民机结构分析和设计 第3册 民机结构设计手册PDF电子书下载

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 ARALL 241

19.1.2 CARALL 241

19.1.3 GLARE 241

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1 303

22.2.2 典型民机起落架舱门示例2 303

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