)腹板框的受力特点。腹板框相当于平面板杆结构,受集中力时设置加强型材用以承受并将其扩散成剪流传给腹板,腹板受剪。纵、横型材用来提高腹板的剪切稳定性。当腹板框受侧压时,它们与腹板一起承弯。无侧压时纵、横型材,包括周缘上的型材均只受轴力。
")腹板框设计。
设计时受集中力处均需布置受力支柱,此时支柱中的轴力是变化的,因此其截面大小应与轴力分布规律相符,且尽量保持连续。受侧压时截面形状取具有抗弯能力的槽型、 字形等。
辅助型材主要用以提高腹板的剪切稳定性,若允许腹板以张力场形式受剪时,则这些型材还将承受由此加给它们的附加载荷。
腹板厚度对腹板式加强框的重量有很大影响,尤其是大飞机的全腹板框。为了减轻重量,如果没有其他要求,一般在设计载荷下允许腹板处于张力场状态。但若厚度小于 % &’’,可能铆接时会有太大的变形。
()带部分腹板的框或混合式框。该框前面为油箱舱,因此除进气道外都有腹板。左、右两侧内力最大的地方因内部进气道和外形的限制,只留下很小的空间供构件使用,因此不得不采用高强度钢制作的整体模锻件,类似一段环形刚框。从结构上它是由左、右横梁和上、下腹板“梁”用四个大螺栓铰接起来,又带上一块中间腹板的混合式框。对这类框在分析清楚其各组成部分的受力后,即可按受力情况合理设计。这类四铰框在对称弯矩和对称剪力 )*作用时,中腹板不受力。但在不对称载荷作用下,中腹板受剪,并且是必不可少的部分。
四、框、长桁、蒙皮之间的连接
框与长桁在连接时必定有纵、横构件交叉问题,一般是弱的让强的。首先,在桁条式机身中长桁总是与蒙皮贴合,连接组合成受力壁板,应该尽量连续。因此长桁遇普通框时,可在普通框上开缺口,或用角片、框缘切口处的小弯片连接;也可将框架在长桁内侧,这样工艺方便,框缘削弱少,框刚度好。
当加强框与长桁相遇时,则加强框框缘应连续。长桁可以断开,通过外框缘对接,或另用接头连接,也可长桁与加强框缘均不断开
五、地板结构
这里主要指大型旅客机中的座舱地板结构,它是气密增压座舱的一个组成部分,在总体受力上它还把机身结构分隔成双闭室盒段。原则上地板结构由地板纵梁、地板横梁、地板壁板,有时还有下部支柱组成。纵梁往往也是座椅导轨梁,可使座椅能承受 +,的紧急着陆时向前的碰撞载荷。 -. /&是双圆形剖面机身,在两圆交线的侧
•"0•
面布置有一较强的纵梁,它一为承受增压载荷在蒙皮中引起的张力分量所需(见图 " );另外万一某个地板横梁受到损坏,它所分担的载荷就可通过该侧边的纵梁传递给相邻的地板横梁,成为一附加的传力路线。
第三节 %增压座舱的结构设计
高空飞行的飞机机身内均有增压座舱,如各类飞机的空勤人员座舱、运输机的旅客座舱、有的运输机还包括货舱等。增压舱内的空气压力与周围大气的空气压力之差称为增压载荷。由于增压载荷是重复性循环载荷,对增压舱机身结构的寿命和损伤容限特性有很大影响,必须按损伤容限(也有按疲劳加破损安全)设计准则设计。此外,增压舱结构也是机身受力结构的一部分,所以它既有增压载荷引起的应力,又参与机身的总体受力,这部分结构的总应力应是这两种载荷产生的应力的叠加。
一、座舱的增压载荷
现代飞机一般安装有涡轮喷气、涡轮风扇或涡轮螺旋桨发动机,通常这类飞机在高空飞行才能获得最好的技术性能和经济性。但是大气压力与温度随着高度的增大而下降。当飞行高度超过 &’(时,将使人无法正常工作;若飞行高度继续增大,甚至会使人不能生存。目前,广泛应用座舱增压、加温的办法来解决。即将座舱做成密封结构(所以亦称气密增压座舱),从发动机的压气机引出一股压缩空气,经过一系列装置使进入座舱的空气压力和温度、湿度适中。其中空气压力由自动调节装置控制,使舱内压力按预定的规律变化。
增压座舱受正压差时类似于一个受内压的密闭容器,其压力是自身平衡的,但其蒙皮和端框会有内力。此时增压舱最有利的形状为球形,或两端为半球面的圆筒形。但实际上由于机身的外形和内部布置的限制不可能完全做到这一点。增压舱的形状和在机身上的部位随飞机类别的不同而不同。下面我们对旅客机和战斗机两类飞机的增压舱的结构设计进行讨论。
二、旅客机增压舱的结构设计
旅客机增压舱一般为圆筒形,或接近圆筒形。其后端常为球面腹板框,前端则因内部布置的限制常为平面腹板框。为便于说明,先假设其截面为圆形进行讨论。
)"机身蒙皮的受力和设计
在正增压载荷作用下,机身的蒙皮受双向张应力(即蒙皮厚度内均匀的拉应力)。由静力平衡方程即可得出蒙皮的周向张应力 *和纵向(轴向)张应力 +分别如下: *, "-•./0 •&1&•
第二篇(现代飞机结构综合设计
" "• % &’式中(—
—机身半径;
’———蒙皮厚度;
"—压力差。
比较 )和 ,可知 )是 的两倍。由此可见增压舱部分的蒙皮上,沿 轴方向的纵向裂纹比周向走向的裂纹更为危险。 &*球面框(+)从材料力学可知,若取球壳作为高压容器,整个球面厚度上均为张应力,其大小为 ,即
" "•, % &’可知用球面框作端框比平面框以承弯的形式承受侧压要有利得多。从受力有利看,球面框最好做成半球,即球面半径 ,与机身半径 一致。此时,框板上的拉应力正好全部、直接地传给机身盒段的蒙皮;但球面前、后都较难充分用来安放有效载重,机身容积利用率低,且工艺上制作也较复杂。综合考虑到以上诸因素,所以实际上在大飞机上一般常采用球面的一部分—
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