1.3 载荷、变形和应力的概念
1.3.1 载荷及其分类
任何结构和结构中的各个构件，在工作过程中都会受到其它物体对它的作用力，这种作用力通常叫做载荷（或外部载荷）。例如，飞行中机翼上的空气动力，起落架等部件的重力,都是作用于机翼上的载荷。各种构件在载荷的作用下，它的支点都会对它产生反作用力。构件承受的各种载荷和支点的反作用力，统称为作用于该构件的外力。
按作用方式，载荷主要分为集中载荷和分布载荷。集中载荷是指集中作用于一点上的载荷。分布载荷是指作用一个面积或长度上的载荷。如果分布载荷的作用面积相对较小，可以把它近似看作是集中载荷，这样在实际中可使问题简化。例如吊装在机翼上发动机对机翼的载荷可认为是集中载荷。
根据载荷作用于构件的性质的不同，载荷可分为静载荷和动载荷。如果载荷是逐渐加到构件上去的，或者载荷加到构件上后，它的大小和方向不变或变化很小，此载荷叫静载荷。如飞机停放时起落架所承受的载荷，就是一种静载荷；又如，千斤顶顶飞机时，所承受的载荷是逐渐增大的，它也属于静载荷。
如果载荷是突然加到构件上去的，或者载荷加到构件上后，它的大小和方向（或其一）有显著变化，这样的载荷称为动载荷。如飞机着陆时起落架所受到的地面撞击力；飞机着陆滑跑因为跑道不平，使各部分承受的力都属于动载荷。
1.3.2 构件在载荷作用下的变形
构件在载荷作用下，其尺寸和形状都会有不同程度的改变，这种尺寸和形状的改变叫做变形。
构件在载荷作用下所产生的变形，当载荷去掉后即能消失的变形，叫弹性变形。不能消失的变形叫永久变形（或残余变形）。
构件承受载荷的情况不同，它所产生的变形形式也不一样，但其基本变形为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲五种。实际上，飞机结构受力时，各构件的变形，往往是比较复杂的，常常是几种变形的组合，称为复合变形。
1.3.3 内力和应力的概念
当构件受到外力作用而变形时，材料分子之间的距离发生变化，这时分子之间会产生一种反抗变形，力图使分子间的距离恢复原状的力，这种力叫内力。构件受力变形时所产生的内力，可利用截面法求得。
要判断构件受力的严重程度，仅知道内力的大小是不够的。构件在外力作用下，单位横截面面积上的内力叫做应力。如果内力是均匀分布的，则构件任意截面上的应力等于截面上的总内力除以横截面积。应力可分成垂直于所取截面和平行于所取截面的两个分量。垂直于横截面的应力称为正应力，平行于横截面的应力称为剪应力。
1.3.4 强度和刚度的概念
构件在传力过程中，横截面上的应力要随着载荷的增大而增大。对于一定材料制成的构件来说，当截面上的应力增大到一定限度后，构件就会损坏（产生显著的永久变形或断裂）。构件在外力作用下，抵抗破坏（或断裂）的能力叫做构件的强度。构件的强度越大，表示它开始损坏时所受的载荷越大。为了使构件在规定的载荷作用下工作可靠，应保证它具有足够的强度。
构件即使强度足够，但在载荷作用下还可能由于变形量过大而影响工作。因此，构件还应具有足够的抵抗变形的能力。构件在外力作用下抵抗变形的能力称为构件的刚度。构件的刚度越大，在一定的载荷作用下产生的变形越小。
构件在外力作用下保持其原有平衡形式的能力称为构件的稳定性。细长杆和薄壁结构受压后易突然失去原有的平衡形式，此种现象叫做失去稳定性，简称失稳。飞机蒙皮在受压后会产生皱折的现象，就是由于蒙皮受压失稳造成的。
要保证构件正常工作，构件必须具有足够的强度、刚度和稳定性。构件的强度、刚度、稳定性与其材料的性质、截面尺寸和形状有关。另外构件的强度和刚度还与使用、维护的条件有关。例如，构件装配不当，受到划伤或腐蚀等，强度和刚度就会减弱。因此，维护和使用过程中，应根据构件的性质和受力特点等，注意保持其强度和刚度。
1.3.5 飞机承受的五种主要应力
所有飞机都承受有五种主要应力
拉伸应力
压缩应力
扭转应力（扭矩）
剪切应力
弯曲应力（弯矩）
拉伸应力是抵抗试图拉断物体的应力。压缩应力是抵抗压力的应力。扭矩是产生扭转变形的应力。剪切应力是抵抗力图引起材料某一层与相邻一层产生相对错动之力的应力。弯曲应力是压缩应力和拉伸应力的组合。当杆件受到弯曲作用时，弯曲的内侧面缩短（压缩），而弯曲的外侧面拉长（拉伸）。
1.4 机翼结构
1.4.1 机翼的功用
机翼是飞机的一个重要部件，其主要功用是产生升力。当它具有上反角时，可为飞机提供一定的横侧稳定性。在机翼上安装有一些操纵面，在其后缘，有副翼和后缘襟翼；在其前缘有前缘襟翼、缝翼；在其上表面有扰流板。另外很多飞机的发动机和主起落架安装于机翼结构上。机翼的内部空间常用来收藏主起落架和储存燃油。
1.4.2 机翼的配置
目前，除了个别低速飞机仍是双翼机外，绝大多数是单翼机。
图 1 - 8 机翼的配置形式
单翼机在机身上的配置，可分为上单翼、中单翼和下单翼三种型式。
从机翼与机身的干扰阻力来看，以中单翼为最小，上单翼次之，下单翼最大。从机身内部容积的利用来看，以上单翼为最优跃。因为上单翼飞机机翼通过机身的部分骨架，位于机身上部，不影响机身内部容积的利用；中单翼的翼梁要横穿机身中部，对机身内容积的利用有一定影响；下单翼飞机机身内的可用容积较大，但固定在机身下部的翼梁，会限制安装在机翼下部部件的尺寸。吊装在下单翼飞机下部的发动机可使发动机的维护方便。从起落架的配置来看，如果将起落架装在机翼上，上单翼飞机的起落架较长，这样不仅重量大，而且不易收放。在这方面，下单翼机比较有利。此外，上单翼飞机由于机翼位置较高，检修、拆装机翼上的发动机或其它附件，以及向机翼内的油箱加添燃油都不方便，这会给维护工作带来困难。
1.4.3 机翼上的外载荷
如图1-10所示，飞行中，作用于机翼的外部载荷有：空气动力、机翼结构质量力和部件的质量力。机翼在外部载荷作用下，象一根固定在机身上的悬臂梁一样，要产生弯曲和扭转变形，因此，在这些外载荷作用下，机翼各截面要承受剪力、弯矩和扭矩。由于机翼结构沿水平方向尺寸较大，因而水平剪力和水平弯矩的对飞机结构受力影响较小，在受力分析时只分析垂直剪力、扭矩和垂直弯矩。
机翼结构质量力是机翼结构重量和它在飞行中产生的惯性力的总称，即机翼结构重量和变速运动惯性力。
升力是当机翼以一定速度相对空气运动时，空气作用在机翼表面上的空气动力在垂直于来流方向上的分量。
1.4.4 平直机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩图
机翼主要受两种类型的外载荷：一种是以空气动力载荷为主，包括机翼结构质量力的分布载荷；另一种是由各连接点传来的集中载荷。这些外载荷在机身与机翼的连接处，由机身提供的支反力取得平衡。当机翼分成两半分别与机身相连时，可把每半个机翼看做支持在机身上的悬臂梁；若整个机翼为一体时，则可把它看做支持在机身上的双支点外伸梁。
作用于机翼各截面的剪力、弯矩和扭矩是不相等的。如图1-11所示，为平直机翼的剪力、弯矩和扭矩图，它们描述了机翼截面剪力、弯矩和扭矩沿机翼翼展方向的变化情况。可以看出：①如果机翼上只有空气动力和机翼结构质量力，则越靠近机翼根部，横载面上的剪力、弯矩和扭矩越大。②当机翼上同时作用有部件集中质量力时，上述力图会在集中质量力作用处产生突变或转折。
如图1-12所示为后掠机翼的剪力、弯矩和扭矩图。
