[发明专利]一种舵面壁板结构构型确定方法

说明书

本发明属于结构强度分析技术领域，具体涉及一种舵面壁板结构构型确定方法。本发明在一定的设计空间内，创造性地运用轴向压缩稳定性限制及扭转剪切稳定性限制约束条件对壁板进行重量最轻化结构构型设计，给出了两种构型重量一致的翼型高度阀值，为飞机舵面壁板构型确定提供依据。

技术领域

本发明属于结构强度分析技术领域，具体涉及一种舵面壁板结构构型确定方法。

背景技术

舵面壁板结构是飞机结构中的主承力结构，其构型形式直接决定了飞机结构重量大小。以往确定舵面壁板结构构型采用相似型号对比的工程经验方法，对壁板构型确定具有一定的不确定性，本专利以壁板结构重量最小化为目标，形成一套舵面壁板结构构型的确定分析方法。

发明内容

本发明目的：本发明提供一种舵面壁板结构构型确定方法，得到满足约束条件的最轻化壁板构型形式。

本发明的技术方案：提供一种舵面壁板结构构型确定方法，所述舵面壁板1连接于前后侧梁2和两侧肋3之间，舵面壁板1、前后梁2和肋3构成盒体结构；所述舵面壁板结构构型确定方法包括：

步骤1：盒体结构受力分析：确定出弯曲载荷M`作用下，上、下的舵面壁板1的拉伸正应力、压缩正应力实现平衡，扭转载荷T由盒式封闭结构形成的一圈剪流实现平衡；根据盒体结构受力分析，选用两种构型形式的舵面壁板，分别为复材层压板的舵面壁板、夹芯结构的舵面壁板。

步骤2：扭转载荷下的两种构型壁板工作应力分析：基于盒体结构的受力形式，确定扭转载荷T下盒体结构舵面壁板的扭转剪应力；

步骤3：弯曲载荷下的两种构型壁板工作应力分析；基于盒体结构的受力形式，确定弯曲载荷M下盒体结构舵面壁板的弯曲压缩正应力；

步骤4：基于舵面壁板1的尺寸参数，确定舵面壁板1的许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力；

步骤5：根据得出的扭转剪应力、弯曲压缩正应力、许用扭转剪应力、许用弯曲剪应力，以轴压稳定性裕度、剪切稳定性裕度为约束条件，确定不同翼型高度下两种构型下舵面壁板的重量曲线；根据重量曲线，再以壁板结构重量最轻化为目标，确定不同翼型高度下舵面壁板的构型；翼型高度是指上、下舵面壁板1之间的高度。

进一步地，复材层压板的舵面壁板、夹芯结构舵面壁板的工作扭转剪应力τ的计算公式：

τ＝T/2Ωt

其中，Ω为盒体截面中线所围面积，τ为舵面壁板承受的扭转工作剪应力，T为舵面盒体所受扭矩；t为舵面壁板厚度。

进一步地，当壁板构型为复材层压板时，盒体截面中线所围面积：舵面复材层压板壁板厚度t＝t7；

当壁板构型为夹芯结构时，盒体截面中线所围面积：舵面夹芯层压板壁板厚度t＝t1+t2；

其中Ω1、Ω2分别是复材层压板的舵面壁板盒体截面中线所围面积、夹芯舵面壁板盒体截面中线所围面积，H1、H2分别是复材层压板的舵面壁板高度、夹芯舵面壁板高度，B1、B2分别是复材层压板的舵面壁板宽度、夹芯舵面壁板宽度，L1、L2分别是复材层压板的舵面壁板长度、夹芯舵面壁板长度；t1、t2、t3、t4是夹芯上舵面壁板外面板厚度、夹芯上舵面壁板内面板厚度、夹芯下舵面壁板外面板厚度、夹芯下舵面壁板内面板厚度，h1、h2分别是，t5、t6是夹芯舵面壁板对应前梁、后梁厚度，t7、t8分别是复材层压板的上、下舵面壁板厚度，t9、t10分别是复材层压板的舵面壁板对应前梁、后梁厚度，h1、h2分别是夹芯上、下舵面壁板芯子厚度。

进一步地，步骤3中，舵面壁板结构工作弯曲压缩正应力的计算公式为σ＝E_stM/EI；

其中，当壁板构型为复材层压板时，弯曲刚度EI的计算公式为，