專利名稱：民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于民用飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案設(shè)計(jì)及其布局問題。
背景技術(shù)：
耐撞性是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究過程中必需解決的關(guān)鍵問題，是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)研制的一個(gè)主要方面，相關(guān)的機(jī)構(gòu)已經(jīng)制定了關(guān)于民用飛機(jī)耐撞性的適航條例，因此迫切需要解決民用飛機(jī)耐撞性設(shè)計(jì)問題，而能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)的核心問題之一。如波紋梁、泡沫和薄壁管件結(jié)構(gòu)等各種高性能的能量吸收結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于民用飛機(jī)起落架系統(tǒng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)和乘員座椅系統(tǒng)的耐撞性設(shè)計(jì)。對(duì)于大中型民用飛機(jī)而言，機(jī)身結(jié)構(gòu)的能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最為重要。在機(jī)身的能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要從機(jī)身隔框、機(jī)身底部結(jié)構(gòu)和客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)三個(gè)方面入手。機(jī)身隔框是墜撞過程中的主要能量吸收結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中最重要的結(jié)構(gòu)之一，涉及到機(jī)身的主要靜動(dòng)力學(xué)特性，可以改進(jìn)的方面比較小。機(jī)身底部結(jié)構(gòu)在小型固定翼飛機(jī)和直升機(jī)耐撞性設(shè)計(jì)中是重要結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于大中型民用飛機(jī)來說，機(jī)身底部結(jié)構(gòu)能量吸收結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并不是最重要的部分，主要作用是降低民用飛機(jī)碰撞過程中的初始載荷峰值，并吸收一部分沖擊動(dòng)能?？团摰匕逑虏繐螚U結(jié)構(gòu)作為大中型民用飛機(jī)機(jī)身下部的重要結(jié)構(gòu)部件，主要用來支撐客艙地板，在墜撞事故中客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)的沖擊動(dòng)力學(xué)特性會(huì)有較大的影響。 通過對(duì)撐桿結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可能能夠大大改進(jìn)民用飛機(jī)的耐撞性，而不必改變除撐桿結(jié)構(gòu)以外的其它民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)型式。但是采用何種結(jié)構(gòu)型式的撐桿結(jié)構(gòu)及其布局方案是一個(gè)非常重要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，對(duì)客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式進(jìn)行研究。通過大量的科學(xué)仿真計(jì)算，本發(fā)明提出了一種采用方管作為客艙地板下部撐桿的能量吸收方案及其布局方式。此方案僅僅改變撐桿的結(jié)構(gòu)和布局方式，并不改變?cè)袡C(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證民用飛機(jī)的基本性能要求，同時(shí)能夠使機(jī)身結(jié)構(gòu)具有更好的耐撞性能。本發(fā)明針對(duì)金屬民用飛機(jī)提供了一種民用飛機(jī)客艙地板下部的撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式，不改變?cè)袡C(jī)身結(jié)構(gòu)的機(jī)身隔框等其他部件的設(shè)計(jì)，而是重新設(shè)計(jì)客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)型式及其位置。本發(fā)明的方案中采用方管結(jié)構(gòu)作為撐桿，方管上下端分別與客艙地板梁和機(jī)身隔框鉚接，下部采用加強(qiáng)肋板與機(jī)身隔框固定。撐桿采用垂向布置的結(jié)構(gòu)型式，并且下端位于機(jī)身客艙地板下部機(jī)身隔框四分之一圓弧位置附近。此時(shí)的機(jī)身結(jié)構(gòu)具有較好的耐撞性能。此外，為了進(jìn)一步提高客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收效率，可以在客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)上布置觸發(fā)機(jī)制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明提供的機(jī)身客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式能夠提高機(jī)身結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，從而改善機(jī)身結(jié)構(gòu)耐撞性能。(2)本發(fā)明提出的撐桿設(shè)計(jì)方案不必改變?cè)袡C(jī)身結(jié)構(gòu)型式，因此不會(huì)對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)、強(qiáng)度和剛度特性產(chǎn)生影響，使用和維護(hù)性能跟改變前沒有變化。


圖I是現(xiàn)有民用飛機(jī)帶客艙地板下部撐桿的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有撐桿的開剖面結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖3是本發(fā)明采用的方管結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖4是方管結(jié)構(gòu)及其上部的三角形觸發(fā)機(jī)制；圖5是方管結(jié)構(gòu)及其上部的四邊形觸發(fā)機(jī)制；圖6是觸發(fā)機(jī)制在方管結(jié)構(gòu)上的位置示意圖；圖7是客艙地板下部的撐桿與客艙地板梁和機(jī)身隔框的位置關(guān)系；圖8是客艙地板下部的撐桿結(jié)構(gòu)的布局示意圖。圖中I、機(jī)身隔框 2、撐桿 3、客艙地板4、客艙地板梁5、貨艙地板 6、加強(qiáng)肋板7、外輪廓 8、機(jī)身中心線9、機(jī)身下部圓弧中心點(diǎn)10、方管結(jié)構(gòu)11、開剖面結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提出的民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式進(jìn)行詳細(xì)說明。能量吸收結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)對(duì)于民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)極其重要。在機(jī)身墜撞過程中，機(jī)身結(jié)構(gòu)通過塑性變形或者復(fù)合材料破壞吸收沖擊動(dòng)能以保障乘員的安全。 在機(jī)身能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，機(jī)身隔框、底部結(jié)構(gòu)和客艙地板下部撐桿結(jié)構(gòu)是最重要的部分。機(jī)身隔框是最重要的能量吸收部件，在大中型民用飛機(jī)碰撞壓潰過程中，機(jī)身隔框能夠吸收近50%的沖擊動(dòng)能。機(jī)身底部結(jié)構(gòu)對(duì)于減緩機(jī)身初始沖擊,減小初始沖擊載荷具有重要作用，并且能夠吸收一部分沖擊動(dòng)能?？团摰匕逑虏繐螚U結(jié)構(gòu)主要用來支撐客艙地板，但是在民用飛機(jī)耐撞性設(shè)計(jì)中，可以作為能量吸收裝置，而不必改變機(jī)身其他結(jié)構(gòu)就能夠大大改善機(jī)身結(jié)構(gòu)的耐撞性；并且通過合理設(shè)計(jì)撐桿結(jié)構(gòu)還能夠改善機(jī)身隔框的能量吸收能力，因此機(jī)身客艙地板下部撐桿的能量吸收結(jié)構(gòu)型式及其布局方案對(duì)民用飛機(jī)耐撞性設(shè)計(jì)及其重要。本發(fā)明提出了一種新型的采用方管作為客艙地板撐桿結(jié)構(gòu)及其布局的方案，具體實(shí)施方案如下如圖I所示，民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)包括機(jī)身隔框I、撐桿2、客艙地板3、客艙地板梁4 和貨艙地板5等。大中型民用飛機(jī)客艙地板3下部機(jī)身外輪廓7為圓弧形，本發(fā)明保持機(jī)身結(jié)構(gòu)除客艙地板3下部撐桿2結(jié)構(gòu)外的其他結(jié)構(gòu)型式不變，將方管結(jié)構(gòu)10應(yīng)用于機(jī)身客艙地板3下部撐桿2設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的客艙地板3下部撐桿2為開剖面結(jié)構(gòu)11,橫截面圖分布如圖3所示，開剖面結(jié)構(gòu)11具有折邊，并且在各角落處有圓角過渡。在每一個(gè)機(jī)身隔框I 上均采用撐桿2來支撐客艙地板3，撐桿2關(guān)于機(jī)身中心線8呈對(duì)稱分布。本發(fā)明采用的方管結(jié)構(gòu)10截面形狀如3所示，方管結(jié)構(gòu)10為具有封閉剖面結(jié)構(gòu)的矩形截面，在矩形截面的直角處有圓角過渡。如圖I和圖7所示，方管結(jié)構(gòu)10作為撐桿2時(shí)，其上部與客艙地板梁4鉚接，而下部與機(jī)身隔框I鉚接，并且采用一個(gè)加強(qiáng)肋6固定，所述的加強(qiáng)肋6固定在撐桿2與機(jī)身隔框I連接的部位。采用方管結(jié)構(gòu)10作為客艙地板3下部撐桿2時(shí)，撐桿2的布局方式采用如圖8的方式，撐桿2的下端點(diǎn)(即與機(jī)身隔框I的連接端)與機(jī)身下部圓弧中心點(diǎn)9的連線與水平線之間的夾角為β，而撐桿2與水平面的夾角為a。在本發(fā)明中，撐桿2的布局方式為垂向布置，S卩α為90。;撐桿2的布局方式中角度β為45°左右，即在客艙地板3下部機(jī)身隔框I四分之一圓弧位置。此時(shí)的機(jī)身結(jié)構(gòu)具有較好的耐撞性能。所采用的機(jī)身隔框I 的截面可以采用近似“ Z ”、“ C ”、“ J ”或“ I ”型截面形狀。本發(fā)明中所用的結(jié)構(gòu)部件均采用金屬鋁合金材料，方管結(jié)構(gòu)10作為撐桿2的主要目的是通過高能量吸收率的方管結(jié)構(gòu)10提高機(jī)身結(jié)構(gòu)總體耐撞性能，并且能夠改善機(jī)身隔框I的能量吸收能力。在方管結(jié)構(gòu)10上布置如圖4和圖5所示的三角形或者四邊形觸發(fā)機(jī)制能夠進(jìn)一步改善撐桿結(jié)構(gòu)能量吸收能力。如圖6所示，所述的觸發(fā)機(jī)制是設(shè)置在方管結(jié)構(gòu)10的外壁上，并且在加工過程中，保證觸發(fā)機(jī)制設(shè)置處的方管結(jié)構(gòu)10的管壁厚度不變。也可以根據(jù)需要在方管結(jié)構(gòu)的撐桿2開孔，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要。
權(quán)利要求
1.民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案，其特征在于將民用飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)客艙地板撐桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為方管結(jié)構(gòu)，保持民用飛機(jī)機(jī)身其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不變，撐桿上下兩端分別與客艙地板梁和機(jī)身隔框鉚接，而下端還采用了加強(qiáng)肋板固定在機(jī)身隔框上；所述的方管結(jié)構(gòu)的截面為封閉矩形截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案，其特征在于方管結(jié)構(gòu)的材料選用金屬鋁合金材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案，其特征在于方管結(jié)構(gòu)的矩形頂角倒角。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案，其特征在于方管結(jié)構(gòu)上設(shè)置三角形或者四邊形觸發(fā)機(jī)制，以誘導(dǎo)客艙地板下的撐桿產(chǎn)生能量吸收效率更高的破壞模式。
5.民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的的布局方式，其特征在于撐桿與水平面的夾角為90°，而撐桿下端與機(jī)身隔框連接處位于客艙地板下部機(jī)身隔框四分之一圓弧位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的布局方式，其特征在于所述的撐桿下端與機(jī)身下部圓弧中心點(diǎn)的連線，與水平線之間的夾角為45°。
全文摘要
本發(fā)明公開了民用飛機(jī)客艙地板下部方管撐桿結(jié)構(gòu)的能量吸收方案及其布局方式。方管作為一種能量吸收效率較高的結(jié)構(gòu)型式，將其應(yīng)用于民用飛機(jī)機(jī)身能量吸收結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。撐桿結(jié)構(gòu)位于客艙地板下部主要起到支撐客艙地板的作用，上下分別與客艙地板梁和機(jī)身隔框下部鉚接，且撐桿下部采用加強(qiáng)肋板與機(jī)身隔框連接。撐桿結(jié)構(gòu)的布局方式為撐桿垂向布置形式，而其下部與機(jī)身隔框連接處位于機(jī)身客艙地板下部隔框四分之一圓弧位置。本發(fā)明提出方管結(jié)構(gòu)作為客艙地板下部撐桿的方案能夠較大改善機(jī)身結(jié)構(gòu)的耐撞性能，而且不必改變?cè)袡C(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)B64C1/18GK102582821SQ20121006104
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者任毅如, 向錦武, 孫俠生, 牟讓科, 羅漳平, 鄭建強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)