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2直升机的机身结构
2.1直升机的应力应变
2.1.1直升机结构的基本变形
直升机结构在各种力的综合作用下主要承受五种基本变形：受拉变形、受压变形、弯曲变形、受剪变形和扭转变形。
图2-1 直升机结构的基本变形
（1）受拉变形：拉伸载荷通常使一个部件被拉伸而发生形变，承受件通常称为拉杆。
（2）受压变形：受压载荷通常使一个部件受压而发生变形，当一个部件受压时，它有变弯的趋势，最大压应力存在于变弯的外侧和内侧。外侧是拉伸，内测时受压。薄的构件在压力作用下变弯或皱折，良好的设计可使很轻的管能承受很大的载荷。
（3）弯曲变形：一个载荷以一个角度作用于一部件上，使它弯曲而发生变形。这样的部件通常就是梁，典型的工字梁的压缩和拉伸载荷由上下冠部来承担。中间部分叫做腹板，承载剪切载荷。它的厚度通常很薄，因为冠部可以防止它变皱。
（4）受剪变形：剪切是指在力的作用下相邻层间的滑动趋势。对于铆接或螺栓连接的两块板，分别在两端施加拉伸力，试图将二者分开，在铆钉或螺栓上所承受的力就是剪切力，而材料因此产生的变形叫受剪变形。
扭转变形：扭转力是指拉伸力与压力的组合，拉伸力与压力的方向相对于外力为45°二者之间相互为90°。材料在扭转力的作用下发生的变形叫扭转变形。
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2.1.2疲劳
如果材料中应力逐渐增大，最终将导致材料的断裂。这是材料能够承受的极限静载荷。在大多数情况下，这种情况不会出现在直升机结构上。假设极限静载荷的一部分作用与结构上，结构将产生变形而不会断裂。一旦去掉外力，结构又恢复到它正常的状态。这样的作用循环可以重复很多次，而且每次结构都能回到其初始状态。目视检查不会发现异常，但这样的循环持续作用一定时间，材料就会断裂。
这种在远低于极限载荷的外力循环作用下而导致断裂的现象称为疲劳。疲劳引起材料的微裂纹并使它发展成裂纹，如没有发现的话，将导致灾难性的后果。
疲劳损伤有许多形式。周期性疲劳因周期载荷而引起。
（1）腐蚀疲劳。因材料表面腐蚀向内发展而加速疲劳，导致材料强度劣。 （2）磨损疲劳。小幅度的摩擦运动引起的。
（3）热疲劳。因温度变化引起的材料膨胀和收缩而产生的疲劳。 （4）声疲劳。声波振动引起的高频应力波动而产生的疲劳。
2.2直升机的结构
从第一架直升机诞生之日起，直升机经过50年的技术发展，其结构所应用的元件范围越来越广。直升机结构所使用的结构构件与固定翼飞机基本相同。通常有三种基本类型用于直升机机身、尾部和发动机吊舱。分别为桁架式结构、承力蒙皮结构——硬壳式或半硬壳式结构和复合材料结构；
2.2.1桁梁式结构
桁梁式结构支持所有转动部件、传动系统和发动机驱动轴。它与其他部件的连接点均设在整体框架的节点上，节点上装有传递集中力的对接接头。
桁架式结构分成两种：一种是普拉特式（或叫N式），另种是瓦轮式（或叫W形），两种结构形式都是围绕大梁来搭建结构，而大梁是承载扭曲和弯曲的主要部件。
（1）普拉特式
机身大梁由横向和垂直管连接，通过对角连接件加强，钢管承受拉伸载荷。如图所示：
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图2-2 普拉特式结构
（2）瓦轮式
这种类型主要依靠对角件来承受拉伸和压缩载荷。如下图所示：
图2-3 瓦特式结构
（3）构架式修理
构架式结构出现损坏，如裂痕、划伤、压痕、腐蚀和弯曲等，可将损坏的部分除掉，并平整地过渡到周围材料，所去掉的深度要符合修理手册的标准。损伤材料去除后，可以使用专用的设备对损伤深度进行测量。
（4）弯曲极限
为了测量一个结构件比如管状撑杆的弯曲程度，可以使用直角量器和塞尺。如果结构件没有突出的安装点，直尺可平放在沿结构件长度方向上，用塞尺测量最大间隙处数值，再计算结果。注意：除非修理手册中另有规定，通常可接受的最大弯曲度为1:600。
如果测量有突出物的部件，用带3个指针的测量器来跨过突出物，3个指针长度要一样，将测量器放在对接构件上，通过测量中间指针距结构件的间隙，除以测量器的长度，得出结构件的弯曲度。
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2.2.2承受蒙皮结构
大多数现代直升机的机身设计都是承力蒙皮理念。承受蒙皮通常很薄，主要承受剪应力和拉伸方向的应力，而与蒙皮所连接的机身框架承受压缩载荷。与蒙皮相连的机身内部构件包括大梁、隔框、桁条、长桁等，通过铆钉、螺栓、螺钉及焊接或胶接连接起来，形成一个整体结构。蒙皮铆接或胶接到结构上形成一个完整单元，其厚度随在直升机上位置的不同而变化。
（1）硬壳式结构
硬壳式机身指没有内部结构，现代航空器几乎不采用这种结构，其最大问题是既要保持结构强度，又要使重量保持在允许的限制内。
（2）半硬壳式结构
半硬壳式结构优点很多，它不仅仅只依靠少数部件来保持结构强度和刚性。机身结构主要由纵向部件、横向部件和蒙皮组成，使设计和制造流线型机身更方便，同时结构的强度和刚性得到加强，这意味着半硬壳式结构因它的应力蒙皮结构，可以承受更大的损伤并保持其形状不变。
图2-4 半硬壳式结构
2.2.3基本构件
（1）隔框
横向的结构件通常被称为隔框，其中承受集中载荷、同时也是其他部件安装点处的叫加强隔框，有较强的缘条和腹板，在集中载荷作用处还有较强的接头，主要安装在减速器、发动机安定面的安装点。普通隔框通常是很轻的构件，用于保持机头形状，提高纵向构件的抗失稳能力，承受蒙皮传来的气动载荷。
（2）梁
属于纵向构件，剖面尺寸较大，有较强的缘条和腹板，两端对接处还装有较
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强的对接接头。主要承受和传递弯曲载荷和轴向载荷，提高蒙皮承载能力。梁是机身内最强的纵向部件，可以从前贯穿到后端。短梁也可以用于机身开口处。
（3）桁条
桁条也是纵向元件，但小于且轻于长梁。桁条可以贯穿整个机身长度。它们穿过隔框的开口，其主要作用是保持蒙皮的强度和形状。桁条用铝合金挤压成形或铝板卷曲成形的。
图2-5 桁条
（4）承力蒙皮
金属蒙皮铆接到长梁、桁条、隔框和其他结构件。承力蒙皮可以承载大多数载荷，其厚度随载荷大小和位置而变化。
（5）加强件
在某些需要的地方，如门、货舱、窗户等开口周围，需要增加一层额外蒙皮来提供额外强度。加强件可能与原来的构件厚度不一致。如果应力很大，可以使用多层加强蒙皮以阶梯形叠加，以防出现过大的应力集中。
（6）地板结构
直升机的地板结构承受商载，铝合金地板梁在隔框处沿机身横向与隔框连接，地板安装在梁上。地板采用蜂窝式结构，上面有固定座椅的滑轨。
（7）减重孔
在内部结构上，可以见到一些孔，孔边卷起。这些开孔是为了加强刚度，减轻重量，同时也利于导线、操纵杆、管路等结构件的穿过。
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