飞机机身壁板上小开口的设计方法探讨

民用飞机的设计技术已经越来越重要。飞机结构工程师会根据飞机结构及功能的需要在飞机机身壁板上设计很多小开口结构,这种小开口结构设计的质量对飞机力学性能和重量等方面都有直接的影响,所以小开口结构的设计已成为飞机设计过程中的重要组成部分,一个成功的机型必须要有优秀的小开口设计。结合某型飞机的结构设计过程,详细分析和探讨了机身小开口结构的设计过程,具体包括载荷分析、相关零部件设计、密封及表面防护设计等方面的内容。     

机身大开口刚度补强设计及优化

针对大开口机身补强设计问题,建立了等直段大开口机身模型,通过分析大开口机身结构承力和截面刚度数据,得到了给定刚度指标下大开口机身补强方法,并结合优化设计和有限元方法获得大开口机身结构加强件的优化几何参数,为类似大开口结构补强提供了设计指导。     

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。     

CJ828应急舱门开口补强结构设计及有限元分析

由于使用和维护需要,机身上要求设置各类开口,而开口补强结构的设计是飞机结构设计中的一项重要内容.以CJ828中机身应急舱门开口为对象,进行了开口补强结构的设计及分析.首先利用Catia进行应急舱门开口补强结构的设计,其次利用Hypermesh建立开口补强结构的有限元模型,最后利用MSC.Patran/Nas-tran对所设计的开口补强结构进行有限元静力分析.有限元计算结果表明,开口周围的应力分布及位移满足补强结构的设计要求,同时开口补强结构满足强度要求.     

飞机结构强度试验商载施加技术研究

根据中后机身连续开口区强度试验技术需求,提出了一种新型的商载加载装置设计思想,通过分离引出加载方式解决了以往机身商载不能按理论载荷施加到各框的问题。该加载方式显著降低了加载杆拉力和杠杆弯矩,对机身的改动较小,加载装置更轻巧、试验换装简便。试验结果表明,该方法试验加载装置稳定,载荷传力明确,能更真实地模拟机身的受载情况。试验实施简便,可推广应用于同类型机身试验设计、载荷处理、加载夹具设计及载荷加载方案设计。     

大型飞机货舱大门结构和机构设计要求研究

通过大型飞机货舱门研究,给出货舱门总体、使用环境、密封、安全性、可靠性、维修性及机身大开口刚度、货舱门结构、运动机构、操纵锁定等设计要求,并提出了设计时应注意的事项.     

大型运输机货舱门设计研究

通过大型军用运输机货舱门研究，给出货舱门总体、使用环境、密封、安全性、可靠性、维修性及机身大开口刚度、货舱门结构、运动机构、操纵锁定等设计要求，并提出了设计时应注意的事项。     

爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应

为了满足“最小风险炸弹位置(LRBL)”的设计要求,有必要针对爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应开展研究。参考典型客机机身结构建立了铝合金机身壁板有限元模型,分析了增压、爆炸冲击位置与药量对机身壁板变形模式与失效行为的影响。研究结果表明,当机身壁板蒙皮未发生失效时,增压对整体变形模式的影响较小。当机身壁板蒙皮发生失效时,增压对整体失效行为的影响剧烈;爆炸冲击不同位置时,冲击长桁及隔框位置造成的开口损伤较小,但是结构产生了更长的裂纹损伤;随着药量的增加,冲击波更快传递到结构,冲击位置获得了更大的变形速度。     

飞行器典型热密封结构

对航天飞机、X-38和X-51等飞行器的热密封结构进行了综合评述.分析了机身TPS、机身开口部位及控制面三个安装部位的热密封结构特点,综述了其热密封组件的研究历程和使用现状.     

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。     

翼身融合布局民机非圆截面机身结构设计研究综述

翼身融合布局飞机具有大升阻比、低阻力、低噪声等优点，是未来民机最具潜力的发展方向之一；但由于特殊布局所采用的非圆截面增压机身，给翼身融合布局民机结构设计带来了巨大挑战。为了降低非圆截面机身承受增压载荷时产生的高弯曲应力、提高机身结构稳定性及承载效率，翼身融合民机机身结构设计先后经历了圆柱组合式多舱室机身、双蒙皮多舱室机身、带加强支撑的盒式机身、基于拉挤杆缝合高效一体化结构（Pultruded Rod Stitched Efficient Unitized Structure，PRSEUS）的盒式中央机体等发展阶段，其中最具承载优势和可实现性的是由美国国家航空航天局NASA和波音公司共同提出的基于PRSEUS盒式中央机体结构设计方案。PRSEUS结构不仅充分利用了复合材料一体化缝合、整体共固化、低成本等制造优势，而且具有抗拉伸/压缩、多路径止损/止裂、刚度和稳定性裕度大、承载效率高、易金属修补等优异的力学特性，已被拓展应用到了翼身融合民机机翼等结构设计中。本文以非圆截面机身结构设计为重点，回顾了翼身融合民机结构设计发展历程；从整机身结构、关键部件结构、整机优化设计等方面详细阐述了翼身融合民机结构设计的研究进展与发展现状，基于国外相关技术研究发展趋势，提出了中国翼身融合民机机身结构设计研究未来需要重点关注的方向。     

民机机身耐撞性设计的波纹板布局

 耐撞性是民机机身结构设计的一项重要要求。为了研究以波纹板为吸能结构的机身结构能量吸收特性和冲击响应特性,针对常规的机身构型,提出了3种货舱地板下部波纹板布局形式,建立了相应的机身段有限元模型,对机身垂直撞击刚性地面的情况进行分析。获得了不同布局形式下的波纹板变形模式和能量吸收情况,以及机身段的破坏模式、能量吸收情况和座椅处的过载-时间历程。3种布局的对比分析表明,在机腹隔框下端和蒙皮之间布置波纹板,可以使机身下部结构的破坏模式稳定,显著降低座椅处的过载峰值,缩短高过载脉宽,有效提高机身结构的耐撞性。     

民用飞机后机身与尾段在球面框处对接研究

民用飞机后机身与尾段的对接往往选择球面框(后压力隔框)位置,球面框是机身气密线的末端,该处的对接设计需要从传力、重量、成本、装配、维修、排水等多方面进行考虑,是民用飞机机体结构设计中非常重要的一个环节。针对民用飞机中后机身与尾段的连接特点,从传力等考虑要素入手,介绍了目前国际上典型机型的成熟方案,并进行方案优缺点分析、比较和总结,为我国民用飞机结构设计提供借鉴。     

An optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly with engineering constraints

Posture of an aircraft fuselage can be evaluated based on the coordinate values of measure points fixed on the aircraft fuselage in aircraft final assembly. Posture adjustment is carried out by rotation and translation of the aircraft fuselage to make sure that the actual coordinate values of the measure points are coincided with the theoretical ones read from the computer aided design(CAD) model. The point registration method of posture adjustment without considering engineering constraints may cause out-of-tolerance for some engineering constraints. Hence, engineering constraints such as plane symmetry of two points, as well as coplanar and collinear of the multipoint should be considered in the new optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly. Based on the point registration model, a multi-objective optimization model of posture adjustment considering engineering constraints including collinear, coplanar, and symmetry constraints is established and represented by a uniform vector function. The weights of constraint conditions can be set freely in the optimization model to reflect the importance of the corresponding constraints in aircraft fuselage joining assembly. The rotation and translation parameters of posture adjustment are obtained by the proposed multi-objective optimization algorithm based on the Gauss-Newton method. Results of an example of aircraft fuselage joining assembly show that constraint errors of posture adjustment obtained by the multi-objective optimization model are not out of tolerance for design constraint errors and satisfy the requirement of aircraft fuselage joining assembly.     

民用飞机客舱地板横梁结构研究

客舱地板梁结构是民用飞机机身结构的重要组成部分,其中地板横梁承担着旅客及座椅的载荷,需要分别与地板纵梁、支柱和机身框连接,是比较关键的结构。对典型机型的地板横梁结构形式和材料进行了介绍,并分析优缺点,最后对民用飞机地板横梁结构方案进行了总结。为民用飞机客舱地板梁概念设计提供参考和借鉴。     

民用飞机后机身结构静力试验方案设计

针对某民用飞机后机身结构特点和受载形式,设计了相应的静力试验方案。该方案合理模拟了后机身结构的支持和边界条件,同时对后机身严重载荷情况进行分析处理,实现了飞行载荷和惯性载荷在后机身结构上的施加,顺利完成了大部段复杂结构的静强度试验。试验结果表明,后机身结构能够承受极限载荷,其刚度和强度满足设计要求。     

Crashworthiness analysis of aircraft fuselage with sine-wave beam structure

An integrated design concept for crashworthy fuselage using sine-wave beam and strut is proposed and investigated. The finite element model of aircraft fuselage is built first. The structures above cabin floor, occupant and seat are simplified as two rigid blocks. The fuselage frame is redesigned, and the sine-wave beam is arranged under the frame. The impact dynamic performance of the aircraft with bottom sine-wave beam structure is studied and compared with that of conventional type. To obtain better crashworthiness performance, different rigidity of strut is combined with the sine-wave beam bottom structure. Numerical simulation result shows that the proposed sine-wave beam bottom structure could not only dissipate more proportion of impact kinetic energy but also reduce the initial peak acceleration. The structure and rigidity of strut have great influence on the crashworthiness performance. To give a better fuselage structure, both of the strut and bottom structure should be properly integrated and designed.     

金属机身飞机框间距及截面参数分析

目前,大部分设计参考书目中对于机身隔框间距都是以经验值20 in作为说明,对于框距值的确定原因以及影响因素未作详细的分析。通过以隔框间距参数为设计变量,以机身强度和机身局部稳定性为设计约束,并以机身重量为目标函数对隔框间距值的确定进行研究,给出一种隔框框距值的确定方法,并通过实例计算验证150座级飞机框间距20 in的经验值;同时利用有限元分析(FEA)和试验设计(DOE)方法对飞机普通隔框的截面形式进行结构参数分析,分析隔框各个设计参数对蒙皮应力水平的影响大小,给出150座级飞机隔框截面参数可行域。结果表明:本文分析计算值与一般150座级飞机的隔框间距设计经验值20 in (508 mm)相比,结果吻合很好;采用有限元分析,腹板高度设计为80～95 mm,内缘条宽度和外缘宽度条设计为15 mm;采用DOE分析,隔框外缘条宽度应大于内缘条宽度。     

民用飞机后压力框与机身连接的结构研究

民用飞机后压力框与机身连接的结构方案主要有两种,详细介绍了两种连接方案的结构构型以及各方案的优缺点,并从后压力框外形曲面的设计、结构的选材、质量、装配和维护空间以及系统在后压力框站位的通路等方面对两种连接方案进行分析和总结,为民用飞机后压力框与机身的连接设计提供参考。     

机身骨架装配柔性工装设计

为解决当前飞机机身装配工装效率低、定位精度不高、通用性差等问题,根据飞机机身结构,分析其装配需求,采用模块化设计思想,研制了面向机身骨架的"龙门式"柔性装配工装。该套柔性工装能够适应截面直径尺寸小于3m、机身筒段长度3~5m的产品,通过伺服电机驱动、手工调整以及更换特殊定位器等来实现对新类型机身的定位。工装操作简单、适应性强,能够以较低的成本提供较大的柔性。