CJ828中央翼盒复合材料结构设计

中央翼盒是飞机主要的承力结构,承担着飞机起飞、巡航和着陆过程中机翼及机身传来的各种载荷[1].复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大、材料力学性能可设计等优点;由于复合材料各项异性的特点,使其结构设计比金属结构更为复杂.对CJ828飞机的中央翼盒进行复合材料结构设计,强度校核后对复合材料结构设计进行优化.对比中央翼盒复合材料结构设计与金属结构设计,为我国大飞机中央翼盒结构设计做一些探索性工作.     

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。     

复合材料中央翼上壁板结构设计

目前大部分文献关注于复合材料零件结构设计,但是复合材料零件在设计结构的同时也是材料设计,所以铺层的设计是复合材料零件关乎成败的细节设计。通过对某型民机复合材料中央翼上壁板的设计,详细阐述了复合材料零件的铺层优化设计过程,总结出了诸多有意义的实际工程应用经验。     

CJ828水平尾翼中央翼结构设计与分析

对相关机型水平尾翼的中央翼布局方案进行了研究,建立了CJ828水平尾翼中央翼结构的CATIA模型,提出了W型前后梁中部连接的腹板结构,减少了腹板端部与前梁后梁的连接部位;采用了复合材料整体成形的加工工艺;并对CJ828水平尾翼中央翼后梁与后机身框铰接枢轴部分作了详细设计,提出了外轴与内轴并用的枢轴方案,提高了在民用飞机领域至关重要的安全可靠性;最后对CJ828水平尾翼中央翼结构简化模型进行了强度分析,得出水平尾翼中央翼与水平尾翼外翼连接处的应力较为集中,应当设计较强的连接接头.     

CJ828复合材料垂直安定面结构设计与分析

根据飞机设计手册,并参考相关机型,首先对CJ828垂直安定面的结构进行选型、选材,对垂直安定面采用全复合材料结构设计.然后,根据蒙皮、翼梁、长桁和翼肋的受力特点,初步确定了蒙皮、翼梁、长桁和翼肋的尺寸与铺层顺序.最后,基于PATRAN/NASTRAN有限元分析软件对垂直安定面在单发失效状态下的强度进行校核.分析发现:后梁受载比前梁严重,因此,后梁设计应比前梁强;翼根受载比翼梢严重,因此,根部翼肋应布置得较密.基于上述分析结果,对前梁和普通翼肋的尺寸和铺层顺序进行优化,并对优化后的模型进行强度校核.分析结果显示:拉伸应变、压缩应变和剪切应变都小于设计许用应变值(4 000με),因此,整个垂直安定面的强度满足要求,同时也达到了减轻结构重量的目的.     

复合材料翼盒弯扭耦合效应的研究

通过对翼盒弯扭耦合本构方程的研究,介绍了弯扭耦合系数的概念及数学表达式,分析了复合材料铺层的偏转角和铺向角对弯扭耦合效应的影响,并可以得到出现最大弯扭耦合效应时铺层结构的偏转角和铺向角.应用ANSYS软件对复合材料翼盒结构进行有限元的数值仿真.结果表明,得到的偏转角和铺向角的理论解与数值解具有良好的一致性.     

民用飞机概念方案翼盒结构总体有限元快速建模

针对民用飞机概念方案结构设计,以自然网格方法为基础提出一种翼盒结构总体有限元快速建模方法。采用CATIA二次开发实现结构布置参数化并获取翼梁、长桁和翼肋的结构交点,根据翼盒结构实际传力路径建立结构交点间的拓扑关系模型,快速完成翼盒结构总体有限元建模。以某民用飞机的机翼建模实例验证了方法的适用性和有效性。     

CJ828龙骨梁结构设计

介绍了波音系列和空客系列飞机典型龙骨梁的结构特点,并针对双通道300座CJ828客机的具体要求,设计了双梁盒式结构龙骨梁.合理地选择了各零部件材料,详细设计了中央翼盒盒段和主起落架舱盒段,并对龙骨梁零部件间的连接形式进行了设计,最后通过分析计算机身和龙骨梁的外载,对龙骨梁进行了结构分析,结果表明所设计龙骨梁的强度满足设计要求.     

CJ828中机身结构设计与分析

依据CJ828宽体客机总体设计参数及机身结构的设计要求,对中机身结构总体布局、加强框、普通框、长桁等主结构进行了初步设计,建立了中机身结构的CATIA三维实体设计图,并利用有限元算法对中机身等直段结构进行静力分析.结果表明,中机身设计的结构强度和刚度都满足设计要求.     

CJ828复合材料地板结构设计与不同商载情况下的受力分析

依据CJ828宽体客机总体设计参数及机身结构的设计要求,对中机身复合材料地板的总体布局、主要承力构件(包括地板桁梁、纵梁和支架)和地板结构进行了初步设计.在此基础上,分析了可能出现的客座率,并选取具有代表性的商载情况对地板进行了受力分析.结果表明,100％客座率时,地板的强度和刚度能满足设计要求,75％和50％客座率时,座位的排布会对地板的受载产生一定的影响.     

CJ818可调式平尾调节机构的初步分析与设计

可调式水平尾翼能减小飞机的配平阻力,比使用升降舵更有利,常被大型运输类飞机广泛采用。对150座级的干线客机CJ818水平尾翼的调节机构进行了载荷分析和初步结构设计,平尾的角度调节范围为(-12°,3°),并利用有限元软件对机构进行了校核分析,达到既满足设计要求又充分发挥材料潜力、减轻结构重量的目的。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究.为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构.利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求.通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8％,减重效果明显.     

CJ818大型飞机开口结构设计

为了让操纵杆、液压管路、电缆束等元件通过,经常需要在飞机结构的壁板、腹板上开口,此外,还有窗口、舱门、维修口等,因此飞机结构的开口设计是不可避免的,特别是大型飞机的结构开口问题更加突出。因此,对于大型飞机的开口结构,如何进行加强、设计出高效的加强结构,以确保结构的内力传递,满足强度和刚度的要求就显得尤为重要。总结了飞机开口结构形式,补强形式,并结合结构强度校核原则及主动结构刚度设计的结构设计理念和设计方法,给出了飞机开口结构的设计方法与模拟研究。     

复合材料胶接技术及其在某型飞机垂尾翼盒上的应用

从复合材料胶接技术特点出发,阐述了胶接工艺过程中的要点,并针对具有蜂窝夹层、多墙式结构的某型飞机,其垂尾翼盒胶接工艺的实施过程,详细阐述了胶接工艺方案,以及胶接性能的控制和检测方法。     

电动通用飞机复合材料结构设计及验证技术

为了设计和制造出重量轻、工艺简单且经济实惠的电动通用飞机,提出了一种新型的复合材料结构设计和验证方法。对飞机的载荷传递进行了理论分析,采用CATIA对飞机结构进行建模,并使用PATRAN/NASTRAN进行了强度计算,根据计算结果,优化了复合材料铺层设计,采用二维图纸的形式快速完成发图。对所采用复合材料的组件和整机进行了一系列的力学试验验证,形成了一套适合轻型飞机的结构快速试验验证方法。根据不同类型零部件的特点采用不同的制造工艺,使生产成本和周期得到有效控制。设计结果、试验数据的有效性和工艺质量的可靠性已经在锐翔RX1E电动双座飞机上得到了证实,该飞机的各项性能满足设计指标要求。     

CJ828大型客机三维机织复合材料翼梁设计研究

根据三维机织复合材料出色的整体性能、较高的损伤容限、显著的抵抗裂纹扩展的能力以及良好的可设计性,结合飞机结构设计原则,设计CJ828三维机织复合材料翼梁,初步确定了翼梁各部位参数值,然后建立有限元模型,重点进行了静力学与模态分析,其结果为后续工作提供了一定的参考.     

多梁式中央翼盒下壁板压缩稳定性研究

研究多梁式翼盒加筋壁板在压缩载荷作用下的稳定性。针对端部支持、侧边支持、本身曲率以及上述因素的综合作用对加筋壁板压缩失稳临界应力的影响进行分析,对目前文献资料中关于加筋壁板压缩稳定性临界应力计算公式中端部支持系数进行适当修正,以得到适合的壁板屈曲应力。研究发现,端部夹持、侧边梁支持和蒙皮自身曲率对加筋壁板的压缩稳定性有较大影响,对于蒙皮较厚的加筋曲板（如机翼壁板）,建议的等效端部支持系数为1.5~2.0     

民用飞机复合材料结构设计使用规范浅析

简述了国内外民用飞机复合材料结构设计使用规范的应用与发展历程,对比分析了国内与国外在使用规范上存在的几点差距,结合国内复合材料的实际情况,提出了缩小与国外差距的几点建议和措施。     

一副国产复合材料桨叶的结构设计与研制

本文介绍了在某直升机原理性旋翼桨叶的研究中,立足国内设计分析、材料、工艺及试验等技术,开展自行设计研制,从桨叶气动参数配置、结构铺层设计、材料工艺准备、产品试制试验以至试飞验证的主要过程;概括地描述了这副复合材料旋翼桨叶的技术特色;总结和讨论了在设计与工程研制中所遇到的一些典型问题及其处理方法。