CN114386158A - 一种飞机机身钣金框结构及设计制造方法 - Google Patents

Abstract

一种飞机机身钣金框结构及设计制造方法，该机身钣金框为弧形结构，含有钣金框腹板和钣金框缘条，机身钣金框的两端与相邻钣金框对接，所述机身钣金框含有多个不同厚度的载荷区域，每个载荷区域的载荷与该区域的厚度对应，对等厚度机身钣金框结构按照不同载荷区域的平均厚度进行减厚度加工，形成变厚度机身钣金框结构。

Description

一种飞机机身钣金框结构及设计制造方法

技术领域

本发明属于飞机设计制造技术领域，具体适用于机身钣金框结构的设计与制造方法研究。

背景技术

飞机机体结构中，钣金框是最常见的骨架结构之一，特别针对桁架式布局的机身结构，纵向长桁与环向的钣金框构成了机身的主要骨架结构。机身钣金框可选择全高度框和“剪切角片+浮框”两种结构形式，无论哪种结构形式，钣金框通常采用铝合金薄板经钣金工艺，弹性模成形，缘条采用压弯后滚弯或拉弯成形，成型后的钣金框缘条和框腹板厚度处处相等。

钣金框主要用来维持机身的外形，缩短桁条的长度，防止机身结构总体失稳。钣金框上的载荷一般比较小，而且常常彼此保持平衡。以往钣金框的减重，有整体减薄和在框腹板开弯边减轻孔两种方式。整体减薄方法，是在满足钣金框缘条、腹板最低强度要求前提下，选择强度最严重位置对应需求结构厚度值作为选材最小厚度参考值，在现有材料中选择不小于该参考厚度且尽可能选择较薄规格的板材实现整体减重。该方法缺点是在载荷较小的区域，框腹板和缘条依然要保持与其他载荷较大区域的框腹板和缘条厚度相同，造成结构冗余重量增加。在钣金框腹板上开弯边减轻孔的方法，通常是在高度较大的全高度钣金框或是在大型飞机上框高度较大时采用，对于常见中、小型飞机，小高度钣金框腹板开弯边减轻孔的方法不适用。

采用以往对钣金框的设计方法，结构冗余重量依然存在，不是最轻结构，而且减重方法的使用对象上有其局限性，因此需要一种新的钣金框结构设计方法，减重效果明显、强度足够且能普遍适用于各型飞机机身钣金框结构的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机机身钣金框结构及设计制造方法，能够充分减轻钣金框结构重量、提高结构效率，在满足强度要求前提下使得钣金框重量最小的设计制造方法，解决钣金框冗余重量可减，并且设计方法对各型钣金框普遍适用性的问题。本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种飞机机身钣金框结构，该机身钣金框为弧形结构，含有钣金框腹板和钣金框缘条，机身钣金框的两端与相邻钣金框对接，其特征在于，所述机身钣金框含有多个不同厚度的载荷区域，每个载荷区域的载荷与该区域的厚度对应。

本申请还提出一种如上述飞机机身钣金框结构的设计方法，其特征在于包含以下内容：1)对机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的承载区域；2)根据每个承载区域的强度需求，计算该承载区域的平均厚度作为钣金框的结构参数形成机身钣金框的设计数模。

同时，本申请还公开一种上述的飞机机身钣金框结构的制造方法，其特征在于包含以下内容：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，加工成等厚度机身钣金框结构；2)对等厚度机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的载荷区域；3)根据每个载荷区域的载荷需求计算该载荷区域的平均厚度；4)对等厚度机身钣金框结构按照不同载荷区域的平均厚度进行减厚度加工，形成变厚度机身钣金框结构。

上述飞机机身钣金框结构的另一种制造方法，其特征在于包含以下内容：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，2)按照不同厚度的载荷区域对金属薄板进行减厚度加工，形成不同厚度区域的金属薄板，3)将不同厚度的金属薄板进行板弯形成机身钣金框结构。

机身钣金框的功能是维持机身筒段外形，承受和传递因各种载荷导致的框内剪力和弯矩，为蒙皮和长桁提供支撑，防止机身总体失稳。作为机身环向主要骨架，框腹板连接有机身内部布置的各种结构骨架、系统接头、管路角片等，不同连接件所需载荷不同，不同的载荷要求框腹板不同的厚度匹配，在做框减薄时应综合考虑框上所连接的所有零件，在合理减重的同时，通过铣削所形成的台阶类似于腹板加筋条，通过筋条位置的设置优化传力路线，重量减轻的同时借助这些筋条对钣金框进行加强。

根据钣金框需要减薄的位置划分，可划分为仅对框腹板的减薄和同时对框腹板和框缘条都减薄两种情况，针对不同的减薄情况，在框的加工工序上有区别。另外，根据对零件表面粗糙度的要求，选择不同的加工方法进行去重量减薄，通常对于表面质量要求较高的零件宜选择化学铣切方式进行局部减薄，粗糙度Ra1.6μm；对零件表面质量要求一般的，选用机械加工进行局部减薄，粗糙度Ra3.2μm。

本申请的有益效果在于：提供一种机身钣金框结构，采用化学铣切或者机械加工的方式将钣金框的冗余重量进一步祛除，实现在满足钣金框承载和传载要求下，使得钣金框重量最轻，具备相同材料、高度、长度参数和功能的一段框，使用本申请提供的方法可至少减重8％；同时，通过铣削所形成的腹板筋条，对钣金框进行了优化加强，从而提高了结构效率；其次，对一些结构之间贴合面间隙，在该方法提出前常常因为找不到合适厚度规格的材料导致无法安装，通过本申请提供的钣金框结构设计方法，解决了一些稀有规格或者非常规规格材料没办法采购到的难题，降低了制造成本；再者，对于多层结构连接共用一套紧固件的装配情况，本申请所提到的方法可直接选择厚板铣削，减少连接层数、降低装配难度，提高了装配效率。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1为一种飞机机身钣金框结构示意图。

图2为飞机机身钣金框与地板梁连接结构示意图。

图中编号说明：1钣金框、2对接区域、3中部载荷区域、4地板梁连接台、5地板梁、6角片。

具体实施方式

参见附图，机身钣金框结构沿机身环向分为若干段，每段之间通过对接件与相邻钣金框的框缘条和框腹板连接，各段连为一个整体构成机身环向支撑骨架。钣金框采用金属薄板材料通过钣金工艺加工成型，因其成型工艺的特点，钣金框的框腹板和框缘条厚度可以相同，也可以不同。

本申请的飞机机身钣金框结构，该机身钣金框1为弧形结构，含有钣金框腹板和钣金框缘条，机身钣金框的两端与相邻钣金框对接，其特征在于，所述机身钣金框含有多个不同厚度的载荷区域，每个载荷区域的载荷与该区域的厚度对应。

上述钣金框的设计方法，包含以下内容：首先对机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的承载区域；再根据每个承载区域的强度需求，计算该承载区域的平均厚度作为钣金框的结构参数形成机身钣金框的设计数模。

对框腹板和框缘条厚度相同的钣金框制造时，最好采用如下步骤：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，加工成等厚度机身钣金框结构；2)对等厚度机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的载荷区域；3)根据每个载荷区域的载荷需求计算该载荷区域的平均厚度；4)对等厚度机身钣金框结构按照不同载荷区域的平均厚度进行减厚度加工，形成变厚度机身钣金框结构。

对框腹板和框缘条厚度不相同的钣金框制造时，最好采用如下步骤：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，2)按照不同厚度的载荷区域对金属薄板进行减厚度加工，形成不同厚度区域的金属薄板，3)将不同厚度的金属薄板进行板弯形成机身钣金框结构。

实施例提供的机身钣金框1结构是一段连接飞机地板梁的机身钣金框，如图所示，地板横梁与机身侧下框直接连接，传递来自地板骨架的集中载荷，另外舱门一般在机身侧面布置较多，舱门附近需加强设计，按需求机身侧框在设计时强度较大，此时需增加对应区域腹板和缘条厚度以加强结构。因此，机身环向各段之间框的腹板和缘条厚度按需设计是不等厚的。

经过对该机身钣金框的载荷分析，该机身钣金框1的两端对接区域载荷小于机身钣金框中部区域2的载荷，因此在设计制造时，该机身钣金框1的两端对接区域2的厚度1.27mm小于中部载荷区域3厚度1.6mm，飞机地板的地板梁5连接在机身钣金框1的中部区域3，在机身钣金框的中部载荷区域3设有地板梁连接台4，地板梁连接台4的厚度2.29mm大于中部载荷区域3厚度1.6mm。该机身钣金框1通过角片6与飞机蒙皮连接，形成浮框。

现有技术中机身框1与地板梁连接处需要使用补偿垫板加厚，使用本申请的机身框1将补偿垫板与机身框腹板结合形成地板梁连接台4，是一个整体零件，避免补偿垫板框腹板之间使用紧固件连接。

Claims (5)

1.一种飞机机身钣金框结构，该机身钣金框为弧形结构，含有钣金框腹板和钣金框缘条，机身钣金框的两端与相邻钣金框对接，其特征在于，所述机身钣金框含有多个不同厚度的载荷区域，每个载荷区域的载荷与该区域的厚度对应。

2.如权利要求1所述的飞机机身钣金框结构，其特征在于，机身钣金框的两端对接区域载荷小于机身钣金框中部区域的载荷，机身钣金框的两端对接区域的厚度小于中部载荷区域厚度，飞机地板的地板梁连接在机身钣金框的中部区域，在机身钣金框的中部载荷区域设有地板梁连接台，地板梁连接台的厚度大于中部载荷区域厚度。

3.一种如权利要求1所述的飞机机身钣金框结构的设计方法，其特征在于包含以下内容：1)对机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的承载区域；2)根据每个承载区域的强度需求，计算该承载区域的平均厚度作为钣金框的结构参数形成机身钣金框的设计数模。

4.一种如权利要求1所述的飞机机身钣金框结构的制造方法，其特征在于包含以下内容：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，加工成等厚度机身钣金框结构；2)对等厚度机身钣金框结构进行载荷分析，并根据载荷分析结果，将机身钣金框划分成多个不同的载荷区域；3)根据每个载荷区域的载荷需求计算该载荷区域的平均厚度；4)对等厚度机身钣金框结构按照不同载荷区域的平均厚度进行减厚度加工，形成变厚度机身钣金框结构。

5.一种如权利要求1所述的飞机机身钣金框结构的制造方法，其特征在于包含以下内容：1)选用厚度大于机身钣金框最大载荷区域对应厚度规格的金属薄板，2)按照不同厚度的载荷区域对金属薄板进行减厚度加工，形成不同厚度区域的金属薄板，3)将不同厚度的金属薄板进行板弯形成机身钣金框结构。

Images