基于有限元法的飞机蒙皮划痕线损伤分析

在飞机制造或维修过程中,可能会因为施工不当,在增压机身蒙皮上留下一些划痕线.本文介绍了划痕线的产生及由此导致的疲劳裂纹损伤情况.在弹性范围内,应用有限元软件计算了不同深度划痕线结构的应力集中分布,确定了疲劳裂纹可能的形成位置.分析结果可为适航管理部门和飞机维修单位提供划痕线的损伤评估参考.     

问与答

吉林四平的姜长军问:1、我听说,蒙皮在飞机机身总体受载中起着很重要的作用。蒙皮的不同,对机身的构造有哪些影响?答:机身蒙皮在构造上的功用是构成机身的气动外形,并保持表面光滑,所以,它承受局部空气动力,在增压密封座舱部位的蒙皮将承受内压载荷,蒙皮将其传递给机身骨架。根据蒙皮参加承受弯矩的程     

增压机身蒙皮划伤的数值模拟

在研究蒙皮划伤的性质和受力特点基础上,采用 COSMOS软件计算了划伤蒙皮的最大应力,基于疲劳寿命估算方法得到了循环载荷下构件的疲劳寿命,分析了不同划伤深度和划伤形式对机身增压蒙皮结构应力集中和疲劳寿命的影响。     

钛合金板铆接修理复合材料机身蒙皮分析

波音787飞机的机身蒙皮采用全复合材料,对于复合材料机身蒙皮的修理,波音787结构维修手册给出了明确的修理方案,其中包括复合材料机身蒙皮的钛合金板铆接修理。然而,对维修方案背后的理论依据,即强度、刚度等力学特性要求没有叙述。基于此,本文对复合材料机身蒙皮的钛合金板铆接修理建立了两种维修的三维有限元模型,分析了这两种维修方案母板、补片和填平板的应力大小和应力分布特性。研究表明:复合材料机身蒙皮大的穿透型裂纹钛合金板铆接修理能够满足静强度要求,两种维修方案的钛合金补片破坏源发生在不同位置。     

机身蒙皮精准铣切系统研制

针对某型号飞机机身蒙皮精准外形需求,研制了一套机身蒙皮精准铣切系统.详细分析了机身蒙皮精准铣切系统的结构和工作原理,重点讨论了铣切系统刀具设计及其气动控制系统回路方案.机身蒙皮精准铣切系统经过安装、调试和现场应用验证,在保证安全的同时,实现了对飞机蒙皮进行切割的功能.结果表明,该系统能高效准确地完成机身蒙皮的铣切工作,保证飞机产品的制造准确度.     

波音737NG飞机货舱门周围蒙皮损伤小样本分析

在结构修理手册中,波音737NG飞机货舱门周围蒙皮没有允许损伤标准。刻痕、划伤、原有打磨、腐蚀、划痕等缺陷多见于货舱门附近机身蒙皮。结合多年来高级别定检工作,本文对此处损伤进行小样本统计和分析,以增加业界对于此处蒙皮损伤的认识和了解。     

增压载荷下机身蒙皮细节应力分布计算方法研究

为了获取增压载荷作用下机身蒙皮疲劳分析部位较为精确的应力分布,结合某机型机身等直段结构,采用NASTRAN有限元分析软件,在总体有限元模型基础上,对局部区域进行网格细化,建立了细节有限元模型,给出了窗周区域载荷施加的简化处理方法,获得了机身典型壁板区域以及窗周区域蒙皮应力分布规律,并将典型壁板区域某截面细节有限元模型分析结果与试验测试结果进行了比较,结果表明,两者数据吻合较好。最后,提出一种用于疲劳强度分析的蒙皮细节应力分布获取方法,采用该方法能够类比获取同一机型同类结构蒙皮细节应力分布。     

“该死的驼背” Savoia-Marchetti S.M.79 Sparviero

1933年底,意大利萨伏亚-马切蒂飞机公司开始设计一种三发8卧铺的客机。飞机为混和结构,机翼为全木结构,机身为钢管焊接构架,前部机身为铝蒙皮,中部机身上部分为铝蒙皮或胶合板,侧面和腹部为布蒙皮,机身后部为布蒙皮。和许多30年代初期设计的飞机一样,为了加强垂直尾翼和水平尾翼的强度,垂直尾翼用左右两条拉线加强,水平尾翼下每侧有两根平行的支撑竿     

智能蒙皮:由表及里的变革

在传统的飞机设计概念中,蒙皮是一种满足气动外形、强度和刚度要求的机身结构,它的主要作用就是形成和维持整个飞机具有完整的气动外形,并承受局部的气动力.而目前正处于发展中的智能蒙皮,则完全颠覆了机身蒙皮的传统意义.所谓的智能蒙皮,就是在飞机设计和制造之初,就将传感器、天线、信号接收/发射机、信息处理器、电线电缆、光纤等设备...     

老龄飞机结构广布疲劳损伤研究的关键问题

老龄飞机的广布疲劳损伤问题已经成为学术界和工业界关注的问题之一。从飞机机身蒙皮连接的细节应力分析、裂纹形成、裂纹扩展、剩余强度等几个方面对广布疲劳损伤进行了研究,并对当前需要研究的问题进行了分析。     

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。     

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。     

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.     

机身刚度对双体飞机颤振的影响规律分析

针对某双体飞机颤振特性复杂的问题,本文采用片条理论修正后的偶极子网格方法,建立了双体飞机非定常气动力模型,同时基于地面振动试验建立了不同机身刚度双体飞机等效梁模型。通过有限元方法,分析了机身刚度对双体飞机结构动力学的影响,同时通过求解耦合得到的频域方程,探究了机身刚度对双体飞机颤振的影响规律。研究结果表明,机身截面垂向刚度对机身一阶垂直对称弯曲模态、机身一阶垂直反对称弯曲模态与平尾滚转模态频率影响较大。机身截面垂向刚度降低到原设计刚度67%时,机身反对称弯曲模态对平尾扭转效应增强,机身一阶垂直反对称弯曲模态、平尾滚转模态与平尾一阶垂直反对称弯曲模态耦合,双体飞机在269.34 m/s时发生颤振,颤振频率为37.2 Hz。     

复合材料机身壁板的强度分析与试验验证

复合材料在大型客机机身主承力结构应用是近年来的发展趋势，通过分析与大型壁板试验结合的方式研究了复合材料机身壁板的静力承载能力，以及疲劳与损伤容限特性。采用理论公式、半经验公式、有限元模态分析研究了蒙皮的屈曲载荷、壁板的承载能力。依靠创新的机身壁板多轴载荷试验系统，模拟机身壁板的实际受载情况，实现充压载荷、拉伸/压缩、剪切载荷的独立施加与组合施加。通过静力试验验证蒙皮屈曲的工程及有限元分析方法和壁板的剩余强度承载分析方法。引入预埋缺陷、BVID、VID冲击损伤，通过试验研究了损伤对应变分布的影响，并通过疲劳、损伤容限试验，验证了壁板的设计以及损伤的无扩展特性。     

Identification of Voltage Transients on Aircraft Cabling under LTA Excitation

Lightning and electro-magnetic pluse-induced fuselage skin currents can magnetically or electrically flux couple onto air-craft cabling through dielectric "holes" or apertures in the aircraft fuselage. Using lightning transient analysis (LTA) input-output waveform records, frequency domain techniques are presented that locate the exact point of excitation. The techniques are demonstrated using an RG-58 cable simulation and are then applied to the yaw damper circuit of a USAF F-111.     

金属加筋壁板蒙皮有效宽度分析方法

民用飞机机身、机翼的壁板、气密框以及翼梁结构为典型的壁板加筋结构,在承受压缩载荷时需考虑成由蒙皮与筋条组成的复合剖面共同承载,其通常为中长柱,工程分析时常取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度。取30倍的蒙皮厚度作为蒙皮有效宽度存在着一定的保守性,介绍了Von Karman迭代分析方法、有限元分析方法及常用的工程分析方法。在加筋壁板结构的轴压承载能力计算中,蒙皮有效宽度的确定是较为关键的设计因素,对飞机机身、机翼结构效率的提高和重量控制至关重要。随着加工能力的提升,虽然部分壁板结构由组合式逐渐过渡到了整体机加形式,但所述方法仍有一定的借鉴意义,对目前国内外常用的金属加筋壁板有效宽度的工程分析方法进行了研究,并结合有限元分析对工程分析方法进行了验证。     

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.     

Analysis of thin-walled stiffened rods using the beam theory

The stress-strain state of thin-walled aircraft structures such as a wing or fuselage made of composite materials is determined based on the beam theory. The laminated skin is orthotropic. The solution was obtained without using the centroidal principal section axes and subdividing the problem in shear and torsion. A calculation variant with skin discretization along the section contour was studied.     

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。