歼七飞机平尾垂尾与机身的连接分析

歼-7平、垂尾与机身连接分析报告

歼-7平、垂尾与机身连接分析报告

摘要

本文我们以航空馆的歼七飞机实体为依托，对我国歼七飞机平尾、垂尾与机身的连接做了简要的受力分析。

首先，我们简要该飞机的全面情况如机种、主要性能、机翼相对位置、平面形状、主要几何尺寸等。

其次，我们对飞机尾翼的作用进行了简要的介绍，并对该飞机的尾翼型式做了判断。

然后，我们着重分析了水平尾翼上的受载及主要承力元件的受力分析，并给出了平尾上的传力路线，还对加强部件进行了扼要分析，最后给出了平尾与机身的连接特点。

对于垂直尾翼，垂直尾翼上的载荷计算与水平尾翼的载荷计算相似，安定面的结构布局与翼面基本相同，受力特性也相同，于是仅作结构受力分析。 本文最后我们对平尾、垂尾的损伤容限做了简单的分析。

关键字：歼七 水平尾翼 垂直尾翼 传力分析

一 歼七概况：

歼七飞机是我国航空工业于６０年代初期仿制前苏联的米格－２１飞机，首先

由沈阳飞机工业公司仿制成功的机种。１９６４年以后，歼七飞机转成都飞机工业公司生产。其中歼-7基型装有1门30毫米航炮，可外挂2枚霹雳-2空空导弹或38枚火箭。进气道进气锥可分三级调节。发动机为一台涡喷-7涡轮喷气发动机，推力38.245千牛，加力56.388千牛。涡喷-7是黎明发动机制造公司于1963年按前苏联Р11-Ф-300发动机开始仿制的，1966年12月国家验收，1967年小批生产。1968年转至黎阳公司试制，1970年开始批量生产。首翻期为100小时，总寿命300小时。1980年后涡喷-基型基本停产。在使用初期出现了不少影响可靠性、耐久性与维修性的结构问题，通过改变结构、更换材料和改进工艺，基本排除故障。改进包括，新工艺制造的涡轮叶片和部分重要零部件，加力燃烧室和压缩器则重新设计。后期的涡喷-7的涡轮叶片从31片减少到24片，更大地提高了可靠性，减少了发动机对喘振和失速颤振的敏感性。

歼-7基型揭开了歼-7系列的序幕。此后歼-7衍生了众多的改型

成都飞机工业公司在一种原型的基础，循序渐进，改进改型成功了具有不同特点和用途的飞机，实现了一机多型，形成了歼七系列。成飞公司先后试制了歼七Ｉ、歼七II、歼七III（与成都飞机设计所合作研制）、歼七Ａ、歼七Ｂ、歼七M、歼七ＭＧ、歼七Ｅ等。

歼七的主要参数如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 项目 最大使用马赫数(HP大于或等于11.6公里) 最大允许表速(HP小于等于11.6公里) 最小机动表速(公里/小时) 最小平飞表速(公里/小时) 实用静升限(M=1.9)(公里) 动力作战高度(公里) 盘旋半径(HP=5公里,M=1.2)(米) 正常起飞重量(公斤) 最大起飞重量(公斤) 最大外挂能力(公斤) 基本载油量(升) 最大载油量(升) 翼展L(米) 展弦比λ 根梢比 平尾的后掠角(度) 相对厚度(%) 数据 2.1 1300 400 260 17.8 20.6 5093 8150 9800 1940 2635 4315 7.15 2.25 12.9 57 5 其中歼七基型采用切尖三角形悬臂式中单翼，下反角2°，前缘后掠角57°。对称翼型，翼根处相对厚度5％，翼梢处4.2％。展弦比2.22，尖削比12.5，安装角0°，翼根弦长5.97米，翼尖弦长0.46米。襟翼面积2×0.92平方米，轴补偿副翼面积2×0.59平方米。机翼上方靠近翼梢处装有附面层板。全金属结构，有两个主梁和一个辅梁。副翼由液压助力器操纵，大型“吹气”平板后缘襟翼由液压作动。半硬壳式结构机身截面近似圆形，最大直径为1.24米(不包括座舱)。机头上部有向前打开的电子设备舱门，在沿机身从座舱延伸到垂直安定面的大型背鳍内装有操纵杆、电子设备、单口加油口盖和燃油箱。靠近机翼前缘处的机身下部两侧各有一块减速板，还有一块减速板设在腹鳍的前边，三块减速板均由液压操

纵。悬臂式全金属结构尾翼，全部翼面都有大后掠角。液压助力全动式平尾，1/4弦线后掠角55°。相对厚度6％。平尾前缘最大上偏+7.5°，下偏-16.5°，面积7.9米2。平尾翼梢有配重块。操纵系统有力臂调节器，可根据不同的高度与空速调节传动比，尾翼配平开关设在驾驶杆上，无配平调整片。垂尾1/4弦线后掠角60°27′，面积5.32米2，平均气动弦长3.14米，相对厚度4.4%。方向舵面积为1米2，偏角±25°，腹部有大型单片式腹鳍。

二 尾翼的作用概述：

尾翼是安装在飞机后部的起稳定和操纵作用的装置。尾翼一般分为垂直尾翼和水平尾翼。 垂直尾翼由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成，它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用。垂直尾翼简称垂尾或立尾。根据垂尾的数目，飞机可分为单垂尾、双垂尾、三垂尾和四垂尾飞机。 水平尾翼由固定的水平安定面和可动的升降舵组成，它在飞机土主要起纵向安定和俯仰操纵的作用。水平屋翼可简称平尾。有的飞机为了提高俯仰操纵效率，采用的是全动乎尾，即平尾没有水平安定面，整个翼面均可偏转。 有一种特殊的 V字形尾翼，它既可以起垂直尾翼的作用，也可以起水平尾翼的作用。 水平尾翼一般位于机翼之后。但也有的飞机把“水平尾翼”放在机翼之前，这种飞机称为鸭式飞机。此时，将前置“水平尾翼”称之为“前翼”或“鸭翼”。 没有水平尾翼 (甚至没有垂直尾翼)?的飞机称为无尾飞机。这种飞机的俯仰操纵、方向操纵、滚转操纵均由机翼后缘的活动翼面或发动机的推力矢量喷管控制。

其中歼七采用全动平尾，单垂尾。

6 平尾与机身的连接特点：

歼-7的平尾为大后略角、大展铉比的全动平尾,采用的是转轴伸入,这样可以更好的利用最大的高度、铰链的力矩同时也很小.斜转轴式的平尾的轴与尾翼连接在一起,用固定在转轴上的摇壁操纵转轴,平尾与转轴一起偏转，水平尾翼通过加强框与机身连接，转轴为主要传力连接点。

上图为歼-7斜转轴式全动平尾与机身连接的简视图，可以看出它主要是由转轴与机身实现相连接的。

四 垂直尾翼受载分析：

垂直尾翼上的载荷计算与水平尾翼的载荷计算相似，安定面的结构布局与翼面基本相同，受力特性也相同，仅作结构受力分析。但安定面不同于机翼结构设计的特点是安定面内很少有装载，故安定面完全可以接受力要求进行结构设计。同时，对装有多台发动机的飞机，可能会受到特殊力情况，如不在飞机对称面的一侧发动机停机，由于发动机停机，相对于Y轴产生的力矩My基本上要用垂直尾翼上产生的平衡力Pvt抵消。

歼七主要采用多梁，壁板和多肋的单块式结构。使用多梁的目的是增大结构刚度，提高防颤振特性。

1 垂尾结构受力分析：

如图所示：

歼七的垂直安定面由梁、侧肋、端肋、加强肋和普通肋、左右壁板、可拆卸前缘、翼尖整流罩组成。

由于来自水平尾翼附加载荷的作用，在T型尾翼的垂直安定面上的所有承力部件都应该加强。在梁的根部，通过螺栓用钢质的对接接头把垂直安定面固定在机身上。在梁的上部用螺栓安定了垂直安定面前梁上的钢接头耳片，用于固定水平安定面操纵杆的摇臂，这也是水平安定面的前固定接头；在垂直安定面的后梁上有固定水平安定面后接头的接头耳片。后掠垂尾的侧肋在受力特性上与同样受力形式的机翼侧肋一样。

2 垂尾与机身的连接特点：

在悬挂接头处布置有加强肋。歼-7的垂直安定面是不可动的，安装固定在后机身上。根部连接处安定面梁与机身隔板有转折，需要沿机身纵向布置加强的构件承受和传递安定面梁传来的分弯矩，歼七垂直安定面直接插入机身，与机身加强框结合一起成为斜加强框，这样可以直接将弯矩传到机身结构上，避免接头带来的疲劳问题。如图所示：

五、平、垂尾损伤容限分析:

结构的损伤容限由于结构的分类不同而采取了不同的手段:对于歼-7的水平尾翼和垂直尾翼,设计者通过可检查度的分类进行了各自的处理方式.显然,在水平尾翼和垂直尾翼的表面,由于机翼较薄在受到各种载荷的作用下为缓慢裂纹扩展结构.这类的结构在歼-7这样的单梁传力途径中较常见,而且可以减少分析工作和检查的次数.这样在可检查的周期内依靠其剩余强度来保证其翼型的表面光滑和气动要求.由于歼-7水平平尾根部布置了三根加强肋,形成了一个三角区ABC面的加强分析图),在该区域,可以看见设计了一块加强的壁板,和加强的肋一起承受力的力矩,在该处的力由于采取了多路径传送, 损伤容限也有了较大的提高; 该区域的肋和板结构为破损安全多路传力结构.三块整体的受力可以在其中的一个结构破坏后,载荷机可以通过展向铆钉传到相邻的构件上,而且其破坏不会传到其他的构件上去.多重元件的结构的使用也使结构的水平尾翼的主要受力构件梁承受了剪力和弯矩引起的轴力,其采取了各种止裂的措施.在规定的检修期内,当结构的裂纹扩展到使结构完全破坏之前,用止裂的措施使不稳定快速扩展的裂纹停止在事先设计的止裂的区,如在止裂带处.在歼-7的尾翼上我们可以看见其使用了止裂缝来达到了一定的止裂的效果.另外在由于与机身连接的地方(对于水平尾翼其可以在轴的作用下转动,情况特殊)有开口区,周围有加强部分其止裂的效果更好.从歼-7的尾翼的损伤容限分析,我们可以看到,设计者在这方面的工作主要是从确定危险的部位和受损结构的剩余强度和裂纹扩展寿命的方面去考虑,在相应的部位采用加强和补强措施.当然由于时代的局限该思想在某种程度上还不够成熟.

六 小结

通过对航空馆歼-7系列飞机的实地考察分析，对歼-7系列飞机的机身，机翼，尾翼，以及它们的结构的受力，传力和彼此的连接问题有了一定的了解，特别是对歼-7尾翼部分做了深入的分析理解，查了不少关于尾翼方面的知识，分层次的对水平尾翼和垂直尾翼的结构传力路线做了分析，并根据实物图分析了水平安定面与升降舵，垂直安定面与方向舵，水平尾翼与机身，垂直尾翼与机身的连接问题。对水平尾翼部分有了比较详细的说明，但在垂直尾翼方面只做了初步分析。希望通过以后的学习对此方面有进一步的了解。

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