构设计342

25.1 前缘结构设计342

25.1.1 固定前缘结构342

25.1.2 缝翼344

25.2 襟翼结构设计349

25.2.1 襟翼的布置349

25.2.2 襟翼的形式349

25.2.3 襟翼结构351

25.2.4 襟翼导轨352

25.3 副翼结构设计353

25.3.1 副翼布置353

25.3.2 副翼结构353

25.3.3 副翼铰链355

25.4 扰流板结构设计355

25.4.1 扰流板布置355

25.4.2 扰流板结构357

25.4.3 扰流板铰链357

第五篇 飞机尾翼结构设计359

第26章 尾翼结构设计要求359

26.1 概况359

26.2 通用要求359

26.2.1 适航要求359

26.2.2 总体要求359

26.3 结构设计规范359

26.3.1 复合材料359

26.3.2 闪电防护359

26.3.3 静电防护360

26.3.4 连接要求360

26.3.5 结构修理361

26.3.6 腐蚀防护361

26.3.7 隔绝361

26.3.8 互换性362

26.3.9 阻燃362

26.3.10 耐久性362

26.4 系统关联要求363

26.5 材料和工艺要求363

26.5.1 材料363

26.5.2 工艺363

26.5.3 紧固件363

26.5.4 热表处理364

26.6 尾翼载荷365

26.6.1 水平尾翼载荷365

26.6.2 垂直尾翼载荷369

26.7 强度与刚度要求372

26.7.1 安全系数372

26.7.2 破损-安全372

26.7.3 强度要求372

26.7.4 刚度要求373

26.7.5 稳定性要求373

26.7.6 离散源损伤373

26.7.7 结构振动373

26.7.8 运输要求374

26.8 重量要求374

26.9 公差配合要求374

26.10 制造装配要求375

26.10.1 安装调试要求375

26.10.2 试验要求376

第27章 安定面结构设计378

27.1 尾翼几何定义378

27.1.1 平尾参考面积378

27.1.2 平尾偏角378

27.1.3 平尾上反角与扭转角378

27.1.4 平尾参考平面378

27.1.5 垂尾参考面积378

27.1.6 垂尾参考平面379

27.2 尾翼前缘鸟撞试验379

27.2.1 试验件描述379

27.2.2 加载方式379

27.3 飞机液压系统管路在尾翼的布置380

27.4 主要承力结构设计的基本原则380

27.5 安定面结构布置381

27.5.1 梁布置381

27.5.2 长桁布置382

27.5.3 横向件（肋）的布置382

27.5.4 多墙式布置383

27.5.5 设计分离面的对接383

27.5.6 结构布局确定383

27.6 尾翼结构典型连接形式选型384

27.7 水平安定面结构设计385

27.7.1 水平安定面结构布置385

27.7.2 外翼翼盒386

27.7.3 水平尾翼中央盒段387

27.7.4 前缘组件388

27.7.5 后缘舱392

27.7.6 翼尖395

27.8 A320飞机水平安定面设计396

27.8.1 上、下壁板396

27.8.2 前、后梁396

27.8.3 外伸段肋396

27.8.4 中央连接段397

27.9 垂直安定面结构设计397

27.9.1 垂直安定面结构布置397

27.9.2 翼盒398

27.9.3 前缘组件402

27.9.4 后缘舱402

27.9.5 翼尖403

27.10 安定面与机身连接设计403

27.10.1 水平尾翼与机身连接设计403

27.10.2 A320飞机水平安定面与后机身的连接404

27.10.3 垂直尾翼与机身连接设计405

27.11 E190飞机尾翼结构406

第28章 舵面结构设计408

28.1 舵面的功能及结构设计特点408

28.2 舵面的结构形式及受力构件布置408

28.3 弹簧激振法测量舵面转动惯量408

28.3.1 测量装置408

28.3.2 测量及计算方法408

28.4 舵面作动器409

28.4.1 常用舵面作动器类型409

28.4.2 载荷对比分析410

28.5 舵面复合材料夹层结构连接选型试验410

28.5.1 后缘蜂窝夹芯局部填充型连接试验（拉脱、剪切）410

28.5.2 后缘蜂窝夹芯局部嵌入垫块型连接试验（拉脱、剪切）411

28.5.3 后缘泡沫夹芯局部嵌入层压板垫块型连接试验（拉脱、剪切）411

28.6 舵面结构设计412

28.6.1 E190飞机方向舵414

28.6.2 E190飞机升降舵结构414

28.7 舵面连接设计415

第六篇 短舱吊挂结构设计419

第29章 短舱结构设计419

29.1 短舱结构简介419

29.2 适航要求421

29.3 短舱结构设计准则422

29.4 短舱结构设计要求422

第30章 吊挂结构设计425

30.1 吊挂结构简介425

30.2 适航要求426

30.3 吊挂结构设计准则427

30.4 吊挂结构设计分析要求427

30.5 吊挂结构设计方案示例429