CN114313205B - 复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,所述吊舱为单壁板结构,布置在艇体的中腹部;吊舱包括驾驶舱、乘客舱、电器设备舱、镇重设备舱和燃油舱;驾驶舱布置在吊舱的前部,乘客舱位于驾驶舱的后方,镇重设备舱位于驾驶舱的下部;燃油舱位于乘客舱的后方,电器设备舱布置在燃油舱的上部;驾驶舱前部布置前挡风玻璃,乘客舱侧面布置舱门和乘客舱窗户,燃油舱侧面布置发动机支架和螺旋桨,吊舱底部布置起落架。本发明经实际使用检验,可替代传统金属结构吊舱和双壁板复合材料吊舱,解决传统金属结构吊舱外表面不美观、重量较重、成本较高的不足,进一步提升低成本设计和轻量化设计指标,为国内外载人飞艇发展奠定技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及飞艇结构设计领域,具体涉及一种复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱。
背景技术
载人飞艇吊舱用于旅游观光载人,位于飞艇气囊中腹部,由于吊舱顶部与气囊贴合面为近似平面,所以吊舱不是桶装结构,不同于传统飞机机身结构,同时吊舱载荷传递方式也不同于传统飞机机身结构。目前存在的载人飞艇吊舱多数为金属材料,采用的是双壁板结构或单壁板结构,壁板通过梁和长桁与框固定,固定方式为螺接或铆接,该连接方式存在大量连接件凸起,影响结构美观,且金属壁板重量较重。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,以满足轻量化的设计需求以及外形美观的要求。
为了实现上述任务,本发明采用以下技术方案:
一种复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,所述吊舱为单壁板结构,布置在艇体的中腹部;吊舱包括驾驶舱、乘客舱、电器设备舱、镇重设备舱和燃油舱;驾驶舱布置在吊舱的前部,乘客舱位于驾驶舱的后方,镇重设备舱位于驾驶舱的下部;燃油舱位于乘客舱的后方,电器设备舱布置在燃油舱的上部;驾驶舱前部布置前挡风玻璃,乘客舱侧面布置舱门和乘客舱窗户,燃油舱侧面布置发动机支架和螺旋桨,吊舱底部布置起落架。
进一步地,所述吊舱包括顶部吊挂接头、壁板、窗框、顶板、驾驶舱地板梁、驾驶舱地板、乘客舱地板、乘客舱地板梁和框;这些结构均为复合材料泡沫夹芯结构,各结构之间采用胶结装配。
进一步地,所述框在吊舱中自驾驶舱至燃油舱间隔布置多个,框在周向上为四边形结构,框之间通过乘客舱地板梁、乘客舱顶板梁连接固定;驾驶舱底板梁固接在乘客舱底板梁的前端,壁板布置在框的侧面,顶板布置在框的上部;驾驶舱底部布置防撞垫,侧面布置后视镜安装座,燃油舱处的框侧面布置发动机支架安装座;驾驶舱地板与驾驶舱地板梁、框和壁板连接,乘客舱地板与乘客舱地板梁、框和壁板连接,壁板和窗框相连的整体与框连接,顶板与壁板和框连接;顶部吊挂接头布置在框的顶部,用于和艇体连接。
进一步地,乘客载荷通过乘客舱地板传递给乘客舱地板梁,再传递给框,然后传递给顶部吊挂接头,再传递给艇体。
进一步地,所述框结构由层压板结构和夹芯结构组成;其中,层压板结构中分布有夹层舱,所述夹芯结构布置在夹层舱中;层压板结构用于与其他零件装配或作为开孔区域,夹芯结构用于提高结构刚度。
进一步地,玻璃通过胶结区域与窗框连接;窗框结构由壁板层压板结构和窗框加强结构组成。
进一步地,窗框加强结构延伸于壁板层压板结构的前方,延伸出的部分内侧形成用于固定玻璃的所述胶结区域。
进一步地,壁板由壁板层压板结构和泡沫组成;窗框与壁板一体化设计。
与现有技术相比,本发明具有以下技术特点:
本发明经实际使用检验,可替代传统金属结构吊舱和双壁板复合材料吊舱,解决传统金属结构吊舱外表面不美观、重量较重、成本较高的不足,相比双壁板复合材料吊舱进一步提升低成本设计和轻量化设计指标,为国内外载人飞艇的发展奠定技术基础。
附图说明
图1为艇体与吊舱连接示意图;
图2的(a)、(b)、(c)为吊舱整体布置的主视图、左视图和俯视图;
图3为吊舱结构构型示意;
图4为吊舱传力路径示意图;
图5为夹芯结构示意图;
图6为玻璃安装结构示意图。
图中标号说明:1艇体,2吊舱,3前挡风玻璃,4舱门,5乘客舱窗户,6电器设备舱,7镇重设备舱,8起落架,9燃油舱,10-发动机支架,11螺旋桨,12驾驶舱,13乘客舱,14后视镜安装座,15顶部吊挂接头,16壁板,17窗框,18顶板,19防撞垫,20驾驶舱地板梁,21驾驶舱地板,22乘客舱地板,23乘客舱地板梁,24框,25发动机支架安装座,26层压板结构,27夹芯结构,28胶结区域,29玻璃,30壁板层压板结构,31泡沫,32窗框加强结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。
随着复合材料和制造工艺的发展,复合材料结构已大量应用到航空器上。本发明提供了一种满足外形美观和轻量化要求的复合材料载人飞艇吊舱结构构型。
参见附图,本发明的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,吊舱2为单壁板结构,布置在艇体1的中腹部;吊舱2包括驾驶舱12、乘客舱13、电器设备舱6、镇重设备舱7和燃油舱9;驾驶舱12布置在吊舱2的前部,乘客舱13位于驾驶舱的后方,镇重设备舱7位于驾驶舱12的下部;燃油舱9位于乘客舱13的后方,电器设备舱6布置在燃油舱9的上部。驾驶舱12前部布置前挡风玻璃3,乘客舱13侧面布置舱门4和乘客舱窗户5,燃油舱9侧面布置发动机支架10和螺旋桨11,吊舱2底部布置起落架8。
参见图3,为吊舱的结构示意图。吊舱包括顶部吊挂接头15、壁板16、窗框17、顶板18、驾驶舱地板梁20、驾驶舱地板21、乘客舱地板22、乘客舱地板梁23和框24;这些结构均为复合材料泡沫夹芯结构,通过轻质泡沫与复合材料共固化可有效提高零件的刚度,各结构之间采用胶结装配。其中:
框24在吊舱中自驾驶舱12至燃油舱9间隔布置多个,框24在周向上为四边形结构,框24之间通过乘客舱地板梁23、乘客舱顶板梁连接固定;驾驶舱底板梁20固接在乘客舱底板梁23的前端,壁板16布置在框24的侧面,顶板18布置在框24的上部;驾驶舱12底部布置防撞垫19,侧面布置后视镜安装座14,燃油舱9处的框24侧面布置发动机支架安装座25;驾驶舱地板21与驾驶舱地板梁20、框24和壁板16连接,乘客舱地板22与乘客舱地板梁23、框24和壁板16连接,壁板16和窗框17相连的整体与框连接24,顶板18与壁板16和框24连接;顶部吊挂接头15布置在框24的顶部,用于和艇体1连接。
吊舱传力路径:以乘客舱22为例,乘客载荷通过乘客舱地板22传递给乘客舱地板梁23,再传递给框24,然后传递给顶部吊挂接头15,再传递给艇体1。
夹芯结构组成:以框24结构为例,由层压板结构26和夹芯结构27组成;其中,层压板结构26中分布有夹层舱,所述夹芯结构27布置在夹层舱中。层压板结构26主要用于与其他零件装配或作为开孔区域,夹芯结构27主要用于提高结构刚度。
玻璃安装结构:玻璃29通过胶结区域28与窗框17连接;窗框17结构由壁板层压板结构30和窗框加强结构32组成,其中,窗框加强结构32延伸于壁板层压板结构30的前方,延伸出的部分内侧形成用于固定玻璃29的所述胶结区域28。
壁板16由壁板层压板结构30和泡沫31组成;窗框17与壁板16一体化设计,结构简单,一体化成型减少了模具数量和型架复杂度,可达到减重、降成本的目的。
1)该结构构型可实现吊舱减重设计
传统金属吊舱应用航空铝合金材料,结构刚度靠盒状结构和框架结构维持,通常在壁板上要布置大量长桁和梁来维持结构刚度,大量的零件组合起来需要大量的连接接头和标准件,会带来大量的连接重量。复合材料相比金属材料在弹性模量和密度上都具备优势,通过轻质泡沫(蜂窝)结构和复合材料共固化,组成夹芯结构提高结构刚度,可减轻结构重量,同时,复材零件可通过模具制造复杂曲面外形,相比金属结构可大量减少零件数量,零件之间采用胶结连接,相比金属结构可减少装配重量。相比复合材料双层壁板吊舱,结构更简单,装配胶结区更少,重量更轻。所以,复合材料单层壁板吊舱可实现吊舱减重设计。
2)该结构构型可提升吊舱美观度
复合材料零件组成的吊舱结构装配采用胶结,无机械连接,相比金属结构吊舱大量的外露连接件,可大大提升吊舱的美观度。
3)该结构构型可降低吊舱生产成本
部件加工过程中,占生产成本比例较大的是原材料和劳动力成本。随着复合材料产能的提高和工艺的成熟,复合材料原材料成本已经和铝合金材料持平,但在劳动力成本和工装模具投入上复合材料占优势。复合材料吊舱相比金属吊舱可以大大减少零件数量,对应的会减少大量的生产模具和装配工时。同时,复合材料采用铺贴成型,相比机加零件可减少加工工时。装配过程中,复合材料零件数量减少也可以减少型架复杂程度和装配工时。所以,复合材料吊舱相比金属吊舱可以降低生产成本。单壁板复合材料吊舱相比双壁板复合材料吊舱结构简单,零件数量少,特别是面积较大的壁板零件可减少一半,在零件成型和装配工时上均占优势。所以,该构型可降低吊舱生产成本。
4)该结构构型可提高结构腐蚀防护能力
复合材料特别是玻璃纤维复合材料具有良好的耐蚀性,零件装配采用贴合面胶结可消除贴合面之间的间隙,可避免灰尘和水渍进入造成电化学腐蚀。同时,复合材料零件的刚度和强度设计采用的是夹芯结构、层压板厚度和成型工艺,采用同种复合材料可避免金属结构中不同电位材料带来的异电位腐蚀。所以,该构型可提高结构的腐蚀防护能力。
5)该构型可缩短产品制造周期
部件生产时间可分为工装型架准备、零件加工和部件装配。复合材料吊舱相比金属材料吊舱工装型架准备时间大致相同,但复合材料零件成型为铺贴成型,相比金属机加零件可减少零件加工工时。相比零件加工,部件装配占有的工时更长,金属吊舱装配时壁板与梁、框、长桁通过铆接或螺接,大量的标准件装配会占用大量的装配工时,复合材料无机械连接则可大大缩短装配工时。相比双壁板复合材料吊舱,单壁板结构可进一步降低装配工时,所以,该构型可缩短产品制造周期。
以上实施例仅用以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:其依然可以对前述各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;而这些修改或者替换,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 (6)
1.一种复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,所述吊舱(2)为单壁板结构,布置在艇体(1)的中腹部;吊舱(2)包括驾驶舱(12)、乘客舱(13)、电器设备舱(6)、镇重设备舱(7)和燃油舱(9);驾驶舱(12)布置在吊舱(2)的前部,乘客舱(13)位于驾驶舱的后方,镇重设备舱(7)位于驾驶舱(12)的下部;燃油舱(9)位于乘客舱(13)的后方,电器设备舱(6)布置在燃油舱(9)的上部;驾驶舱(12)前部布置前挡风玻璃(3),乘客舱(13)侧面布置舱门(4)和乘客舱窗户(5),燃油舱(9)侧面布置发动机支架(10)和螺旋桨(11),吊舱(2)底部布置起落架(8);
所述吊舱包括顶部吊挂接头(15)、壁板(16)、窗框(17)、顶板(18)、驾驶舱地板梁(20)、驾驶舱地板(21)、乘客舱地板(22)、乘客舱地板梁(23)和框(24);这些结构均为复合材料泡沫夹芯结构,各结构之间采用胶结装配;
所述框(24)在吊舱中自驾驶舱(12)至燃油舱(9)间隔布置多个,框(24)在周向上为四边形结构,框(24)之间通过乘客舱地板梁(23)、乘客舱顶板梁连接固定;驾驶舱地板梁(20)固接在乘客舱地板梁(23)的前端,壁板(16)布置在框(24)的侧面,顶板(18)布置在框(24)的上部;驾驶舱(12)底部布置防撞垫(19),侧面布置后视镜安装座(14),燃油舱(9)处的框(24)侧面布置发动机支架安装座(25);驾驶舱地板(21)与驾驶舱地板梁(20)、框(24)和壁板(16)连接,乘客舱地板(22)与乘客舱地板梁(23)、框(24)和壁板(16)连接,壁板(16)和窗框(17)相连的整体与框(24)连接,顶板(18)与壁板(16)和框(24)连接;顶部吊挂接头(15)布置在框(24)的顶部,用于和艇体(1)连接。
2.根据权利要求1所述的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,乘客载荷通过乘客舱地板(22)传递给乘客舱地板梁(23),再传递给框(24),然后传递给顶部吊挂接头(15),再传递给艇体(1)。
3.根据权利要求1所述的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,所述框(24)结构由层压板结构(26)和夹芯结构(27)组成;其中,层压板结构(26)中分布有夹层舱,所述夹芯结构(27)布置在夹层舱中;层压板结构(26)用于与其他零件装配或作为开孔区域,夹芯结构(27)用于提高结构刚度。
4.根据权利要求1所述的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,玻璃(29)通过胶结区域(28)与窗框(17)连接;窗框(17)结构由壁板层压板结构(30)和窗框加强结构(32)组成。
5.根据权利要求4所述的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,窗框加强结构(32)延伸于壁板层压板结构(30)的前方,延伸出的部分内侧形成用于固定玻璃(29)的所述胶结区域(28)。
6.根据权利要求1所述的复合材料无机械连接单层壁板结构载人飞艇吊舱,其特征在于,壁板(16)由壁板层压板结构(30)和泡沫(31)组成;窗框(17)与壁板(16)一体化设计。
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