CN110155304A - 抗横向冲击大开口舱段结构及具有其的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗横向冲击大开口舱段结构及具有其的飞行器，其中，舱段结构包括：舱段壳体，具有大开口，若干加强和维稳组件，任意加强和维稳组件沿大开口的宽度方向设置，包括第一、二支撑件以及撑力调整部，其中，第一支撑件的第一端与撑力调整部的第一端连接，其第二端与位于大开口一侧的第一壳体侧壁连接；第二支撑件的第一端与撑力调整部的第二端连接；其第二端与和第一壳体侧壁相对设置的第二壳体侧壁连接；在横向冲击下，撑力调整部基于第一、二壳体侧壁不同部位变形程度调节第一、二支撑件的支撑力的大小以实现舱段结构刚度连续和变形协调。能够解决横向冲击载荷作用下，大开口舱段的强度、刚度和稳定性难以保证的问题。

Description

抗横向冲击大开口舱段结构及具有其的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器机械结构技术领域，尤其涉及一种抗横向冲击大开口舱段结构及具有其的飞行器。

背景技术

飞行器舱段结构在设计过程中由于要满足内部设备的安装使用、维护等要求，不可避免的要开大小不等和形状不同的各种舱口。小开口不破坏载荷的传力路线，如梁、肋腹板上的检查孔，蒙皮上小的观察孔等；中开口破坏了载荷的局部传力路线，切断了少量的长桁，但在总体上对传力路线没有大的影响，如客机的窗户、登机门等；大开口切断蒙皮、桁条甚至隔框，完全破坏了总体载荷的传力路线，一般涉及的区域很大，如轰炸机的炸弹舱开口，运输机货舱大门等。

传统的结构设计针对开口往往采取补偿措施，如增加舱段壁厚，构造形式上采用梁式结构、在开口处布置加强口框，或采用受力式口盖来补偿因开口所引起的削弱。然而，对于上述大开口舱段，由于功能使用要求无法采取受力式口盖补偿方式，一味的增加舱段壁厚来提高横向冲击载荷下的强度，会大大增加舱段的质量，影响总体性能。由于飞行器结构轻量化的要求，迫切需要一种不显著增重，能提高大开口薄壁舱段强度、刚度和稳定性的结构设计方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种抗横向冲击大开口舱段结构及具有其的飞行器，能够解决目前横向冲击载荷作用下，大开口舱段的强度、刚度和稳定性难以保证的技术难题。

本发明的技术解决方案：

根据一方面，提供一种抗横向冲击大开口舱段结构，所述舱段结构包括：舱段壳体，所述舱段壳体具有大开口，所述大开口长度方向沿舱段壳体长度方向设置；若干加强和维稳组件，任意所述加强和维稳组件沿所述大开口的宽度方向设置，任意所述加强和维稳组件包括第一支撑件、第二支撑件以及撑力调整部，其中，所述第一支撑件的第一端与所述撑力调整部的第一端连接，所述第一支撑件的第二端与位于所述大开口一侧的第一壳体侧壁连接；所述第二支撑件的第一端与所述撑力调整部的第二端连接；所述第二支撑件的第二端与和所述第一壳体侧壁相对设置的第二壳体侧壁连接；其中，在横向冲击下，对于任意加强和维稳组件，所述撑力调整部基于第一壳体侧壁和第二壳体侧壁不同部位变形程度调节第一支撑件和第二支撑件的支撑力的大小以实现舱段结构刚度连续和变形协调。

进一步地，所述第一支撑杆的第二端与所述第一壳体侧壁的薄弱位置相连接；所述第二支撑杆的第二端与所述第二壳体侧壁的薄弱位置相连接。

进一步地，所述薄弱位置通过仿真方法确定。

进一步地，所述撑力调整部设置为弹性阻尼器。

进一步地，所述第一支撑件和所述第二支撑件均设置为支撑杆，所述弹性阻尼器两端分别连接一所述支撑杆。

进一步地，所述舱段结构还包括若干纵向加强件，所述若干纵向加强件沿所述大开口长度方向设置并与大开口长度方向两侧的壳体连接。

进一步地，所述纵向加强件为纵向加强桁条，所述纵向加强桁条与所述壳体铆接连接。

进一步地，所述纵向加强桁条的材质为金属或钛合金。

进一步地，所述舱段壳体为薄壁舱段壳体。

根据另一方面，提供一种飞行器，所述飞行器包括上述的舱段结构。

应用本发明的技术方案，通过在舱段结构的大开口处设置若干加强和维稳组件，且任意加强和维稳组件沿所述大开口的宽度方向设置，其中，加强和维稳组件的第一支撑件和第二支撑件能够维持舱段侧壁的失稳变形，在撑力调整部的作用下，能够针对舱壁不同部位变形程度调整第一支撑件和第二支撑件的支撑力的大小从而实现舱段结构刚度连续和变形协调。并且该加强和维稳组件结构设计模块化，布置、拆卸方便，可灵活换装，可以针对不同条件调整舱段中第一支撑件、第二支撑件和撑力调整部的数量。综上，本发明提供的舱段结构在不显著增重的条件下，其强度、刚度和稳定性得以大幅度提升。解决了横向冲击载荷作用下大开口舱段的强度刚度和稳定性难以保证的技术难题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的具有大开口的舱段壳体结构示意示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的舱段结构中纵向加强件布置示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的舱段结构中加强和维稳组件布置示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的舱段结构的结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、舱段壳体；2、大开口；3、纵向加强件；4、撑力调整部；5、第一支撑件；6、第二支撑件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1、3-4所示，根据本发明实施例提供一种抗横向冲击大开口舱段结构，舱段结构包括：舱段壳体1和若干加强和维稳组件，所述舱段壳体1具有大开口2，所述大开口2长度方向沿舱段壳体1长度方向设置；任意所述加强和维稳组件沿所述大开口2的宽度方向设置，任意所述加强和维稳组件包括第一支撑件5、第二支撑件6以及撑力调整部4，其中，所述第一支撑件5的第一端与所述撑力调整部4的第一端连接，所述第一支撑件5的第二端与位于所述大开口2一侧的第一壳体侧壁连接；所述第二支撑件6的第一端与所述撑力调整部4的第二端连接；所述第二支撑件6的第二端与和所述第一壳体侧壁相对设置的第二壳体侧壁连接；其中，在横向冲击下，对于任意加强和维稳组件，所述撑力调整部4基于第一壳体侧壁和第二壳体侧壁不同部位变形程度调节第一支撑件5和第二支撑件6的支撑力的大小以实现舱段结构刚度连续和变形协调。

本发明实施例中，如图1所示，舱段壳体1开设大开口2，以用于布置收放机构，其中，大开口2长度方向即沿舱段壳体1长度方向，大开口2宽度方向的舱段壳体1侧壁受到横向冲击，容易变形扭转，例如，大开口2的长600mm，宽264mm。如图2所示，为了解决该横向冲击带来的一系列问题，在受横向冲击方向(即开口宽度方向)布置若干加强和维稳组件，其中，第一壳体侧壁和第二壳体侧壁之间构成大开口2的宽度。

本发明实施例中，在布置所述加强和维稳组件时，应为收放机构的放置让出空间，避开其进行设置，例如，可以更靠近舱段内部设置。

本发明实施例中，第一支撑件5和第二支撑件6和所述撑力调整部4之间分别为可拆卸连接。

应用本发明实施例的配置方式，通过在舱段结构的大开口2处设置若干加强和维稳组件，且任意加强和维稳组件沿所述大开口2的宽度方向设置，其中，加强和维稳组件的第一支撑件5和第二支撑件6能够维持舱段侧壁的失稳变形，在撑力调整部4的作用下，能够针对舱壁不同部位变形程度调整第一支撑件5和第二支撑件6的支撑力的大小从而实现舱段结构刚度连续和变形协调。并且该加强和维稳组件结构设计模块化，布置、拆卸方便，可灵活换装，可以针对不同条件调整舱段中第一支撑件5、第二支撑件6和撑力调整部4的数量。

进一步地，作为本发明一种实施例，为了更好地解决横向冲击所带来的问题，所述第一支撑杆的第二端与所述第一壳体侧壁的薄弱位置相连接；所述第二支撑杆的第二端与所述第二壳体侧壁的薄弱位置相连接。

本发明实施例中，根据受力特性，上述第一壳体侧壁的薄弱位置和第二壳体侧壁的薄弱位置应当为对应存在。

本发明实施例中，为了确定所述薄弱位置，可以通过仿真方法确定。其中，具体的仿真手段为本领域公知的技术，在此不再进行详细赘述。

应用此种配置方式，分别将第一支撑杆和第二支撑杆与相应侧壁的薄弱位置连接，即一端固定在薄弱位置处，由于侧壁薄弱位置在横向载荷下最易变形和扭转，采用上述设置方式，能够更好地解决横向冲击所带来的一系列问题。

进一步地，作为本发明一种实施例，为了更好地实现对第一支撑件5和第二支撑件6的撑力调节，所述撑力调整部4可以设置为弹性阻尼器。应用此种配置方式，通过将弹性阻尼器设置在第一支撑件5和第二支撑件6之间，在横向冲击载荷下，该弹性阻尼器可以更好地对第一支撑件5和第二支撑件6的撑力进行调节。

进一步地，作为本发明一种实施例，如图3和4所示，在满足加强和维稳组件功能的基础上，为了节约成本和便于结构的实现，所述第一支撑件5和所述第二支撑件6均可以设置为支撑杆，上述弹性阻尼器两端分别连接一所述支撑杆。应用此种配置方式，将第一支撑件5和第二支撑件6均设置为支撑杆，也即弹性阻尼器两端分别和支撑杆连接，不仅保证了组件功能，便于结构易于实现，且不会加重舱段结构重量。

进一步地，作为本发明一种实施例，如图2所示，为了保证舱段结构在横向冲击载荷下具有更好地稳定性和强度，所述舱段结构还包括若干纵向加强件3，所述若干纵向加强件3沿所述大开口2长度方向设置并与大开口2长度方向两侧的壳体连接。应用此种配置方式，通过在大开口2长度方向设置纵向加强件3，能够偿大开口2处的纵强度和局部结构稳定性，保证了段结构在横向冲击载荷下具有更好地稳定性和强度。

本发明实施例中，所述纵向加强件3与加强和维稳组件呈夹角设置，该夹角可能是90度。优选的，所述大开口2两侧均设置有所述纵向加强件3，可根据实际情况调整其数量。

作为本发明一种实施例，为了结构易于实现，所述纵向加强件3为纵向加强桁条，所述纵向加强桁条与所述壳体铆接连接。

作为本发明一种实施例，所述纵向加强桁条的材质为结构钢或钛合金。

作为本发明一种实施例，在上述结构设计的基础上，所述舱段壳体1可以为薄壁舱段壳体。通过本发明实施例上述的结构设计，在薄壁舱段壳体的基础上，也能保证结构在横向冲击载荷作用下的强度和稳定性以及其他性能。

根据另一实施例还提供一种飞行器，该飞行器包括上述的舱段结构。其中，具体舱段结构件上述内容，该飞行所包括的上述舱段结构，保证了飞行器的性能。

综上，本发明实施例设计原理为：大开口2切断了薄壁舱段的蒙皮、桁条甚至隔框，破坏了载荷的传力路线、减弱了垂直面内的弯曲刚度以及舱体本身的承扭能力。在横向冲击载荷作用下，通过仿真分析，薄壁舱段大开口2处应力集中现象明显、舱段侧壁发生了屈曲破坏，通过在大开口2处布置纵向加强桁条以及舱段内部布置撑杆和弹性阻尼器，提高了舱段整体的弯曲刚度和扭转刚度，保证了结构的稳定性。

与现有技术相比，本发明实施例至少包括以下优势：

(1)本发明实施例在不显著增加舱段重量以及由于布置收放机构不能采用承力式口盖补偿的前提下，通过在大开口2舱段中增加纵向加强桁条、撑杆以及弹性阻尼器，使得舱段的强度刚度和稳定性得以更好地保障。

(2)本发明实施例利用弹性阻尼器，能够针对舱壁不同部位变形程度调节撑杆支撑力的大小，从而实现结构刚度连续和变形协调。结构设计模块化，布置、拆卸方便，可灵活换装，针对不同条件可调整舱段中撑杆和弹性阻尼器的数量。

(3)本发明实施例提出一种加强补偿的设计思路，不同于以往加大舱段厚度，增加口盖等方式，本发明实施例在未显著增加结构质量的同时，工作性能能够满足要求，在飞行器结构大开口区结构加强方面具有广阔的应用前景。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗横向冲击大开口舱段结构，所述舱段结构包括：舱段壳体，所述舱段壳体具有大开口，所述大开口长度方向沿舱段壳体长度方向设置；其特征在于，所述舱段结构还包括若干加强和维稳组件，其中：

任意所述加强和维稳组件沿所述大开口的宽度方向设置，任意所述加强和维稳组件包括第一支撑件、第二支撑件以及撑力调整部，其中，所述第一支撑件的第一端与所述撑力调整部的第一端连接，所述第一支撑件的第二端与位于所述大开口一侧的第一壳体侧壁连接；所述第二支撑件的第一端与所述撑力调整部的第二端连接；所述第二支撑件的第二端与和所述第一壳体侧壁相对设置的第二壳体侧壁连接；其中，在横向冲击下，对于任意加强和维稳组件，所述撑力调整部基于第一壳体侧壁和第二壳体侧壁不同部位变形程度调节第一支撑件和第二支撑件的支撑力的大小以实现舱段结构刚度连续和变形协调。

2.根据权利要求1所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述第一支撑杆的第二端与所述第一壳体侧壁的薄弱位置相连接；所述第二支撑杆的第二端与所述第二壳体侧壁的薄弱位置相连接。

3.根据权利要求2所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述薄弱位置通过仿真方法确定。

4.根据权利要求1所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述撑力调整部设置为弹性阻尼器。

5.根据权利要求4所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述第一支撑件和所述第二支撑件均设置为支撑杆，所述弹性阻尼器两端分别连接一所述支撑杆。

6.根据权利要求1-5所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述舱段结构还包括若干纵向加强件，所述若干纵向加强件沿所述大开口长度方向设置并与大开口长度方向两侧的壳体连接。

7.根据权利要求6所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述纵向加强件为纵向加强桁条，所述纵向加强桁条与所述壳体铆接连接。

8.根据权利要求7所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述纵向加强桁条的材质为结构钢或钛合金。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种抗横向冲击大开口舱段结构，其特征在于，所述舱段壳体为薄壁舱段壳体。

10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求1-9任一项所述的舱段结构。