CN109229373A - 一种全复合材料地效翼船的连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全复合材料地效翼船的连接结构，地效翼船各构件均设有相同的连接部，其结构包括PVC结构泡沫芯材，PVC结构泡沫芯材上下表面均设有玻璃钢表层板，玻璃钢表层板的一端连接玻璃钢连接层板，玻璃钢连接层板在与玻璃钢表层板连接处的中部设有槽口，PVC结构泡沫芯材伸入槽口内，玻璃钢连接层板在远离玻璃钢表层板的一端成实心板状结构，两个待连接构件的实心板状结构上下交叠，在交叠处设有多个双排交错的贯通孔，贯通孔内通过环氧树脂胶粘接有金属套筒衬垫，金属套筒衬垫内安装螺栓，本发明分别采用凸台结构、分断翼盒将船体与尾翼及地效翼连接，连接牢固，制造拆装方便提高了船体空间利用率。
Description
技术领域
本发明涉及地效翼船技术领域，尤其是一种全复合材料地效翼船的连接结构。
背景技术
地效翼船(wing-in-ground-effect vehicles)是利用地面效应原理而制成的船只，利用机翼贴近表面运动时表面对气流的影响而产生表面效应，使机翼升阻比增加，既可以减少推进功率，又保持离开地面的航行。地效翼船在距离水面1～6米的高度低空飞行，一旦出现紧急情况，可随时在水面降落，安全性高。采用复合材料的地效翼船可以显著降低其结构重量，提高飞行性能，但由于复合材料的各向异性、无塑性变形等特点造成复合材料无法承受集中载荷。
如图1所示，地效翼船由不同构件连接而成：包括船体1，船体1两侧分别安装有地效翼3，地效翼3外侧连接有浮舟2，浮舟2外侧连接外翼4，船体1后部上方通过垂尾5安装有平尾6，现有技术中，全复合材料地效翼船结构通常采用泡沫夹芯复合材料制造，如何设计其各构件之间的连接结构和安装形式，以满足结构强度和刚度的安全性及可靠性要求，以及提高各构件之间组合安装的便利性和高效性，是目前制约地效翼船大面积应用复合材料结构的技术瓶颈。
另外，根据飞行器的用途和性能要求，机翼在飞行器机身上的配置型式有三种，分别是上单翼(机翼连在机身上部)、中单翼(机翼连在机身中部)和下单翼(机翼连在机身下部)。具备飞行特性的地效翼船一般采用中单翼配置，原因是大攻角的地效翼需要尽可能地接近地面以充分利用地面效应，而只有中单翼配置最能满足地效要求，现有技术中船体与地效翼之间的连接采用贯穿翼盒结构，贯穿翼盒横穿船体，这种结构存在的缺陷在于：贯穿翼盒阻碍了船体内部的通道，不利于船体舱室内活动载荷(如人员和物品等)的布置，同时也造成地效翼船重心调节范围太小；由于贯穿翼盒造成船体的空间限制，使得用于贯穿翼盒与地效翼及船体拆装不便。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种全复合材料地效翼船的连接结构，从而解决由复合材料自身特性导致的全复合材料地效翼船无法承受承受集中载荷、各构件在连接处的强度和刚度不符合安全性和可靠性要求，以及由连接结构导致的空间利用率低、拆装不便等技术问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种全复合材料地效翼船的连接结构，包括船体，船体两侧分别安装有一个地效翼，每个地效翼的外侧连接有浮舟，每个浮舟外侧连接外翼，船体尾部上面通过垂尾安装有平尾，在船体与地效翼、地效翼与浮舟、浮舟与外翼、船体与垂尾及垂尾与平尾的两两待连接构件之间的连接处，均分别延伸有相同的连接部，连接部的结构包括：PVC结构泡沫芯材，PVC结构泡沫芯材上下表面均设有玻璃钢表层板，玻璃钢表层板的一端连接玻璃钢连接层板，玻璃钢连接层板在与玻璃钢表层板连接处的中部设有槽口，PVC结构泡沫芯材伸入所述槽口内，玻璃钢连接层板在远离玻璃钢表层板的一端成实心板状结构，两个待连接构件的实心板状结构上下交叠，并在交叠处设有多个双排交错的贯通孔，贯通孔内通过环氧树脂胶粘接有金属套筒衬垫，金属套筒衬垫内安装有与螺母进行固定的螺栓。
其进一步技术方案在于：
船体在与垂尾连接处延伸有凸台结构，凸台结构的底部成圆弧形结构，圆弧形结构由所述PVC结构泡沫芯材及玻璃钢表层板构成，并与船体糊制成一体，凸台结构的顶部成圆柱形结构，并采用所述玻璃钢连接层板；垂尾底部成凹槽结构，垂尾通过凹槽结构套置在所述圆柱形结构的外部，通过所述螺母及螺栓与凸台结构相配合。
船体中部两侧分别通过一个分断翼盒与两个地效翼连接，每个分断翼盒的结构相同，均成矩形结构，分断翼盒的一端穿过设置在船体侧壁的外层壳板后伸入船体内部，并在该伸入端的端面上糊制分断翼盒加强封板将其封闭，分断翼盒的另一端在外层壳板外部与地效翼连接。
船体内还安装有船体地板，船体地板与外层壳板的底部相接；船体内的分断翼盒上表面上安装有粘接在外层壳板内壁上的船体上加强框，船体内的分断翼盒下表面上安装粘接在外层壳板内壁上的船体下加强框，船体上加强框和船体下加强框均垂直于外层壳板；在船体上加强框和船体下加强框的内端面上分别糊制有与外层壳板平行的上加强框封板和下加强框封板，上加强框封板的底边和下加强框封板的顶边均与分断翼盒加强封板糊制成整体，下加强框封板的底边糊制在船体地板上表面。
船体上加强框和船体下加强框的宽度与伸入船体内的分断翼盒的宽度相同。
所述PVC结构泡沫芯材的外表面通过合成树脂粘接玻璃钢表层板。
玻璃钢表层板和玻璃钢连接层板之间采用玻璃纤维与合成树脂加热加压固化粘接而成。
PVC结构泡沫芯材与玻璃钢连接层板之间采用胶连接。
所述槽口成阶梯形或梯形。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，拆装方便，通过复合连接的形式增强全复合材料地效翼船各构件间的连接强度，提高整机承受集中载荷的能力和整机结构的稳定性；优化船体与地效翼、尾翼之间的安装结构，在提高结构强度的同时节约船体利用空间，提高装拆效率。同时，本发明还具有如下优点：
1、本发明的各构件之间的连接结构充分发挥了机械连接和胶接连接两者的混合连接优势，满足了复合材料结构要求的大面积分散传力的连接要求；制造手法多样，既能满足了整体大面积建造的要求，又兼顾了局部小面积补强的要求；在满足复合材料连接结构整体及局部强度和刚度要求的前提下，混合连接可以显著地减轻结构重量，提高结构连接效率；
2、本发明在各构件的连接部处交叠的玻璃钢连接层板上的安装孔(通孔)采用双排交错排列方式，使得连接处受力均匀；
3、本发明通过船体上延伸的凸台结构与垂尾连接，可以实现凸台结构与船体结构的整体制造，由此带来的结果是凸台结构强度和刚度容易满足设计要求，整体结构重量轻；
4、本发明通过分断翼盒、船体壳板、船体地板以及船体上加强框、船体下加强框、上加强框封板、下加强框封板的安装，将分断翼盒与船体糊制成整体，并从沿船体径向(横向)和纵向同时对船体框架结构进行加强，降低了船体中框、肋等构件的弯矩和弯曲变形；同时节约了船体内部空间，增大了地效翼船重心的调节范围，且分断翼盒与地效翼的拆装方便。
附图说明
图1为现有的地效翼船的结构示意图。
图2为本发明地效翼船的各构件间的连接结构示意图。
图3为本发明船体和垂尾之间安装结构示意图(局部示意图)。
图4为图3中I部中沿A-A截面的剖视图。
图5为本发明船体和地效翼之间安装结构的全剖视图。
图6为本发明船体一侧通过分断翼盒与地效翼连接的局部结构示意图。
其中：1、船体；2、浮舟；3、地效翼；4、外翼；5、垂尾；6、平尾；7、玻璃钢表层板；8、玻璃钢连接层板；9、PVC结构泡沫芯材；11、金属套筒衬垫；12、环氧树脂胶；13、螺栓；14、螺母；15、圆弧形结构；16、圆柱形结构；17、分断翼盒；51、凹槽；101、外层壳板；102、船体上加强框；103、船体下加强框；104、上加强框封板；105、下加强框封板；106、船体地板；171、分断翼盒加强封板。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本实施例的全复合材料地效翼船的连接结构，包括船体1，船体1两侧分别安装有一个地效翼3，每个地效翼3的外侧连接有浮舟2，每个浮舟2外侧连接外翼4，船体1尾部上面通过垂尾5安装有平尾6，在船体1与地效翼3、地效翼3与浮舟2、浮舟2与外翼4、船体1与垂尾5及垂尾5与平尾6的两两待连接构件之间的连接处，均分别延伸有相同的连接部，连接部的结构包括：PVC结构泡沫芯材9，PVC结构泡沫芯材9上下表面均设有玻璃钢表层板7，玻璃钢表层板7的一端连接玻璃钢连接层板8，玻璃钢连接层板8在与玻璃钢表层板7连接处的中部设有槽口，PVC结构泡沫芯材9伸入槽口内，玻璃钢连接层板8在远离玻璃钢表层板7的一端成实心板状结构，两个待连接构件的实心板状结构上下交叠，并在交叠处设有多个双排交错的贯通孔，贯通孔内通过环氧树脂胶12粘接有金属套筒衬垫11，金属套筒衬垫11内安装有与螺母14进行固定的螺栓13。
如图3和图4所示，船体1在与垂尾5连接处延伸有凸台结构，凸台结构的底部成圆弧形结构15，圆弧形结构15由PVC结构泡沫芯材9及玻璃钢表层板7构成，并与船体1糊制成一体，凸台结构的顶部成圆柱形结构16，并采用玻璃钢连接层板8；垂尾5底部成凹槽51结构，垂尾5通过凹槽51结构套置在圆柱形结构16的外部，通过螺母14及螺栓13与凸台结构相配合。
如图5和图6所示，船体1中部两侧分别通过一个分断翼盒17与两个地效翼3连接，每个分断翼盒17的结构相同，均成矩形结构，分断翼盒17的一端穿过设置在船体1侧壁的外层壳板101后伸入船体1内部，并在该伸入端的端面上糊制分断翼盒加强封板171将其封闭，分断翼盒17的另一端在外层壳板101外部与地效翼3连接。
船体1内还安装有船体地板106，船体地板106与外层壳板101的底部相接；船体1内的分断翼盒17上表面上安装有粘接在外层壳板101内壁上的船体上加强框102，船体1内的分断翼盒17下表面上安装粘接在外层壳板101内壁上的船体下加强框103，船体上加强框102和船体下加强框103均垂直于外层壳板101；在船体上加强框102和船体下加强框103的内端面上分别糊制有与外层壳板101平行的上加强框封板104和下加强框封板105，上加强框封板104的底边和下加强框封板105的顶边均与分断翼盒加强封板171糊制成整体，下加强框封板105的底边糊制在船体地板106上表面。
船体上加强框102和船体下加强框103的宽度与伸入船体1内的分断翼盒17的宽度相同。
PVC结构泡沫芯材9的外表面通过合成树脂粘接玻璃钢表层板7。
玻璃钢表层板7和玻璃钢连接层板8之间采用玻璃纤维与合成树脂加热加压固化粘接而成。
PVC结构泡沫芯材9与玻璃钢连接层板8之间采用胶连接。
槽口成阶梯形或梯形。
本实施例的原理、实施过程及优点如下：
本实施例的全复合材料地效翼船的基本结构是内层为PVC结构泡沫芯材9外层为玻璃钢表层板7的泡沫夹芯复合材料结构，其中玻璃钢表层板7是由合成树脂和玻璃纤维采用手工方法或者真空袋法糊制成型。而地效翼船的各构件之间连接结构的连接部分采用玻璃钢连接层板8，内层没有PVC结构泡沫芯材9，从内外层分别为PVC结构泡沫芯材9、玻璃钢表层板7的地效翼船基本结构过渡到全部为玻璃钢连接层板8的连接结构，PVC结构泡沫芯材9与玻璃钢连接层板8之间采用阶梯形搭接式胶接连接方式，采用该形式搭接的目的一是增加玻璃钢表层板7与PVC结构泡沫芯材9间的粘接面积，使粘接牢固；二是防止没有阶梯形过渡造成的粘接面突变，并引发粘接层撕裂的不良后果。在玻璃钢连接层板8上钻安装孔，再采用环氧树脂胶12将金属套筒衬垫11粘接在玻璃钢连接层板8的孔内，在玻璃钢连接层板8上粘接金属套筒衬垫11的目的用于螺栓13连接，因为粘接在孔里的金属套筒衬垫11可以提升螺栓13连接时连接孔点处的抗挤压能力，这样，全复合材料地效翼船所有构件的连接都可方便地采用螺栓连接加以实现，由此可以充分发挥机械连接和胶接连接优势，并从工艺上严格保证连接处变形一致且同时受载，大幅提高复合材料连接结构的承载能力。
本实施例采用不同的粘接剂合成树脂胶或环氧树脂胶12等通过手工方法或者真空袋法将玻璃纤维、PVC结构泡沫芯材9和金属套筒衬垫11等粘接成适合连接的混合结构。采用混合连接方式有三大优势，一是充分发挥了机械连接和胶接连接两者的混合连接优势，满足了复合材料结构要求的大面积分散传力的连接要求；二是制造手法多样，既能满足了整体大面积建造的要求，又兼顾了局部小面积补强的要求；三是在满足复合材料连接结构整体及局部强度和刚度要求的前提下，混合连接可以显著地减轻结构重量，提高结构连接效率。
本发明的船体1尾翼5之间的安装结构：
凸台结构本身并不是一个独立的结构构件，而是船体1结构的一部分，是作为全复合材料地效翼船船体1上用于安装垂尾5的连接结构，并位于船体1结构后部上方。作为船体1结构一部分的凸台结构，其最大的优点是可以实现结构整体制造，由此带来的结果是凸台结构的强度和刚度容易满足设计要求，整体结构重量轻。且可以采用真空袋法进行成型，避免了人工糊制质量稳定性差的问题。凸台结构同样是由玻璃钢表层板7、PVC结构泡沫芯材9和玻璃钢连接层板8组成，其下部的圆弧形结构15与船体1糊制相连成为一体，上部的圆柱形结构直接糊制成玻璃钢连接层板8。安装在凸台结构上的垂尾5连接部同样由玻璃钢表层板7、PVC结构泡沫芯材9和玻璃钢连接层板8组成，垂尾5底部的凹槽51内径径大于圆柱形结构16的外径，正好可以安装在凸台结构上。凸台结构与垂尾5在连接处的安装孔同样采用双排交错排列方式，使连接处受力均匀，由于船体1后部的内部空间大小足够满足人员进出的要求，垂尾5的装卸也非常方便容易。
分断翼盒17的安装结构：
根据飞行器的用途和性能要求，机翼在飞行器机身上的配置型式有三种，分别是上单翼机翼连在机身上部、中单翼机翼连在机身中部和下单翼机翼连在机身下部。采用上单翼或下单翼配置，横穿机身的连接横梁一般不会影响机身内部的容积，但如果采用中单翼配置，横穿的横梁就会影响机身内部的容积。而同样具备飞行特性的地效翼船一般采用中单翼配置，原因是大攻角的地效翼3需要尽可能地接近地面以充分利用地面效应，而只有中单翼配置最能满足地效要求。目前的全复合材料地效翼船的翼盒采用完全独立的结构构件，其贯穿于整个船体中，够有效承载来自地效翼3或外翼4传来的力矩，从而减小船体1或浮舟2结构中的框、肋等构件的弯矩和弯曲变形。但贯穿翼盒阻碍了船体1内部的通道，不利于船体1舱室内活动载荷如人员和物品等的布置，同时也造成地效翼船重心调节范围太小；二是造成翼盒与地效翼3及船体拆装不方便。因此采用分断翼盒17的形式，分断翼盒17实质上就是将贯穿翼盒在中间截断，以便在船体1内部形成可通过的空间，从而解决地效翼船重心调节、翼船连接的拆装等实用性问题。但中间截断会使原本贯通相连且自身抗弯刚度很大的船体贯穿翼盒结构性能受到极大地削弱，增大了船体1结构中的框、肋等构件的弯矩和弯曲变形，因此需要对分断翼盒的安装结构做出改进，分断翼盒17连接部分仍采用上述混合连接方式，即双面阶梯形搭接、粘接金属套筒衬垫11以及采用螺栓13、螺母14按双排交错排列连接，分断翼盒17在船1体内的安装结构包括：分断翼盒加强封板171、船体上加强框102、船体下加强框103、上加强框封板104、下加强框封板105、船体壳板101和船体地板106组成。其中分断翼盒17与地效翼3的连接部突出在船体壳板101外部，通过螺栓13和螺母14与地效翼3结构上也呈矩形状的连接部连接在一起。而在船体1内部的分断翼盒17分别与船体壳板101、船体上加强框102和船体下加强框103糊制在一起，呈矩形状的分断翼盒17在船体1内部的开口端用分断翼盒加强封板181糊制封闭；船体上加强框102和船体下加强框103粘接在船体壳板101上，且船体上加强框102和船体下加强框103在船体1内部沿径向(船体横向)得以延长加强，延长宽度正好与在船体1内部的分断翼盒17宽度相当。在船体1内部沿船体纵向，且平行于船体壳板101的船体上加强框102和船体下加强框103的内侧面上，糊制分别与分断翼盒加强封板181的上部和下部连接的加强框封板104和下加强框封板105，且下加强框封板105还同时糊制在船体地板106上。这样通过纵向的分断翼盒加强封板181、上加强框封板104、下加强框封板105、船体壳板101和船体地板106与径向的船体上加强框102、船体下加强框103和分断翼盒18相互间粘接糊制，构建出整体框盒结构。由于整体框盒结构是将分断翼盒17径向(横向)和纵向相关构件都糊制在一起，实现了整体加强，使得分断翼盒17的整体承载能力满足要求。
本发明提供了一种全复合材料地效翼船连接结构，采用混合连接方式，具备混合连接优势、制造简单和连接效率高的特点，再通过凸台结构、分断翼盒两种基本安装结构分别将船体与尾翼、船体与地效翼进行有效连接。通过独特的分断翼盒方法构建出用于翼船连接的整体框盒结构，彻底解决了翼船连接拆装困难及地效翼船重心调整范围太小的实用性问题。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种全复合材料地效翼船的连接结构，包括船体(1)，船体(1)两侧分别安装有一个地效翼(3)，每个地效翼(3)的外侧连接有浮舟(2)，每个浮舟(2)外侧连接外翼(4)，船体(1)尾部上面通过垂尾(5)安装有平尾(6)，其特征在于：在船体(1)与地效翼(3)、地效翼(3)与浮舟(2)、浮舟(2)与外翼(4)、船体(1)与垂尾(5)及垂尾(5)与平尾(6)的两两待连接构件之间的连接处，均分别延伸有相同的连接部，连接部的结构包括：PVC结构泡沫芯材(9)，PVC结构泡沫芯材(9)上下表面均设有玻璃钢表层板(7)，玻璃钢表层板(7)的一端连接玻璃钢连接层板(8)，玻璃钢连接层板(8)在与玻璃钢表层板(7)连接处的中部设有槽口，PVC结构泡沫芯材(9)伸入所述槽口内，玻璃钢连接层板(8)在远离玻璃钢表层板(7)的一端成实心板状结构，两个待连接构件的实心板状结构上下交叠，并在交叠处设有多个双排交错的贯通孔，贯通孔内通过环氧树脂胶(12)粘接有金属套筒衬垫(11)，金属套筒衬垫(11)内安装有与螺母(14)进行固定的螺栓(13)。
2.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：船体(1)在与垂尾(5)连接处延伸有凸台结构，凸台结构的底部成圆弧形结构(15)，圆弧形结构(15)由所述PVC结构泡沫芯材(9)及玻璃钢表层板(7)构成，并与船体(1)糊制成一体，凸台结构的顶部成圆柱形结构(16)，并采用所述玻璃钢连接层板(8)；垂尾(5)底部成凹槽(51)结构，垂尾(5)通过凹槽(51)结构套置在所述圆柱形结构(16)的外部，通过所述螺母(14)及螺栓(13)与凸台结构相配合。
3.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：船体(1)中部两侧分别通过一个分断翼盒(17)与两个地效翼(3)连接，每个分断翼盒(17)的结构相同，均成矩形结构，分断翼盒(17)的一端穿过设置在船体(1)侧壁的外层壳板(101)后伸入船体(1)内部，并在该伸入端的端面上糊制分断翼盒加强封板(171)将其封闭，分断翼盒(17)的另一端在外层壳板(101)外部与地效翼(3)连接。
4.如权利要求3所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：船体(1)内还安装有船体地板(106)，船体地板(106)与外层壳板(101)的底部相接；船体(1)内的分断翼盒(17)上表面上安装有粘接在外层壳板(101)内壁上的船体上加强框(102)，船体(1)内的分断翼盒(17)下表面上安装粘接在外层壳板(101)内壁上的船体下加强框(103)，船体上加强框(102)和船体下加强框(103)均垂直于外层壳板(101)；在船体上加强框(102)和船体下加强框(103)的内端面上分别糊制有与外层壳板(101)平行的上加强框封板(104)和下加强框封板(105)，上加强框封板(104)的底边和下加强框封板(105)的顶边均与分断翼盒加强封板(171)糊制成整体，下加强框封板(105)的底边糊制在船体地板(106)上表面。
5.如权利要求4所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：船体上加强框(102)和船体下加强框(103)的宽度与伸入船体(1)内的分断翼盒(17)的宽度相同。
6.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：所述PVC结构泡沫芯材(9)的外表面通过合成树脂粘接玻璃钢表层板(7)。
7.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：玻璃钢表层板(7)和玻璃钢连接层板(8)之间采用玻璃纤维与合成树脂加热加压固化粘接而成。
8.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：PVC结构泡沫芯材(9)与玻璃钢连接层板(8)之间采用胶连接。
9.如权利要求1所述的一种全复合材料地效翼船的连接结构，其特征在于：所述槽口成阶梯形或梯形。
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