[发明专利]一种基于耐撞性设计的民用飞机机身底部结构

说明书

技术领域

本发明属于民用飞机的机身结构设计技术领域，具体涉及一种基于耐撞性设计的民用飞机机身底部结构的设计。

背景技术

民用飞机机身结构耐撞性直接关系到发生坠撞事故时乘员的安全，是民用飞行器结构设计的一个重要方面。保持机身结构完整性和把传递到乘员身上的加速度限制在人所能忍受的范围内是民用飞机机身结构耐撞性设计的两个主要目标。

随着人们对航空安全的重视程度越来越高，越来越多的学者和科研机构开始研究各种改进民用飞机耐撞性的方法。目前对民用飞机的耐撞性的研究主要集中在机身结构、起落架系统和乘员座椅系统三个方面，其中机身结构耐撞性设计是最重要的方面之一。

传统民用飞机的圆形截面机身底部和常规的蒙皮/骨架金属薄壁结构，决定了民用飞机在坠撞条件下(地面冲击)依靠隔框产生塑性铰来吸收冲击动能的性质。货舱曲形剖面提供了抗坠撞曲面，并且货舱高度较大，当坠撞事件发生时可以为客舱提供较大的压毁行程。至于塑性铰的位置、铰的数量、以及铰的移行速度(若存在的话)等等，则与机身构件的整体布局、形状尺寸、材料性质以及冲击载荷的强度等等有关。

传统的民用飞机机身结构为典型的薄壁结构，由横向隔框和纵向长桁组成。在正常使用情况下，客舱地板和货舱地板通过地板梁将集中载荷传递到框上，再分散到蒙皮上去。当坠撞发生时，机身腹部受到冲击载荷作用，冲击载荷可以是集中载荷(地面冲击)，也可以是分布载荷(水面冲击)。对于地面冲击，由于框和蒙皮连接的部分与地面之间的初始接触刚度高，将导致机身结构冲击过程时，初始载荷峰值会比较高，高过载持续时间会比较长，并且机身结构不能很好的吸收冲击动能，因此传统的民用飞机机身结构耐撞毁性能较差。

发明内容

本发明针对传统民用飞机机身结构在耐撞性方面存在的不足，通过大量的有限元数值仿真计算，提出了一种采用泡沫改进民用飞机机身结构耐撞性的民用飞机底部结构设计方案。此泡沫方案在满足民用飞机机身结构基本性能要求的同时，使机身结构具有良好的耐撞性。

本发明提供的民用飞机机身结构基于传统机身结构底部隔框为圆弧形状的特点，先将传统机身结构的底部隔框上提，然后在隔框下部布置分段的泡沫结构。本发明提供的民用飞机机身底部泡沫结构具有如下特征：机身隔框底部为平底结构，每一个隔框下部对称布置了一块泡沫，泡沫材料选用Rohacell泡沫或者相近的轻质、高强的泡沫材料。泡沫下部为机身腹部蒙皮，泡沫上部和侧面的蒙皮起到支撑泡沫结构的作用。泡沫上部和侧面蒙皮以及机腹蒙皮形成一个闭室结构，可以起到承受和传递载荷的作用。泡沫四周有多根长桁结构起到纵向加强的作用，顶部中间位置有一根长桁，顶部两侧也分别至少有一根长桁，可采用的长桁截面形状为“Z”截面、近似倒“T”截面和倒“T”截面，泡沫两侧各采用一根异性长桁加强。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的机身底部泡沫结构能够大大改善机身结构的耐撞毁性能。

(2)机身底部结构符合飞机结构设计的强度、刚度、气动、重量以及疲劳寿命等的要求，同时不对飞机的使用、维护性产生不利影响。

(3)机身底部结构具有重量轻和结构简单的特点。

(4)本发明中蒙皮和泡沫形成的新结构有利于承受分布载荷，不但在地面坠撞中具有较好的耐撞毁性能，在水面冲击事故中也具有较好的耐撞性。

附图说明

图1是机身底部结构泡沫布置位置示意图；

图2是机身底部结构泡沫布置位置的局部放大图；

图3是机身底部结构图；

图4是隔框两侧泡沫的布置关系图；

图5是图2中的A-A剖面图；

图6a是泡沫侧壁异型长桁示意图；

图6b是“Z”形长桁截面示意图；

图6c是近似倒“T”形长桁截面示意图；

图6d是倒“T”形长桁截面示意图；

图7a是传统机身结构座椅上的加速度时间历程；

图7b是采用泡沫改进机身底部结构后座椅上的加速度时间历程。

图中：

1、泡沫            2、隔框        3、中部长桁     4、侧长桁

5、异形长桁        6、上框缘      7、下框缘       8、外轮廓

9、顶部和两侧蒙皮  10、机腹蒙皮   11、隔框轴线    12、机身中心线

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的基于耐撞性设计的民用飞机机身底部结构进行详细说明。