機身結構

機身是飛機的一個重要部件，現代飛機的機身結構是由縱向元件（沿機身縱軸方向)——長桁、桁梁和垂直於機身縱軸的橫向元件——隔框以及蒙皮組合而成，其結構形式有構架式、硬殼式和半硬殼式，其中半硬殼式機身又分為桁梁式和桁條式。

基本介紹

• 中文名：機身結構
• 外文名：Fuselage Structure
• 分類：構架式、硬殼式和半硬殼式
• 組成：長桁、桁梁、隔框以及蒙皮
• 作用：連線部件、裝載人員設備
• 套用領域：航空航天科技

簡介

機身是飛機的一個重要部件，它的主要功用是：固定機翼、尾翼、起落架等部件，使之連成一個整體；同時，它還用來裝載人員(機組人員、乘客)、貨物、燃油及各種設備。現代飛機的機身結構是由縱向元件（沿機身縱軸方向)——長桁、桁梁和垂直於機身縱軸的橫向元件——隔框以及蒙皮組合而成，其結構形式有構架式、硬殼式和半硬殼式。

機身元件及作用

現代飛機的機身結構是由縱向元件（沿機身縱軸方向)——長桁、桁梁和垂直於機身縱軸的橫向元件——隔框以及蒙皮組合而成。機身結構各元件的功用相應地與機翼結構中的長桁、翼肋、蒙皮的功用基本相同。

隔框

作為橫向元件的隔框分為普通框和加強框。普通框主要用於維持機身的截面形狀，承受蒙皮的局部載荷。一般沿機身周邊空氣壓力為對稱分布，此時空氣動力在框上自身平衡，不再傳到機身別的結構去。普通框一般都為環形框。當機身為圓截面時，普通肋的內力為環向拉應力；當機身截面有局部接近平直段時，則普通框內就會產生彎曲內力。此外，普通框還受到因機身彎曲變形引起的分布壓力。普通框還對蒙皮和長桁起支持作用。隔框間距影響長桁的總體穩定性。

隔框

加強框除上述作用外，其主要功用是將裝載的質量力和其他部件（如機翼、尾翼等)上的載荷，經連線接頭傳遞到機身結構上將集中力加以分散，然後以剪流的形式將力傳給機身蒙皮。

長桁與桁梁

長桁作為機身結構的縱向構件，在桁條式機身中主要用來承受機身彎曲引起的軸向力。另外長桁對蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受壓、受剪失穩臨界應力；其次它承受部分作用在機身蒙皮上的氣動力並傳給隔框，與機翼的長桁相似。桁梁的作用與長桁相似，只是截面積比長桁大。

蒙皮

機身蒙皮在構造上的功用是構成機身的氣動外形，並保持表面光滑，所以它承受局部空氣動力，在增壓密封座艙部位的蒙皮將承受內壓載荷，蒙皮將其傳遞給機身骨架。

蒙皮在機身總體受載中起著很重要的作用。它承受垂直和水平兩個平面內的剪力和扭矩；同時它和長桁等一起組成壁板承受垂直和水平兩個平面內彎矩引起的軸力。

機身的結構形式

構架式機身

在早期的低速飛機上，機身的承力構架都做成四緣條的立體構架。為了減小飛機的阻力，在承力構架外面，固定有整形用的隔框、桁條和蒙皮，這些構件只承受局部空氣動力，不參加整個結構的受力。機身的剪力、彎矩和扭矩全部由構架承受。其中彎矩引起的軸向力由構架的四根緣條承受；垂直方向的剪力由構架兩側的支柱和斜支柱(或各對張線)承受；水平方向的剪力由上、下平面內的支柱、斜支柱(或張線)承受；機身的扭矩。則由四個平面構架組成的立體結構承受。構架式機身的抗扭剛度差，空氣動力性能不好，其內部容積也不易得到充分利用。只有一些小型低速飛機機身採用構架式機身。

構架式機身

硬殼式機身

硬殼式機身結構是由蒙皮與少數隔框組成。其特點是沒有縱向構件，蒙皮較厚，由蒙皮承受機身總體彎、剪、扭引起的全部軸向力和剪力。普通框和加強框用於維持機身截面形狀，支持蒙皮和承受、擴散框平面內的集中力。

硬殼式機身

這種機身的優點是結構簡單，氣動外形光滑，內部空間可全部利用。但因為機身的相對載荷較小，而且機身不可避免要大開口，會使蒙皮材料利用率不高，因開口補強增重較大。所以這種形式的機身實際上用得很少，只在機身結構中某些氣動載荷較大、要求蒙皮局部剛度較大的部位，如機身頭部、機頭罩、尾錐等處有採用。

半硬殼式機身

為了使機身結構的剛度器滿足飛行速度日益增大的要求，需要使蒙皮參加整個結構的受力。因此，目前的機身結構廣泛採用了金屬蒙皮，並且將蒙皮與隔框、大梁、桁條牢固地鉚接起來。成為一個受力的整體，通常稱為半硬殼式機身。

在半硬殼式機身中，大梁和桁條用來承受彎矩引起的軸向力；蒙皮除了要不同程度地承受軸向力外，還要承受全部剪力和扭矩；隔框用來保持機身的外形和承受局部空氣動力，此外，還要承受各部件傳來的集中載荷，並將這些載荷分散地傳給蒙皮。

(1)桁梁式機身

桁梁式機身結構特點是有幾根桁梁，桁梁的截面積很大。在這類機身結構上長桁的數量較少而且較弱，甚至長桁可以不連續，蒙皮較薄。這種結構的機身，由彎曲引起的拉、壓軸向力主要由桁梁承受，蒙皮和長桁承受很小部分的軸向力。剪力則全部由蒙皮承受。普通框的作用是維持機身外形，支持縱向構件，加強框除維持外形外，主要承受集中載荷，如機翼、尾翼和機身連線的接頭等都安排有加強框。

桁梁式機身

從桁梁式機身的受力特點可以看出，在桁梁之間布置大開口不會顯著降低機身的抗彎強度和剛度。雖然因大開口會減小結構的抗剪強度和剛度而必須補強，但相對桁條式和硬殼式結構的機身來說，同樣的開口，桁梁式的機身補強引起的重量增加較少。因此這種形式的機身便於開較大的艙口。

(2) 桁條式機身

桁條式機身的桁條和蒙皮較強，受壓穩定性好，彎矩引起的軸向力全部由上、下部的蒙皮和桁條組成的壁板受拉、受壓來承受。由於蒙皮加厚，改變了機身的空氣動力性能，增大了機身結構的抗扭剛度，所以與桁梁式機身相比，它更適用於較高速飛機。此外，桁條式機身的蒙皮和桁條。在結構受力中能夠得到充分利用。但是，這種機身由於沒有強有力的大梁，不宜開大的艙口，如果要開口，必須在開口部位用專門構件加強。桁條式機身各構件受力比較均勻，傳遞載荷時必須採取分散傳遞的方法，因而機身各段之間都用很多接頭來連線。

桁條式機身