CN108860563A - 一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，该吸能支柱包括左右对称的两根复合材料管，初始时分别与竖直方向呈θ角，每根复合材料管的一端通过关节轴承及支座连接飞机地板的横梁，另一端通过关节轴承及接头连接机身框。与现有技术相比，本发明在飞机坠撞过程中，复合材料管中只受轴向力，不会突然折断，结构能保持完整，吸能更稳定，效率很高；最大限度的使用了复合材料碎片压实阶段的吸能能力，且有压溃过程中无碎片溢出等优点。

Description

一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱
技术领域
本发明涉及吸能结构技术领域，尤其是涉及一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱。
背景技术
民用飞机紧急着陆时会对乘员产生强烈的冲击，在适航条款中规定冲击载荷的限定值。典型民机舱段结构坠撞过程中结构的失效行为主要包括：货舱地板下部结构压溃、货舱地板梁的弯曲/断裂、机身框弯曲/断裂、客舱地板下立柱压溃等。
货舱地板和客舱地板下都有的支柱结构，对于复合材料机身通常为C型复合材料支柱，这种压溃失效的触发、压溃渐进演化都是设计的难点，设计时希望在支柱在一个连接端触发压溃，然后这个压溃逐步扩展到尽量大的长度。而若设计不当，则支柱在轴向冲击载荷下很容易在预期以外的位置折断，这样只能起到很小的吸能作用。
中国专利CN105905056B公开了一种基于复合材料管材切割内翻压溃的冲击吸能装置，包括外套筒、切割器和定位管，所述的切割器位于外套筒内部，下端与外套筒内凸缘连接，上端与定位管连接；所述的定位管位于外套筒内部并与其内壁紧密连接，其下表面与切割器相接触；所述的外套筒、定位管和复合材料管上分别设有相对合的销钉孔，三者通过销钉紧密结合在一起。但是该专利只能够用于吸收冲击能量结构中，本申请则提出一种在飞机地板下结构实施该专利的方案。另外，该专利申请中的吸能管在压缩的后半段，载荷会大幅度上升，会导致产生的加速度过大，对此本专利在提出了应用于飞机地板下结构时的对策，可有效地减小载荷升高带来的不利影响，而又能最大限度地利用复合材料管压溃过程中的能量吸收能力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，包括左右对称的两根复合材料管，初始时分别与竖直方向呈θ角，每根复合材料管的一端通过关节轴承及支座连接飞机地板的横梁，另一端通过关节轴承及接头连接机身框。
所述的复合材料管与机身框的连接端套设内翻连接帽，该内翻连接帽的内端面设有翻转曲面，外端面与关节轴承连接。
所述的翻转曲面与内翻连接帽的内壁相衔接，复合材管在受压载荷时，其管壁沿着翻转曲面弯曲，然后向内翻转。所述的内翻连接帽通过销钉固定在复合材料管的端部。
所述的关节轴承通过螺钉与内翻连接帽连接，关节轴承的轴的两端与接头的两个耳片连接。
所述的接头卡接在机身框上并通过螺钉固定。
所述的复合材料管与横梁的连接端套设平压连接帽，该平压连接帽内部端面与复合材料管端面接触，外端面与关节轴承连接。
所述的关节轴承通过螺钉与内翻连接帽连接，关节轴承的轴的两端与两个支座分别连接。
所述的复合材料管初始时与竖直方向的夹角，随着复合材料管的压溃、缩短，夹角逐渐增大。
与现有技术相比，本发明的复合材料管中只受轴向力，不会突然折断，结构能保持完整，吸能更稳定，效率很高；最大限度的使用了复合材料碎片压实阶段的吸能能力，且有压溃过程中无碎片溢出等优点。
附图说明
图1为飞机地板下抗坠撞吸能支柱的结构示意图；
图2为飞机地板下抗坠撞吸能支柱的局部结构示意图；
图3为吸能支柱受压后复合材料管内翻的示意图；
图4为吸能支柱受轴向外载荷下的位移-载荷曲线；
图5为本发明整体工作原理图。
图中，1-地板横梁，2-底座耳片，3-关节轴承，4-平压连接帽，5-吸能支柱，6-内翻连接帽，7-机身蒙皮，8-机身框，9-长桁，10-机身框连接件，11-复合材料管，12-销钉孔，13-螺纹孔，14-翻转曲面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
一种飞机地板下抗坠撞的吸能支柱，其结构如图1-2所示，在飞机典型舱段的货舱地板或者客舱地板下安装两个左右对称的吸能支柱5，初始时分别与竖直方向呈θ角，吸能支柱5包括复合材料管11，上端通过关节轴承3和底座耳片2连接于地板横梁1，下端通过机身框连接件10连于机身框8。
复合材料管11与机身框8的连接端套设内翻连接帽6，该内翻连接帽6的内端面设有翻转曲面14，翻转曲面与内翻连接帽的内壁相衔接，复合材管在受压载荷时，其管壁沿着翻转曲面弯曲，然后向内翻转。在复合材料管11以及内翻连接帽6上均开设有螺纹孔，内翻连接帽6通过销钉固定在复合材料管11的端部。内翻连接帽6的外端部还开设有螺纹孔13，通过螺钉与关节轴承3连接，关节轴承3的轴的两端与机身框连接件10的两个耳片连接，机身框连接件10卡接在机身框8上并通过螺钉固定。机身框8、机身蒙皮7、长桁9通过铆钉连接组成机身下壁板典型结构。
复合材料管11与地板横梁1的连接端套设平压连接帽4，该平压连接帽4内部端面与复合材料管端面接触，外端面开设有螺纹孔13，通过螺钉与关节轴承3连接，关节轴承3的轴的两端与两个底座耳片2分别连接。
本实施例公开的飞机地板下抗坠撞的吸能支柱通过复合材料管的内翻破坏和压实过程吸收能量，受压后复合材料管内翻的结构如图3所示，压溃过程中复合材料管不断内翻破坏吸收能量，同时由于角度θ不断变大，使得结构输出力的变小与由于破坏后的材料被压缩填充在复合材料管的空腔内而使输出力的变大相互抵消，使得吸能过程更加平缓，产生碎屑不溢出，避免对乘员造成伤害。
飞机地板下抗坠撞的吸能支柱的工作方式说明如下：
平压连接帽4内部端面与复合材料管11端面接触，在冲击载荷下不易损坏复合材料管。内翻连接帽6内部有翻转曲面14，在冲击载荷下，销钉受到剪切力，若销钉的强度低于复合材料管的强度，则销钉被剪断，若销钉强度足够，则销钉将复合材料割成若干条带。在这两种情况下，复合材料管11都会被压入翻转连接帽6，然后在翻转曲面14的作用下内翻，这个过程为阶段I。
复合材料管11完全翻转后向平压连接帽4运动。在此过程中，通过复合材料管的撕裂、弯曲、复合材料分层、复合材料基体失效、纤维折断、摩擦等因素吸收能量。这个过程中轴向载荷保持平稳，为阶段II。
当复合材料管11触及平压连接帽4的内表面时，输出载荷进升高，通过材料的压实进一步吸能。压实过程中，输出载荷快速升高。这个过程为阶段III。
吸能支柱5受轴向外载荷下的位移-载荷曲线如图4中实线所示。
在紧急着陆的情况下，地板上承担的惯性载荷由地板梁1传递到支柱上。在两端关节轴承3的作用下，使复合材料管11成为二力杆，始终只受到轴向冲击作用，不易由于弯曲而折断。冲击载荷触发支柱的压溃.此时两根吸能支柱5反馈的总载荷大小为
NT＝2Ncosθ (1)
其中N为每个吸能支柱的轴向输出力。随着吸能支柱5的复合材料管11被逐渐压短，角度θ变大，当吸能支柱5达到阶段III时，N开始上升，但由于θ变大，总的输出载荷不会变的过高，整个结构的输出力在整个破坏过程中都保持相对平稳，因此仍然对缓冲有利，也最大限度的利用了复合材料管11破坏的后期吸能上升的阶段。其在竖直方向上的载荷曲线如图4中点划线所示。
通过采用了两个左右对称的内翻压溃吸能组件，分别与竖直方向呈θ角，上下两端分别通过关节轴承和两端特定接头与地板梁和机身框相连。压溃过程中复合材料管不断内翻破坏吸收能量，同时由于角度θ不断变大，使得结构输出力的变小与由于破坏后的材料被压缩填充在复合材料管的空腔内而使输出力的变大相互抵消，如图5所示，使得吸能过程更加平缓，产生碎屑不溢出，避免对乘员造成伤害。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，该吸能支柱包括左右对称的两根复合材料管，初始时分别与竖直方向呈θ角，每根复合材料管的一端通过关节轴承及支座连接飞机地板的横梁，另一端通过关节轴承及接头连接机身框。
2.根据权利要求1所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的复合材料管与机身框的连接端套设内翻连接帽，该内翻连接帽的内端面设有翻转曲面，外端面与关节轴承连接。
3.根据权利要求2所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的翻转曲面与内翻连接帽的内壁相衔接，复合材管在受压载荷时，其管壁沿着翻转曲面弯曲，然后向内翻转。
4.根据权利要求2所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的内翻连接帽通过销钉固定在复合材料管的端部。
5.根据权利要求2所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的关节轴承通过螺钉与内翻连接帽连接，关节轴承的轴的两端与接头的两个耳片连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的接头卡接在机身框上并通过螺钉固定。
7.根据权利要求1所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的复合材料管与横梁的连接端套设平压连接帽，该平压连接帽内部端面与复合材料管端面接触，外端面与关节轴承连接。
8.根据权利要求7所述的一种飞机地板下抗坠撞吸能支柱，其特征在于，所述的关节轴承通过螺钉与内翻连接帽连接，关节轴承的轴的两端与两个支座分别连接。
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