飛機結(jié)構(gòu)是體現(xiàn)飛機總體布局、氣動外形的技術(shù)載體，是飛機各系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)定功能的物理平臺，是制約飛機使用可靠性、成本和壽命的主要因素。因此，在飛機設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)一直占有十分重要的地位。（圖1）
　　從普通航空迷的角度來講，對于飛機的關(guān)注一般是從飛機原型機的出現(xiàn)開始，到其試飛定型以及之后的飛行表現(xiàn)和改進改型，對于飛機研制過程中的其他環(huán)節(jié)了解不多。研制一種新型飛機是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一般而言，研制一種新型飛機需要經(jīng)歷：預(yù)先研究、方案論證、飛機設(shè)計、試制和試驗、設(shè)計定型、工藝定型和批量生產(chǎn)、改進和改型等幾個階段。其中飛機設(shè)計是指設(shè)計人員綜合應(yīng)用氣動、結(jié)構(gòu)、動力、材料、工藝等學(xué)科的知識，將飛機設(shè)計要求（戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求）轉(zhuǎn)化為一組能完整地描述飛機的參數(shù)（飛機形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)、材料等）的過程。這個過程又包括概念設(shè)計（conceptual Design）、初步設(shè)計（Preliminary Design）和詳細設(shè)計（Detail Design）三個階段。
　?。▓D2）
　　飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計就屬于詳細設(shè)計階段的工作，詳細設(shè)計階段又稱為工作設(shè)計或技術(shù)設(shè)計，其主要任務(wù)是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計（部件設(shè)計、零構(gòu)件設(shè)計等）和系統(tǒng)設(shè)計（液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)等），其工作內(nèi)容包括繪制出各個部件和系統(tǒng)的總圖、裝配圖、零件圖，制定出詳細的重量計算和強度計算報告：進行零件和構(gòu)件的強度驗算進一步確定飛機的重量和重心位置；進行各種必要的試驗，如強度和壽命試驗、各系統(tǒng)的地面臺架試驗等。
　　在介紹指導(dǎo)設(shè)計人員進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)思想之前，我們先來了解一下飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，也只有在了解了這些基本要求之后，我們才能較為準確的理解為什么我們要遵循一些必要的設(shè)計準則來進行設(shè)計和分析工作。就像我們生活中所能夠接觸到的大多數(shù)民用產(chǎn)品一樣，只有了解了產(chǎn)品性能和功能所必須達到的基本要求，我們才能設(shè)計出符合市場需求和國家相關(guān)標準的合格產(chǎn)品。
　　在進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)要求中規(guī)定的對結(jié)構(gòu)的基本要求可以大致概括為氣動要求、重量要求、使用維護要求和工藝要求。這幾項要求之間是相互聯(lián)系、相互制約的，甚至有些還是相互矛盾的。全面考慮這些要求從而設(shè)計出理想的結(jié)構(gòu)則需要分析這些要求之間的相互聯(lián)系，綜合考慮。其中，“氣動要求”雖然不是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員主要考慮的，但卻是一種“前提性”要求，即設(shè)計出的結(jié)構(gòu)必須滿足氣動要求，并在滿足氣動條件的前提下，要求結(jié)構(gòu)質(zhì)量盡量輕、使用方便、工藝性良好等。畢竟，即使你的結(jié)構(gòu)設(shè)計得再好，如果破壞了飛機的氣動外形也是不允許的，因為這樣就會使飛機的氣動特性改變而無法達到其設(shè)計中能夠達到的性能指標?！笆褂镁S護要求”也是一種前提性要求，即根據(jù)飛機的機種、使用特點規(guī)定了使用、維護要求。因此要求結(jié)構(gòu)有與之對應(yīng)的“開敞性”/“可到達性”，即在結(jié)構(gòu)上必須有相應(yīng)的設(shè)計分離面和開口，以保證維護人員有接近內(nèi)部裝載或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的通道，并使相應(yīng)結(jié)構(gòu)的拆裝迅速可靠。比如，航空發(fā)動機的使用壽命一般低于飛機機體的使用壽命，那么在發(fā)動機到壽之后就需要給飛機更換新的發(fā)動機。而且一臺發(fā)動機在其全壽命周期內(nèi)，也需經(jīng)歷若干次的大修和一般性維修。這就需要在進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮分離面的設(shè)計，以滿足方便拆裝發(fā)動機的需要。早期的噴氣式戰(zhàn)斗機尤其是前蘇聯(lián)設(shè)計制造的戰(zhàn)斗機，設(shè)計這種分離面的做法往往是在飛機機身的中部設(shè)置分離面，需要拆裝發(fā)動機的時候就將飛機機身從中部一分為二，然后把發(fā)動機從后機身沿機身軸線方向抽出來。這樣做的好處是不影響飛機整體的載荷傳遞、結(jié)構(gòu)增重小，缺點是每次拆裝都必須先把機身前后分開才能把發(fā)動機拆下或裝入，每次拆裝工作至少需要48～72小時，極大地拖延了維護時間，對保證出勤率有很不利的影響。而現(xiàn)代飛機尤其是西方國家設(shè)計的戰(zhàn)斗機，拆裝發(fā)動機一般是在飛機后機身發(fā)動機的下部設(shè)計開口。這樣在拆裝發(fā)動機的時候就可以把發(fā)動機下方的口蓋打開，拆除螺栓等緊固件后把發(fā)動機直接從后機身下部取出，再換上可以使用的發(fā)動機。完成整個拆裝發(fā)動機的過程最快只需要幾個小時，大大縮短了維護保養(yǎng)時間，提高了戰(zhàn)機出勤率。缺點是由于開口破壞了機體原有的傳力路線，一般需設(shè)計成完全補償形式即可以傳遞各種載荷，造成的結(jié)構(gòu)增重較大，對減輕飛機的結(jié)構(gòu)重量不利?！肮に囈蟆笔且环N“條件性和發(fā)展性”要求。“條件性”是說結(jié)構(gòu)的工藝性好壞要結(jié)合飛機生產(chǎn)的條件，如產(chǎn)品數(shù)量、產(chǎn)量工期、加工條件等：“發(fā)展性”是針對產(chǎn)品數(shù)量和加工條件。比如，某些加工工藝適合小批量生產(chǎn)而某些加工工藝適合大批量生產(chǎn)，采用何種工藝取決于生產(chǎn)的數(shù)量：某些加II藝在設(shè)計時還不具備，但在后續(xù)生產(chǎn)時可實現(xiàn)，這就決定了不同批次生產(chǎn)的飛機結(jié)構(gòu)可能采用不同的加工工藝，那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計時也會有細節(jié)上的差異。
　　雖然前述的“氣動要求”、“使用維護要求”、“工藝要求”在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中所占時間不多，但依然是很重要的。如果在結(jié)構(gòu)方案確定后，因為某些要求不能滿足二更改結(jié)構(gòu)方案，將大大增加工作量，甚至因為不能很好地更改而犧牲某些設(shè)計指標。最后，“重量要求”
　?。ㄒ喾Q“質(zhì)量要求”）是飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求。飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證結(jié)構(gòu)在規(guī)定的載荷狀態(tài)下具有足夠的強度，不產(chǎn)生不能容許的殘余變形：具有足夠的剛度與采取其他措施避免出現(xiàn)不能容許的氣動彈性問題與振動問題：具有足夠的壽命等。在保證上述條件得到滿足的同時，應(yīng)使結(jié)構(gòu)質(zhì)量盡可能輕。這項要求可以概括為強度（剛度）一質(zhì)量要求或最小質(zhì)量要求，即在保證飛機結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度等要求的前提下盡量做到結(jié)構(gòu)重量最輕。在航空工業(yè)領(lǐng)域，有一句非常有名的話：“航空工程師要為了減輕每一克重量而奮斗”
　　（其實準確的說應(yīng)該是為了減輕每一克“質(zhì)量”而努力，因為在國際通用的單位制下質(zhì)量的單位是克或者千克，而重量是物體受萬有引力后力的度量，其單位是牛頓或者千牛。我們在日常生活中習慣了說重量、減重等詞匯，此處就按照大家的語言習慣未作修改）。對于民用飛機，假設(shè)我們能夠使一架結(jié)構(gòu)質(zhì)量為30t的民機減輕100kg（只減輕了總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的0，33%），則能多載一名乘客或100kg貨物，那么在飛機的全壽命周期就可以增加上百萬元的收入。飛機的服役壽命越長，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量所能帶來的經(jīng)濟利益也越大。對于軍用飛機，結(jié)構(gòu)質(zhì)量對全機推重比和翼載荷這兩個關(guān)鍵指標影響很大。質(zhì)量與起飛著陸性能有很大關(guān)系，與航程及爬升率等機動性能指標關(guān)系也較大，所以減輕質(zhì)量對軍機設(shè)計更為重要。這也就是為什么在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾項基本要求中，質(zhì)量要求是主要要求的原因。用一句通俗的話講就是，如果飛機不能做得輕，怎么能飛上天呢。
　　了解這些基本要求，有助于我們理解飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計思想的演變?，F(xiàn)代飛機的成本越來越高，從而要求飛機有更長的經(jīng)濟壽命和更高的使用可靠性，而且有些飛機還要求具備高超聲速飛行、低探測性等特種使用功能，它們都對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高和更特殊的需求?；厮蒿w機結(jié)構(gòu)設(shè)計的百年歷程，結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)經(jīng)歷了從低到高、從簡單到復(fù)雜、從單一功能到多功能綜合的演變過程，但無論其設(shè)計思想如何演變，也都是為了更好地、更全面地滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的各項要求。
　　飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計思想是保證飛機結(jié)構(gòu)安全的指導(dǎo)思想，它來源于飛機的使用實踐，同時受當時科技水平設(shè)生產(chǎn)力水平的制約。雖然各階段結(jié)構(gòu)設(shè)計思想之間并無明顯的時間界限，但是按其發(fā)展過程大致可以分為靜強度設(shè)計準則、動強度設(shè)計準則、疲勞一安全壽命設(shè)計準則、安全壽命/破損一安全設(shè)計準則、耐久性/損傷容限設(shè)計準則和可靠性設(shè)計準則（圖5～8）。再對上述設(shè)計準則加以簡化，可以分為5個階段：靜強度設(shè)計：靜強度和剛度設(shè)計：靜強度、剛度和安全壽命設(shè)計；靜強度、剛度和損傷容限與經(jīng)濟壽命設(shè)計：可靠性設(shè)計。（未完待