CN111348170A

CN111348170A - 一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构

Info

Publication number: CN111348170A
Application number: CN201811567689.0A
Authority: CN
Inventors: 田云; 彭超
Original assignee: Hubei Hongyi Aviation Technology Co ltd
Current assignee: Hubei Hongyi Aviation Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-30

Abstract

本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，位于中机身内部，包括设置在前端的中央翼盒段结构、设置在后端的主起落架舱盒段结构和设置在主起落架舱盒段结构上方的“H”型支撑架，“H”型支撑架对主起落架舱形成支撑，传递分布载荷。起落架舱由原来的单闭室结构形成双闭室结构，提高了中机身的抗扭刚度，并且降低了此处的变形，增大了起落架舱的面积，为起落架舱内诸多的设备提供了安装空间。在飞机正常飞行过程中对中央翼盒及起落架舱段形成支撑，在飞机发生坠撞时，龙骨梁首先接触地面，结构可以及时破坏，吸收撞击所产生的能量，减小乘员身体承受的过载，提高了乘员在飞机事故中的生存概率，改善了飞机的适坠性。

Description

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构

技术领域

本发明涉及一种民机龙骨梁结构，特别涉及一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，属于民用航空结构技术领域。

背景技术

在民用飞机结构中，龙骨梁是机身结构的重要组成部分之一，犹如飞机的“脊柱”，其结构完整性直接影响到飞机的飞行安全。由于机翼在中机身段通过中央翼盒对接，主起落架收放在中机身内，造成中机身下部大开口。前、后机身的载荷都要通过龙骨梁进行传递，龙骨梁是机身结构中受力最大的结构元件之一，主要承受由于机身纵向弯曲而产生的纵向轴力，使载荷的传力路线从机身的一圆截面到达另一圆截面，从而使中机身、中央翼盒和主起落架舱形成一个结构整体，在一定程度上弥补了机身大开口而引起的强度损失和其他不利影响。因此，龙骨梁的设计是民用飞机结构设计的重要组成部分。

现有技术中，波音公司、空客公司在民机龙骨梁设计方面经验丰富，波音公司设计的龙骨梁一般为双梁盒段结构，最大特点为有两根很长且完整的下缘条，是龙骨梁的主要承力结构件，贯穿整个中机身，并穿过前对接框向前机身延伸约一个半框距，穿过后对接框向后延伸，止于中后机身的后对接框，在中后机身有一个对接接头。空客系列民用飞机典型龙骨梁主要是铝合金的盒式结构，在中机身下部，机身大开口的纵向对称面处，起于中机身与前机身的前对接框，止于中机身与后机身的后对接框，整个龙骨梁为盒形组合件。

从传力特性来看，波音公司龙骨梁通过两根长缘条传递纵向轴力，路线清晰、直接。而空客公司龙骨梁通过下蒙皮长桁传递纵向轴力，盒形结构稳定性强。维护性方面，波音公司龙骨梁两根缘条较长，不易维护；侧板和底板可开多个观察孔，便于检查。空客公司龙骨梁中央翼与龙骨梁之间有空间，便于维护。制造和装配方面，波音公司龙骨梁零件以钣金件为主，加工方便，但是缘条装配工艺较难。空客公司龙骨梁蒙皮为化铣，长桁为型材，其余为机加件，易于装配。

综合来看，现有技术主要存在以下几点缺陷：波音公司龙骨梁存在的主要缺点有长缘条传力路线长，不易维护，且长缘条在需要更换时需要整体更换，大幅增加了成本。而空客公司龙骨梁没有对中央翼盒直接进行支撑，需要另外加工零件保证中央翼盒与龙骨梁的连接，增加了加工与装配步骤，也增加了成本。此外，两家公司的龙骨梁都未在起落架舱段对上壁板进行支撑，对于宽体客机来说，起落架舱横向的跨度较窄体客机大，缺少支持的上壁板受乘客及设备压力后产生的变形大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，位于中机身内部，包括设置在前端的中央翼盒段结构、设置在后端的主起落架舱盒段结构和设置在主起落架舱盒段结构上方的“H”型支撑架，“H”型支撑架对主起落架舱形成支撑，传递分布载荷。起落架舱由原来的单闭室结构形成双闭室结构，提高了中机身的抗扭刚度，并且降低了此处的变形，增大了起落架舱的面积，为起落架舱内诸多的设备提供了安装空间。起落架舱段的均布载荷通过支架有效地传递至龙骨梁后段，降低局部应力集中，减小龙骨梁整体变形，使结构传力更为合理。在飞机正常飞行过程中对中央翼盒及起落架舱段形成支撑，在飞机发生坠撞时，龙骨梁首先接触地面，结构可以及时破坏，吸收撞击所产生的能量，减小乘员身体承受的过载，提高了乘员在飞机事故中的生存概率，改善了飞机的适坠性。

为达到以上技术效果，本发明所采用的技术方案如下：

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，位于中机身内部，包括设置在前端的中央翼盒段结构、设置在后端的主起落架舱盒段结构和设置在主起落架舱盒段结构上方的“H”型支撑架，所述中央翼盒段结构由加筋底板与左前侧板、右前侧板以及一号机加肋、二号机加肋、三号机加肋、四号机加肋组成，所述主起落架舱盒段结构由加筋底板与左后侧板、右后侧板以及后机加肋组成，所述“H”型支撑架由加筋板、支撑架、横向隔板和连接加强筋组成，所述“H”型支撑架通过连接加强筋连接到主起落架舱盒段结构的左后侧板和右后侧板上，形成对主起落架舱的支撑。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，中央翼盒段结构中，加筋底板设置在底端，加筋底板上竖直设置有左前侧板和右前侧板，左前侧板和右前侧板纵向设置且相互平行，左前侧板和右前侧板之间竖直设置有一号机加肋、二号机加肋、三号机加肋、四号机加肋，一号机加肋、二号机加肋、三号机加肋、四号机加肋横向设置且相互平行。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，主起落架舱盒段结构中，加筋底板设置在底端，加筋底板上竖直设置有左后侧板和右后侧板，左后侧板和右后侧板纵向设置且相互平行，后机加肋共有六块，横向设置在左后侧板和右后侧板之间且相互平行。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，“H”型支撑架由两部分组成，第一部分是对称面的整块的加筋板，第二部分为安装在加筋板上的支架，支架既起到稳定壁板作用，同时也起到连接作用。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，加筋底板沿中心对称布置有五根长桁，其中中间三根截面为“丁”字形，靠外侧的两根为“⊥”形。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，中央翼盒段结构的左前侧板、右前侧板与主起落架舱盒段结构的左后侧板、右后侧板在连接处区域设置有三角形应力过渡区，所述三角形应力过渡区边缘处安装有过渡区加强筋，所述三角形应力过渡区还设置有两个支撑角片。

一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，进一步的，三角形应力过渡区还对称设置有两对支撑角片。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，“H”型支撑架对主起落架舱形成支撑，传递分布载荷。起落架舱由原来的单闭室结构形成双闭室结构，提高了中机身的抗扭刚度，并且降低了此处的变形。

2.本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，改进了设计，采用创新型的“H”型支撑架对起落架舱进行支撑，增大了起落架舱的面积。且“H”型支撑架为简单的隔框、横板结构，为起落架舱内诸多的设备提供了安装空间。

3.本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，在飞机正常飞行过程中对中央翼盒及起落架舱段形成支撑，在飞机发生坠撞时，龙骨梁首先接触地面，结构可以及时破坏，吸收撞击所产生的能量，减小乘员身体承受的过载，提高了乘员在飞机事故中的生存概率，改善了飞机的适坠性。

4.本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，“H”型支撑架的存在使得起落架舱段的均布载荷通过支架有效地传递至龙骨梁后段，降低局部应力集中，减小龙骨梁整体变形，使结构传力更为合理。

附图说明

图1是本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构的结构布局示意图。

图2为本发明提供的龙骨梁结构主起落架舱盒段的结构示意图。

图3为本发明提供的龙骨梁结构“H”型支撑架的结构示意图。

图4为本发明提供的龙骨梁与现有技术龙骨梁起落架舱截面对比图。

图5为本发明提供的龙骨梁与L1011龙骨梁起落架舱截面积对比图。

附图标记说明：1-加筋底板，201-左前侧板，202-右前侧板，301-一号机加肋，302-二号机加肋，303-三号机加肋，304-四号机加肋，4-“H”型支撑架，401-加筋板，402-支撑框架，403-横向隔板，404-连接加强筋，501-左后侧板，502-右后侧板，6-后机加肋。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。

参见图1、图2、图3，一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，是一种整体盒段结构。位于中机身内部，包括设置在前端的中央翼盒段结构、设置在后端的主起落架舱盒段结构和设置在主起落架舱盒段结构上方的“H”型支撑架4，所述中央翼盒段结构由加筋底板1与左前侧板201、右前侧板202以及一号机加肋301、二号机加肋302、三号机加肋303、四号机加肋304组成，所述主起落架舱盒段结构由加筋底板1与左后侧板501、右后侧板502以及后机加肋6组成，所述“H”型支撑架4由加筋板401、支撑架402、横向隔板403和连接加强筋404组成，所述“H”型支撑架通过连接加强筋404连接到主起落架舱盒段结构的左后侧板501和右后侧板502上，形成对主起落架舱的支撑。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，中央翼盒段结构中，加筋底板1设置在底端，加筋底板1上竖直设置有左前侧板201和右前侧板202，左前侧板201和右前侧板202纵向设置且相互平行，左前侧板201和右前侧板202之间竖直设置有一号机加肋301、二号机加肋302、三号机加肋303、四号机加肋304，一号机加肋301、二号机加肋302、三号机加肋303、四号机加肋304横向设置且相互平行。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，主起落架舱盒段结构中，加筋底板1设置在底端，加筋底板1上竖直设置有左后侧板501和右后侧板502，左后侧板501和右后侧板502纵向设置且相互平行，后机加肋6共有六块，横向设置在左后侧板501和右后侧板502之间且相互平行。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，“H”型支撑架4由两部分组成，第一部分是对称面的整块的加筋板401，第二部分为安装在加筋板401上的支架，支架既起到稳定壁板作用，同时也起到连接作用。

中央翼盒段结构的左前侧板201、右前侧板202与加筋底板1连接，形成盒段结构对中央翼盒进行支撑；主起落架舱盒段结构的左后侧板501、右后侧板502与加筋底板1连接，形成盒段结构承受后机身传递过来的压缩载荷；同时后盒段上安装有“H”型支撑架4，对主起落架舱进行支撑，传递分布载荷。左前侧板201、右前侧板202采用整体机加工制成，并分布有纵向加强筋。由此，作用在龙骨梁两端的力以分布力的形式作用在盒段两端的侧板以及加筋底板1上，作用在飞机底板上的分布压力一部分由中央翼盒传递给龙骨梁前段翼盒，另一部分通过“H”型支撑架传递给龙骨梁后段翼盒。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，加筋底板1沿中心对称布置有五根长桁，其中中间三根截面为“丁”字形，靠外侧的两根为“⊥”形。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，中央翼盒段结构的左前侧板201、右前侧板202与主起落架舱盒段结构的左后侧板501、右后侧板502在连接处区域设置有三角形应力过渡区，所述三角形应力过渡区边缘处安装有过渡区加强筋，所述三角形应力过渡区还设置有两个支撑角片。

作为一种优选方案，本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，三角形应力过渡区还对称设置有两对支撑角片。

图4为波音公司、空客公司传统龙骨梁起落架舱段截面图与发明龙骨梁起落架舱段截面图对比。由于“H”型支撑架4对主起落架舱形成直接支撑，起落架舱由原来的单闭室结构形成双闭室结构，材料力学知识可知，双闭室结构的扭转刚度较单闭室更大。中机身抗扭刚度的增大意味着中机身在飞行过程中扭转变形减小，提高了结构的疲劳性能。中机身的扭转对平、垂尾的气动特性有一定影响，起落架舱扭转刚度的增加直接提升了飞机的整体气动特性。此外对于宽体客机，起落架舱横向的跨度较窄体客机大，上壁板受乘客及设备压力后产生的变形大，“H”型支撑架4在机身对称面对起落架舱上壁板进行支持，可降低此处的变形，符合宽体客机的设计要求。

L-1011龙骨梁结构主起落架舱地板由两块加筋侧板支撑。本发明提供的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构改进了设计，采用创新型的“H”型支撑架4对起落架舱进行支撑，增大了起落架舱的面积。而且“H”型支撑架4为简单的支撑架402、横板结构403，为起落架舱内诸多的设备提供了安装空间。图5为以上两种龙骨梁结构起落架舱截面图，图中虚线结构为L-1011形式龙骨梁示意图。通过计算可以得到，机身截面积相同情况下，本发明提供的新型龙骨梁的起落架舱面积为9.7m²，较原来面积9m²增大了7.8％，整个起落架舱体积增大3.5m³。

本发明提供的龙骨梁在飞机正常飞行过程中对中央翼盒及起落架舱段形成支撑，但是在坠撞过程中，龙骨梁首先接触地面。创新设计的“H”型支撑架4在飞机发生坠撞时，结构可以及时破坏，吸收撞击所产生的能量，减小乘员身体承受的最大加速度，提高了乘员在飞机事故中的生存概率，改善了飞机的适坠性。

“H”型支撑架4的存在使得起落架舱段的均布载荷通过支架有效地传递至龙骨梁后段，降低局部应力集中。对于现有技术的传统龙骨梁，此段的分布载荷先传递到龙骨梁中段以及后段机身加强框，然后以集中力的形式传递到龙骨梁中段以及后段，在龙骨梁上达到受力平衡。导致的后果是应力集中明显，龙骨梁整体变形增大。通过有限元分析相同受载，相同材料情况下，本发明提供的新型龙骨梁最大应力327MPa，最大变形58.1mm。传统龙骨梁最大应力449MPa，最大变形77.5mm。对比可知，本发明提供的新型龙骨梁应力及变形水平分别可以降低27％、28％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：位于中机身内部，包括设置在前端的中央翼盒段结构、设置在后端的主起落架舱盒段结构和设置在主起落架舱盒段结构上方的“H”型支撑架(4)，所述中央翼盒段结构由加筋底板(1)与左前侧板(201)、右前侧板(202)以及一号机加肋(301)、二号机加肋(302)、三号机加肋(303)、四号机加肋(304)组成，所述主起落架舱盒段结构由加筋底板(1)与左后侧板(501)、右后侧板(502)以及后机加肋(6)组成，所述“H”型支撑架(4)由加筋板(401)、支撑架(402)、横向隔板(403)和连接加强筋(404)组成，所述“H”型支撑架通过连接加强筋(404)连接到主起落架舱盒段结构的左后侧板(501)和右后侧板(502)上，形成对主起落架舱的支撑。

2.根据权利要求1所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：所述中央翼盒段结构中，加筋底板(1)设置在底端，加筋底板(1)上竖直设置有左前侧板(201)和右前侧板(202)，左前侧板(201)和右前侧板(202)纵向设置且相互平行，左前侧板(201)和右前侧板(202)之间竖直设置有一号机加肋(301)、二号机加肋(302)、三号机加肋(303)、四号机加肋(304)，一号机加肋(301)、二号机加肋(302)、三号机加肋(303)、四号机加肋(304)横向设置且相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：所述主起落架舱盒段结构中，加筋底板(1)设置在底端，加筋底板(1)上竖直设置有左后侧板(501)和右后侧板(502)，左后侧板(501)和右后侧板(502)纵向设置且相互平行，后机加肋(6)共有六块，横向设置在左后侧板(501)和右后侧板(502)之间且相互平行。

4.根据权利要求1所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：所述“H”型支撑架(4)由两部分组成，第一部分是对称面的整块的加筋板(401)，第二部分为安装在加筋板(401)上的支架，支架既起到稳定壁板作用，同时也起到连接作用。

5.根据权利要求1所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：所述加筋底板(1)沿中心对称布置有五根长桁，其中中间三根截面为“丁”字形，靠外侧的两根为“⊥”形。

6.根据权利要求1所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：中央翼盒段结构的左前侧板(201)、右前侧板(202)与主起落架舱盒段结构的左后侧板(501)、右后侧板(502)在连接处区域设置有三角形应力过渡区，所述三角形应力过渡区边缘处安装有过渡区加强筋，所述三角形应力过渡区还设置有两个支撑角片。

7.根据权利要求6所述的一种提升结构综合性能的民机龙骨梁结构，其特征在于：所述三角形应力过渡区还对称设置有两对支撑角片。