[发明专利]一种仿生复合航空机体结构

说明书

技术领域

本发明是指一种新型飞机机体材料，具体是设计了一种仿生复合航空机体结构。

背景技术

材料与飞机在互相推动下不断的向前发展，航空材料的研究一直发挥着先导和基础作用。在现代材料科学与技术的发展进程中，航空材料中的机体材料不仅引领飞行器自身的发展，而且也影响和促进着地面交通工具以及空间飞行器的进步。

一直以来，飞机机体主要采用高比强度，高比模量，低比重的轻质、高强材料，从而提高飞机的结构效率，减轻飞机自身的结构重量。

甲虫角质层中精巧复杂的微纳结构展示出轻质、高强的特性。其鞘翅是由上层、中空层和下层组成，其中鞘翅的中空层是以小柱为支撑的层状复合结构，小柱中的纤维与上下层中的纤维呈钝角且连续地相连，鞘翅中的这种柱状结构可大大提高其抗剥离性能，它的这一结构特性可以很好的应用于飞机机体材料的研究中。

虽然复合材料在飞机机体上的已经有相关的研究，但是很少有人从仿生的角度来研究机体材料，因此，设计一种新型的仿生复合航空机体材料将为航空材料的发展提供指导意义。

发明内容

本发明受甲虫角质层中微纳结构的启发，提出一种新型的轻质、高强、止裂的仿生复合航空机体结构。

本发明的目的在于提供一种用于民用客机机体的仿生复合机体结构，通过这种结构可以提高飞机机体的强度，减轻自身的重量，同时具有止裂的功能。

本发明包括有第一层面板、第二层面板、柱状结构层、第四层面板、第五层面板，第一层面板、第二层面板、柱状结构层、第四层面板和第五层面板从上至下结合在一起；柱状结构层由上层板、支撑柱以及下层板构成，支撑柱的上下端分别与上层板和下层板连接成一体结构，每100cm²内支撑柱设定数量为六个，六个支撑柱的圆心顺次连接为正六边形。

所述支撑柱为X型弧形柱，支撑柱的横截面为圆形。

第一层面板、柱状结构层和第五层面板的材质为铝合金7075，第二层面板和第四层面板的材质为高强度玻璃纤维增强树脂材料。

所述的第一层面板、第二层面板、第四层面板和第五层面板的厚度为4mm。柱状结构层的上层板和下层板厚度为2mm，支撑柱的高度为10mm。

本发明的有益效果：

1.轻质：由于柱状结构层的存在，整个结构呈中空结构，相比同样的实心结构，减小了密度，降低了比重，使机体结构更加轻盈；

2.高强度：通过对上述力学试验的分析可知，该结构能够很大程度上的增加机体的强度、刚度与承载力；

3.止裂：该结构与材料的选择能有效的防止例如鸟击、雷雨冰雹等给飞机蒙皮带来损伤后的裂纹的扩展，保证内外机舱的大气压相等，并有良好的吸能效果。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为本发明的柱状结构层示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明包括有第一层面板1、第二层面板2、柱状结构层3、第四层面板4、第五层面板5，第一层面板1、第二层面板2、柱状结构层3、第四层面板4和第五层面板5从上至下结合在一起；配合图2所示，柱状结构层3由上层板31、支撑柱32以及下层板33构成，支撑柱32的上下端分别与上层板31和下层板33连接成一体结构，每100cm²内支撑柱32设定数量为六个，六个支撑柱32的圆心顺次连接为正六边形。

所述支撑柱32为X型弧形柱，支撑柱32的横截面为圆形。

第一层面板1、柱状结构层3和第五层面板5的材质为铝合金7075，第二层面板2和第四层面板4的材质为高强度玻璃纤维增强树脂材料；

所述的第一层面板1、第二层面板2、第四层面板4和第五层面板5的厚度为4mm。柱状结构层3的上层板31和下层板33厚度为2mm，支撑柱32的高度为10mm。

为了更好地了解该本发明的特点，建立了两个对照组，对照组1与本发明的质量相同，对照组2与本发明的厚度相等。

利用有限元分析软件ANSYS Workbench对其完成了力学(受压、受剪、三点弯曲)性能的分析以及优化设计的研究。

模型受压分析：

对上表面施加1MPa的均布载荷，考虑本发明型的自重以及约束下表面的所有自由度。