[发明专利]一种矩形机身舱体大开口结构垂向刚度确定方法

说明书

本发明属于航空结构设计领域，特别是一种矩形机身舱体大开口结构垂向刚度确定方法。该方法包括：给定具有大开口结构的矩形机身和无大开口结构的矩形机身的刚度比和矩形机身的矩形剖面长宽壁厚；两个矩形机身除大开口结构之外结构相同；将刚度比和矩形剖面长宽高作为参数，以上边梁面积和下边梁面积最小为约束条件，求解上边梁面积的表达式和下边梁面积的表达式。

技术领域

本发明属于航空结构设计领域，特别是一种矩形机身舱体大开口结构垂向刚度确定方法。

背景技术

大开口结构切断了飞机结构传力路线，是飞机设计的难点。常规的圆形机身大开口由少量的设计依据，而矩形开口是特殊的舱体开口，为一种新型的结构形式，型号设计中缺乏设计经验，且飞机设计资料中缺乏该中类型结构的介绍。

为了将大开口区对机身的影响降到最小，满足刚度连续、变形协调的要求，就必须对开口区进行加强。然而，机身大开口加强设计的技术资料很少公开发表，以至设计技术和经验相对比较缺乏。

发明内容

发明目的：首次提出了一种飞机矩形大开口结构垂向弯曲刚度的设计原则和方法，推导出了垂向刚度比的解析表达式，解决了对于飞机矩形大开口结构设计加强无理论依据的困境。

技术方案：

一种矩形机身舱体大开口结构垂向刚度确定方法，包括：

给定期望的具有大开口结构的矩形机身和无大开口结构的矩形机身的垂向刚度比ξ和矩形机身的矩形剖面长宽壁厚；两个矩形机身除大开口结构之外结构相同；

根据矩形剖面长宽壁厚确定上边梁面积和下边梁面积之和，以补偿具有大开口结构的矩形机身的垂向刚度至ξ倍的无大开口结构的矩形机身的垂向刚度。

进一步的，根据矩形剖面长宽壁厚确定上边梁面积和下边梁面积之和，包括：

将刚度比和矩形剖面长宽高作为参数，以上边梁面积和下边梁面积之和最小为约束条件，求解上边梁面积的表达式和下边梁面积的表达式；

上边梁面积的表达式为：

下边梁面积的表达式为：

其中，

k是面积比，F_up为上边梁面积，F_down为下边梁面积，b为矩形剖面宽；h为矩形剖面高；δ₀等于δ为壁厚。

进一步的，根据矩形剖面长宽壁厚确定上边梁面积和下边梁面积之和，还包括：

根据刚度比的表达式，画出该矩形剖面长宽比下的一组刚度比曲线；刚度比曲线表征在不同上、下边梁的面积比下垂直弯曲刚度比与开口加强结构的剖面面积A₁和无开口模型的剖面面积比A₀的对应关系；

在该一组刚度比曲线上，查找最小面积比对应的刚度比曲线；

在最小面积比对应的刚度比曲线，查找出该刚度比对应的A₁/A₀；

根据对应的A₁/A₀、最小面积比计算上下边梁的面积之和。

进一步的，上下边梁的面积之和的计算公式为：

p＝A₁/A₀。

进一步的，刚度比的表达式为：