CN112706912B - 一种非对称椭球体的传力结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非对称椭球体的传力结构，包括前半椭球体和后半椭球体，前半椭球体、后半椭球体之间通过连接端框连接，连接端框的一侧设置有角盒，连接端框通过角盒安装在大轴上；其中，前半椭球体的尺寸小于后半椭球体，前半椭球体、后半椭球体均包括外壳，前半椭球体内、后半椭球体内分别沿径向平行分布有前肋板、后肋板，前肋板、后肋板的布设密度不同，且前肋板、后肋板不连续。本发明的大大减轻了结构重量，且传力结构传力路线清晰，能很好的传递各种载荷。

Description

一种非对称椭球体的传力结构
技术领域
本发明涉及飞机强度结构设计领域，具体涉及一种非对称椭球体的传力结构。
背景技术
椭球体式结构是特种飞机很常见的一种结构形式，椭球体的载荷通过椭球体中心的轴传递给飞机机身结构。已有对称形式的椭球体一般包含位于椭球体中心的三角区以及三角区对应的三个前缘部分组成；受设计水平以及工艺限制，背负着较大的结构重量。对于对称形式的椭球体结构，其传力方式简单，设计相对容易，但一些型号设计过程中，由于需要配备不同的设备，且为了减轻结构重量，不再设置三角区；对称式形式的结构虽然设计简单，技术相对成熟，但却不能满足安装和减重需求，因此需要设计成非对称的椭球体结构。
非对称椭球体是由不同大小的前半椭球体、后半椭球体组成。由于其不对称性，载荷传递情况与对称形式的不同，传统的传力结构无法实现载荷的有效传递，且传统传力结构存在结构重量大的问题。因此，如何在减轻整体结构重量的基础上实现载荷传递，是目前设计过程中面临的一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非对称椭球体的传力结构，在减轻整体结构重量的基础上实现载荷传递。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种非对称椭球体的传力结构，包括前半椭球体和后半椭球体，前半椭球体、后半椭球体之间通过连接端框连接，连接端框的一侧设置有角盒，连接端框通过角盒安装在大轴上；其中，前半椭球体的尺寸小于后半椭球体，前半椭球体、后半椭球体均包括外壳，前半椭球体内、后半椭球体内分别沿径向平行分布有前肋板、后肋板，前肋板、后肋板的布设密度不同，且前肋板、后肋板不连续。
进一步地，所述前半椭球体的俯视面积小于后半椭球体的俯视面积；前肋板、后肋板的一端固定于外壳上，前肋板、后肋板的另一端分别与连接端框上的立筋固定连接，且后肋板在连接端框上的连接位置与前肋板在连接端框上的连接位置相互交错；后肋板之间的间距大于前肋板之间的间距，前肋板的径向长度小于后肋板。
进一步地，所述外壳以及前肋板、后肋板均采用复合材料薄壁夹芯壁板；所述复合材料为碳纤维或玻璃纤维复合材料。
进一步地，所述连接端框为椭圆形结构，包括椭圆形的腹板以及设置在腹板周圈上的缘条；所述腹板上分布有功能孔，用于安装设备；腹板上布置有立筋，用于和前肋板、后肋板连接；在连接端框上沿外部至中部方向，腹板的厚度、缘条的厚度均逐渐增大。
进一步地，所述角盒位于后半椭球体内，并与后半椭球体中部的后肋板连接；所述角盒包括设置于连接端框侧面的前剪切角片、后剪切角片，整个非对称椭球体的剪力通过所述前剪切角片、后剪切角片传递；前剪切角片、后剪切角片的高度与其所安装位置处的连接端框的高度一致。
进一步地，所述前剪切角片的前端根部与连接端框上的立筋连接，前剪切角片的上端通过连接端框的缘条以及设置于大轴上端的上法兰盘与后半椭球体上部的外壳连接，前剪切角片的下端通过端框的缘条、设置于大轴上的下法兰盘与后半椭球体下部的外壳连接。
进一步地，前剪切角片对称设置两片，在大轴外壁上加工有装配面，前剪切角片与装配面通过螺栓连接，装配后前剪切角片位于上法兰盘、下法兰盘之间。
进一步地，所述后剪切角片的前端与大轴上的装配面固定连接，后剪切角片的上端通过上法兰盘与后半椭球体上部的外壳连接，其下端通过下法兰盘与后半椭球体下部的外壳连接，其后端与位于后半椭球体中部的后肋板连接。
进一步地，所述前剪切角片、后剪切角片上均布置有横纵加筋。
与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
本发明的传力结构大大减轻了结构重量，且传力路线清晰，能很好的传递各种载荷；其中，平行椭球体方向的载荷分量通过壁板承受拉、压进行平衡，垂直椭球体表面的载荷分量为椭球体主要承受的载荷，通过端框+角盒的结构进行传递，椭球体气动、惯性载荷的垂直分量首先通过端框向轴中心传递，最后通过角盒以剪切的形式传递给大轴。
附图说明
图1为前半椭球体、后半椭球体的内部结构俯视示意图；
图2为连接端框的结构示意图；
图3为连接端框、角盒与大轴连接部分的放大示意图；
图4为连接端框部分的立体结构示意图(添加部分外壳)；
图5为实施例仿真分析中非对称椭球体外壳的应变云图；
图6为实施例仿真分析中连接端框和剪切角片部分的应力云图。
图中标号说明：1前半椭球体，2后半椭球体，3前肋板，4后肋板，5连接端框，6角盒，7大轴，8腹板，9缘条，10立筋，11前剪切角片，12后剪切角片，13上法兰盘，14下法兰盘，15外壳。
具体实施方式
参见附图，本发明公开了一种非对称椭球体的传力结构，包括前半椭球体1和后半椭球体2，前半椭球体1、后半椭球体2之间通过连接端框5连接，连接端框5的一侧设置有角盒6，连接端框5通过角盒6安装在大轴7上；其中，前半椭球体1的尺寸小于后半椭球体2，如图1所示，前半椭球体1的俯视面积小于后半椭球体2的俯视面积。前半椭球体1、后半椭球体2均包括外壳15，前半椭球体1的外壳15、后半椭球体2的外壳15拼合后形成一个扁椭球体；前半椭球体1内沿径向平行分布有板状的前肋板3，前肋板3的一端固定于外壳15上，前肋的另一端与所述连接端框5上的立筋10固定连接；后半椭球体2内沿径向平行分布有板状的后肋板4，后肋板4的一端固定于外壳15上，后肋板4的另一端与连接端框5上的立筋10固定连接，且后肋板4在连接端框5上的连接位置与前肋板3在连接端框5上的连接位置相互交错，使得前肋板3、后肋板4不连续；后肋板4之间的间距大于前肋板3之间的间距，即前肋板3的布置比后肋板4密。前肋板3的径向长度小于后肋板4。
本方案中，所述外壳15以及前肋板3、后肋板4均采用复合材料(碳纤维、玻璃纤维复合材料)薄壁夹芯壁板，能有效减轻结构重量。
参见图2，所述连接端框5为椭圆形结构，包括椭圆形的腹板8以及设置在腹板8周圈上的缘条9；所述腹板8上分布有功能孔，用于安装设备；腹板8上布置有立筋10，用于和前肋板3、后肋板4连接。连接端框5上，沿外部至中部方向，腹板8的厚度、缘条9的厚度均逐渐增大。
所述连接端框5中部的一侧设置有角盒6，角盒6位于后半椭球体2内，并与后半椭球体2中部的后肋板4连接。所述角盒6包括设置于连接端框5侧面的前剪切角片11、后剪切角片12，整个非对称椭球体的剪力通过所述前剪切角片11、后剪切角片12传递。前剪切角片11、后剪切角片12的高度与其所安装位置处的连接端框5的高度一致，其中：
前剪切角片11的前端根部与连接端框5上的立筋10连接，前剪切角片11的上端通过连接端框5的缘条9以及设置于大轴7上端的上法兰盘13与后半椭球体2上部的外壳15连接，前剪切角片11的下端通过端框的缘条9、设置于大轴7上的下法兰盘14与后半椭球体2下部的外壳15连接。前剪切角片11对称设置两片，在大轴7外壁上加工有装配面，前剪切角片11与装配面通过螺栓连接，装配后前剪切角片11位于上法兰盘13、下法兰盘14之间；所述大轴7用于实现非对称椭球体与机身的连接。
后剪切角片12的前端与大轴7上的装配面固定连接，后剪切角片12的上端通过上法兰盘13与后半椭球体2上部的外壳15连接，其下端通过下法兰盘14与后半椭球体2下部的外壳15连接，其后端与位于后半椭球体2中部的后肋板4连接。
前剪切角片11、后剪切角片12上均布置有横纵加筋，用于提高结构稳定性。
参见图5，和图6，分别为本发明一个实施例的仿真分析中，非对称椭球体外壳15的应变云图、连接端框5和剪切角片部分的应力云图。从图中可以看出，该结构设计的应力与应变分布合理，能有效地传递椭球体载荷，与试验验证结果基本一致，能很好地满足设计需求。
以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非对称椭球体的传力结构，其特征在于，包括前半椭球体(1)和后半椭球体(2)，前半椭球体(1)、后半椭球体(2)之间通过连接端框(5)连接，连接端框(5)的一侧设置有角盒(6)，连接端框(5)通过角盒(6)安装在大轴(7)上；其中，前半椭球体(1)的尺寸小于后半椭球体(2)，前半椭球体(1)、后半椭球体(2)均包括外壳(15)，前半椭球体(1)内、后半椭球体(2)内分别沿径向平行分布有前肋板(3)、后肋板(4)，前肋板(3)、后肋板(4)的布设密度不同，且前肋板(3)、后肋板(4)不连续；
所述连接端框(5)为椭圆形结构，包括椭圆形的腹板(8)以及设置在腹板(8)周圈上的缘条(9)；所述腹板(8)上分布有功能孔，用于安装设备；腹板(8)上布置有立筋(10)，用于和前肋板(3)、后肋板(4)连接；在连接端框(5)上沿外部至中部方向，腹板(8)的厚度、缘条(9)的厚度均逐渐增大；
所述角盒(6)位于后半椭球体(2)内，并与后半椭球体(2)中部的后肋板(4)连接；所述角盒(6)包括设置于连接端框(5)侧面的前剪切角片(11)、后剪切角片(12)，整个非对称椭球体的剪力通过所述前剪切角片(11)、后剪切角片(12)传递；前剪切角片(11)、后剪切角片(12)的高度与其所安装位置处的连接端框(5)的高度一致；
所述前剪切角片(11)的前端根部与连接端框(5)上的立筋(10)连接，前剪切角片(11)的上端通过连接端框(5)的缘条(9)以及设置于大轴(7)上端的上法兰盘(13)与后半椭球体(2)上部的外壳(15)连接，前剪切角片(11)的下端通过端框的缘条(9)、设置于大轴(7)上的下法兰盘(14)与后半椭球体(2)下部的外壳(15)连接；
前剪切角片(11)对称设置两片，在大轴(7)外壁上加工有装配面，前剪切角片(11)与装配面通过螺栓连接，装配后前剪切角片(11)位于上法兰盘(13)、下法兰盘(14)之间；
所述后剪切角片(12)的前端与大轴(7)上的装配面固定连接，后剪切角片(12)的上端通过上法兰盘(13)与后半椭球体(2)上部的外壳(15)连接，其下端通过下法兰盘(14)与后半椭球体(2)下部的外壳(15)连接，其后端与位于后半椭球体(2)中部的后肋板(4)连接。
2.根据权利要求1所述的非对称椭球体的传力结构，其特征在于，所述前半椭球体(1)的俯视面积小于后半椭球体(2)的俯视面积；前肋板(3)、后肋板(4)的一端固定于外壳(15)上，前肋板(3)、后肋板(4)的另一端分别与连接端框(5)上的立筋(10)固定连接，且后肋板(4)在连接端框(5)上的连接位置与前肋板(3)在连接端框(5)上的连接位置相互交错；后肋板(4)之间的间距大于前肋板(3)之间的间距，前肋板(3)的径向长度小于后肋板(4)。
3.根据权利要求1所述的非对称椭球体的传力结构，其特征在于，所述外壳(15)以及前肋板(3)、后肋板(4)均采用复合材料薄壁夹芯壁板；所述复合材料为碳纤维或玻璃纤维复合材料。
4.根据权利要求1所述的非对称椭球体的传力结构，其特征在于，所述前剪切角片(11)、后剪切角片(12)上均布置有横纵加筋。
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