薄壁結構
正文
由薄型板件和加勁構件組成的結構。飛行器機體廣泛採用薄壁結構。板件有蒙皮、腹板、 隔板、 地板等；加勁構件有桁條和梁、肋、框的緣條等。通常桁條和緣條由擠壓的或彎制的型材製成，也屬於薄壁桿件。板件與加勁構件的連線有鉚接、 焊接、 膠接或混合等方式，而以鉚接居多。不加勁的薄壁殼體，如球形、柱形容器和矩形貯箱等，也屬於薄壁結構的範圍，但受力分析與加勁薄壁結構不同，屬一般板殼力學研究的對象。初期的飛機因受材料、工藝和設計水平的限制，採用比較簡單的桿系骨架作為總體承力系統，在骨架外覆蓋布質蒙皮，用以承受分布的空氣動力載荷並將其傳遞給骨架。布質蒙皮不能嚴格保持空氣動力所要求的外形，而且骨架和蒙皮分工承擔各自的任務，對結構重量是不經濟的。金屬蒙皮和桁條組成的加勁壁板既有足夠的局部彎曲剛度，又能參加總體承力，所以薄壁結構比桿繫結構有顯著的優點,在30年代就取代了桿繫結構,成為航空結構的主要形式，廣泛用於機翼、尾翼、鏇翼、機身。薄壁結構也用於太空飛行器和火箭結構，如箭翼、箭體、艙體等。高速飛行器對蒙皮抵抗彎曲和屈曲的能力提出更高的要求，在薄壁結構的基礎上又出現了整體結構、夾層結構、蜂窩結構、複合材料結構等型式。對於太空飛行器和火箭結構的某些部位，普通的薄壁結構已不適用。
薄壁結構受力分析與一般工程中的梁或殼體不同。例如，對於機翼結構首先須考慮將分布的空氣動力載荷傳遞給骨架節點的過程，這時把蒙皮看作為許多塊周邊支持的彎曲板，把桁條和緣條看作為許多段端點支持的彎曲梁進行局部傳力分析；其次考慮連同蒙皮在內的整個結構傳遞總體載荷的過程,這時全部構件參加受力,但桿件和板件都不能抵抗彎曲和扭轉。板件和桿件受壓(或板件受剪)時可能發生屈曲。對於薄壁桿件,受壓屈曲中除彎曲屈曲模態外，還有局部屈曲模態、扭轉屈曲模態、彎扭屈曲模態等。
蒙皮參與承受正應力的程度依其厚度而異，在飛機各個發展階段並不相同。對於低速飛機，薄的鋁合金蒙皮已具有必需的局部剛度，從而能保證空氣動力外形的要求。這時蒙皮厚度主要根據所需的機翼扭轉強度和剛度決定。薄蒙皮在受壓區承受正應力的能力實際上可以忽略不計，而且在受拉區承受的正應力對整個剖面彎矩值的作用也很有限，所以這類結構的彎矩主要由翼梁的緣條和桁條承擔，梁式薄壁結構為這類結構的典型代表（圖1）。對於高速飛機,薄蒙皮不能保證空氣動力所要求的局部剛度，也不能保證防止機翼顫振所需的扭轉剛度，於是要求增加蒙皮厚度。這時為了減小結構重量，就應充分利用較大厚度的蒙皮承擔彎矩。為此必須減小受壓區桁條間隔以提高蒙皮承受正應力的能力，同時削弱翼梁的緣條。桁條式薄壁結構又稱半硬殼式結構，是這類結構的典型代表。用於機身和箭體的薄壁結構由縱梁、桁條、隔框和蒙皮組成(圖2)，有良好的空氣動力外形，強度和剛度高,重量小，還能保證機身內部容積的充分利用和布置門、窗等大開口的要求。
薄壁結構
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