第6章 机身结构分析
南京航空航天大学
飞机设计技术研究所
6.1 机身的功用、对机身的要求和机身的外
形参数
? 构成、要求、分析设计方法与机翼基本相
同
? 特殊性：
? 使用要求在设计中占有重要地位，对结
构布置影响较大
? 设计外载荷主要是集中力
? 协调关系多
? 相对载荷较小（某些机翼元件不适用，
如整体壁板）
6.1.1飞机机身的功用
? 机身作为飞机结构的基础 ，通过受力关系，
把飞机的所有部件联成一个整体。
? 装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油
? 布置起落架
? 放置发动机
? 机身的相对质量 (与飞机质量相比 )为
m
f
=0.08~0.15。
图 6.1 机身的结构和布局
6.1.2 对机身结构的基本要求
? 飞机结构设计的一般性要求适用于机身结
构设计
? 总体设计阶段：
? 满足装载的使用要求：可能在一些气动
要求和重量要求上作出让步
? 协调机身、机翼、尾翼等相连接部件的
主要受力构件
? 机身结构为满足使用要求的各种技术要
求措施在总体设计时已基本解决
? 零部件设计阶段：满足结构的强度、刚度和
工艺性要求
? 具有足够的刚度：直接影响尾翼的效率和
尾翼颤振特性；变形引起阻力增大
? 足够的强度：
? 足够的开敞性：相对机翼、尾翼等，对机
身结构的影响更突出
? 最小的结构重量
? 最好的工艺性、成本低
? 机身结构受力型式和与之相连的部件的结
构受力型式相协调。（总体设计阶段）
? 将来自机翼、尾翼、起落架、动力装置的
载荷传递到机身的承力构件上（零部件设
计阶段）
? 能承受有效装载、设备和机身结构的质量
力以及作用在机身上的气动载荷和密封舱
内的压差载荷。 （零部件设计阶段）
其他要求
(1)合理选择机身的外形和参数，使其在给
定的外形尺寸下迎面阻力最小，有效容
积最大；
(2)在翼身融合的飞机上采用能产生较大部
分升力的升力机身，这样可减小机翼面
积，降低机翼重量；
(3)合理使用机身的有效容积，就要布局紧
凑，将货物尽量靠重心附近布置，这能
够降低惯性矩并改善飞机的机动特性；
在各种装载情况、燃油和弹药消耗的情
况下，减少重心的变化范围，可保证飞
机具有更理想的稳定性和操纵性；
(4) 特殊要求：
?空降人员和武器装备能容易跳伞和投放
?对运输的货物能方便地装载、系留和卸
载
?高空飞行时能保证乘客和乘员具有必要
的生活条件。要具备一定的舒适标准
?旅客机迫降时保证乘员生命，能迅速安
全地应急撤离
?机组人员要有良好的视野
6.1.3机身的外形和参数
一、机身的横剖面形状
? 取决于飞机的功用、使用条件和飞机的总
体布局
? 圆形机身的表面面积较小，摩擦阻力也较
小，在内压作用下，只受拉伸，而不受弯
曲。
? 最常用的机身横剖面是圆形和两个不同直
径的圆相交的形状
图 6.2 机身的横剖面形状，前、后机身的参数和形状
二、机身的侧面形状
? 与飞机用途、最小阻力要求、机身中乘员、
设备和有效装载的具体布置以及机翼平面
形状、尾翼、动力装置的形状和位置等有
关。
? 前机身和后机身是均匀收敛的，轴对称形
式的机身符合最小阻力的要求。
? 长而细的前机身能减小阻力
? 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身
缩短。此时后机身上的弯矩增大，因此机
身质量也随之增加。
? 延长前机身时要求考虑前起落架的布置条
件，以保证起落架具有必要的轮距，还要
考虑把发动机移到后机身。
三、机身参数
? 机身可以看作是双支点外伸梁
? 增大 λ
f
(λ
ff
或 λ
af
)的同时增大机身长度会导
致机身上弯矩的增大，也就使机身质量增
大 ；但机身阻力会下降
? 靠减小 l
f
或增大 d
f
的方法来减小 λ
f
会降低机
身的载荷和机身承力件上由弯矩产生的应
力，但是在 d
f
增大的同时，由于压差 ?P的
作用，密封舱的应力会迅速增大。
6.2 机身上的载荷及其平衡
? 前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部
件传给机身的集中力，在机身中段上与机
翼传给机身的集中力平衡
? 机身看作支撑在机翼上的梁
6.2.1机身上的主要载荷
1）与机身相连的飞机其它部件传给机身的力
?飞行、着陆、滑行中作用到机身结构上
?前机身：前轮载荷是的主要外载
?后机身：尾翼载荷、发动机推力和陀螺
效应产生的集中力
?水平和垂直载荷是同一数量级
2）机身中受到的质量力
? 取决于质量大小和过载的大小和方向
? 机身总体载荷的主要部分
? 运输机装载以分布压力的形式表示
3）分布在机身表面上的气动力
? 相当于一个小展弦比机翼，空气动力较
小
? 在机身的突出部位，气动力的值可能很
大
4）机身密封舱、进气道和专用舱内的压差
? 机身局部强度是设计载
5）特殊载荷
? 迫降等
图 6.3 机身的受载， Q
v
、 Q
h
、 M
z
、 M
y
、 M
t
内力图
特点 :
1. 机身在连接接头处对机翼和尾翼的支反力的值
可能比机翼升力（ y
w
)和尾翼升力（ y
ht
和 y
vt
)本
身要大；
2. 当发动机布置在后机身上时会使 M
z
明显增大；
3. 当质量沿 X轴分散较大时或机身较长时，也会
使 M
z
增大；
4. 增加垂尾高度会使 M
t
增大。
与机翼比较
? 载荷：
? 基本种类相同
? 集中载荷、质量力是主要载荷
? 水平和垂直方向载荷是同一数量级
? 几何（刚度）：
? 机身水平、垂直方向尺寸接近，刚度接
近
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
? 构架式
? 闭合的空间薄壁梁
纵向受力构件 (桁条和加强桁条 —桁梁 )
横向受力构件 (普通框和加强框 )
外部壳体
图 6.4 机身的结构受力型式
6.3.1构架式结构的机身
? 空间桁架
优点
? 桁架可以是静定的（轻）
? 在空间飞行器上也采用桁架式箭体，因为
桁架接头采用铰接，使得结构在受热状态
下能保持良好的工作状态。
缺点
? 桁架的质量、整流罩的质量、受力蒙皮的
质量和固定接头的质量累加起来，使它重
量特性已经不如薄壁梁式机身
? 桁架式机身在利用内部空间方面潜力较差
? 桁架式机身的战斗生存性也差
传力
? 弯矩产生的轴向力 (受 M
z
和 M
y
的作用 )基本
上靠大梁的缘条来承受；
? 剪力 Q
v
和 Q
h
由垂直 (侧向 )和水平 (上和下 )
的桁架构件来承受，这些构件是支柱、横
撑杆和斜撑杆；
? 扭矩 M
t
由 4个平面桁架形成的闭合的空间
构架来承受。
6.3.2薄壁梁式机身
? 桁梁式
? 桁条式
? 硬壳式
一、桁梁式机身
? 较强承弯能力的桁梁：没有腹板，是用模
压和锻造方法制造的横截面相当大的桁条。
桁梁多半是 T型截面
? 较薄的蒙皮
? 桁条
? 隔框
图6.5 桁梁式机身
(a) 桁梁式； (b) 桁梁和桁条的混合式。
传力
? 弯矩 M
z
和 M
y
引起的轴向力主要由桁梁承
担，蒙皮与桁条作用不大
? 蒙皮承受剪力 Q
v
、 Q
h
以及扭矩 M
t
，蒙皮受
剪切
桁梁布置
? 早期桁梁：
? 沿整个机身长度布置
? 布置在＋ /-45
? 混合受力型式机身桁梁布置：
? 在机身上有开口部位 (座舱盖开口、密封
舱开口、设备舱开口、起落架舱开口、
油箱开口、发动机舱开口等 )
? 对机身进行受力补强的部位
? 或者是用桁梁 (纵向梁 )来承受纵向集中力
(来自发动机推力、武器反作用力等 )。
二、桁条式机身
? 随着载荷的增大 (主要是弯矩增大 )，机翼
的结构受力型式就由梁式改成了整体式
? 由桁条、隔框和蒙皮组成
? 桁条较密、较强，桁条间距在 100~200mm
之间
? 蒙皮较厚，在 0.8~2.5mm之间
? 框的间距大约在 200~500mm之间
? 蒙皮与桁条一起承受弯矩 M
z
和 M
y
引起的
轴向力 (拉 -压 )；
? 承受剪力 Q
v
、 Q
h
以及扭矩 M
t
时，蒙皮受剪
切。
图 6.6 客机机身结构、蒙皮、框和桁条之间的连接结构
三、 硬壳 式机身
? 由普通框和加强框支持的蒙皮组成
? 没有纵向构件
? 蒙皮厚
? 隔框少
? 很强的战斗生存性
? 重量特性不好
? 蒙皮承受所有形式
的剪力和弯矩，所
以，它既承受正应
力，又承受剪应力。
? 隔框是为了维持机
身截面形状和承受
垂直机身轴线的集
中力
? 这种机身结构的蒙皮必须具有足够的受压、
受剪稳定性，所以夹层结构板是硬壳机身
结构的较理想蒙皮
? 应用少
? 机身相对载荷小，开口多
? 常用于机身的头部、尾部
? 虽然总体载荷小，但外形变化快，局部
刚度要求高
6.4 机身基本承力构件用途和构造型式
机身上基本受力构件的用途与机翼上相
对应的受力构件的用途是类似的
6.4.1机身蒙皮
? 维持机身外形
? 蒙皮和加强它的桁条共同承受由于弯矩引
起的拉 —压 (法向应力 )应力
? 承受由于横向力和扭矩作用而引起的剪力
(切向应力 )
? 密封舱 (座舱 )蒙皮还要承受相当大的压差 。
图 6.8 板材蒙皮的对接
6.4.2 桁条和桁梁
? 作用：正应力、集中力扩散
? 简单式的（从横剖面看，只有一个结构元
件）
? 组合式的（从横剖面看，有几个结构元件）
图 6.9 组合式机身桁条和桁梁的剖面
用于货舱、
舱盖等大
开口处的
纵向边缘
图 6.10 薄壁梁式组合式桁梁
6.4.3机身的框
? 普通框：用于维持飞机外形和固定蒙皮、
桁条
? 加强框：承受来自机翼、尾翼、起落架、
发动机和货物的集中力并把这些力传到蒙
皮上。较强的缘条和较厚的腹板
? 整体环形结构框
? 铆接装配
图 6.11 框和翼肋的受载和剖面形状
普通框受力
? 气动力
? 圆形：环向拉力
? 非圆：局部弯曲应力
? 机身弯曲变形引起的压力
? 一般不存在强度问题
? 大型飞机变形可能大，需检
查弯曲刚度
加强框
? 将集中力并把这些力传到蒙皮上
? 承弯矩、剪切载荷
? 分为：
? 环形框
? 腹板框
腹板框
? 不承受弯曲
? 结构简单，重量
轻，一般放在后
机身或是布置在
大开口的两端
? 影响了机身内部
空间的利用
环形框
图 6.15 安 124机身典型截面
1－滑轨； 2－货舱地板梁； 3－中央翼固定接头； 4－中央
翼； 5－主起落架整流罩； 6－横梁； 7－辅助动力装置舱；
8－水平安定面； 9－垂直安定面； 10－后货舱舱门。
6.4.4 机身上骨架元件与蒙皮的连接
(1)蒙皮只与桁条相连
? 较好的蒙皮质量
? 由于蒙皮没有横向支持，承剪能力变差，
就需要通过增加蒙皮厚度来对其进行加
强。
图6.14 框3借助补偿片4同蒙皮1的连接
(2)蒙皮既与框相连、
又与桁条相连。
? 刚度大，重量轻
? 蒙皮上有很多铆缝
? 由于在框上开了缺
口，框的结构较为
复杂
图 6.15 框与桁条的连接
1－蒙皮； 2－桁条； 3－框； 4－弯边； 5－角片
图 6.16 加强框上桁条缺口处的加强
6.4.5 机身的工艺分离面和使用分离面
为了能传递作用在桁条上的轴向力，就
要布置特殊的对接接头。
? 使用（设计）分离面：
? 可以拆卸
? 便于维修、运输、更换
? 工艺分离面：
? 不可拆卸
? 生产、工艺需要
? 原因
? 1）将复杂机身外形零件简化
? 2）原材料规格限制
? 3）机床设备的加工能力
? 4）开敞性好，提供工作效率
典型二级工艺分离面：
? 1）机身段分离面（前、中、后）
? 2）组合件工艺分离面
? 横向组合件：如每个加强框是单独装
配件
? 纵向组合件：如壁板沿纵向一般分为
3～ 4个组合件，即上壁、中壁、下壁
? 分离 面对接：
? 接头少：重量不利，安装方便
? 接头多：
? 桁梁机身：接头少，铰接接头
? 桁条技术：围框接头（ 3个以上的导向销）
6.5 其它部件与机身的连接
6.5.1 机身与机翼的连接
? 有中央翼：铰接
? 无中央翼：固接
固定有机翼悬臂梁的加强环形框的结构、
载荷和平衡情况 :
图 6.17 三角机翼与机身的连接方案
图 6.18 中央翼与机身的对接结构方案
6.5.2尾翼与机身的连接固定
同机翼与机身的连接固定没有根本的区别。
2
垂直尾翼载荷在机身上传递
a）剪力平衡 b）扭距平衡 c）总平衡图
2
水平加强板的作用原理
1）型材 2）机身蒙皮（适当加强）
接头耳片形状对结构传力的影响
6.5.3起落架与机身的固定
? 通常固定在机身加强框和 (或 )纵梁上
? 可以采用起落架舱，它由垂直腹板、水平
加强板和两端的加强框形成。
? 起落架支点的开口周围用加强构件 (开口
小时用型材、开口大时用梁或强度高的横
梁 )加强
图 6.19 前起落架在前机身中的固定接头结构方案；
作用在机身上的起落架载荷及其平衡
某轻型歼击机前机身结构
J-6机翼机身主接头处结构
? 主梁后掠（ 26.5）产生分弯距
? 布置侧边肋：根部开口，不是一个完整
的加强肋
? 机身上布置构件
? 两种方案：
17 24 29
Mz
R
17 24 29
Mz
R
17 24 29
Mz
R
P
17 24 29
Mz
R
P
发动机的固定
6.6 机身开口处的结构形式
? 满足飞机的使用性和维护性要求
? 开口的结构形式取决于：
? 机身结构受力型式
? 开口的尺寸，
? 是否要切断机身上的承力构件
? 根据使用条件能否使用受力口盖等 (盖
在开口上 )。
开口的结构型式
? 用于观查窗、加油口等处的小开口：如果
这种小开口不破坏承力结构的完整性，以
框架形式沿开口周围加上刚性垫板 (如同
在机翼上 )。这种开口采用快卸螺钉将口
盖盖上。
? 中型开口，它破坏了机身受力构件的完整
性，需要采用与机身上总体受力构件联成
一体的承力口盖盖上。这种口盖用螺钉沿
开口周边固定在机身承力构件上来保证口
盖与蒙皮共同受剪 (受扭时 )或受拉压 (受弯
时 )。
? 用于驾驶舱盖、舱门、起落架舱、货舱等
处的大型开口，因为使用条件的限制而不
能采用同机身受力结构连成一体的承力口
盖，在开口端部用腹板式加强承力框 1来
加强 (图 6.16(a)),在开口两边布置桁梁 (加强
桁条 )或加强横梁 2。
在力 Qv和
Qh、弯矩
Mz和 My、
扭矩 Mt作
用下机身
大开口区
的受力图
图 6.20 机身大开口处的结构受力型式
6.7机身舱段主要结构的受力分析
?乘员舱、 客舱和货舱。
? 高空飞行可以获得最好的技术性能和经济性
? 需要加压、加热
? 常用涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机的
压气机引入压缩空气
?密封舱段 ，都承受附加的压差载荷 ?p
? 通常为正压差
? 飞行高度急剧下降 可 能 是 负 压 （ 坐 舱 压 力 小
于外界压力）
6.7.1 密封舱
纵向截面上产生应力
半球形气密框在蒙皮
上引起轴向应力：
skr
/δσ pfR?=
)2/()2/(π
2
x
δδπσ pRfRRpf ?=?=
图 6.22 密封舱球面底部的密封结构
? 球面框与机身结构变形不协调会产生局部
内力
? 平面腹板框
? 增压载荷均布作用在腹板上，由腹板集
中起来传到横、竖加强型材上
? 型材相对于连续梁
? 横竖型材互相支持，最好分别布置在腹
板的前后两面上，避免型材断开
? 若布置在一侧，断开的型材需要通过合
适的连接方式保证连续
? 气密舱内需要密封的地方是 :
? 各骨架构件与蒙皮的对接处 (铆 接和螺
栓连接 )；蒙皮与壁板之间；
? 飞机和发动机操纵系统的拉杆和钢索在
座舱内的出口处；
? 飞机动力系统 (液压系统和冷气系统 )和
空调系统的导管、电缆束；
? 座舱盖口和应急出口；
? 舱口和窗口也应进行密封。
? 通常采用液体的密封胶、密封胶带、密封
油进行密封。铆接缝处一般不少于双排铆
钉。
图 6.23密封舱的剖面形状和对接连接处的密封方式
图 6.24 操纵杆系出口处的密封方案
6.7.2 舱盖结构
? 玻璃在骨架上不应成刚性固定
图 6.25 座舱盖、舱盖固定锁和玻璃
固定连接的结构
6.8 地板结构
? 由形成地板骨架的纵梁、横梁和布置在骨
架上的，也就是装在支架上的壁板 4组成
图 6.26 地板结构方案
