[发明专利]一种民用飞机机身底部波纹梁结构吸能方案

说明书

技术领域

本发明属于民用飞机机身结构设计技术领域，具体涉及民用飞机机身能量吸收结构的研究与设计。

背景技术

耐撞性是指民用飞机等交通工具在发生坠撞事故时，通过自身的变形或破坏吸收冲击动能以达到保护乘员安全的目的。虽然民用航空工业在不断的发展，但是在起飞降落等过程中发生的事故的概率并没有减小，事故发生次数也在不断的增加。因此设计耐撞性能良好的机身结构成为现在民用飞机设计中必须解决的关键问题。

保持碰撞过程中乘员的生存空间和限制传递到乘员身上的载荷是民用飞机耐撞性设计的目的。而民用飞机主要是通过起落架系统、机身结构和乘员座椅系统三个方面来达到保护乘员安全的目的，机身结构作为主要的能量吸收结构，在耐撞性设计过程中具有不可替代的作用。

不同民用飞机的耐撞性设计原则，小型民用飞机和直升机由于客舱地板下部空间较小，主要用来布置能量吸收结构。而大中型民用飞机客舱地板下部货舱空间较大，在坠撞过程中具有较大的压溃距离，因此对于金属/复合材料框架和蒙皮的组合而成的民用飞机机身结构，在坠撞事故中依靠金属材料的塑性变形或者复合材料的破坏吸收冲击动能。

能量吸收结构在民用飞机耐撞性设计中具有极其重要的作用。而机身底部是最先与地面或水面等发生接触的区域，因此底部区域的能量吸收结构设计非常重要。

发明内容

本发明在保证民用飞机结构具有基本的性能要求情况下，在对目前民用飞机机身结构耐撞性研究的基础上，通过对波纹梁结构和民用飞机机身结构的大量仿真实验，提出了一种采用波纹梁作为机身底部结构的民用飞机结构设计方案，所提出的结构方案使机身具有良好的耐撞性能。

本发明提出的民用飞机机身底部结构是在传统的民用飞机机身结构基础上，将机身隔框下部的上框缘和下框缘上抬，然后在隔框下部与机腹蒙皮之间布置波纹梁。本发明提出的民用飞机机身底部波纹梁结构具有如下特征：机身隔框下部的上框缘和下框缘上抬，成为一个平底结构，每个隔框下部和机腹蒙皮之间布置金属/复合材料的波纹梁结构。波纹梁结构和机身隔框之间布置上部支撑板为波纹梁的压溃提供支撑，波纹梁和机腹蒙皮以及上部支撑板之间采用铆接的方式，并且波纹梁结构上部可以采用开口等触发机制以引导其发生吸能效率更高的破坏模式。

本发明提出的机身底部波纹梁结构符合民用飞机设计的强度、刚度、气动和重量等要求，不会对飞机的使用和维护产生不利影响，并且结构简单、重量轻。最为重要的是，此结构能够大大改善机身结构的耐撞性能。

附图说明

图1是改进前的机身结构图；

图2是底部布置波纹梁后的机身结构图；

图3是机身底部波纹梁结构局部放大图；

图4是机身底部隔框上抬结构图；

图5是波纹梁结构与隔框中心线位置关系图；

图6是波纹梁结构与下部机腹蒙皮和上部支撑板结构图；

图7是波纹梁结构图；

图8是波纹梁结构大变形模式图；

图9是波纹梁结构大变形模式图；

图10是改进前后的机身结构乘员位置处的加速度曲线对比。

图中：

1、波纹梁        2、隔框        3、撑杆        4、客舱地板

5、客舱地板梁    6、外轮廓      7、上框缘      8、下框缘

9、货舱地板      10、上部支撑板 11、机腹蒙皮   12、机身中心线

13、隔框轴线

具体实施方式

下面通过附图来对本发明提出的民用飞机机身底部布置波纹梁结构的吸能方案进行详细说明。

现有的民用飞机的机身结构如图1所示，由隔框2、客舱地板4、客舱地板梁5、货舱地板9、机腹蒙皮11和撑杆3等结构组成，在进行机身结构耐撞性设计时，不同的结构部件具有不同的功能，首先需要满足各个部件的正常使用功能，然后需要综合考虑各个部件的作用进行综合设计，使得各个部件组合之后机身结构的能量吸收效率达到最大。耐撞性设计中最为重要的参数是初始载荷峰值、能量吸收效率、破坏模式和加速度峰值，这几个参数并不是孤立的，而是彼此相关的。初始载荷峰值是结构耐撞性设计的一个重要参数，常规的民用飞机机身结构底部为机身隔框2，并且主要依靠隔框2产生塑性铰或者复合材料破坏来吸收冲击动能，造成初始载荷峰值较大。本发明为了改善机身结构坠撞特性，采用了波纹梁结构布置于机身底部，能够降低初始载荷峰值并提高机身结构的能量吸收效率。