第一节 机体结构
飞机机体是指飞机的机翼、机身、尾翼（包括垂直尾翼和水平尾翼）、前翼（也称为鸭翼）、发动机舱（有的与机身合在一起）和起落架。飞机机体可以采用不同的结构形式和材料，按照不同的要求和规定进行设计和生产，但总的一点是必须满足飞机的性能要求，如飞多快、多高、多远，达到多大的机动能力，可以挂载多少武器弹药，能安全使用多少时间（如飞行4000小时或8000小时）。当然还必须保证飞机每次飞行完毕后容易维护、修理，飞机机体的生产最好不需要过分特殊的设备、工具和材料，使每架飞机的生产成本能为用户所承受，战争时期能持续生产和改进。
一、结构形式
早期的飞机采用承力框架外加蒙布（用层板帆布或金属薄片）制成。为保持机体正确的形状和受力后少变形，在机翼、机身之间往往拉上很多钢索或钢丝，有时使用支撑杆。这样，飞机受到的所有力，如空气产生的升力、阻力及飞机本身的重力和发动机通过螺旋桨产生的力等主要由框架承担，蒙皮（飞机外表覆盖面）只是起到保持外形和将空气产生的力传给框架的作用。
20世纪30年代中期，飞机动力装置的功率提高很快，飞机速度大增，对飞机结构的要求更高，于是出现适度增强蒙皮来承受力的要求，这就产生了半硬壳结构。半硬壳结构指除飞机大梁外，外壳也承受一部分力。这种结构的机体蒙皮用层板或金属薄板（主要是硬铝合金）
制成，内部用一些细长的加固件加强（称桁条）。这种形式目前仍在广泛采用。既然有半硬壳结构也就会出现“全硬壳式”结构，但前面一般不必加上“全”字。这样的机体结构全部受力部件是外壳，没有承受主要载荷的大梁，但可以有许多小桁条加固蒙皮，使它受力时稳定，不容易变形（如起皱纹或鼓起来）（图2-1）。最典型的硬壳式结构飞机应该说是二战期间苏联的伊尔-2强击机（图2-2），它的前机身完全是一个用厚达7～8毫米钢板焊成的壳体，两名空勤人员和发动机、油箱等重要部件都在这个壳体内。它可以承受小口径机关炮的射击。不过大多数飞机的硬壳式结构并不这样坚固，只在关键部位加钢板。
图2-1 一些飞机结构形式示意图
图2-2 伊尔-2强击机是全硬壳式飞机的代表
喷气式高速飞机的出现要求采用很薄的机翼，相对厚度（厚度与翼弦长度之比）有的只有3％～4％（如F-104战斗机），于是出现一种新的结构形式，称为“整体结构”，即将蒙皮、桁条和腹板等加工为一整体，要从一块很厚的金属板中变厚度切削出蒙皮、桁条。这样的结构形式受力很好，很轻，但是原材料要切削掉95%，对加工机床（如铣床）的性能要求很高，也很费工时。现代作战飞机真正用整体结构的不多，经常采用类似的整体壁板，如将尺寸很大的一块块壁板组合成飞机的结构。
另外，还有一种结构形式称为“蜂窝结构”。首先用非金属或金属材料制成蜂窝格子形状，再在上下表面“粘”上两块板材，组成一个完整的结构。这种结构形式目前主要用于受力相对小的舵面、舱门、口盖等部位。
二、机体材料
现代作战飞机主要用合金等制成，受力大的局部部位用合金钢。近一二十年新材料不断出现，主要有铝锂合金、钛合金、碳纤维或玻璃纤维复合材料等（表2-1）。
表2-1 一些战斗机机体所用材料的重量比例 单位%
（1）铝锂合金 这种合金比常用的铝合金轻10%，而硬度更大。欧洲战斗机“台风”用其制造飞机的主要锻件和机翼的主框架。
（2）钛合金 其密度是铝合金的1.7倍，但强度很大，尤其是耐高温、抗疲劳方面比铝合金好得多，在通常飞机使用条件下不会发生腐蚀。缺点是价格是铝合金的10～20倍，而且非常难加工。高速作战飞机使用钛合金的部件很多，近年来一般战斗机上使用钛合金的比例也增加很快，F-22战斗机使用钛合金的比例高达39%。
（3）复合材料 现代作战飞机使用的复合材料是在环氧树脂的基础上内埋增强纤维结合而成，具有良好的力学性能和化学防护特性。使用这类材料制成的飞机机体具有极好的单位重量强度和刚度，部件可以直接塑造成各种复杂的形状。缺点是对破损的敏感性很高，作战时被炮弹或弹片打中受损后强度大为降低，而且断裂部位很难修理，作战生存力较差，复合材料价格也偏高，这些都阻碍了它在机体中被大量采用。
三、起落架
飞机的起落架主要用来保证飞机在地面移动和起飞着陆时滑行，现代飞机的起落架有三种主要形式，分别是前三点、后三点，还有一种称为“自行车式”（图2-3、图2-4）。二战以前飞机的起落架主要是后三点式，即两个主轮在重心前，机尾有一个尾轮，在地面停放时机头上仰。这种方式的起落架对螺旋桨飞机有利，但滑行时安定性不好，起飞降落不容易保持方向，而且容易“拿大顶”，即飞机机尾向前翻过去。
图2-3 一些飞机的起落架设计形式
图2-4 起落架是受冲击最频繁的受力损耗部件，此为F-35的起落架
二战期间出现前三点式起落架的作战飞机，如美国P-39“空中眼镜蛇”战斗机、B-25轻轰炸机等，但并不普遍。这种方式起落架主轮在飞机重心后面，机头下有前轮。起降滑行时前三点式起落架很容易控制方向，也不会“拿大顶”。但对于螺旋桨飞机，前起落架要很高才能保证螺旋桨不触地，所以要付出较大的重量代价。二战以后，对于喷气式飞机来说，前三点式起落架已占绝大多数。
20世纪50年代中出现另一种起落架方式，两副主轮前后安装在机身上，像自行车一样，刚开始滑行或停放地面时，翼尖还有两副小轮保持机身、机翼不会侧倾触地。这种自行车式起落架当年很受一些飞机设计师的青睐，不少著名的飞机如美国U-2、B-52和英国的“鹞”式，苏联的雅克-25、雅克-28都用这样的起落架。据称这种起落架的重量可以轻一些，也便于收起时藏在机身内。但后来发现它在滑行时不好掌握方向，翼尖小轮要收藏在很薄的机翼内也不容易，结构轻的优点并不明显，所以现在已很少有飞机采用了。
起落架的强度和疲劳试验称为“落震试验”。将一副完整起落架安装在一个可上下滑动的架子上，上面加上模拟飞机起降时受力大小的重物，将起落架升起一定高度后让它自由落下撞击地面。开始投放的高度是根据起落架要求承受多少米/秒的接地速度而计算出来的，每冲击一次相当于飞机落地一次。落震试验一般需要进行数千次以上才能给出起落架的“疲劳寿命”。陆基作战飞机设计接地垂直速度一般是3米/秒，而航空母舰上使用的战斗机，有的国家规定为7米/秒，所以舰载飞机的起落架比陆地飞机结实，重量也要增加不少。舰载机起飞时起落架的受力情况也比陆地起飞复杂。
四、稳定的飞机结构重量系数
飞机机体结构重量与飞机起飞重量的比值称为飞机结构重量系数。二战以来，各种飞机的结构重量系数值变化不大，比较稳定。例如二战期间，英国的“喷火Ⅸ”型活塞式战斗机（1942年生产）的飞机结构重量系数是0.29，美国P-51是0.31，德国Fw190是0.289。而20世纪70年代研制出来的美国喷气式战斗机F-16A是0.288，F-15A是0.299，俄罗斯苏-27是0.285。由此可见，1942年以来，虽然飞机结构设计方法和材料都有了飞快发展，但结构重量系数没有下降，其主要原因是对飞机的强度要求也增加了。而且现代战斗机机身密封和增压的要求也使机身结构重量增加很多，机载设备品种也在不断增加。同时，新一代战斗机如有隐身要求，对机体结构重量也会产生不小的影响，因为反雷达涂层（也称吸波涂层）一般密度都较大，每喷涂1平方米面积，飞机增重1～1.5千克。总之，在未来十年期间，作战飞机结构重量系数估计仍然会保持在0.29～0.31之间。