[发明专利]一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元

说明书

一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。其包括上面板、下面板、多个复合材料薄壁方管和泡沫材料层；本发明效果：上、下面板采用高强度铝合金或碳纤维/环氧树脂复合材料，置于上、下面板之间的复合材料薄壁方管采用碳纤维或玻璃纤维复合材料，因此吸能结构单元与同体积的金属吸能结构单元相比，付出的重量代价相对较小，能够减轻飞机负载，提高经济性能。在坠撞过程中，复合材料薄壁方管沿着四个顶角产生开裂现象，层束发生弯曲和分层等失效，最终以层束弯曲失效模式(张开模式)压溃的形式吸收大部分能量。

技术领域

本发明属于航空器复合材料机身结构设计技术领域，具体涉及一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。

背景技术

民用飞机运营的首要要求即是安全性。自20世纪90年代以来，虽然民用运输飞机的事故率在逐渐降低，但因运营时间以及乘员数目快速递增，航空事故总数及被定级为灾难性后果的事故数并没有显著减少。70％以上的民用飞机事故发生在飞行高度较低的起飞、降落阶段，属于可生存事故的范畴。为了提高在可生存坠撞事故中的乘员存活率，在飞机结构设计过程中必须考虑适坠性，以充分吸收坠撞过程中产生的动能，并保证坠撞过程中乘员承受的冲击载荷在人体耐受极限范围之内。因此近年来，飞机结构适坠性研究越来越受到各航空大国的重视。

提高飞机结构适坠性是解决坠撞导致乘员伤亡的主要途径，而货舱地板下部结构是飞机结构适坠性设计的关键部位之一。飞机结构适坠性设计的一条基本原则就是可以牺牲机身非重要结构，以使其破坏(压溃)来换取乘员的生存。通常情况下，这一目标是通过控制客舱地板及机身下腹部结构的塑性变形来实现的。严格地说，各种能量耗散措施应该集中布置在机身龙骨梁框架中，以便将机身结构的塑性大变形限制在客舱地板下部区域，从而最大限度地满足乘员可生存空间要求。在某些特定的工况(如紧急着陆)下，已有的结构很难吸收全部坠撞能量，因此就需要在机腹结构设计特殊的吸能元件作为能量耗散装置。设计良好的吸能装置，可以提高飞机的适坠性。

国际上已对吸能结构/吸能装置展开了研究，欧美航空界在吸能结构方面开展了大量工作。德国宇航中心DLR提出了一种由塑性铰和吸能结构件组成的地板下部吸能结构概念。针对直升机地板下部结构，荷兰国家空间实验室NLR设计并制造了一种以波纹板为主要吸能元件的地板下部吸能结构。美国NASA Langley研究中心和FAA对复合材料机身段的适坠性进行了较为深入的研究，提出了4种不同的地板下部吸能结构形式：杆系结构、夹芯板结构、泡沫填充结构和管状结构。波音公司针对复合材料运输类飞机提出了复合材料薄壁C型柱的货舱地板下部结构。

我国现有的机身单元设计中，主要将金属薄壁等吸能结构置于飞机货舱地板下部，在机体坠撞过程中，利用金属的塑性变形来吸收坠撞冲击能量。金属吸能结构不仅能量损耗率不高，而且需付出较大的重量代价。

因此，有必要设计开发一种新型的、吸能效率高的、能够改进飞机结构适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元。

为了达到上述目的，本发明提供的用于改进飞机适坠性的货舱地板下部吸能结构单元包括上面板、下面板、多个复合材料薄壁方管和泡沫材料层；所述的上面板和下面板位于上下两侧，其中上面板的底面等间距设有多个上部凸台；下面板的表面等间距设有多个下部凸台，并且多个上部凸台的位置分别与多个下部凸台的位置相对应；多个复合材料薄壁方管等间距设置在上面板和下面板之间且中心轴垂直于上面板和下面板，并且每个复合材料薄壁方管的上下端口内部分别插入一个上部凸台和一个下部凸台；泡沫材料层设置在复合材料薄壁方管的外侧四周。

所述的复合材料薄壁方管由0°、±45°和90°方向铺设的多层碳纤维或玻璃纤维层合而成，下端口具有45°内倒角，上端口无倒角。

所述的上部凸台的外端边缘无倒角，下部凸台的外端边缘具有弧形倒角。