飞机结构设计之机身结构设计（上）
机身结构一般由蒙皮、框和长桁组成，而其材料选用的是高强度铝合金。随着复合材料的制备技术的成熟，也在机身结构中有了选择性地应用，但这里面一定不会用使用镁合金，因为其抗腐蚀能力太弱了。
机身结构材料会选择、这些铝合金，因为其质量轻且抗腐蚀能力比较好，与防腐蚀涂层系统相结合，已成为飞机机身结构设计的主套餐。例如蒙皮用的一般就是，其延展性也比较优异。对于结构设计来说，其实首要的内容就是材料，材料考虑其防腐蚀性能为主，至于抗应变载荷的能力，这些是可以通过结构进行弥补和加强的。当然并不是材料选定之后就一成不变，当在强度校核过程中出现问题以后，通过选择抗应力腐蚀能力—强度高的材料，也是常规的解决办法，只要在重量允许的情况下，这是相对于目前的情况，钢的抗应力能力显然要大于大部分铝合金，但随着密度的增加，重量也随之变化。
材料选择完成后开展结构设计，根据布局要求进行规划，而机身一般由框、长桁和蒙皮组成，这是典型的结构形式，那它们之间是怎么累加的呢？如图1所示。蒙皮铆接在最外层、框是横向承载部件，所以结构厚度和形式往往是回型或者工字梁结构，长桁承载纵向的载荷，长桁与框之间通过角片连接。框和蒙皮之间的强度变化太大，所以在框与蒙皮的过渡区域往往会进行结构加强，而这增加的零件就是止裂带。在框结构强度和不足的时候，就增加相应的加强型材。这时候你要问了，为什么从图上看上去，框和长桁都是承载的主要零部件，可框明显比长桁要厚实多了？因为框的布置间距比长桁往往要稀疏多了，而长桁则是围绕框的周圈进行布置，也就是框的数量少，长桁数量多，数量少的当然要加强，数量多的个体就可以适当简化一些。
图1机身结构典型连接形式
飞机机身结构设计时，对于框、长桁和蒙皮的组合结构形式的选择，应做仔细的细节分析，选取经过试验验证，传统而简单的、经济性好的和高可靠性的结构形式。当然这里面的具体细节和不同型号需求并不是一成不变的。根据不同机型的气动外形、起飞重量、重心布局、飞行马赫数要求等情况对连接形式进行适当调整，这样才能设计出符合使用条件机身结构。
那主要的结构形式有了，可现实的蒙皮可没有像需求那样的规格怎么办？这就需要搭接。仔细看飞机的外观，两张蒙皮之间不是严丝合缝的对接在一起，而是一层叠着另一层，中间的交接段根据要求进行适当的减薄处理（一般采用化铣加工方式，一种通过化学电解腐蚀的加工工艺）。
图2蒙皮的搭接形式
那长桁、框等结构件之间的装配方式有哪些？一般采用铆接、螺接、胶接或点焊，这里的胶接主要起到密封作用，而点焊适合薄壁结构、次要部位。另外钛合金零件上或者环境温度超过℃时禁止使用镀镉紧固件。因为钛和镉之间存在电化学腐蚀，而镉在高温条件下其抗腐蚀能力就变弱了。用于永久性连接的螺栓，其材料和表面镀层不应引起电化学腐蚀。因为电化学腐蚀会严重影响材料的结构强度，从而让该区域的结构处于薄弱环节，在外载荷作用下，很容易出现断裂的问题，那么结果不堪设想。
今天分享的就这么多，下期再分享关于机身设计过程中需要考虑的通路、通风和排水以及腐蚀防护方面的知识。欢迎