CN102582821A - 民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式。方管作为一种能量吸收效率较高的结构型式，将其应用于民用飞机机身能量吸收结构设计。撑杆结构位于客舱地板下部主要起到支撑客舱地板的作用，上下分别与客舱地板梁和机身隔框下部铆接，且撑杆下部采用加强肋板与机身隔框连接。撑杆结构的布局方式为撑杆垂向布置形式，而其下部与机身隔框连接处位于机身客舱地板下部隔框四分之一圆弧位置。本发明提出方管结构作为客舱地板下部撑杆的方案能够较大改善机身结构的耐撞性能，而且不必改变原有机身结构设计。

Description

民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式

技术领域

本发明属于民用飞机的机身结构设计技术领域，具体涉及客舱地板下部撑杆结构的能量吸收方案设计及其布局问题。

背景技术

耐撞性是民用飞机设计与研究过程中必需解决的关键问题，是民用飞机设计研制的一个主要方面，相关的机构已经制定了关于民用飞机耐撞性的适航条例，因此迫切需要解决民用飞机耐撞性设计问题，而能量吸收结构设计是民用飞机机身结构耐撞性设计的核心问题之一。

如波纹梁、泡沫和薄壁管件结构等各种高性能的能量吸收结构被广泛应用于民用飞机起落架系统、机身结构和乘员座椅系统的耐撞性设计。对于大中型民用飞机而言，机身结构的能量吸收结构设计最为重要。在机身的能量吸收结构设计中，主要从机身隔框、机身底部结构和客舱地板下部撑杆结构的设计三个方面入手。机身隔框是坠撞过程中的主要能量吸收结构，同时也是民用飞机结构中最重要的结构之一，涉及到机身的主要静动力学特性，可以改进的方面比较小。机身底部结构在小型固定翼飞机和直升机耐撞性设计中是重要结构，但是对于大中型民用飞机来说，机身底部结构能量吸收结构的设计并不是最重要的部分，主要作用是降低民用飞机碰撞过程中的初始载荷峰值，并吸收一部分冲击动能。客舱地板下部撑杆结构作为大中型民用飞机机身下部的重要结构部件，主要用来支撑客舱地板，在坠撞事故中客舱地板下部撑杆结构对机身结构的冲击动力学特性会有较大的影响。通过对撑杆结构的合理设计，可能能够大大改进民用飞机的耐撞性，而不必改变除撑杆结构以外的其它民用飞机结构部件的设计型式。但是采用何种结构型式的撑杆结构及其布局方案是一个非常重要的问题。

发明内容

本发明针对目前民用飞机机身结构的能量吸收结构设计问题，对客舱地板下部撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式进行研究。通过大量的科学仿真计算，本发明提出了一种采用方管作为客舱地板下部撑杆的能量吸收方案及其布局方式。此方案仅仅改变撑杆的结构和布局方式，并不改变原有机身结构设计，能够保证民用飞机的基本性能要求，同时能够使机身结构具有更好的耐撞性能。

本发明针对金属民用飞机提供了一种民用飞机客舱地板下部的撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式，不改变原有机身结构的机身隔框等其他部件的设计，而是重新设计客舱地板下部撑杆结构型式及其位置。本发明的方案中采用方管结构作为撑杆，方管上下端分别与客舱地板梁和机身隔框铆接，下部采用加强肋板与机身隔框固定。撑杆采用垂向布置的结构型式，并且下端位于机身客舱地板下部机身隔框四分之一圆弧位置附近。此时的机身结构具有较好的耐撞性能。此外，为了进一步提高客舱地板下部撑杆结构的能量吸收效率，可以在客舱地板下部撑杆结构上布置触发机制。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的机身客舱地板下部撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式能够提高机身结构的能量吸收能力，从而改善机身结构耐撞性能。

(2)本发明提出的撑杆设计方案不必改变原有机身结构型式，因此不会对机身结构的气动、强度和刚度特性产生影响，使用和维护性能跟改变前没有变化。

附图说明

图1是现有民用飞机带客舱地板下部撑杆的机身结构示意图；

图2是现有撑杆的开剖面结构横截面图；

图3是本发明采用的方管结构的横截面图；

图4是方管结构及其上部的三角形触发机制；

图5是方管结构及其上部的四边形触发机制；

图6是触发机制在方管结构上的位置示意图；

图7是客舱地板下部的撑杆与客舱地板梁和机身隔框的位置关系；

图8是客舱地板下部的撑杆结构的布局示意图。

图中：

1、机身隔框    2、撑杆      3、客舱地板  4、客舱地板梁

5、货舱地板    6、加强肋板  7、外轮廓    8、机身中心线

9、机身下部圆弧中心点  10、方管结构  11、开剖面结构

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案及其布局方式进行详细说明。

能量吸收结构的研究与设计对于民用飞机机身结构耐撞性设计极其重要。在机身坠撞过程中，机身结构通过塑性变形或者复合材料破坏吸收冲击动能以保障乘员的安全。在机身能量吸收结构设计中，机身隔框、底部结构和客舱地板下部撑杆结构是最重要的部分。机身隔框是最重要的能量吸收部件，在大中型民用飞机碰撞压溃过程中，机身隔框能够吸收近50％的冲击动能。机身底部结构对于减缓机身初始冲击，减小初始冲击载荷具有重要作用，并且能够吸收一部分冲击动能。客舱地板下部撑杆结构主要用来支撑客舱地板，但是在民用飞机耐撞性设计中，可以作为能量吸收装置，而不必改变机身其他结构就能够大大改善机身结构的耐撞性；并且通过合理设计撑杆结构还能够改善机身隔框的能量吸收能力，因此机身客舱地板下部撑杆的能量吸收结构型式及其布局方案对民用飞机耐撞性设计及其重要。

本发明提出了一种新型的采用方管作为客舱地板撑杆结构及其布局的方案，具体实施方案如下：

如图1所示，民用飞机机身结构包括机身隔框1、撑杆2、客舱地板3、客舱地板梁4和货舱地板5等。大中型民用飞机客舱地板3下部机身外轮廓7为圆弧形，本发明保持机身结构除客舱地板3下部撑杆2结构外的其他结构型式不变，将方管结构10应用于机身客舱地板3下部撑杆2设计。传统的客舱地板3下部撑杆2为开剖面结构11，横截面图分布如图3所示，开剖面结构11具有折边，并且在各角落处有圆角过渡。在每一个机身隔框1上均采用撑杆2来支撑客舱地板3，撑杆2关于机身中心线8呈对称分布。本发明采用的方管结构10截面形状如3所示，方管结构10为具有封闭剖面结构的矩形截面，在矩形截面的直角处有圆角过渡。如图1和图7所示，方管结构10作为撑杆2时，其上部与客舱地板梁4铆接，而下部与机身隔框1铆接，并且采用一个加强肋6固定，所述的加强肋6固定在撑杆2与机身隔框1连接的部位。

采用方管结构10作为客舱地板3下部撑杆2时，撑杆2的布局方式采用如图8的方式，撑杆2的下端点(即与机身隔框1的连接端)与机身下部圆弧中心点9的连线与水平线之间的夹角为β，而撑杆2与水平面的夹角为α。在本发明中，撑杆2的布局方式为垂向布置，即α为90°；撑杆2的布局方式中角度β为45°左右，即在客舱地板3下部机身隔框1四分之一圆弧位置。此时的机身结构具有较好的耐撞性能。所采用的机身隔框1的截面可以采用近似“Z”、“C”、“J”或“I”型截面形状。

本发明中所用的结构部件均采用金属铝合金材料，方管结构10作为撑杆2的主要目的是通过高能量吸收率的方管结构10提高机身结构总体耐撞性能，并且能够改善机身隔框1的能量吸收能力。在方管结构10上布置如图4和图5所示的三角形或者四边形触发机制能够进一步改善撑杆结构能量吸收能力。如图6所示，所述的触发机制是设置在方管结构10的外壁上，并且在加工过程中，保证触发机制设置处的方管结构10的管壁厚度不变。也可以根据需要在方管结构的撑杆2开孔，满足结构设计需要。

Claims (6)

1.民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案，其特征在于：将民用飞机机身结构客舱地板撑杆结构设计为方管结构，保持民用飞机机身其他结构的设计不变，撑杆上下两端分别与客舱地板梁和机身隔框铆接，而下端还采用了加强肋板固定在机身隔框上；所述的方管结构的截面为封闭矩形截面。

2.根据权利要求1所述的民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案，其特征在于：方管结构的材料选用金属铝合金材料。

3.根据权利要求1所述的民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案，其特征在于：方管结构的矩形顶角倒角。

4.根据权利要求1所述的民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的能量吸收方案，其特征在于：方管结构上设置三角形或者四边形触发机制，以诱导客舱地板下的撑杆产生能量吸收效率更高的破坏模式。

5.民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的的布局方式，其特征在于：撑杆与水平面的夹角为90°，而撑杆下端与机身隔框连接处位于客舱地板下部机身隔框四分之一圆弧位置。

6.根据权利要求5所述的民用飞机客舱地板下部方管撑杆结构的布局方式，其特征在于：所述的撑杆下端与机身下部圆弧中心点的连线，与水平线之间的夹角为45°。

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