民航客机后压力框结构设计技术分析与研究

后压力框结构是飞机非常重要的结构部件,主要承受客舱机身的气密载荷。研究了大量机型后压力框结构形式,分解了相关设计要求,概括了相关设计方案,深入探讨了该结构部件的相关设计特点和发展趋势。     

民用飞机全机静力试验前机身工况配平载荷设计

民用飞机全机静力试验中由于加载方案复杂,为了简化试验加载数量,传统的配平方案主要保证考核区的加载准确性,对于非考核区的载荷简化到若干加载点上。对于飞机机身这种薄壁结构,非考核区的配平对考核区影响较大。以某飞机前机身严重工况为例,基于飞机全机有限元模型,研究静力试验的载荷配平方案;通过对比分析态载荷与传统试验态配平载荷方案下的内力解,对传统全机静力试验载荷配平方案进行优化。结果表明：优化后的试验态内力解与分析态内力解基本吻合;对于飞机机身薄壁结构,圣维南原理并不适用,全机静力试验的载荷配平要与真实工况受力情况吻合,才能达到试验验证目的。     

民用飞机金属/复合材料中央翼盒结构设计方案对比

中央翼盒与外翼及机身相连,承受和传递重要的飞机载荷。中央翼盒又是整体油箱,也是机身增压舱的气密线之一,是中机身客舱地板的支持构件,所以中央翼盒设计的好坏直接决定着整架飞机设计的成败。随着材料科学及制造能力的提升,现代民用飞机的翼盒设计也出现了不同的思路和方案。下面就以相同座位级别的不同时期的方案一飞机和方案二飞机的翼盒设计对比,来展示复合材料在飞机设计中的应用。     

基于地板结构的机身双层双向加载技术

以民机结构试验机身垂向加载方式为研究对象,分析对比了3种加载方案（蒙皮胶布带加载、客舱地板单层加载、客舱和货舱双层地板结构加载）。结果表明双层地板结构加载方案能够更真实地模拟机身框结构内力分布,更适合作为全机结构试验机身加载方案。在此基础上提出了基于地板结构的机身双层双向加载技术。通过开发一种机身载荷施加策略及配套的加载装置设计技术,解决了固定杠杆比加载系统实现不同工况机身有效加载的问题,并通过全尺寸模拟试验,证明加载装置末端节点载荷分配误差小于1%,加载装置设计满足试验使用要求。该技术被成功应用于某型在研飞机全机静强度适航验证试验,提高了试验质量与效率,并可为同类试验提供技术参考。     

下单翼飞机主起落架舱补强结构设计与分析

主起落架舱(以下简称主起舱)位于主起落架所在的机身腹部翼身开口处,该区域连接结构复杂,是飞机外部载荷、应力集中、疲劳问题最为严重的区域,是机身载荷传递实现平衡的必经区域。主起舱的补强与一般机身开口补强不同,一方面要能够有效缓解开口应力集中,另一方面要参与外翼、主起落架与机身之间的传力以降低周围结构应力。补强结构设计的好坏直接影响翼身传力和主承力结构设计,通过主起舱补强结构进行力学和有限元对比,分析说明下单翼飞机主起舱补强方案。     

基于蜻蜓膜翅结构的飞机加强框的仿生设计

由于机动性和能耗的要求,飞机设计过程当中轻量化设计是十分重要的。经过亿万年的进化,在承受自身重量及生长环境的载荷过程中,生物体获得了适应环境的最优结构。通过分析蜻蜓膜翅和飞机机身加强框的结构相似性,提取决定蜻蜓膜翅结构优良力学性能的结构特征,将其应用到飞机机身加强框的设计当中,并用有限元工具验证了结构的优化效果。在同样的承载条件下,仿生型结构的比刚度比原型结构提高了2%~6%,比强度提高了1%~8%。同时,仿生型结构的最大应力减小,而最小应力明显增大,因此其应力分布更加均匀,从而体现了仿生结构件材料的优化分布和最大效能。     

大型机身壁板复杂应力场试验技术

机身壁板在拉伸、压缩、剪切、气压等多种载荷形式下的静强度及耐久性/损伤容限是飞机强度研究中的重要课题，以往的试验技术仅能模拟机身壁板在以上几种载荷单独或联合作用下的均匀应力/应变场。然而飞机机身在舱门或舷窗等大开口结构周围的应力分布十分复杂，单一载荷或少数几种载荷的叠加无法准确模拟复杂的应力场。为了实现对机身壁板大开口结构周围应力分布的准确模拟，开展了大型机身壁板复杂应力场试验技术研究，研发了一套多载荷联合施加试验装置，具有单独或联合施加轴向(拉伸/压缩)、弯曲、面内剪切、端部剪切、地板梁(轴力和弯曲)及气压载荷的能力，各载荷施加系统相互解耦无干涉，通过优化计算各类载荷比例，并按比例联合施加各载荷可使考核区的应力/应变分布与全机有限元解保持一致。经静力和疲劳试验验证，本试验技术和装置能够实现对机身壁板复杂应力/应变状态的准确模拟。     

民用飞机机身段适坠性数值仿真分析

在飞机紧急迫降过程中,首先要保证碰撞后乘客在客舱区域有足够的逃生空间,其次基于结构强度和撞击持续时间,要确保传递给乘客的加速度和冲击载荷必须降低到人体损伤容限以下。对飞机机身部分结构进行了有限元建模,模拟了其从4.27 m的高度开始坠落,产生9.14 m/s的垂直冲击速度,整个分析过程使用ABAQUS/Explicit计算完成。对机身碰撞后的整体变形展开研究,如机身选定位置的加速度时间历程以及关键结构部件的能量吸收历程,最后确定机身隔框对冲击过程中的能量吸收起着最重要的作用,其次为蒙皮和客舱地板梁。在机身结构的右侧(本文的方向为飞行员视角,与读者看到的方向左右相反)有货舱门和门框,由于机身结构的不对称性,造成左右两侧的速度和加速度不一致。     

大展弦比飞机翼身结构不同刚度对结构响应的影响

为了研究大展弦比双机身布局无人机翼身结构不同刚度对结构响应的影响,本文采用有限元分析与满应力优化相结合来探讨这一问题。计算结果表明:机翼与机身之间不同刚度对结构响应存在影响。建议结构设计时注意这一现象并加以利用,从而得到轻量化的结构设计。针对算例进一步计算与分析表明:采用本文方法得到的结构优化方案,同样也能够满足该飞机的静、动气弹要求。结论:采用本文方法,不仅可以研究飞机部件之间不同刚度对飞机结构响应的影响,还可以进行全机的结构方案设计,并对此方案进行刚度、强度、颤振和控制面效率的分析与评估。     

民用飞机客舱地板滑轨结构研究

客舱地板结构是民用飞机机身结构的重要组成部分,其中滑轨结构与客舱地板横梁连接,是比较关键的结构,直接承担着飞机旅客载荷以及座椅的载荷。 首先介绍说明了民用客机地板结构的受力情况,其次针对目前国际典型机型的客舱地板滑轨结构形式、材料选材以及滑轨与横梁的连接形式等内容进行了分析说明,给出了各机型客舱滑轨结构形式的结构特点,再者从民用飞机客舱的滑轨冠部的设计、滑轨上缘条的设计以及滑轨高度的设计三个方面对客舱滑轨结构设计进行了分析与说明,给出了民用飞机客舱地板滑轨结构设计分析的要点和一般方法。 最后对民用飞机客舱地板滑轨结构设计方案进行了总结归纳与分析,为民用飞机客舱地板滑轨结构设计提供参考和借鉴。     

探讨飞行器翼身不同结构刚度对翼尖位移和结构重量的关系

为了研究大展弦比双机身布局无人机中翼身结构不同刚度对结构响应的影响,本文采用有限元分析与满应力优化相结合来探讨这一问题.计算结果表明:机翼与机身之间不同刚度对结构响应存在影响.建议结构设计时注意这一现象并加以利用,从而得到轻量化的结构设计.针对算例进一步计算与分析表明:采用本文方法得到的结构优化方案,同样也能够满足该飞机的静、动气弹要求.结论:采用本文方法,不仅可以研究飞机部件之间不同刚度对飞机结构响应的影响,还可以进行全机的结构方案设计,并对此方案进行刚度、强度、颤振和控制面效率的分析与评估.     

弯曲载荷下机身壁板结构快速优化设计方法

给出了机身结构在弯曲载荷作用下,机身壁板尺寸参数确定的原则和方法。通过对机身典型剖面结构形式的简化,得到了机身尺寸参数与壁板应力之间的关系表达式,根据强度控制原则,对壁板结构进行了优化迭代,得到了满足要求的壁板尺寸参数,并与有限元应力分析进行对比。结果表明,所推导的机身壁板应力与有限元分析得到的应力结果吻合较好。该方法可实现机身壁板结构快速优化,对初期结构设计具有指导意义。     

21世纪的飞机结构

文章从9个方面探讨未来飞机结构技术的发展和演变：未来飞机结构的一种可能方案、作为未来设计原理的功能合并和分离、多学科飞机设计、综合力学和声学的机身多学科设计、飞机机身的隔音研究、在夹层机身中力学和声学功能的合并、未来飞机结构中对噪声和对气候影响的控制、客舱布局等，从而试图使新的飞机结构方案付诸实际。     

飞机舱内噪声预计模型验证实验方法研究

介绍了利用机身声学试验平台丌展了飞机舱内噪声预计模型验证实验方法的研究。通过测最声振联合激励下，机身声学试验平台所受声振载荷、了系统参数及客舱内的声瓜级，掌握了这些结果的测量方法及数据处理方法，从而为提高飞机舱内噪声预汁能力及实验研究奠定了基础。     

民用飞机后机身壁板控制失效模式和控制载荷工况分析

为了明确载荷对典型民用飞机的后机身加筋壁板结构设计的影响,建立低平尾式飞机后机身的有限元模型,计算分析了壁板的应力应变分布,计算分析了壁板不同区域的控制载荷工况、控制失效模式。通过对比不同失效模式各自所占的比例,证明后机身壁板结构的主要失效模式是屈曲以及最大应变准则。通过对比不同控制载荷工况各自所占的比例,选出后机身壁板结构的主要控制载荷工况。     

新型军用运输机结构设计优化

为了确定A400M飞机整体后机身优化概念，支持A400M飞机后机身的研制，应用了拓扑学和结构优化方法，文章首先对在欧洲航空航天公司军用飞机上采用的设计优化过程做了综述，然后描述A400M飞机后机身的优化模型和拓扑学优化结果。关于内部支撑结构的这些结果得到了改进，同时对单一的水平尾翼隔框优化结果进一步得到了细化。     

气密载荷下机身长桁弯曲应力分析

针对机身结构,对气密载荷下机身长桁的弯曲应力进行了分析。在推导机身结构在承受气密载荷作用下的微分方程的基础上,通过施加特定边界条件,得到机身结构在承受气密载荷时局部弯矩的解析解,并应用MSC.Nastran大型有限元分析软件,建立有限元模型进行求解。分析结果表明:框与壁板由于变形不协调而产生了局部弯矩故对长桁产生了弯曲效应,即弯曲应力。     

大开口升降式光电吊舱设计技术研究

机身大开口存在结构刚度急剧变化、变形不连续等问题,使得机身大开口加强设计成为飞机设计改装的重点和难点。以国外某飞机为例,通过对开口加强区设计研究,采用单力素对比方法验证加装升降式光电吊舱结构强度;通过梳理载荷设计思路,自主设计光电吊舱及升降机构,并对改装前后各工况应力进行对比。结果表明：在机身气密压力、机身切面载荷及光电吊舱载荷作用下,该结构能够实现升降功能,载荷计算方法及结果量级合理,结构满足强度设计要求;采用单力素对比方法作为强度合格的评价指标能够指导同类型飞机改装设计。     

民用飞机客舱快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机身剖面构型及客舱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能。定义了飞机机身类部件坐标系,提出了机身剖面构型、地板、装饰层、厨房、卫生间、衣帽间、应急出口、舱门、舱段隔板、座椅和行李架等的参数化描述和模型构建方法,设计了客舱参数化描述数据结构、剖面构型与客舱布置的数据对应关系及客舱设计逻辑,建立了交互式机身剖面构型和客舱二、三维快速设计环境。在此基础上,实现了客舱模型的自动化调整,为总体设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础。最后,给出若干设计实例说明了该方法的有效性。     

飞机机翼-机身连接结构受力特性分析研究

机翼-机身连接结构作为飞机设计中最重要的一环,应当准确分析其受力特性,合理设计其连接结构。基于有限元计算结果对A、B两种机翼-机身连接结构形式进行受力特性研究,分析表明B结构的机翼后梁后梯形板(或A结构前三角板)分担了部分载荷,减轻了后梁站位加强框承受的载荷。B结构连接刚度相对柔性,减小了后梁处协调变形的影响。A结构设计了后三角板,通过后三角板将起落架部分机构与机身的连接,后三角板分担了部分起落架载荷,对于机身的内力均匀分布是有利的。