1.1  机身结构主要承受以下几种载荷:

a. 飞机在空中操纵所产生的气动载荷（Aerodynamic loads）。

b. 机身质量的分布引起的弯曲（bending）

c. 由连接到机身的点状质量产生的惯性载荷（Inertial loads）（例如通过吊架连接到机身的发动机）。

d.集中载荷（Concentrated point loads）：（例如机身和尾部之间的接口。）

e. 内部增压负荷（Internal pressurization loads）（如果飞机处于增压状态）。

f.冲击载荷（Shock loading）：（例如前起落架在着陆时撞击跑道。）

在给定的时间点，机身承受的载荷很可能是这些载荷的组合。那么，半硬壳式机身结构中存在的每个结构元素如何一起工作以分配和转移所产生的载荷呢？

1.2  半硬壳式机身主要结构组件的承载方式：

隔框（Frames）——横向元件，以机身横截面的形状构建，通常间隔约50厘米。隔框的作用是支撑蒙皮和长桁以防止其发生屈曲（Buckling）变形，同时保持机身的气动外形。在引入集中载荷的位置也常使用隔框（例如机翼到机身接口以及机尾到机身接口处）。最后，隔框还与蒙皮一起抵抗飞机加压时形成的内部压力。

长桁（Stiffeners）与桁梁（Stringers）统称为加强筋 ——用来连接隔框。其负责传递由机身弯矩产生的轴向载荷（拉伸和压缩），比如在飞行过程中操纵方向舵时机身上的弯矩。加强筋还有助于防止机身蒙皮屈曲。其次加强筋也承受部分作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框，桁梁的作用与长桁相似，只是截面积比长桁大。

蒙皮（Skin）——在机身总体受载中起着很重要的作用；构成机身气动外形，并保持表面光滑；铆接到隔框和加强筋上。传递剪切载荷，并将载荷传递给机身骨架。对于加压飞机，蒙皮还将承受内压载荷。

总结：

轴向载荷由纵向长桁和桁梁承担

剪切载荷由蒙皮承担

机身结构设计的基本原则是确保蒙皮和加强筋组合不会在横向隔框之间弯曲。 隔框必须足够强以使其不会整体变形，并且蒙皮和加强筋交织成的每个网格也不得发生局部弯曲。采用最轻巧的结构来满足这些条件时，就获得了最优的机身设计。

图 1：协和式客机 （Concorde）

机身的长细比 （Fuselage Fineness Ratio），是指机身长度与机身最大横截面的当量直径的比值 l_F/d_F（长度/直径）。

短而宽的机身，长细比小；长而窄的机身，长细比大。飞机的长细比在6左右时，管阻力最小。然而机身越长，尾部控制面的力矩臂越长，尾翼则更小且阻力更低。最理想的长细比是8，拉伸版的飞机可以达到14，但是压缩版的几乎不会小于5。如果最初设计一架新飞机时选定的长细比为8， 也就是阻力比较小的机身。后续阶段也可以制造拉长或者压缩系列。客机的平均长细比为9. 以上这些仅适用于亚音速客机。 对于超音速客机，长细比必须尽可能地大以提供可接受的乘客舒适度。 协和号的长细比为16.7。

表 1：机身长细比常用值

现代客机的大部分机身采用了圆柱形截面，长细比通常要比理想值高得多。目的是为了提高强度，并且提供统一宽度以简化座椅布局和航空货物装卸。设计师在选取长细比时，会考虑诸如座位安排或货盘尺寸之类的外部因素影响。比如一旦知道了旅客人数和剖面座位数，客机的机身长度和直径也就基本确定了。

表 2

当飞机接近声速时，在较大曲率的区域会形成冲击波。这些冲击波抵消掉了部分引擎提供的能量。这是一种新的阻力形式，即波动阻力，其峰值约为速度在略低于临界马赫数时的阻力的三倍。为了使波动阻力最小化，飞机的曲率应保持最小，这意味着更高的长细比。这就是为什么高速飞机的机头和机尾较长且驾驶舱顶与机身线齐平。从技术上讲，超音速的最佳性能设计方案有两种：一种是指向两端的“西亚斯一哈克旋成体”（Sears-Haack body）;另一种是具有钝尾的鼻锥体设计（Nose cone design）。

具有更高长细比的飞机的引入也引入了一种新形式的不稳定性，即惯性耦合。 随着发动机和驾驶舱从飞机质心移开，这些质量的滚动惯性逐渐增长，甚至超过了表面的空气动力。 不过此问题可以通过采用超大型控件和稳定性增强系统等来解决。

飞机机身的结构是从早期的木桁架结构发展到硬壳结构，再到当前的半硬壳结构。现在常见的歼击机基本都是半硬壳式结构中的桁梁式，民航机型基本都属于半硬壳式结构中的桁条式。

1  桁架式机身（Truss Structure）

图 1

在早期的低速飞机上，机身的承力构架都做成四缘条的立体构架。为了减小飞机的阻力，在承力构架外面，固定有整形用的隔框、桁条和蒙皮，这些构件只承受局部空气动力，不参加整个结构的受力。机身的剪力、弯矩和扭矩全部由构架承受。其中弯矩引起的轴向力由构架的四根缘条承受；垂直方向的剪力由构架两侧的支柱和斜支柱(或各对张线)承受；水平方向的剪力由上、下平面内的支柱、斜支柱(或张线)承受；机身的扭矩。则由四个平面构架组成的立体结构承受。构架式机身的抗扭刚度差，空气动力性能不好，其内部容积也不易得到充分利用。只有一些小型低速飞机机身采用构架式机身。

2  硬壳式机身 （Monocoque）

图 2

硬壳式机身结构是由蒙皮与少数隔框组成。其特点是没有纵向构件，蒙皮较厚，由蒙皮承受机身总体弯、剪、扭引起的全部轴向力和剪力。普通框和加强框用于维持机身截面形状，支持蒙皮和承受、扩散框平面内的集中力。

这种机身的优点是结构简单，气动外形光滑，内部空间可全部利用。但因为机身的相对载荷较小，而且机身不可避免要大开口，会使蒙皮材料利用率不高，因开口补强增重较大。所以这种形式的机身实际上用得很少，只在机身结构中某些气动载荷较大、要求蒙皮局部刚度较大的部位，如机身头部、机头罩、尾锥等处有采用。

3  半硬壳式机身 （Semi-monocoque）

图 3

为了使机身结构的刚度器满足飞行速度日益增大的要求，需要使蒙皮参加整个结构的受力。因此，目前的机身结构广泛采用了金属蒙皮，并且将蒙皮与隔框、大梁、桁条牢固地铆接起来。成为一个受力的整体，通常称为半硬壳式机身。

在半硬壳式机身中，大梁和桁条用来承受弯矩引起的轴向力；蒙皮除了要不同程度地承受轴向力外，还要承受全部剪力和扭矩；隔框用来保持机身的外形和承受局部空气动力，此外，还要承受各部件传来的集中载荷，并将这些载荷分散地传给蒙皮。 ^[1] 

3.1  桁梁式机身

桁梁式机身结构特点是有几根桁梁，桁梁的截面积很大。在这类机身结构上长桁的数量较少而且较弱，甚至长桁可以不连续，蒙皮较薄。这种结构的机身，由弯曲引起的拉、压轴向力主要由桁梁承受，蒙皮和长桁承受很小部分的轴向力。剪力则全部由蒙皮承受。普通框的作用是维持机身外形，支持纵向构件，加强框除维持外形外，主要承受集中载荷，如机翼、尾翼和机身连接的接头等都安排有加强框。

从桁梁式机身的受力特点可以看出，在桁梁之间布置大开口不会显著降低机身的抗弯强度和刚度。虽然因大开口会减小结构的抗剪强度和刚度而必须补强，但相对桁条式和硬壳式结构的机身来说，同样的开口，桁梁式的机身补强引起的重量增加较少。因此这种形式的机身便于开较大的舱口。

图 4

3.2  桁条式机身

桁条式机身的桁条和蒙皮较强，受压稳定性好，弯矩引起的轴向力全部由上、下部的蒙皮和桁条组成的壁板受拉、受压来承受。由于蒙皮加厚，改变了机身的空气动力性能，增大了机身结构的抗扭刚度，所以与桁梁式机身相比，它更适用于较高速飞机。此外，桁条式机身的蒙皮和桁条。在结构受力中能够得到充分利用。但是，这种机身由于没有强有力的大梁，不宜开大的舱口，如果要开口，必须在开口部位用专门构件加强。桁条式机身各构件受力比较均匀，传递载荷时必须采取分散传递的方法，因而机身各段之间都用很多接头来连接。

图 5

参考-百度百科-机身结构

飞机的外形布局多种多样，但有五大主要部件是不可或缺的。有时各部件可以相互融合。飞机内还装有各种系统，设备和武器，本文不做介绍。

1.1 机身（Fuselage）

飞机上用来装载人员、货物、武器和机载设备的部件。大型飞机也会在机身内加装油箱。它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。在轻型飞机和歼击机上，还常将发动机装在机身内。

1.2 机翼 （Wing）

机翼是飞机的一个重要部件。其主要功用是提供升力，与尾翼一起保证飞机具有良好的稳定性。当它具有上反角时，可为飞机提供一些横向稳定性。在它的后缘，一般布置有横向操纵用的副翼、扰流板（大型运输飞机安装）等装置。为了改善机翼的空气动力效应，在机翼的前、后越来越多地装有各种形式的襟翼、缝翼等增升装置，以提高飞机的起飞、着陆或机动性能。

机翼上安装有起落架、发动机等其他部件。机翼下还可以布置多种外挂，如副油箱和导弹、炸弹等军械设备。机翼的内部空间常用来收藏起落架、放置一些小型设备、附件和储存燃油。一般客机主要将油箱装在两个大翼以及中央翼盒内。大飞机还会在机身以及水平尾翼内加装油箱。

1.3 尾翼 （Empennage）

尾翼是平衡、安定和操纵飞机飞行姿态的部件。尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼两部分。垂直尾翼简称垂尾或立尾，由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成。水平尾翼简称平尾，左右对称地布置在飞机尾部，基本为水平位置，由固定的水平安定面和可动的升降舵组成。

1.4 起落架 （Landing gear）

起落架是飞机起飞和着陆时的滑行装置，分为前起落架和主起落架，并有多种不同形式。为了减少飞行阻力，起飞后，起落架可收入机身或机翼内。

1.5 动力装置 （Power plant）

飞机动力装置，是指飞机发动机以及保证飞机发动机正常工作所必需的系统和附件的总称。其组成取决于所用飞机发动机的类型，主要有以下的系统或装置：飞机发动机及其起动、操纵系统；飞机燃油系统；飞机滑油系统（亦称“外滑油系统”，仅活塞式航空发动机和涡轮螺旋桨发动机装用）；防火和灭火系统；飞机发动机散热装置；飞机发动机固定装置；进气和排气装置。