CN102343979A - 一种非圆截面薄壁承力油箱设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非圆截面薄壁承力油箱设计方法。其特征是，油箱薄壁蒙皮为整体薄壁加框梁结构，连接拐角处为圆滑过渡，并在应力不足区域增加拐角连接肋、中心斜撑框架、长桁变截面等结构形式。适应于非圆截面承力油箱的中心框架结构的设计，解决了局部应力过大、刚度不足的问题，避免了传统厚壁设计所引起的重量较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油箱设计，属于整体结构的贮箱，特别是涉及一种非圆截面薄壁承力油箱结构设计。
背景技术
飞行器的承力油箱可分为传统圆形截面和非圆截面两种。相比传统圆形截面承力油箱，非圆截面承力油箱的飞行器在飞行时，电磁反射特性较好。因此对于有电磁反射特性要求的飞行器而言，需采用非圆截面承力油箱设计。
发明内容
本发明目的是，提出一种整体铸造成型的中心斜撑框架式非圆截面薄壁承力油箱的结构形式，减小了非圆截面油箱局部变形位移量，提高了燃油箱的局部强刚度，减轻了非圆截面承力油箱的结构质量。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是，一种非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，油箱为整体铸造薄壁蒙皮加框梁结构，连接拐角处为圆滑过渡，并在应力不足区域增加拐角连接肋、中心斜撑框架、长桁变截面结构形式。
所述拐角连接肋是在油箱拐角处通过连接肋与外形形成三角形状的承力结构。
所述三角形状是根据油箱的外形截面几何形状为外形-斜撑-斜撑三角形或外形-外形-斜撑三角形。
所述外形-斜撑-斜撑三角形是由下平面与两根中心斜撑框架组成，
所述外形-外形-斜撑三角形是由上平面、侧面、中心斜撑框架或由上平面、侧面、拐角连接肋组成。
所述中心斜撑框架是对结构位移较大、且增加框梁高度难度较大的位置，在加强框上以斜撑梁来约束相反方向的位移，且斜撑与外形形成一定几何形状的承力结构。
所述长桁变截面是长桁与拱底及加强框连接处，采用长桁变截面结构连接。
所述油箱为多箱式，由纵隔板和横隔板将其分隔为独立的小箱，在各箱分别设工艺开口进行清砂，各分箱间燃油通过横隔板上开设分箱油口焊接输油管路进行贯通。
本发明的油箱为薄壁蒙皮加框梁结构；油箱两个不同外形面连接的拐角处的加强框上增加拐角连接肋；油箱两个不同外形面连接的加强框上采用中心斜撑，构成中心斜撑框架结构；长桁与拱底连接处、长桁与隔板连接处采用长桁变截面结构形式。上述油箱特征结构实现方式为整体铸造。拐角连接肋是在油箱两个不同外形面连接的拐角处的加强框上设计连接油箱不同外形面加强框的连接结构，形成三角形状的承力结构。中心斜撑框架结构是在加强框上以斜撑梁来约束相反方向的位移，且斜撑与油箱外形面的加强框形成三角形状的承力结构。三角形状是由油箱的一个外形面的加强框与两根斜撑组成外形-斜撑-斜撑三角形状承力结构，或油箱的两个外形面的加强框与一根斜撑形成的外形-外形-斜撑三角形状承力结构。长桁变截面是指长桁连接拱底及长桁连接加强框时长桁的截面尺寸沿连接拱底或连接加强框方向逐渐变大。油箱为多箱式时，由纵隔板和横隔板将其分隔为独立的小箱，在各箱分别设工艺开口进行清砂，各分箱间燃油通过横隔板上开设分箱油口焊接输油管路进行贯通。
本发明中油箱在整体铸造薄壁蒙皮加框梁结构基础上，发明内容为中心斜撑框架设计、拐角连接肋设计、长桁变截面设计。
1）中心斜撑框架设计。在本发明设计中，典型的中心斜撑框架使用在油箱的两个不同外形面的加强框之间，中心斜撑与油箱两个外形面的加强框形成外形-外形-斜撑三角形的承力结构。中心斜撑位置选择在油箱外形面的加强框中间部位，以中心斜撑约束在内充压载荷下两个油箱外形面的相反方向的位移。
在油箱外形面的加强框上设计中心斜撑，以中心斜撑来约束相反方向的位移，保证非圆截面承力油箱结构的内充压载荷的应力均匀。所形成的外形-外形-斜撑三角形的承力结构得中心斜撑框架结构使得油箱的不同平面在内充压载荷下的应力均匀程度满足工程使用要求。
根据不同油箱截面形状要求，油箱中心斜撑框架结构设计有利的改进将油箱一个外形面加强框与两个中心斜撑框架组成外形-斜撑-斜撑三角形的承力结构。
2）拐角连接肋。内充压载荷下，油箱的外形面受力在外形面法向向油箱外，油箱外形面受到法向向外的应力，易使油箱的外形面结构变形。在外形面的加强框上添加拐角连接肋，使得拐角连接肋与两个外形面的加强框形成三角形状的承力结构。使得两个外形面的加强框应力通过拐角连接肋传递，从而两个外形面的部分法向向外应力相互抵消，起到减小外形面连接处加强框的变形量。
3）变截面长桁。长桁与拱底、长桁与加强框连接处、长桁与隔板连接处以及由于工艺口被截断的长桁处，长桁采用变截面形式，满足长桁连接处的结构刚度匹配。
本发明专利主要优点是，适应于非圆截面承力油箱的中心斜撑框架设计，解决了油箱外形面的局部应力过大、刚度不足的问题，避免了传统油箱厚壁设计所引起的重量较大的问题。主要表现在：1）把框梁结构很好的应用于铸造结构件中，并通过中心斜撑框架结构约束内充压载荷下油箱外形面的相反方向的变形，进而提高结构的强刚度，以较小的重量来满足充压油箱强刚度设计。2）在长桁与拱底连接部位采用变截面设计，使结构在充压载荷下刚度匹配，充分利用了铸造件可设计性强的优势。3）在拐角处布置连接肋，降低拐角处的挠度，以提高拐角处的抗弯强度，提高了结构的局部刚度。4）本发明适合于单箱及左右分箱（多箱）的结构油箱。
附图说明
图1是本发明的非圆截面承力油箱截面图。
图2是本发明的非圆截面承力油箱中支撑梁加强效果示意图。
图3是本发明的非圆截面承力油箱单箱立体结构示意图。
图4是本发明的非圆截面承力油箱多箱立体结构示意图。
图中：1、拐角，2、上平面，3、侧面，4、下平面，5、拐角连接肋，6、中心斜撑框架，7、长桁，8、拱底, 9、加强框，10、工艺开口，11、长桁变截面,12、输油口，13、分箱油口，14、纵隔板,15、横隔板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明，参见图1至图4，一种非圆截面薄壁承力油箱结构设计，油箱薄壁蒙皮为整体薄壁加框梁结构，连接拐角处为圆滑过渡，并加拐角连接肋5、中心斜撑框架6、在工艺口截断的长桁设计长桁变截面11结构形式，满足刚度匹配要求。
所述拐角连接肋5是在油箱拐角1处通过连接肋与外形形成三角形状的承力结构。
所述三角形状是根据油箱的外形截面几何形状为外形-斜撑-斜撑三角形，由油箱的下平面4与两根中心斜撑框架6组成的三角形或外形-外形-斜撑三角形，由上平面2、侧面3、中心斜撑框架6或由上平面2、侧面3、拐角连接肋组成。
所述中心斜撑框架6是对结构位移较大、且增加框梁高度难度较大的位置，在加强框9上以斜撑梁来约束相反方向的位移，且斜撑与外形形成三角形状的承力结构。
所述长桁变截面11是长桁7与拱底8及加强框9连接处，采用长桁变截面结构连接。
所述油箱为多箱式，由纵隔板14和横隔板15将其分隔为独立的小箱，在各箱分别设工艺开口10进行清砂，各分箱间燃油通过横隔板15上开设分箱油口13焊接输油管路进行贯通。
实施例1：
本发明的一种优先方案，油箱为梯形截面长方体，上平面2尺寸为600mm×1200mm,左、右侧面3尺寸为500×1200mm，下平面4尺寸为450×1200mm，侧面3与上平面2拐角1处两平板采用半径R30mm倒圆，侧面3与下平面4拐角处采用R80mm圆滑过渡。油箱工作压力为0.17MPa。油箱二端设置有输油口12。
根据非圆截面承力油箱设计，其上、下平面2、4与侧平面3均为平板，所承受的力通过长桁7、中心斜撑框架6以及加强框9传递。
油箱采用整体铸造薄壁蒙皮加框梁结构。油箱壁厚度为3mm，油箱侧面3布置大小为φ200mm的工艺开口10进行清砂处理。油箱横向按120～150mm的间距布置8个加强框9；在油箱上表面纵向按100～120mm的间距布置5个长桁7；在油箱侧面3以100～120mm间距布置3个长桁7。
中心斜撑框架6。设计斜撑与外形形成外形-外形-斜撑三角形的承力结构（是指由油箱的上平面2与侧平面3及斜撑6组成的三角形的承力结构）。所述油箱中心受力由两个中心斜撑框架6组成主承力结构承担，如图3所示。每个中心斜撑框架6由两根斜撑与所述油箱上平面2、侧面3组成三角架结构；中心斜撑框架6由两根斜撑与下平面4框架组成三角架结构，如图4所示，斜撑尺寸为宽度20mm，高度8mm。
拐角连接肋5。根据所述油箱拐角1处的承力大小，在油箱拐角1应力较大，因此在对应的加强框9拐角1处设计拐角连接肋5，由拐角连接肋5与上平面2、侧面3形成三角形状的承力结构，如图3、图4所示。拐角连接肋5宽度15mm，高度8mm。
变截面长桁7。长桁7的长桁变截面11的端头与拱底8内侧面连接。长桁7与拱底8连接方向上，长桁7端部的长桁变截面11渐变区长度为80mm，高度由15mm渐变为30mm。
结构刚度匹配。根据所述油箱的中心斜撑框架6、拐角连接肋5、长桁7及长桁变截面11设计，进行强度校核，满足使用要求。
实施例2：
如图4所示，本发明用于多箱油箱时，可以用上述方法进行整体铸造，油箱由纵隔板14和横隔板15将其分为3个独立的小箱，在各分箱分别设工艺开口10进行清砂。各分箱间燃油通过横隔板15上开设分箱油口13焊接输油管路进行贯通。为满足刚度匹配，在横隔板15与长桁7连接处及由于工艺开口10打断长桁7造成的应力集中区域，对长桁7作变截面设计，横隔板15内侧面与长桁7的长桁变截面11的端头连接，长桁7端部的长桁变截面11渐变区长度为80mm，高度由15mm渐变为30mm。本实施例其它技术方案与实施例1相同。
Claims (8)
1.一种非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，油箱为整体铸造薄壁蒙皮加框梁结构，连接拐角处为圆滑过渡，并在应力不足区域增加拐角连接肋、中心斜撑框架、长桁变截面结构形式。
2.根据权利要求1所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述拐角连接肋是在油箱拐角处通过连接肋与外形形成三角形状的承力结构。
3.根据权利要求2所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述三角形状是根据油箱的外形截面几何形状为外形-斜撑-斜撑三角形或外形-外形-斜撑三角形。
4.根据权利要求3所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述外形-斜撑-斜撑三角形是由下平面与两根中心斜撑框架组成。
5.根据权利要求3所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述外形-外形-斜撑三角形是由上平面、侧面、中心斜撑框架或由上平面、侧面、拐角连接肋组成。
6.根据权利要求1所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述中心斜撑框架是对结构位移较大、且增加框梁高度难度较大的位置，在加强框上以斜撑梁来约束相反方向的位移，且斜撑与外形形成一定几何形状的承力结构。
7.根据权利要求1所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述长桁变截面是长桁与拱底及加强框连接处，采用长桁变截面结构连接。
8.根据权利要求1所述的非圆截面薄壁承力油箱设计方法，其特征是，所述油箱为多箱式，由纵隔板和横隔板将其分隔为独立的小箱，在各箱分别设工艺开口进行清砂，各分箱间燃油通过横隔板上开设分箱油口焊接输油管路进行贯通。
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