CN116729634A - 多段可分离组合式复合材料航空吊舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱，包括中舱、边舱甲和边舱乙，边舱甲与中舱的一端可拆卸连接，边舱乙与中舱的另一端可拆卸连接。本发明的有益效果：本吊舱有相对独立的边舱和中舱，在此基础上便可以实现吊舱的型谱化设计；在同类型的任务载荷情况下，可根据功能容量及具体需求，通过独立舱体的组合，形成不同尺寸系列的吊舱，这在一定程度上降低了产品的研制周期，同时也降低了生产成本；采用碳纤维与PMI结合的方式，减少了吊舱的重量，也减轻了吊舱主要受力构件的负担，同时采用碳纤维与PMI复合结构在增加吊舱刚度的同时也可以增加系统阻尼，从而优化了吊舱的力学特性，使吊舱具备减振和限幅作用；边舱与中舱连接处的抗剪结构，弥补了吊舱分段后连接端框位置强度和刚度的下降，保证了分段后吊舱分段处的强度。

Description

多段可分离组合式复合材料航空吊舱

技术领域

本发明属于航空领域机载任务吊舱，具体涉及一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱。

背景技术

机载吊舱作为一种机载电子任务平台，在不过多改变原飞机内部结构和外部气动特性的情况下，扩展了飞机的任务功能，可广泛应用于运输机、战斗机、直升机、无人机等各类飞机平台。在吊舱中可以装入各类任务载荷，扩展飞机的通信、导航、侦查、对抗、观测、遥感等多种功能。

目前已知的吊舱类型有框架式、大梁端框式、以及顶部承载一体化吊舱。

框架式吊舱脱胎于飞机骨架与蒙皮设计的结构设计方式。主结构为各类不同截面形状的结构桁架组成，镂空比例高。其优点是质量较轻，机加相对容易，形状可根据具体需求较为随意的变换，可适应多种用途；另外由于其外形可设计为流线型，因此超音速吊舱通常采用这类方案。其缺点是结构相对复杂，密封环节多，空间利用率低，组装复杂，设备维护性差，且整体模态频率较低，刚度较差。该类吊舱可以将直径做的很大，达到700mm，因此内部可装入大量设备，适合多功能大平台使用。

大梁端框式吊舱是目前国内文献可见的最常见的吊舱类型，其主要是由上下大梁和隔框(端框组成)，一般为矩形截面。这种吊舱的优点是结构相对简单，密封环节相对较少，结构相对紧凑，刚度高，装配相对简单，空间利用率高，设备维护性好。但是由于其上下大梁采用整块材料铣制，因此机加性相对较差，重量相对飞机骨架式更重。这类吊舱截面尺寸不能太大，因此内部可装入设备较为有限，但具备一定的通用性，因此比较适应于具备单一功能，内部设备量适中的项目需求。该类吊舱因为通常界面为非流线型，因此多应用于亚音速飞行环境下。

顶部承载式，一般由一块顶板加一个腹部罩体组成。载荷设备较少、设备重量较轻且需要内部天线波速覆盖超过90°时，常采用的吊舱形式，其优点是结构简单，组装方便、波束覆盖广、重量轻，缺点是内部空间较小、可承载设备量及重量受限。其中吊舱结构设计相关的专利有：

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请CN105691626A公开了一种飞机机身底部吊舱，涉及一种可作为大型天线、雷达、相机等机载产品的试飞和使用平台的飞机底部吊舱。所述飞机底部吊舱布置在飞机腹部正下方的平直段，是一种由机身底部结构、转接法兰、天线罩、组成的封闭试验吊舱，作为被试设备安装接口的吊梁布置在吊舱内，与机身底部原机结构刚性连接，但并未涉及到分段设计和通用性设计。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请CN114313205A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，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，但并未涉及到分段设计和通用性设计。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请CN103728140A公开了一种小型涡喷发动机飞行试验吊舱，本发明属航空动力试飞技术领域，涉及一种用于小型涡喷发动机飞行试验的吊舱。其特征在于，包括吊舱前段、吊舱中段和吊舱尾段，但并未涉及到分段设计和通用性设计。

在已知的本领域实施方式中，中国专利申请CN113879549A公开了一种旋翼空中加油吊舱，包括外壳，外壳的前端设置有冲压式空气涡轮，外壳顶部设置有加油机燃料供应口、控制接口、连接口，外壳的后端下方设置有吊舱摄像头基座，吊舱摄像头基座上面安装有吊舱摄像头，外壳内部包括有输油系统、加油系统、加油锥套、旋翼、加油吊舱控制器、电源总成，但并未涉及到分段设计和通用性设计。

发明内容

本发明基于通信、侦察、测控等任务需求，通过吊舱尺寸系列型谱化分析，在此基础上开发出一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱，用以适应不同任务载荷类型、载荷数量、吊舱尺寸及重量限制要求，并在传统吊舱基础上进行了标准化、通用性设计，在一定程度上降低了成本，解决了现有吊舱通用性、功能性差的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱，包括中舱，还包括边舱甲和边舱乙，边舱甲与中舱的一端可拆卸连接，边舱乙与中舱的另一端可拆卸连接。

进一步的，所述的中舱包括上中梁、下中梁、中舱端框甲和中舱端框乙，上中梁的一端与下中梁的一端之间连接中舱端框甲，上中梁的另一端与下中梁的另一端之间连接中舱端框乙，中舱端框甲与边舱甲可拆卸连接，中舱端框乙与边舱乙可拆卸连接。

进一步的，所述的边舱甲包括上边梁甲、下边梁甲、边端框甲和中端框甲，上边梁甲的一端与下边梁甲的一端之间连接边端框甲，上边梁甲的另一端与下边梁甲的另一端之间连接中端框甲，中端框甲与中舱可拆卸连接。

进一步的，所述的边舱乙包括上边梁乙、下边梁乙、中端框乙和边端框乙，上边梁乙的一端与下边梁乙的一端之间连接中端框乙，上边梁乙的另一端与下边梁乙的另一端之间连接边端框乙，中端框乙与中舱可拆卸连接。

进一步的，端框与梁板之间通过过渡角件连接，过渡角件通过螺栓、铆钉固定在端框或梁板上。

进一步的，所述的边舱甲与中舱之间、边舱乙与中舱之间均通过螺栓连接。

进一步的，所述的边舱甲与中舱之间、边舱乙与中舱之间均设有对接销钉。

进一步的，所述的中舱的上部设有吊装及定位结构。

进一步的，所述的边舱甲与中舱之间连接有抗剪支撑甲，边舱乙与中舱之间连接有抗剪支撑乙。

进一步的，所述的边舱甲的中端框甲和中舱的中舱端框甲上均开设有位置相对的支撑安装孔甲，抗剪支撑甲位于支撑安装孔甲内，抗剪支撑甲通过螺栓与支撑安装孔甲的边沿连接。

进一步的，所述的中舱的中舱端框乙和边舱乙的中端框乙上均开设有位置相对的支撑安装孔乙，抗剪支撑乙位于支撑安装孔乙内，抗剪支撑乙通过螺栓与支撑安装孔乙的边沿连接。

本发明的有益效果：

1.本吊舱有相对独立的边舱和中舱，在此基础上便可以实现吊舱的型谱化设计。在同类型的任务载荷情况下，如：通信吊舱、侦查吊舱等，可根据功能容量及具体需求，通过独立舱体的组合，形成不同尺寸系列的吊舱，这在一定程度上降低了产品的研制周期，同时也降低了生产成本。

2.采用碳纤维与PMI结合的方式，减少了吊舱的重量，也减轻了吊舱主要受力构件的负担。同时采用碳纤维与PMI复合结构在增加吊舱刚度的同时也可以增加系统阻尼，从而优化了吊舱的力学特性，使吊舱具备减振和限幅作用。

3.边舱与中舱连接处的抗剪结构，弥补了吊舱分段后连接端框位置强度和刚度的下降，保证了分段后吊舱分段处的强度。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明边舱甲的结构示意图。

图3是本发明中舱的结构示意图。

图4是本发明边舱乙的结构示意图。

图5是本发明梁板的结构示意图。

图6是本发明梁板的结构拆分图。

图中：1-边舱甲，2-边舱乙，3-中舱，4-上中梁，5-下中梁，6-上边梁甲，7-下边梁甲，8-上边梁乙，9-下边梁乙，10-边端框甲，11-中端框甲，12-中舱端框甲，13-中舱端框乙，14-中端框乙，15-边端框乙，16-抗剪支撑甲，17-抗剪支撑乙，18-碳纤维蒙皮与PMI夹心结构，19-碳纤维蒙皮，20-夹层主梁，21-中间结构。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1～图4所示，一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱，包括边舱甲1、边舱乙2和中舱3，该三段舱段设计为可分离式，装配上各段独立装配。边舱甲1与中舱3的一端可拆卸连接，边舱乙2与中舱3的另一端可拆卸连接。根据任务载荷的需求，确定中舱和边舱的尺寸系列，通过特殊的端框连接方式，实现吊舱的三段分离，三段舱段独立组装后，再利用装配工装，将三段舱段组合成为整舱。

中舱3包括上中梁4、下中梁5、中舱端框甲12和中舱端框乙13，上中梁4的一端与下中梁5的一端之间连接中舱端框甲12，上中梁4的另一端与下中梁5的另一端之间连接中舱端框乙13。中舱端框甲12通过螺栓与边舱甲1的中端框甲11可拆卸连接，中舱端框乙13通过螺栓与边舱乙2的中端框乙14可拆卸连接。中舱3的上中梁4上部设有吊装及定位结构，实现飞行器对中舱3的吊装连接。

边舱甲1包括上边梁甲6、下边梁甲7、边端框甲10和中端框甲11，上边梁甲6的一端与下边梁甲7的一端之间连接边端框甲10，上边梁甲6的另一端与下边梁甲7的另一端之间连接中端框甲11，中端框甲11通过螺栓与中舱3的中舱端框甲12可拆卸连接。

边舱乙2包括上边梁乙8、下边梁乙9、中端框乙14和边端框乙15，上边梁乙8的一端与下边梁乙9的一端之间连接中端框乙14，上边梁乙8的另一端与下边梁乙9的另一端之间连接边端框乙15，中端框乙14通过螺栓与中舱3的中舱端框乙13可拆卸连接。

三个舱体的端框与梁板(即梁)之间通过过渡角件连接，过渡角件通过螺栓、铆钉固定在端框或梁板上，过渡角件与端框、梁板采用螺栓与铆钉在多个方向共同连接的方式，对吊舱起到一定加固作用。

边舱甲1与中舱3之间、边舱乙2与中舱3之间均通过螺栓连接，三段舱段在组成整舱的过程中，舱段之间通过螺栓连接在中端框甲11与中舱端框甲12之间、中舱端框乙13与中端框乙14之间，实现舱段之间的基础连接和抗拉。

需要连接的端框在连接处做高精度加工，保证连接处平面度、垂直度以及表面粗糙度等形位公差，同时在连接处设计销钉，即在边舱甲1与中舱3之间、边舱乙2与中舱3之间均设有对接销钉，舱段对接时先通过销钉进行导向对位，再通过连接螺栓进行端面固定。

边舱甲1与中舱3之间连接有抗剪支撑甲16，边舱乙2与中舱3之间连接有抗剪支撑乙17，利用抗剪支撑增强吊舱舱段连接处的抗剪和抗扭能力。在舱段之间连接之后，最后将抗剪支撑装入，装入时可适当修配保证配合精度。抗剪支撑与端框支撑安装孔之间采用托板螺母和螺栓连接，从而起到承受吊舱连接处剪力和扭转力的作用。

边舱甲1的中端框甲11和中舱3的中舱端框甲12上均开设有位置相对的支撑安装孔甲，抗剪支撑甲16位于支撑安装孔甲内，抗剪支撑甲16通过螺栓与支撑安装孔甲的边沿连接，保证抗剪支撑甲16固定在边舱甲1与中舱3之间。

中舱3的中舱端框乙13和边舱乙2的中端框乙14上均开设有位置相对的支撑安装孔乙，抗剪支撑乙17位于支撑安装孔乙内，抗剪支撑乙17通过螺栓与支撑安装孔乙的边沿连接，保证抗剪支撑乙17固定在边舱乙2与中舱3之间。

参考图5和图6所示，由于舱段分为了三段，较之一体式吊舱，连接处刚强度有所下降，因此吊舱各组成部件采用碳纤维复合材料，在主要受力构件(即梁板)中采用碳纤维蒙皮与PMI夹心结构18，在实现了在减重的同时，保证了吊舱结构的刚度，增加了系统的阻尼。

主要的碳纤维结构件为吊舱的六个梁板，梁板由碳纤维蒙皮19、夹层主梁20和中间结构21组成，中间结构21又包括板结构和板梁。板结构和板梁采用胶铆的方式进行连接固定，首先通过工装将板梁固定在板结构对应位置，接触面涂胶，待胶固化前在相应位置拉铆钉(铆钉面涂胶，防止电化学腐蚀)，起到连接加固的作用。

板结构采用局部A夹层方式，板内壁两侧中间段放置泡沫，两端放置碳纤维埋件，可以有效提高上梁板在长度方向的刚度，实心埋件可放置插销螺套，用于对其他部件的连接(安装钢丝螺套与过渡板、过渡T型件连接)。

板结构采用单面模具在热压罐中成型。以产品气动外形面为模具面，采用A夹层结构，在模具表面铺贴2mm层厚的碳纤维预浸料，然后在对应位置放置碳纤维埋件和泡沫埋件(碳纤维埋件和泡沫外表面需包裹胶膜，以提高固化时结构的连接强度)，最后铺贴2mm层厚的碳纤维预浸料。打袋子抽真空，放入热压罐固化。

同样的，根据功能的需要，中舱3也可以继续进行扩展分段，可以将中舱3分为两段、三段至多段的结构，其连接结构同三段舱段相似，多出的相邻两中舱3之间的连接也采用上述连接结构即可。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多段可分离组合式复合材料航空吊舱，包括中舱(3)，其特征在于：还包括边舱甲(1)和边舱乙(2)，边舱甲(1)与中舱(3)的一端可拆卸连接，边舱乙(2)与中舱(3)的另一端可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的中舱(3)包括上中梁(4)、下中梁(5)、中舱端框甲(12)和中舱端框乙(13)，上中梁(4)的一端与下中梁(5)的一端之间连接中舱端框甲(12)，上中梁(4)的另一端与下中梁(5)的另一端之间连接中舱端框乙(13)，中舱端框甲(12)与边舱甲(1)可拆卸连接，中舱端框乙(13)与边舱乙(2)可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的边舱甲(1)包括上边梁甲(6)、下边梁甲(7)、边端框甲(10)和中端框甲(11)，上边梁甲(6)的一端与下边梁甲(7)的一端之间连接边端框甲(10)，上边梁甲(6)的另一端与下边梁甲(7)的另一端之间连接中端框甲(11)，中端框甲(11)与中舱(3)可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的边舱乙(2)包括上边梁乙(8)、下边梁乙(9)、中端框乙(14)和边端框乙(15)，上边梁乙(8)的一端与下边梁乙(9)的一端之间连接中端框乙(14)，上边梁乙(8)的另一端与下边梁乙(9)的另一端之间连接边端框乙(15)，中端框乙(14)与中舱(3)可拆卸连接。

5.根据权利要求2、3或4所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：端框与梁板之间通过过渡角件连接，过渡角件通过螺栓、铆钉固定在端框或梁板上。

6.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的边舱甲(1)与中舱(3)之间、边舱乙(2)与中舱(3)之间均通过螺栓连接；所述的边舱甲(1)与中舱(3)之间、边舱乙(2)与中舱(3)之间均设有对接销钉。

7.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的中舱(3)的上部设有吊装及定位结构。

8.根据权利要求1所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的边舱甲(1)与中舱(3)之间连接有抗剪支撑甲(16)，边舱乙(2)与中舱(3)之间连接有抗剪支撑乙(17)。

9.根据权利要求8所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的边舱甲(1)的中端框甲(11)和中舱(3)的中舱端框甲(12)上均开设有位置相对的支撑安装孔甲，抗剪支撑甲(16)位于支撑安装孔甲内，抗剪支撑甲(16)通过螺栓与支撑安装孔甲的边沿连接。

10.根据权利要求8所述的多段可分离组合式复合材料航空吊舱，其特征在于：所述的中舱(3)的中舱端框乙(13)和边舱乙(2)的中端框乙(14)上均开设有位置相对的支撑安装孔乙，抗剪支撑乙(17)位于支撑安装孔乙内，抗剪支撑乙(17)通过螺栓与支撑安装孔乙的边沿连接。