铰接的特点及其在飞机结构设计中的应用

以铰接为主要对象,研究铰接的特点及其在飞机结构设计中的应用.介绍了铰接的原理及假设理想铰接的意义和方法,分别对飞机主起落架、机身中部地板梁、翼身整流罩拉杆设计中采用的典型铰接结构进行了力学模拟简化,分析了铰接对结构之间传力模式转化起到的作用和对结构刚度设计的影响.说明铰接可以使结构部件之间获得较好的柔性连接,避免关键结构承受有害载荷,在飞机结构中应对结构连接进行合理设计,以提高结构效率.     

基于PRSEUS结构的翼身融合布局后机身结构优化设计

针对翼身融合布局民机的非圆形截面机身结构承载特征，美国波音公司和美国国家航空航天局（NASA）联合提出了拉挤杆缝合高效一体化结构（PRSEUS），以提高翼身融合布局飞机机身结构的承载效率及稳定性性能。为了深入研究翼身融合布局后机身结构设计及PRSEUS结构在后机身上的应用，本文建立了基于PRSEUS结构的翼身融合布局后机身结构高保真度数值分析模型。筛选出了针对翼身融合布局后机身的5种典型载荷工况作为评估后机身结构强度和刚度的输入条件。借鉴结构区域划分技术，开展了基于PRSEUS结构的翼身融合布局后机身结构优化方法研究，完成了基于分块的PRSEUS结构后机身结构优化设计，保证了后机身结构强度和刚度性能，并进一步减轻了结构重量。     

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。     

大型飞机翼身对接形式分析

介绍了大型飞机伊尔76机翼机身对接部位结构的布置、材料使用、传力特性及对接形式的特点。此对接形式传力路线清晰，传力直接并实现多路传力，破损安全特性良好。装配上留有工艺补偿余量，降低了安装难度，并且不会损坏中央翼整体油箱的密封性。但中梁翼身对接时、对接接头往下伸出中央翼密封区，与机身采取双耳对单耳的叉接型式，每组耳片上采取多个螺栓连接，这种方式难以精确估算每个螺栓传递的载荷，会增加结构连接重量，也增加了装配的难度，值得进一步探讨。     

某型无人机机身主承力结构的设计与分析

针对某型无人机结构设计要求,对其机身主承力结构包括前后隔框,翼身连接接头进行了结构设计与建模;建立了全机结构的有限元模型,针对极限状态载荷,对机身主承力结构进行了有限元分析,得出了隔框与接头的应力情况,校核了该结构组件满足强度要求。     

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.     

典型起落架的通用载荷谱分析及传载计算

为了对典型结构前起落架的一般受载、传载等情况进行研究,首先按照飞机地面操纵的不同阶段,分析起落架相应的多种工况,给出起落架载荷谱的分解模型及计算方法;然后建立通用前起落架的力学模型和载荷传递的数学模型,根据载荷谱上选取的受载严酷的工况点并结合一组具体可行的飞机参数,通过解析方法求解前起落架传力模型的节点载荷;最后通过载荷谱与传载数学模型相结合的方法,求解出起落架主承载点的极限载荷,该极限载荷可作为后期疲劳寿命评估的数据基础。本文的研究方法可为起落架的载荷谱求解、起落架承载性能分析等提供理论依据。     

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。     

有起落架布置的翼身整体结构机翼载荷测量技术

针对传统的载荷校准约束方法影响有起落架布置的翼身整体结构机翼根剖面载荷测量的问题,提出了一种适用于该结构形式的机翼载荷实测方法。首先,分析地面载荷校准时主起落架载荷变化对机翼根部测载剖面应变电桥响应的影响,提出了一种主动约束方法来模拟空中飞机机翼真实受载状态。其次,采用主动约束和传统的起落架约束方法进行机翼载荷校准对比试验,通过对试验数据进行分析,分别建立了2种约束方法的飞行载荷方程,表面上2种方法的地面检验误差均在3%以内,满足一般的工程误差要求。最后,选取对称拉起机动试飞状态,对2种约束方法的机翼飞行载荷测量结果进行分析研究,验证了有起落架布置的翼身整体结构机翼载荷测量方法的有效性,并给出了传统的起落架约束方法载荷测量误差大的原因。     

起落架舱对运输类飞机机身阻力特性的影响研究

通过对后体上翘的运输类飞机机身（机身＋起落架舱）的CFD数值模拟,研究了起落架舱对机身最小阻力攻角的影响。结果表明：对于后体上翘较大的运输类飞机,相对于净机身,加上起落架舱后,机身阻力增加,但最小阻力攻角明显减小。     

民用飞机翼身对接斜撑板结构分析

斜撑板结构可以充分发挥分散载荷和降低区域应力水平的作用。对不同机型的斜撑板结构的传力特性进行分析,总结斜撑板结构的设计要点。并以某机型选用斜撑板结构的设计为例,提出一种斜撑板结构的改进方案(斜撑板侧边和后梁框刚性连接、下边和对接带板充分连接),并与其他两种设计方案进行对比分析。结果表明:改进方案的斜撑板结构翼上区和舱上区的剪应力分别降低了19%和23%,后梁框的集中载荷降低了67%,结构效率更高、稳定性更好。     

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。     

大柔性飞机着陆撞击多质量块等效模型

考虑飞机结构振动刚性模态和前n阶弹性模态,将飞机机体等效地转化为多质量块等效模型,给出了等效系统力学参量的计算方法,为计及机体振动影响的起落架落震试验设计,通过试验检验或确定起落架着陆载荷、功量等提供模型依据,同时也为起落架设计分析、设计计算提供了简明的等效系统。还给出了大柔性飞机着陆功量、机翼位移、剪力、弯矩计算公式。算例结果表明大柔性飞机的起落架设计有必要考虑机体结构弹性,并从全局出发,采用特殊的构造措施和优化设计技术。     

先进舰载战斗机强度设计技术发展与实践

舰载战斗机是航空母舰上的主要武器,为满足舰面起飞、着舰和停放等要求,舰载机需围绕起落架系统、拦阻钩系统和翼面折叠系统等"特征结构"进行设计。先进舰载战斗机着舰冲击能量是陆基飞机的6倍以上、拦阻带来的水平载荷超过陆基飞机的15倍,因此特征结构的高载荷对强度设计提出了更高的要求。围绕舰载机"特征结构"及"特征载荷",开展了主要的设计工作,包括："特征载荷"计算,即起落架载荷、拦阻载荷和折叠载荷计算;"特征结构"的强度设计及试验验证,包括起落架系统、拦阻系统、翼面折叠系统的动力学仿真计算、静/疲强度分析、折叠翼面的非线性颤振分析以及综合试验验证;"特征载荷"对其他机体结构强度的影响分析,包括着舰载荷对起落架支撑结构强度的影响、拦阻载荷对后机身支撑结构强度的影响、拦阻着舰的全机动力学响应以及着舰载荷与拦阻载荷的共同作用对全机结构强度的影响;体现舰载机"特征结构"强度特点的试验验证方法等。上述研究成果已成功应用于先进舰载战斗机设计中。     

飞机机身着陆滑跑动态性能分析

飞机着陆滑跑过程中,机身结构将受到地面较大的冲击作用和振动激励。为预判结构局部危险部位,给结构强度设计提供参考,需对机身着陆滑跑过程中的动态性能进行分析。创新性地考虑了飞机滑跑速度和气动力的变化,计算得出飞机在着陆滑跑过程中较准确的气动力和起落架力,为有限元计算提供了可靠的外载输入。为降低计算规模,应用Patran合理设置约束条件,建立半机体有限元模型。最后将外载荷添加到半机体模型上,提交Nastran计算,提取机身各站位处的载荷响应峰值,做出动响应包线,预判结构局部危险部位,如机翼和机身框架连接处,为结构强度设计提供参考。     

直升机着舰起落架动态响应

舰载直升机着舰过程复杂。与地面降落相比,舰面的不稳定气流使得直升机姿态难以保持,下降的速度更大,且由于直升机通常都是单轮着舰,导致起落架载荷很大。为了研究直升机在不同条件下着舰时起落架的动态响应,建立了机体/起落架/舰船耦合模型,将着舰过程中直升机的运动和舰船的运动联系起来,通过仿真计算得出起落架的动态响应。仿真计算结果表明:直升机着舰质量越大,起落架压缩量和载荷越大;直升机低头着舰会导致前起落架载荷显著增大;直升机着舰下沉速度过大会导致着舰载荷急剧增大,可能会对结构造成破坏。     

舰载机弹射起飞前起落架牵制载荷突卸动力学分析

舰载机弹射起飞过程中,由于牵制载荷突卸而产生的前起落架沿航向的快速振动会给机体结构和设备都带来严重的疲劳问题,为研究该振动现象并提出解决方案,建立了舰载机弹射起飞动力学模型,分析计算了前起落架的受载情况,并详细论述其动力学成因,推导了消除前起落架振动现象的充分必要条件.研究结果表明:牵制载荷沿下扭力臂轴向的载荷分量所造...     

机翼重量分配方法在轻型飞机中的应用

针对目前飞机初始设计阶段的机翼重量估算公式变量较多，条件限制因素较复杂的情况，提出了一种按照机翼重量分配来估算重量的方法。把机翼重量分配到：承弯结构、承剪结构、分布气动载荷结构、起落架影响结构、前后缘结构、襟副翼机构，燃油影响结构、以及其它附属结构。此方法已经在大型飞机的机翼重量估算上取得了良好的效果。通过与一系列常用机翼重量估算公式的对比分析，并且利用已知的10种轻型飞机完成了算例，结果证明此方法有很强的适应性。     

弹性机体起落架的动态性能仿真分析

 通过建立弹性机体的等效模型,导出了系统的运动微分方程;并在ADAMS/Aircraft环境中建立了虚拟样机,仿真出具有弹性机体的飞机着陆时的动态响应。仿真结果显示出弹性机体能起到吸收和耗散能量的作用,吸收了缓冲器功量的6.5%,并可以适当减轻着陆时的侧滑过载。对考虑弹性机体起落架系统进行了研究分析,得出机体的低阶弹性模态起到提高飞机起落架缓冲器效率的作用。该设计方法能够减小轮胎和缓冲器的受载,延长起落架寿命。此外,对传统起落架缓冲器设计准则进行了完善。     

机身与起落架连接接头疲劳强度分析方法研究

为了对机身与起落架连接接头进行疲劳强度分析,在建立其细节有限元模型时,采用在接头筋条边缘和开口边缘引入"虚元",进行多工况细节应力分析的方法,提取"虚元"应力,进行组谱分析及雨流计数处理,进而确定接头不同部位地-空-地最大应力及其对应的载荷状态,给出一种接头危险载荷状态以及危险部位应力谱的确定方法;在此基础上,使用DFR法进行疲劳分析;采用Nasgro方程对疲劳最薄弱部位进行损伤容限分析,给出检查间隔。文中针对主接头结构形成的一套分析流程可以推广到其他复杂接头疲劳强度评估中。