CN112027060B - 用于飞机货舱地板下部的吸能立柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，所述吸能立柱(2)具有与飞机的机身框(3)连接的第一端部(21)以及沿其纵向延伸方向与所述第一端部(21)相对并且与飞机货舱地板(1)连接的第二端部(22)，所述吸能立柱(2)包括：沿其纵向延伸的基体部分(2.1)；和从所述基体部分(2.1)的横向两侧分别延伸出来的缘条(2.2)，所述缘条相对于所述基体部分(2.1)朝同一方向弯折，从而使得所述吸能立柱(2)具有大致为C形的横截面形状，其特征在于，所述基体部分(2.1)为直线区段和波纹区段的组合。

Description

用于飞机货舱地板下部的吸能立柱

技术领域

本发明涉及飞机制造领域，尤其涉及一种用于飞机货舱地板下部的吸能立柱。

背景技术

近年来，复合材料在民用飞机结构上得到广泛应用，并逐渐应用到主承力结构。相较于传统的铝合金材料，复合材料可以有效降低飞机的质量，并大幅降低针对机体疲劳程度相关检查的需要，但复合材料的脆性特点大大提高了飞机的适坠性设计难度。货舱地板的下部结构是坠撞过程中最先触地的部位，其结构响应和吸能效率将影响到整体机身的抗坠撞效果，其中复合材料构成的货舱地板的立柱不仅可以支撑货舱地板，也是货舱下部结构坠撞吸能的关键元件。

货舱地板的立柱通常为C型的复合材料支柱，这种类型的立柱制造和装配比较简单，但压溃失效的吸能效率较低，且在坠撞冲击载荷下很容易失稳断裂，导致能量吸收有限。

发明内容

在现有技术的基础上，本发明的目的是提供一种用于飞机货舱地板下部的吸能立柱，该吸能立柱不仅能够在飞机正常状态下用于支撑飞机货舱地板以及货舱载荷重量，而且能够在飞机坠撞时提高吸能立柱的吸能效率，降低乘员坠撞时承受的载荷。

该目的通过发明以下形式的一种用于飞机货舱地板下部的吸能立柱来实现。所述吸能立柱具有与飞机的机身框连接的第一端部以及沿其纵向延伸方向与所述第一端部相对并且与飞机货舱地板连接的第二端部，所述吸能立柱包括：沿其纵向延伸的基体部分；和从所述基体部分的横向两侧分别延伸出来的缘条，所述缘条相对于所述基体部分朝同一方向弯折，从而使得所述吸能立柱具有大致为C形的横截面形状，所述基体部分为直线区段和波纹区段的组合。

基体部分为直线区段和波纹区段的组合提高了吸能立柱的稳定性，使得吸能立柱不易折断，并进而提高了吸能立柱压溃时的吸能效率。

根据本发明的一种优选实施方式，所述基体部分至少包括位于其两端且分别与对应的所述缘条连接的两个直线区段以及位于两个直线区段之间的波纹区段。

直线区段为紧固件提供了安装位置，因此无需额外的用于使吸能立柱与飞机的机身框和飞机货舱地板连接的结构，从而减轻了整体结构的重量，降低了装配的难度。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述波纹区段中包括至少一个另外的直线区段。

根据本发明的一种优选实施方式，所述基体部分的波纹区段是由至少两个相同的半圆形部分交替地朝相反方向拱曲地连接成的波纹形状。

相比于相同尺寸的普通的没有波纹结构的C型吸能立柱，本发明中的吸能立柱单位质量吸收的能量明显提高。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱由复合材料构成。

复合材料的使用使得在吸能立柱裂开时层状地撕裂，自下向上地受到破坏，在此过程期间可吸收大量的能量，从而提高了吸能立柱压溃时的吸能效率。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱在第一端部处具有沿所述吸能立柱的壁厚方向的斜切部。

斜切部提供了弱部位，削弱了吸能立柱下端的强度，使得在飞机的机身框触地之后从该弱部位开始被破坏，使吸能立柱应力集中地进入稳定的压溃阶段，从而避免了吸能立柱在较大的坠撞载荷下直接折断。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱相对于竖直方向成角度θ地设置在所述飞机的机身框和所述飞机货舱地板之间，并且所述角度θ在0至85°之间。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱一体成型。

一体成型的吸能立柱实现了结构稳定、装配简单、重量轻、制造工艺简单的优点。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱通过紧固件与所述飞机的机身框以及所述飞机货舱地板连接，所述吸能立柱与所述飞机货舱地板的连接强度比所述吸能立柱与所述飞机的机身框的连接强度更高。由此使得在飞机的机身框触地之后，吸能立柱下端的紧固件立刻被剪切破坏，吸能立柱下端直接接触机身框，从而保持了吸能立柱的完整性，没有发生折断。

根据本发明的一种优选实施方式，所述吸能立柱的所述直线区段通过高锁螺栓分别与所述飞机的机身框以及所述飞机货舱地板固定连接，所述吸能立柱与所述货舱地板连接所使用的高锁螺栓的个数大于与所述机身框连接所使用的高锁螺栓个数，从而使得所述吸能立柱与所述货舱地板的连接强度比所述吸能立柱与所述机身框的连接强度更高。本发明中使用的高锁螺栓特别适用于复合材料。

根据本发明的一种优选实施方式，在所述飞机的机身框和所述飞机货舱地板之间设置至少两个吸能支柱。

根据本发明的一种优选实施方式，相邻的吸能支柱彼此对称地布置。

由此在飞机正常状态下吸能立柱提供了对飞机货舱地板更稳固的支撑。

附图说明

为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1示出了根据本发明的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱的结构示意图。

图2示出了图1中的吸能立柱的立体图。

图3示出了图2中的吸能立柱的横截面。

图4示出了图2中的吸能立柱的与飞机的机身框连接的第一端部的局部放大图。

图5示出了吸能立柱与飞机的机身框的连接部位的放大图。

附图标记列表

飞机货舱地板1

吸能立柱2

飞机的机身框3

吸能立柱的与飞机的机身框连接的第一端部21

吸能立柱的与飞机货舱地板连接的第二端部22

基体部分2.1

缘条2.2

波纹区段2.12

直线区段2.11

斜切部4

吸能立柱与竖直方向所夹的角度θ

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本发明的发明构思。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。在以下的具体描述中，例如“上”、“下”、“内”、“外”等方向性的术语，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

本发明中的“弯折”并不仅仅表示相邻部分通过压制弯折的含义。事实上，本发明的“弯折”表示相邻且彼此连接的部分互成角度。

本发明中的“纵向”是指吸能立柱的长度延伸方向，“横向”为吸能立柱的宽度方向，其中，横向与纵向垂直。“壁厚方向”分别与吸能立柱的横向和纵向垂直。

图1示出了根据本发明的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱2的结构示意图。用于飞机货舱地板下部的吸能立柱2安装在飞机货舱地板1和飞机的机身框3之间。在图1中示意性地示出了两个吸能立柱2，两个吸能立柱2分别与竖直方向成角度θ地布置，这在图5中的吸能立柱2与飞机的机身框3的连接部位的放大图中可看出。优选地，两个吸能立柱2对称地布置。

图2示出了图1中的吸能立柱的立体图。吸能立柱2由复合材料构成。吸能立柱2沿其纵向方向以第一端部21与飞机的机身框3连接并且以第二端部22与飞机货舱地板1连接。

吸能立柱2包括基体部分2.1和从基体部分2.1的横向两侧分别延伸出来且相对于基体部分2.1朝同一方向弯折的缘条2.2，使得吸能立柱2具有大致为C形的横截面。

图3示出了图2中的吸能立柱2的横截面。基体部分2.1的横截面基本上构造成波纹形状。基体部分2.1包括波纹区段2.12和两个直线区段2.11，基体部分2.1以两个直线区段2.11分别与缘条2.2连接并且在两个直线区段2.11之间连接波纹区段2.12。直线区段2.11用于在稍后安装吸能立柱2时安装紧固件，借助紧固件将吸能立柱2固定在飞机的机身框3上以及飞机货舱地板1上。优选基体部分2.1的横截面是由多个、尤其至少两个相同的半圆形部分交替地朝相反方向拱曲地连接成的波纹形状。也可使所述波纹区段2.12中包括至少一个另外的直线区段。

图4示出了图2中的吸能立柱2的与飞机的机身框3连接的第一端部的局部放大图。吸能立柱2在其与飞机的机身框3连接的第一端部21处具有沿吸能立柱2的壁厚方向的斜切部4。

在安装吸能立柱2时，将吸能立柱2的第一端部21借助紧固件固定在飞机的机身框3上并且将吸能立柱2的第二端部22借助紧固件固定在飞机货舱地板1上，其中，第一端部21具有斜切部。紧固件例如可为高锁螺栓。当然也可想到任意合适的其他的紧固件，例如可通过铆接等其他方式进行固定。此外，吸能立柱2的第二端部22在飞机货舱地板1上的连接强度应比吸能立柱2的第一端部21在飞机的机身框3上的连接强度更高，即更牢固地固定，例如吸能立柱2的第一端部21借助四个高锁螺栓固定在飞机的机身框3上，而吸能立柱2的第二端部22借助六个高锁螺栓固定在飞机货舱地板1上。此外，紧固件分别安装在吸能立柱2的直线区段2.11处。

另外，可在飞机货舱地板1和飞机的机身框3之间安装多于两个的吸能立柱2。优选相邻的吸能立柱相互对称地安装。吸能立柱2与竖直方向所夹的角度θ为0至85°，优选为0°。

根据本发明的吸能立柱2能一体成型。

本发明的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱的工作方式如下：

在飞机正常状态下，吸能立柱用于在下部支撑飞机货舱地板以及货舱载荷重量。

在飞机坠撞时飞机的机身框3触地之后，由于较大的坠撞载荷首先使吸能立柱2与飞机的机身框3连接的高锁螺栓剪切破坏，而此时由于吸能立柱2与飞机货舱地板1的连接强度比吸能立柱2与飞机的机身框3的连接强度更高，使得吸能立柱2与飞机货舱地板1的固定仍然保持住并且未受到破坏。另外，由于吸能立柱2在其与飞机的机身框3连接的第一端部21处具有斜切部4，这使得在第一端部21处形成弱部位，由此吸能立柱2可从该弱部位开始被破坏，而不会使吸能立柱发生直接折断的现象。而通过吸能立柱的复合材料使得吸能立柱层状地撕裂，自下向上地受到破坏，在此过程期间可吸收大量的能量，从而提高了吸能立柱压溃时的吸能效率。

与现有技术相比，本发明的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱具备下述优点：

1.通过使吸能立柱2的基体部分2.1具有波纹区段、尤其是构造成由多个相同的半圆形部分交替地朝相反方向拱曲地连接成的波纹形状，提高了吸能立柱的稳定性，使得吸能立柱不易折断，并进而提高了吸能立柱压溃时的吸能效率。

2.通过使吸能立柱2的基体部分2.1包括波纹区段和直线区段，由此为紧固件提供了安装位置，因此无需额外的用于使吸能立柱与飞机的机身框和飞机货舱地板连接的结构，从而减轻了整体结构的重量，降低了装配的难度。此外，相比于相同尺寸的普通的没有波纹区段的C型吸能立柱，本发明中的吸能立柱单位质量吸收的能量明显提高。

3.在吸能立柱2的与飞机的机身框3连接的第一端部21处构造的斜切部削弱了吸能立柱下端的强度，使得在飞机的机身框3触地之后使吸能立柱应力集中地进入稳定的压溃阶段，从而避免了吸能立柱在较大的坠撞载荷下直接折断。

4.通过将吸能立柱2的第二端部22在飞机货舱地板1上的连接强度设计得比吸能立柱2的第一端部21在飞机的机身框3上的连接强度更高，使得在飞机的机身框3触地之后，吸能立柱下端的紧固件立刻被剪切破坏，吸能立柱下端直接接触机身框，从而保持了吸能立柱的完整性，没有发生折断。

5.吸能立柱2的复合材料使得吸能立柱层状地撕裂，自下向上地受到破坏，在此过程期间可吸收大量的能量，从而提高了吸能立柱压溃时的吸能效率。

6.本发明中使用的高锁螺栓特别适用于复合材料。

7.通过使吸能立柱2一体成型，实现了结构稳定、装配简单、重量轻、制造工艺简单的优点。

本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，所述吸能立柱(2)具有与飞机的机身框(3)连接的第一端部(21)以及沿其纵向延伸方向与所述第一端部(21)相对并且与飞机货舱地板(1)连接的第二端部(22)，所述吸能立柱(2)包括：沿其纵向延伸的基体部分(2.1)；和从所述基体部分(2.1)的横向两侧分别延伸出来的缘条(2.2)，所述缘条相对于所述基体部分(2.1)朝同一方向弯折，从而使得所述吸能立柱(2)具有大致为C形的横截面形状，其特征在于，所述基体部分(2.1)为直线区段和波纹区段的组合，所述基体部分(2.1)至少包括位于其两端且分别与对应的所述缘条(2.2)连接的两个直线区段(2.11)以及位于两个直线区段(2.11)之间的波纹区段(2.12)，在所述波纹区段(2.12)中包括至少一个另外的直线区段，并且所述直线区段(2.11)的外表面与所述波纹区段(2.12)的外表面沿横向齐平，

其中，所述吸能立柱(2)相对于竖直方向成角度θ地设置在所述机身框(3)和所述飞机货舱地板(1)之间，并且所述角度θ在0至85°之间，所述吸能立柱(2)的所述直线区段(2.11)通过高锁螺栓分别与所述机身框(3)以及所述飞机货舱地板(1)固定连接，其中所述吸能立柱(2)与所述飞机货舱地板(1)连接所使用的高锁螺栓的个数大于与所述机身框(3)连接所使用的高锁螺栓个数，从而使得所述吸能立柱(2)与所述飞机货舱地板(1)的连接强度比所述吸能立柱(2)与所述机身框(3)的连接强度更高。

2.根据权利要求1所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，所述基体部分(2.1)的波纹区段(2.12)是由至少两个相同的半圆形部分交替地朝相反方向拱曲地连接成的波纹形状。

3.根据权利要求1或2所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，所述吸能立柱(2)由复合材料构成。

4.根据权利要求1或2所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，所述吸能立柱(2)在所述第一端部(21)处具有沿所述吸能立柱(2)的壁厚方向的斜切部(4)。

5.根据权利要求1或2所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，所述吸能立柱(2)一体成型。

6.根据权利要求1或2所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，所述吸能立柱(2)通过紧固件与所述机身框(3)以及所述飞机货舱地板(1)连接，所述吸能立柱(2)与所述飞机货舱地板(1)的连接强度比所述吸能立柱(2)与所述机身框(3)的连接强度更高。

7.根据权利要求1或2所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，在所述机身框(3)和所述飞机货舱地板(1)之间设置至少两个吸能立柱(2)。

8.根据权利要求7所述的用于飞机货舱地板下部的吸能立柱(2)，其特征在于，相邻的吸能立柱(2)彼此对称地布置。

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